NuScale Power가 선택한 Boltight® – SMR 유지보수 자동화를 실현하다
원자력은 대규모 에너지를 생산할 수 있는 매우 효율적인 발전 방식입니다. 그러나 기존의 원자력 발전소는 방사선 노출 문제를 포함해 유지보수와 연료 교체 작업이 매우 복잡하게 이루어집니다. 다행히 최근에는 보다 현대적이고 효율적인 방식인 소형 모듈 원자로(Small Modular Reactor, SMR)가 주목받고 있습니다. 그렇다면 Boltight는 이 새로운 산업이 안고 있는 유지보수 과제를 어떻게 해결하고 있을까요?
SMR은 하나의 대형 원자로 대신 여러 소형 원자로를 배치하는 설계를 채택하며, 이를 통해 자원을 보다 효율적으로 활용할 수 있을 뿐만 아니라 유지보수 및 연료 교체 작업도 훨씬 간소화됩니다. 그러나 원자로의 유형이나 설계 방식과 관계없이, 원자력 발전소의 운영은 매우 복잡하며 종종 고비용의 가동 중단과 작업자에 대한 위험을 수반합니다.
이러한 문제를 해결하기 위해 SMR 분야를 선도하는 NuScale Power는 보다 효율적이고 미래지향적인 유지보수 자동화 방식 개발에 착수하였고, 이 과정에서 Nord-Lock Group의 Boltight 솔루션이 핵심적인 역할을 하게 되었습니다.
“NuScale은 거의 20년 전부터 새로운 개념의 SMR에 대한 비전을 가지고 있었습니다. 2020년에는 미국 원자력규제위원회(NRC)로부터 최초로 SMR 설계 승인을 받아 역사적인 순간을 맞이하기도 했습니다.”
Dr José Reyes, 공동 창립자 겸 최고기술책임자(CTO).
NuScale이 선택한 최적의 텐셔너 – Boltight
NuScale Power가 유지보수 자동화를 추진한 가장 큰 이유는, 원자력 발전소 운영의 핵심인 연료 교체 프로세스를 최적화하기 위해서였습니다. 이전에는 원자로 압력용기(RPV)가 수면 아래 약 18미터 깊이에 위치해 있어, 연료 교체 시 거꾸로 설치된 너트 헤드를 체결하고 해체하는 작업을 수행하는 것이 매우 까다로웠습니다.
“기존에는 3~4명의 작업자가 폴라(polar) 크레인에 연결된 유압 공구를 사용해 텐셔너를 헤드 주위로 이동시키며 작업을 수행했습니다. 이러한 방식은 절차가 복잡하고 시간이 오래 걸릴 뿐 아니라, 방사선 환경에서 작업자가 직접 개입해야 한다는 점에서 최적의 방법이라고 보기 어렵습니다.” Nord-Lock Group 텐셔닝 사업부의 컨설턴트 Patrick Abernethy는 말합니다. 그는 NuScale Power와 협력해 신규 자동화 공구 시스템 개발에 깊이 관여했습니다.
입찰 과정에서 Boltight 팀은 업계 최고 수준의 유압 텐셔닝 기술이 이 프로젝트의 기술 요건을 완벽하게 충족시킬 수 있음을 제안서를 통해 입증했고, 그 결과 NuScale Power는 Boltight가 유지보수 자동화 공구에 가장 적합한 텐셔닝 솔루션이라고 확신하게 되었습니다.
“NuScale이 Boltight를 승인하고 최종적으로 선택한 이후, 우리는 여러 단계의 수용 기준 테스트를 통해 텐셔너의 신뢰성을 입증했습니다. 전 과정에서 당사의 텐셔닝 시스템이 보여준 성능을 보면, 이번 프로젝트는 확실한 성공이었다고 말할 수 있습니다.”라고 Abernethy는 평가합니다.
유압 텐셔닝과 자동화의 결합
초기 개발 단계에서 Boltight가 텐셔닝 솔루션으로 선정된 이후, 자동화 로보틱스 부분의 완성을 위해 새로운 파트너가 필요했습니다. 별도의 입찰 과정을 거쳐 ATS Industrial Automation(ATS)이 최종 선정되었고, 자동화 공구 시스템인 MAEB(Modular Assembly Equipment Tooling) 개발을 주도하며 전문성과 솔루션을 제공했습니다.
“ATS는 훌륭한 파트너였습니다. 각자의 역할을 명확히 한 이후, 협업은 매우 원활하게 이루어졌습니다.” Patrick Abernethy는 이렇게 협업 과정을 회상했습니다.
MAEB는 아직 완전한 자동화 시스템은 아니며, 수동으로 조작해야 합니다. 작업자는 카메라를 통해 원자로 압력용기(RPV) 내부 수조에서의 작업 위치를 원격으로 제어합니다. 그럼에도 불구하고, 이 시스템은 SMR의 연료 교체 및 유지보수 작업을 보다 간편하고 효율적으로 수행할 수 있게 해주는 획기적인 진전이라 할 수 있습니다.
현장 과제를 해결하기 위한 개발
Boltight 유압 텐셔닝 공구가 ATS의 자동화 시스템과 완벽하게 통합되기 위해서는 실제 운전 조건을 고려한 설계가 필요했습니다. 예를 들어, 텐셔너가 정확히 정렬되지 않아 체결이 어려운 상황에 대비해 일정 수준의 정렬 허용 오차가 설계에 반영되어야 했습니다. 또 다른 시나리오는 텐셔너가 예기치 않게 고착되는 경우로, 이러한 상황에 안정적으로 대응할 수 있도록 기능과 구조가 함께 설계되어야 했습니다.
이와 같은 요소들은 선례가 거의 없는 원자로 유지보수 자동화 공구 개발에 있어 실용적이면서도 혁신적인 엔지니어링 접근 방식이 필수적이었습니다.
“우리는 말 그대로 백지 상태에서 시작해, 이와 같은 환경에서 텐셔너가 어떻게 작동해야 하는지를 정의해 나갔습니다. 이번 프로젝트를 통해 개발된 공구와 텐셔닝 솔루션에 담긴 엔지니어링 성과는 매우 탁월했으며, 앞으로의 전개가 더욱 기대됩니다.”라고 Patrick Abernethy는 이번 프로젝트의 성과에 대해 이같이 덧붙였습니다.