국내 원자력 가동중검사 현황 및 발전을 위한 제안
안 희 성

KRIST(Korea Reactor Integrity Surveillance Technology)
국내 최초의 원자력발전소(원전)인 고리원자력 1호기가 1978년 4월 상업운전을 시작한 이래 현재 20기가 운전 중이고 6기가 건설 중이며, 2기가 인∙허가 심사 중이다. 현재 국내 원자력의 위상은 세계 6위이며, 정부는 2030년까지 10기를 추가로 건설하고자 하니, 국내 원자력 의존도 및 세계 위상은 계속 높아질 것이다. 1970년대 말, 당시 원자력 비파괴검사 기술이 전무하던 시절인 1979년 11월 고리 원자력 1호기에 대해 제 1차 가동중 검사를 한국원자력연구원 비파괴시험실과 미국의 SwRI 가 공동으로 수행하였다. 이후 국내에서 가동중검사에 대한 외국 선진 기술의 국산화는 꾸준히 이루어졌고 30년이 흐른 지금 이제는 외국으로 기술을 수출하는 단계에까지 이르렀다. 본고는 국내 원자력 가동중검사 기술의 현황을 검토하고 향후 30년을 위한 발전방향을 제시하고자 한다.
1. 원자력 비파괴 검사
미국 ASME 규격에 따라 설계된 가압경수로 (PWR) 발전소들은 다음과 같이 ASME 규격에 따라 검사를 한다. [월성에 있는 중수로 (CANDU) 형의 원전 4기는 CSA285.4 규격에 따라 검사].
•제작 비파괴검사 : 제작 시 ASME Sec III 에 따라 검사

•건설 비파괴검사 : 건설 중 ASME Sec III 에 따라 검사

•가동전검사 (PSI) : 상업 운전 전에 ASME Sec XI 에 따라 검사

•가동중검사 (ISI) : 상업 운전 중 매 overhaul 기간 중에 정기적으로 ASME Sec XI 에 따라 검사

•비 정기 검사 : Regulatory body 및 utility 의 요구에 따라 비정기적으로 검사


2. 국내 원자력 가동중 검사 기술 현황
국내 원자력 가동중 검사 기술의 주요한 현황을 요약하면 다음과 같다.


1)수동 비파괴 검사 (압력용기/배관/기기/구조물) 및 자동 비파괴 검사 (원자로/증기발생기/배관) 기술
100% 기술 자립이 되었고, 선진국과 동일 기술 수준이라고 할 수 있다. 검사기술의 최신화를 위해 계속적인 연구가 필요하다.


2) 특수 초음파검사 (UT) 기술
특수검사 기술로 열성층 (thermal Stratification) 배관 UT, 이종금속 용접부 (Dissimilar metal weld) UT, 증기발생기 tube 자동 UT, 국내 표준형 발전소 증기발생기 stay weld 자동 UT, Essential service water liner coating UT, Metal containment vessel remote VT, Weld overlay UT, Cast stainless steel UT, 원자로 head 용접부 자동 UT 등 특수 검사 기술이 요구되는 것들이 있다. 이종금속, weld overlay 등 다양한 부품들에 대한 초음파검사를 위하여 위상배열초음파검사기술 (phased array ultrasonic technology) 이 외국에서 활발히 활용되고 있다. 그러나 국내에선 터빈 등 몇 가지 부품 검사에 시도가 이루어졌고 아직 본격적인 활용이 없다. 선진 외국은 특수 초음파검사 기술들에 대해 대부분 기술이 확립되었음은 물론 기술 upgrade를 위하여 계속적인 연구가 이루어지고 있다. 동 기술들에 대하여 국내는 일부 국산화가 되었고, 현재 독자 개발 중인 기술들도 있으나 외국과 같이 장비 및 기술의 upgrade를 위하여 계속적인 연구가 필요하다. 향후는 위상배열초음파검사 기술이 대세를 이룰 것으로 전망한다.

3) 와전류검사 (ECT) 기술
현행의 bobbin probe / MRPC probe 검사 및 평가 기술력은 세계 수준이다. 캐나다에서 개발된 X-probe 가 MRPC 결함 검사능과 동등이상을 가지는 반면 검사 속도는 bobbin probe 와 동등하기에 향후 세계적 추세는 X-probe 검사로 발전할 것이다. 현재 미국, 캐나다를 비롯 많은 증기발생기 튜브들에 대하여 X-probe 가 활용되고 있다. 국내에선 아직 본격적인 활용은 없으며 실험실 규모로 연구들을 하고 있는 실정이다. 따라서 국내에서도 이에 대한 대처를 위해 기술 자립 및연구 개발을 수행하여야 할 것이다.
4) Calibration Block 및 Performance Demonstration (PD) 검증 시편 제작
DAC 작성용 cali. block 제작 능력은 100% 기술 자립이 되었으나, PD 검증 시편에 대해서는 아직 기술 자립이 완전하지 못하다. 제작기술의 보강, 선진화 및 유지를 위한 계속적인 연구가 요구된다.


5) 검사자 자격
SNT-TC-1A 자격자, KEPRI 수행 PD (Performance Demonstration) 자격자, 원자로 자동 UT PD 자격자, EPRI UT PDI (Performance Demonstration Initiative) 자격자, ECT QDA(Qualified Data Analysis) 및 ECT SSPD (Site Specification Performance Demonstration) 자격자 등 기본적으로 현행 20기 원자력발전소 가동중검사를 위한 자격자들은 확보를 하고 있다. 그러나 30년 전에 비파괴검사를 시작한 자격자들은 곧 은퇴를 할 나이들로 젊은 신진 요원들의 진출이 절실하며 따라서 이에 대한 국가적 협조가 요구된다



6) Probe, 자동 System 설계 및 제작 능력
국내 전자산업 및 로봇산업의 발달로 설계 및 제작능력은 세계적이다. UT Probe, Robot Hardware System, Software Computerized System 및 Reactor Exam. Hardware 및 Software System 기술들에 대한 기본 원천기술들의 대부분은 확보하였다고 볼 수 있으나 아직 기술의 응용면에서 부족하다. 일부 (ECT probe 설계 및 제작 등) 기술들은 아직도 국산화 중이다. 기술의 보강, 선진화 및 유지를 위한 계속적인 연구가 요구된다.

3. 국내 원전 가동중검사 업체 현황
현재 5개 비파괴검사 기관이 원전 가동중검사 업무에 참여하고 있다.

1) UMI
1977년 12월 원자력연구원 내에 비파괴시험실이 국내 원전 가동중 검사를 목적으로 탄생하였으며, 1997년 9월 국가 정책인 벤쳐기업 창업의 일환으로 동 비파괴시험실이 카이텍 회사명으로 벤쳐 창업하였다. 따라서 국내 최초로 원전 가동중 검사를 시작한 기관으로 30년의 전통을 가지고 있으며 현재도 원전 가동중검사 사업이 주축이며 주업이다. 지난 30년 동안 원전 가동중검사 만을 수행하였던 국내 유일한 회사로 이와 관련되는 연구와 개발을 하였다. 최근 항공 부품 검사기술에 대해 GE 및 Samsung 항공으로부터 인증을 받아 원자력에서 항공산업까지 그 범위를 확대하고 있다. 카이텍은 최근 UMI 란 회사명으로 조직을 재구성하였다.

2) KPS 원자력 정비 쎈터
1998년 4월 설립되었으며, 원전 가동중검사 이외에 원전 설비 보수 유지 및 정비를 함께 수행 [원자로 정비, RCP 정비, 증기발생기 정비 (sleeving, plugging, tube pulling, lancing FOSAR, 등), 밸브 진단 등] 하고 있다. 그동안 자본력으로 외국 장비 및 기술들을 국내에 도입하여 hardware 및 software Technique 모두를 겸비하고 있다.

3) 세안
1997년 2월 두산중공업과 joint venture 로 설립 되었다. 현재는 세안 독립 경영체재로 운영하고 있다. 기동중검사 뿐만 아니라 Lancing FOSAR 및 방사성 관련 사업에도 참여하고 있다. KPS 와 마찬가지로 사업 다변화로 원전 가동중검사 만으로 특수화를 하고 있지 않다.

4) ANSCO
카이텍에서 일부 요원들이 분리 독립하여 2008년 초에 설립하였다. 아직은 가동중 검사 업무에 국한하고 있다.

5) ECNU
세안에서 일부 요원들이 분리 독립하여 2007년 설립하였다. 현재는 증기발생기 튜브 ECT 검사 만에 한하여 한수원으로부터 자격을 인정받았다.

4. 원전 가동중 검사기관 애로사항
가동중 검사 기관들의 재원은 한수원이고, 가동중검사 기관들은 한수원의 경영철학, 평가 및 운영 방침에 따라 막대한 영향을 받고 있다. 또한 강화된 규제법 등을 볼 때, 가동중 검사기관들의 일반적인 애로사항은 다음과 같이 정리할 수 있다.

1) 강화된 검사자 자격인증 및 인력관리

검사자는 PD를 수행하여 자격 인증이 되며, 각 발전소 마다 특별히 요구하는 SSPD 에 의하여 자격이 인증된다. 더하여 데이터 분석도 인증된 검사자가 해석을 하도록 QDA 제도가 추가 및 강화되었다. 이에 따른 훈련비, 응시료, 출장비, 인건비 등 막대한 훈련 투자비가 필요하다. 이들 자격 인증 중, 일부는 국내 KEPRI에서 자격인증을 하고 있으나, 국제 자격인증과 호환성이 결여되어 있고, 따라서 해외 기술 수출을 위해선 외국 자격인증을 다시 획득해야 한다. 특히 원자로 자동 UT 경우엔 국내 자격인증제가 없어 미국 EPRI에서 자격 취득을 획득해야 한다. 따라서 자격자 보유 및 유지를 위한 많은 추가 경비 지출이 발생한다. 방사선 종사 비파괴 검사는 3D 업종으로 국내 인력이 기피하는 현실이다. 따라서 유능한 신입 사원의 채용이 불가능함은 물론, 설령 어렵게 비경력자 채용 후 경비를 들여 훈련을 시킨 후에도 이직이 빈번하다. PD/SSPD/QDA 등 기량 검증은 추가 및 강화되고 검사 인력은 고급화를 요구하나, 이에 대한 인력관리에 애로가 많다.

2) 고가 검사장비 (특히 자동 장비) 의 해외 의존성

각종 검사장비의 해외 의존성이 높고 고가로 수입을 한다. 가동 중 검사장비는 방사능 오염으로 인해 가동전 검사에 투입할 수 없다. 따라서 항상 2 set 을 보유하여 만일을 대비해 검사장비의 redundancy 확보가 필요하다. 장비 국산화를 위한 재원 확보의 어려움 및 장비 국산화 후 국제 인증이 필요하다.

3) 원자로 검사 단축

10년 interval 에 2회 검사에서 1회 검사로 단축하는 경향이다. 10년에 단 1회 검사를 위해 고가의 자동 장비들을 수입 혹은 제작하여 확보하여야 하는 문제점이 있다. 원자로 자동 검사장비의 국산화는 현행 기술로 큰 문제가 없다. 그러나 수요 측면에서 경제성 문제가 있다.

4) 장비 보수유지 및 기술 유지

오염 장비 보관 및 시설이 필요하며, 보관 시설 및 보수 유지를 위한 경비가 요구되며, 검사 신뢰도 향상을 위한 신기술 획득 및 장비 upgrade를 위한 계속적인 투자가 필요하다.

5) 한수원 용역 수탁

QA 의 기본 개념은 제품이든 서비스이든 관련 규격에서 정한 일정 품질을 기본적으로 항상 유지하자는 것이다. 즉 이를 통하여 원전 건전성 (integrity) 및 균일성 (uniformity) 을 유지시키자는 데 목적이 있다. 한수원은 입찰을 통하여 (계획 정비 때마다 검사업체를 선정) 업체를 선정하는데, 업체 입장에서 보면 계속적이고 균형적인 수탁이 불가능하다. 이에 따라 수탁업체는 계획적이고 체계적이고 조직적인 검사를 수행할 수 없다. 수탁이 안 되었을 경우, 자사를 유지할 경제적 자원이 부족할 수 있으며 (최소 60여명의 전문 기술 인력을 항상 유지해야 함), 입찰 때마다 업체가 변경될 수 있으므로 각 원전 설비에 대한 historical management 부재로 신뢰성 있는 원전 설비 점검이 부족할 수 있다.

5. 원전 가동중검사 기술 해외 수출을 위한 애로사항 및 문제점
해외 buyer 들이 국내 원전 가동중검사 기술을 수입하는 이유는 선진 외국 타 비파괴 업체에 비해 우수한 경쟁력 (Good Quality & Cheap Price) 에 있을 것이다. 양질의 검사 기술 및 양질의 검사 장비들을 확보하고 유지함은 물론 기량이 검증된 기술자들이 저렴한 가격으로 서비스를 제공하는 것은 검사기술을 해외로 수출하는데 필수사항이다. 가동중검사 기관들은 경제적으로 기반이 약하다. 따라서 경쟁력 있는 양질의 기술을 확립하고 유지해 나가며 저렴한 경쟁력 있는 가격으로 해외 수출을 하기 위해선 역부족이다. 현실적으로 해외 기술 수출을 준비하기 위한 재원을 충당할 방법이 없다. 그래서 국내에서 해외로 기술 수출을 위해선, 고급 원전 가동중 검사 기술이 아닌 저급 기술자나 할 수 있는 부가가치가 전혀 없는 노동집약적인 비파괴 사업들만을 해외에 수출하게 될 것이다. 더하여, 한수원의 현행 입찰제로 만일 일정 기간 내에 수개의 원전에 대해 검사업무를 중첩하여 수행해야 할 경우, 해외 기술 수출은 인력 및 장비 조달 문제로 현실적으로 어려울 것이다.

6. 원전 가동중검사 전문 업체 특성화 및 일원화를 위한 제안
재계는 현재 “한국 원자력 산업계의 재편이 필요한 시점“ 이라고 주장하고 있다. 해외 원전 수출을 위해선 현행의 설비 운영자인 한수원을 앞세운 해외시장 개척 구도에서 플랜트 설비 생산의 핵심 업체를 주축으로 체계를 재정비하고 시장 전략을 짜야 된다고 강조하고도 있다. 국내 원전 가동중 검사에 5개 유자격업체가 수행을 하고 있는데, 토론하였듯이 많은 애로점이 있으며, 이런 상태에선 특히 다음의 문제점들이 지적된다.

가)
나)
다)

라) 총체적 및 일괄적으로 국가 경쟁력을 갖춘 원전 가동중 검사기관이 탄생할 수 없다.
통일되지 못한 경쟁으로 인력 낭비 및 자원 지출이 많다.
원전 기술 국산화 및 기술력 강화를 위한 road map 이 구성되지 못한 채, 무계획한 기술개발은 물론, 개발된 기술도 사장되고 있으며, 현 가동중검사에 자족하며 안주하게 된다.
원자력 기술 수출은 국가적 사업이므로 원자력 가동중검사 기술 해외 수출이라는 대명제하에 철저한 대비책이 절대적으로 필요하다. 현행 체재 하에서는 대 명제를 성취하기가 어렵다.
미국의 발전 설비 전문 엔지니어링 업체인 Westinghouse 가 원전 가동중검사 전문 기관으로 Wesdyne 을 설립하였고, 미국 내 시장 60% 이상을 점유하고 있음은 물론 해외에 검사기술을 수출하고 있다. 불란서 Framatome 역시 전문 검사기관으로 해외 수출을 위해 package 개념으로 철저하게 해외 시장 개척을 하고 있다. 그러나 국내 경우, 현행 운영 체재 하에서는 국가 경쟁력을 갖춘 global 한 회사를 만들 수 없으며 체계력, 계획력 및, 조직력 부재로 중소기업 형태를 벗어날 수 없다.

따라서 국내에서도 원전 가동중검사 및 관련되는 연구 개발만을 전문으로 수행하는 특성화된 전문기관의 설립이 필요하다. 이를 통해 특성화된 전문 기관은 국내 원전에 대해 체계적이고 조직적이고 계획적인 검사 업을 수행함은 물론, 장기 road map plan 에 따라 연구개발을 수행하여 세계적인 경쟁력 있는 기관을 만들어서 세계 시장에 원전 가동중검사 기술은 물론 유관 연구 개발 기술을 수출한다. 명실 공히 원전 가동중검사 및 연구개발 모든 면에서 경쟁력 있는 세계 수준의 global 가동중검사 전문기업을 만들 것을 제안한다