주급수 벤츄리관 파울링현상 완화를 위한 코팅의 산화막 특성 평가 = Electrochemical Evaluation of Oxide Film Characteristics of Ni and Pd Coatings for Mitigating Feedwater Venturi Fouling Phenomena

국문 초록 (Abstract)

2차측 주급수 벤츄리관 저압탭 부위나 벤츄리목 부위에 이물질이 침적되면 유량계 전후단 차압이 발생하는 파울링 현상 발생으로 주급수 유량을 실제보다 과다하게 측정하게 된다.
즉, 2차측 열출력 변수도 실제 출력보다 과다지시하여 RCS 희석량도 감소하게 되며 2차측 터빈,발전기 출력이 감소하게 된다. 국내 많은 원자력발전소에서 이런 파울링 현상으로
원치 않은 출력 감소를 겪으며 경제적인 손실을 입게 됩니다. 파울링 현상을 겪고 나서 보통 고PH 운전을 통해서 침적량을 완화시킵니다. 파울링 현상을 사전에 방지할 수 있는 방안을 생각했을 때 주급수 벤츄리관에 이물질의 침적을 줄일 수 있는 재질을 코팅하는 방안을 생각했습니다. 해외 원전과 국내 원전의 코팅기술개발 선행 논문을 참조하여 Ni/Pd 코팅 시편의 코팅 산화막 특성 평가를 비파괴적인 산화막 분석 방법인 전기화학 임피던스 분광법(EIS)을 통해 수행했습니다. 결론적으로 2차측 급수관 수화학 조건을 적용한 Ni/Pd 코팅 시편을 전기화학 임피던스 분광법(EIS)으로 분석하여 Pd 코팅 시편이 Ni 코팅 시편보다 부식에 대한 저항성이 우수하다는 결론을 알게 되었습니다. 기존 연구에서 수행하지 않은 EIS 방법을 통해 전기화학적 관점에서 코팅의 안정성 검증을 할 수 있었습니다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In domestic nuclear power plants, the feedwater venturi is frequently exposed to high-temperature and high-pressure operating environments, in which corrosion products and oxide deposits tend to accumulate on the inner surface of the venturi. Such deposit buildup can introduce measurement uncertainties, ultimately leading to flow-rate errors and degradation of operational reliability.
To alleviate these fouling phenomena, the application of protective metallic coatings has emerged as a possible engineering solution. In this study, Ni and Pd coatings were applied to SS316L substrates, and the oxide film characteristics formed under simulated primary-side environments were comparatively evaluated.
Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) was employed to analyze the corrosion and oxide growth behavior of four different specimen conditions: non-exposed Ni, exposed Ni, non-exposed Pd, and exposed Pd. The Nyquist and Bode plots for each specimen were interpreted to determine changes in charge-transfer resistance, oxide layer stability, and interfacial capacitance. A unified single Randles equivalent circuit was adopted for all specimens, and the fitting accuracy and reliability were assessed using chi-square and RMSE values.
The non-exposed Pd specimen exhibited the highest impedance magnitude and the largest Rct, indicating superior passivation stability. In contrast, the exposed Ni specimen showed a pronounced decrease in Rct and increased non-ideal capacitive behavior, suggesting the onset of oxide layer degradation under corrosive conditions.
Compared with Ni, the Pd-coated specimens demonstrated consistently higher electrochemical stability, both before and after exposure, maintaining smoother fitting behavior and lower error factors in the equivalent-circuit analysis. These findings indicate that Pd coatings can provide enhanced resistance against oxide film destabilization and fouling-related degradation in feedwater venturi applications. Consequently, Pd-based coatings have significant potential as an effective surface-engineering method for improving long-term measurement accuracy and operational reliability in nuclear power plant systems.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 1.1 연구 배경 및 필요성 1
• 1.2 연구 목적 8
• 1.3 연구의 범위 및 구성 9
• 2. 실험 방법 9
• 2.1 시편 준비 및 코팅 조건 9
• 2.2 부식 환경 조건 11
• 2.3 전기화학 임피던스 분광법 (EIS) 12
• 2.4 등가회로 모델 구성 25
• 3. 결과 및 고찰 40
• 3.1 EIS Nyquist 및 Bode Plot 분석 40
• 3.2 등기회로 모델링 결과 44
• 3.3 등가회로 모델의 타당성 검증 및 오차율 기반 신뢰성 평가 69
• 4. 결론 73