In this study, the methodologies for design and integrity evaluations for a heat exchanger made of type 316L stainless steel subjected to high temperatures in the creep range are suggested. Structural design and integrity evaluations are conducted for a sodium-to-air heat exchanger UHX in the STELLA-2 test facility at the Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) for large-scale sodium thermal fluid characteristics integral effect tests and is currently under operation. The helical-type heat exchanger of the UHX has a temperature difference of 530℃ with the primary coolant of 550℃ sodium and secondary coolant of 20℃ air and is made of austenitic stainless steel of type 316L. Methodologies for the structural designs, stress analyses, and integrity evaluations based on 3D finite element analysis are suggested. In the integrity evaluations on the UHX, the technical issues to applying the ASME BPVC Section VIII Division 2 that is generally used for design of the pressure vessel is analyzed and design methodologies for alternative design rules of the RCC-MRx are provided.
본 연구에서는 크리프 영역의 고온에서 가동되는 316L 스테인리스강 재질의 고온 열교환기의 고신뢰도 설계 및 평가 방법론을 제시하였다. 대형 소듐 열유동특성 종합효과시험시설로서 한국원자력연구원 내에 구축 완료 후 가동 중에 있는 STELLA-2 내 고온 소듐-공기 열교환기인 UHX의 구조설계 및 건전성 평가 방법론을 기술하였다. 일차 냉각재인 소듐의 온도가 550℃이고, 이차냉각재인 공기의 유입온도가 20℃로 530℃의 높은 온도차를 가지며 사용재질이 316L 스테인리스강인 헬리컬형 열교환기 UHX에 대해 구조설계 방법론과 3D 유한요소해석 기반 응력해석 및 건전성 평가 방법론을 제시하였다. 고온 압력기기의 설계에 통상적으로 사용하는 ASME BPVC Section VIII Division 2의 적용 시 기술현안, 그리고 대체 기술기준인 RCC-MRx를 따른 설계 건전성 평가 방법론을 제시하였다.