한국원자력연구원(KAERI)에 구축된 700℃ 대용량 열에너지저장 시스템(TESET) 내 Type 316L 스테인리스강 배관에 대해 고온 설계 및 평가를 수행하였다. 700℃ 의 소듐 냉각재가 유동하는 고온관은 루프히터, 고온 축열조, 공기-소듐 열교환기 등의 고온 기기를 연결하는 배관이다. 배관설계 기술기준인 ASME B31.1과 RCC-MRx는 크리프 영역에서 가동되는 Type 316L 스테인리스강 고온관의 설계절차를 제시하고 있다. 그러나 550℃ 에서 700℃ 사이의 온도에 대해서는 고온 배관 설계평가에 필요한 많은 재료물성이 부재인 상태로 있다. 이에 따라 본 연구에서는 설계평가를 위해 일련의 재료강도 시험을 수행하였고, 피로 및 크리프 재료 물성에 대해서는 사전 연구에서 얻은 재료 물성치 기반으로 700℃ 배관의 고온 설계와 관련하여 부족한 재료 물성 및 설계 계수를 결정하였다. 연구수행 결과 Type 316L 스테인리스강은 700℃ 냉각재가 유동하는 고온 배관계통에 제한된 시간 동안 사용이 가능한 것으로 나타났다.
Elevated temperature design and evaluations on Type 316L stainless steel piping in a 700℃ large-capacity thermal energy storage verification test loop (TESET) constructed at KAERI have been conducted. The hot leg piping with sodium coolant of 700℃ connect the main components of loop heater, hot tank and air-to-sodium heat exchanger. The design rules of ASME B31.1 and RCC-MRx provide design procedures for high-temperature piping in the creep range for Type 316L stainless steel. However, many material properties needed for design evaluations are not available over the temperature of 550℃ to 700℃. A series of high-temperature material strength tests were conducted in this study, and other essential material properties from previous test works on low cycle fatigue tests and creep tests were used for the design evaluations. The lack of material properties and design coefficients were determined based on the material tests associated with high-temperature design on the 700℃ piping. It was shown that Type 316L stainless steel can be used for a limited time duration in a high-temperature piping system subjected to 700℃ coolant.