한국 원자력산업의 공장 ‘두산중공업’

 

 

한국 원자력산업의 공장 ‘두산중공업’

APR-1400 원자로로 세계 시장 공략

• 이정훈 동아일보 신동아 편집위원 hoon@donga.com
• 입력2006-12-15 16:23:00

 

• 창원이 박정희의 꿈이 어린 땅이라면, 귀곡단지는 정인영의 야망이 서린 땅이다. 어렵게 출범한 기계공업의 메카에서 어떻게 원자력산업이 꽃피게 됐을까. 원자로와 증기발생기를 제작하는 두산중공업은 미국과 중국 시장 진출을 노리고 있다.

쫀득쫀득한 강철이 방사선에 잘 견딘다. 그러한 강철을 만들려면 담금질 과정이 필요하다. 두산중공업의 단조공장.

경남 창원시 귀곡동에 있는 두산중공업을 찾아가는 길은 묘하다. 창원 시내를 벗어나 진해 쪽으로 잠시 차를 달리다 장복터널 못미처 오른쪽으로 빠지면 두산중공업 입구가 나타난다. 창원에서 진해로 가는 길도 장복산(長福山)을 뚫은 산길이지만, 여기서 갈려 두산중공업으로 이어지는 길도 산을 깎아 만든 고갯길이다.

‘볼보고개’

이 길 내리막에 두산중공업 정문이 있다. 그런데 이 길 왼쪽에 굴삭기 등을 생산하는 볼보건설기계코리아 공장이 보였다. 1998년 4월까지는 삼성중공업이 경영한 공장이었는데, IMF 외환위기 때 스웨덴 기업인 볼보에 매각돼 지금은 볼보건설기계코리아의 공장이다. 이 공장 때문에 두산중공업 정문으로 이어지는 길은 ‘볼보고개’란 이름을 얻었다.

두산중공업이 입지한 곳은 ‘귀곡단지’로 불린다. 과거 이곳의 지명이 귀곡리와 귀현리였기 때문에 생긴 이름이다. 귀곡단지 서쪽은 합포만(合浦灣)에 접해 있어 트여 있으나, 북쪽과 동쪽, 남쪽은 장복산의 갈래인 고산(420m) 표범산 귀암산 홍곡산 굴앞산이 둘러싸고 있다. 산들은 합포만에 이를 때까지 세(勢)를 올리고 있어, 귀곡단지는 합포만을 바라보는 삼태기 형국이다.

합포만 건너 서북쪽에 마산시가 있다. 마산시 뒤에는 해발 767m 높이를 자랑하는 무학산(舞鶴山)이 서 있는데, 이 산 기슭에서 생산돼 경남지역을 석권한 술이 그 유명한 ‘무학소주’이다. 합포만은 내륙으로 쑥 들어와 있는 바다로 남해 쪽을 제외하곤 사방이 죄다 높은 산으로 둘러싸여 있다. 어머니의 자궁처럼 안전하고 아늑하게 들어와 있는 바다….



노산 이은상이 이곳에서 “내 고향 남쪽바다~”로 시작되는 ‘가고파’를 지을 때 이 안온함에서 시상을 얻지 않았을까. 자고로 ‘산이 높으면 골이 깊은’ 법. 높은 산들로 둘러싸여 있으니 합포만은 골이 깊을 수밖에 없다. 합포만 어귀에 있는 진해항에는 10만t급 항공모함이 들어올 수 있고, 합포만 가장 안쪽에 있는 마산항에도 2만t급 컨테이너선이 들어올 수 있다.

진해는 해군의 작전사령부와 해군사관학교가 있는 군사도시이다. 한국 해군은 8개 전단으로 구성돼 있는데 이 중 5개 전단이 작전사령부 직속이라 진해항을 모항(母港)으로 한다. 이 5개 전단이 합포만으로 들어오려는 외적을 막는 보루 구실을 한다. 귀곡단지는 외적과 바람을 막을 수 있는 천혜의 지역에 자리 잡고 있는 것이다.

공장을 만드는 공장

이러한 곳에서 한국의 원자력산업이 웅지를 펴고 있다. 원자력발전소의 핵심인 ‘원자로’와 원자로에서 나온 열을 토대로 증기를 만드는 ‘증기발생기’, 증기발생기가 일으킨 증기로 돌아가는 ‘터빈’, 터빈을 따라 돌아가며 전기를 생산하는 ‘발전기’가 모두 이곳에서 만들어진다. 전기를 생산하는 공장이 발전소인데 그 공장(발전소) 설비를 만드는 공장이 바로 두산중공업이다.

울산에 있는 현대중공업이나 거제도의 대우해양조선 곳곳에는 중량물이 버티고 있거나 이동하고 있다. 배는, 특히 거대한 배는 조각조각 나뉘어 용접을 함으로써 제작된다. 수백, 수천개의 철판을 용접해 수십만t짜리 배를 만들다보니 조선소 안에서는 심심찮게 거대한 철판을 싣고 가는 대형 차량을 만나게 된다. 이러한 이동으로 인해 조선소는 더욱 활기찬 모습으로 다가온다. 그런데 두산중공업은 조용했다. 왜 그럴까.

조선은 물건을 담을 그릇(배)을 만든다면, 기계공업은 그릇(공장) 안에 들어갈 설비를 만드는 산업이다. 그릇은 커야 하지만 기계는 클 이유가 없다. 작은 구조물은 공간을 덜 차지한다. 이동하더라도 분주한 느낌을 주지 않는다. 이 차이가 두산중공업의 조용함을 만들었을 것이다.

합포만 깊숙이 자리잡은 두산중공업.

원자로도 기계이다. 기계는 주조(鑄造)공장에서 만들어지기 시작한다. 원자로는 30년 이상 강력한 방사선을 쬐고 있어야 한다. 핵연료는 펠렛(pellet)이라고 하는 담배 필터보다 작은 금속 용기에 들어 있고, 펠렛은 연료봉(燃料棒)이라고 하는 금속 원통에 들어간다. 이 연료봉을 묶어 보통 핵연료라고 하는 핵연료 다발을 만드는데, 이 다발을 원자로에 집어넣는 것을 “총알 한 발 장전”이라고 말할 때와 같은 ‘장전(裝塡)’이라고 한다.

장전된 핵연료가 핵분열을 일으키면 강한 방사선이 나오는데 이 방사선을 가장 먼저 받는 것이 펠렛을 이루는 금속이다. 펠렛을 뚫고 나온 방사선이 있다면 연료봉 금속이 맞고, 연료봉 금속을 뚫고 나간 방사선은 원자로 내벽이 받아내야 한다. 원자로 밖에는 원자로 건물이 있다. 원자로 건물 주변에는 증기발생기와 가압기 등이 있는데 이러한 시설을 덮고 있는 것이 ‘컨테이너 용기’라고 하는 둥그런 건물이다.

펠렛과 연료봉을 이루는 금속은 핵연료가 원자로에 장전돼 핵분열을 일으키는 4년 정도 방사선을 맞지만, 원자로는 원자로를 폐기하는 날까지 계속 방사선을 맞고 있어야 한다. 원자로의 설계수명은 30년이라고 하나, 요즘은 기술이 발달해 60년 정도 사용하는 경우가 허다하다. 원자로는 60년 동안 방사선을 맞아도 끄떡없을 정도로 강해야 한다.

쫀득쫀득한 쇠를 만든다

그러나 쇠도 사람과 같아서 일정 수치 이상의 방사선을 오래 쬐고 있으면 물성이 변하면서 약해진다. 구리 안티몬 주석 비소 성분을 갖고 있는 쇠일수록 방사선을 쪼였을 때 약해지는 정도가 빠르므로, 원자로를 만들 때는 이러한 성분이 들어가지 않도록 주의해야 한다. 이러한 성분이 들어가 있지 않은 최고 원료가 바로 자동차 차체(車體)를 만들고 남은 냉연강판의 찌꺼기이다.

잠깐 쇠 이야기를 하고 나서 원자로 이야기로 돌아가기로 하자. 포스코는 한국을 대표하는 제철소이므로 철을 생산한다. 그러나 포스코에서 내놓은 상품은 철이 아니라 강(鋼, Iron)이다. 강은 철의 일종이다. 그러나 철과 강은 엄청나게 다르다.

스틸(Steel)이라고도 하는 철(鐵)은 용광로에 철광석과 코크스 등을 넣고 가열해서 얻은 쇳물을 식혀 얻는다. 이때 일정한 모양의 형틀에 넣어 식히면 형틀 모양대로 제품이 만들어지는데, 이것을 가리켜 주철(鑄鐵)이라고 한다. 대표적인 주철 상품이 예전에 시골에서 많이 보았던 가마솥이다. 가마솥은 매우 튼튼한 것 같지만 떨어뜨리면 깨진다.

튼튼한 것 같은 주철(또는 철) 제품이 쉽게 깨지는 것은 그 안에 들어 있는 탄소 성분 때문이다. 따라서 탄소를 빼내면 철은 훨씬 강하고 질겨지는데 이를 가리켜 강(鋼)이라고 한다. 통상 탄소가 2% 이상이면 철이라 하고 이하면 강이라 한다. 현대 사회는 철기시대의 첨단을 걷는 만큼 강한 쇠를 필요로 한다. 따라서 제철소에서는 철이 아니라 강을 생산하므로 현대는 ‘강기 시대’로 불러야 할 것이다. 철은 강을 생산하기 위한 중간 제품에 지나지 않는다.

두산 중공업은 합포만에 자체 부두를 갖고 있다.

강을 만드는 것은 어렵지 않다. 쇳물에 강제로 산소(O₂)를 집어넣으면 주입된 산소는 쇳물 속에 있던 탄소(C)와 결합해, 일산화탄소(CO)나 이산화탄소(CO₂)로 빠져나온다. 포스코는 이러한 강을 다양하게 가공한다. 이 가공법 가운데 하나가 냉연(冷延)이다. 냉연은 열연(熱延)에 대응하는 말인데, 열연은 열을 가해 강을 롤러로 압착한 것이고 냉연은 열을 가하지 않은 상태에서 압착한 것이다.

롤러로 압착하며 강판이 만들어진다. 냉연강판은 열연강판에 비해 표면이 아름답고 경도(硬度·굳기)가 강하다. 이 냉연강판의 주 고객이 현대나 기아 같은 자동차 회사이다. 자동차 회사는 냉연강판을 이리저리 잘라서 차체를 제작하는데, 이때 일부 냉연강판이 자투리로 남는다. 냉연강판의 자투리와 부스러기를 t당 30여만원을 주고 열심히 사들이는 회사가 바로 두산중공업이다.

두산중공업의 주조공장은 이 부스러기에 니켈, 크롬, 바나듐 등을 섞어 전기로에 넣어 용해시킨다. 걸쭉한 ‘쇠 수프’를 만드는 것이다. 니켈과 크롬 바나듐 등을 섞는 이유는 원자로에 인성(靭性)을 주기 위해서이다. 인성은 잡아당기는 힘에 견디는 성질을 말한다.

같은 떡이라도 찹쌀로 만든 떡은 멥쌀로 만든 떡보다 훨씬 더 쫀득쫀득하다. 찹쌀 인절미는 잡아당기면 길게 늘어나는데 이것이 바로 인성이 강한 것에 해당한다. 쫀득쫀득하게 하는 것이 바로 인성인데 원자로를 이루는 쇠는 쫀득쫀득해야 한다. 쫀득쫀득한 쇠는 그렇지 않은 쇠보다 훨씬 강해서 방사선에 대한 저항력이 매우 강하다.

담금질은 보약

건강하려면 날 때부터 건강해야 한다. 태어날 때 갖고 나온 자기 기운을 ‘원기(元氣)’라고 한다. 건강한 사람은 대개 원기가 왕성하다. 차체를 만들고 남은 잔재에 니켈 등을 첨가해 합금을 만드는 것은 원기 왕성한 강을 만들기 위해서이다. 이러한 강이라야 방사선을 맞는 혹독한 환경에서 살아남을 수 있다.

두산중공업의 주조공장은 구리와 안티몬 주석 비소 성분은 철저히 빼내고 니켈과 크롬 바나듐 등을 더해 인성이 강한, 다시 말해 좋은 유전자를 가진 쇠를 만들어낸다. 좋은 유전자 덕분에 강한 원기를 타고났더라도 녹용과 인삼을 장복하면 더욱 튼튼해진다. 여기에 강인한 단련과정을 덧붙인다면 그는 초인적인 체력을 가진 사람이 될 것이다. 이러한 일을 하는 곳이 바로 단조(鍛造)공장이다.

단조공장은 대장간처럼 쇠를 가열해서 때리는 일을 반복한다. 같은 찹쌀떡이라도 떡메질을 많이 한 것이 더 쫄깃쫄깃하다. 떡메질을 하면 찹쌀가루 속에 있던 공기구멍이 압착되기 때문이다. 국수를 만들 때도 오래 반죽하면 기공(氣孔)이 압착돼 그 맛이 훨씬 더 좋아진다. 도자기를 빚을 때도 흙 반죽 작업을 오래 해야 공기구멍이 줄어들고, 공기구멍이 적어야 도자기의 표면이 매끄럽고 단단해진다.

주조공장에서는 잉고트(Ingot)라고 하는 강괴(鋼塊)를 만들어낸다. 이 강괴를 쫀득쫀득해지도록 반죽을 해야 한다. 그러나 강괴는 반죽이 되지 않으므로 열을 가한 후 때리는 방법으로 반죽을 한다. 강괴를 시뻘겋게 달군 후 대형 프레스로 내려치는 것을 반복하는데 이렇게 하면 훨씬 더 질기고 강한 강이 만들어진다. 그냥 내려치는 게 아니라 앞으로 만들 형상을 생각해가면서 내려치는데 이렇게 반죽하는 일을 단조(鍛造)공장에서 담당한다.

두산중공업 단조공장에서는 세계에서 2대밖에 없다는 1만3000t짜리 프레스가 있다. 이 프레스는 시뻘겋게 단 강괴를 물고 꽝꽝 내려치는 일을 반복하는데 그 충격이 전 공장으로 울려퍼진다. 이렇게 때린 강괴에 열을 가해 시뻘겋게 달구면 강괴 내부의 성질이 균질화되는 현상이 일어난다. 가열하기 전에는 더 강한 부분과 덜 강한 부분이 있는데, 열을 가해 달구면 그 강도가 고르게 되는 것이다.

도끼로 나무를 팰 때 나무 결을 따라 패면 쉽게 잘라진다. 강이나 쇠도 결이 있어 이 결을 따라 충격을 가하면 그렇지 않은 곳을 때렸을 때보다 쉽게 쪼개진다. 단조 공정은 이러한 결을 없애는 역할도 한다. 결이 없는 강은 방사선을 맞아도 쉽게 깨지지 않는다. 단조과정은 모양을 만들어가면서 때려주기 때문에 단조 공정을 거치면 대략적인 원자로 부품들이 만들어진다.

17기의 원자로 제작

원자로보다 수요가 많은 증기발생기를 제작하는 두산중공업 공장.

단조가 끝나면 열처리를 해서 다시 한번 내외부를 단단하게 만들고 인성과 강도 등을 조사하기 위한 파괴검사를 한다. 그리고 부분을 모아 용접함으로써 원자로를 만들어낸다. 두산중공업은 이러한 방식으로 한국에서 네 번째와 다섯 번째로 건설된 영광 1·2호기를 제작했다. 이 원자로는 미국 웨스팅하우스사에서 설계한 것이지만 제작은 이곳에서 했다. 프랑스 프라마톰사가 설계한 울진 1·2호기도 이곳에서 만들어졌다.

영광 3·4호기는 미국 컴버스천 엔지니어링과 공동 설계한 한국표준형원자로로 설계됐는데 이 원자로도 이곳에서 제작됐다. 울진 3·4호기, 영광 5·6호기, 울진 5·6호기 신고리 1·2호기 신월성 1·2호기는 한국에서 설계한 한국표준형원자로이므로 당연히 이곳에서 제작되었다. 중수로인 월성 2·3·4호기도 이곳에서 제작했다.

한국표준형원자로는 해외 수출까지 하기 위해 OPR-1000(Optimized Power Reactor-1000)로 이름을 바꾸었는데 이 원자로는 물론이고 신고리 3·4호기용으로 제작하려는 APR-1400(Advanced Power Reactor-1400)도 이곳에서 제작된다.

증기발생기 미국 수출

원자력 발전소에서 원자로만큼이나 중요한 것이 증기발생기이다. 원자로는 핵분열에 견뎌야 하지만 증기발생기는 고온 고압에 견뎌야 한다. 원자로에서 열을 받은 냉각재(1차 냉각수)는 높은 압력을 받은 상태에서 증기발생기 안에 있는 관을 통과하며 열을 관 밖에 있는 2차 냉각수에 전달한다.

고온 고압의 물이 빠르게 흐르는 관은 오랜 세월이 흐르면 누설을 일으킨다. 그로 인해 원자로에서 나온 1차 냉각수가 2차 냉각수로 새어 나가면 2차 냉각수는 방사능에 오염될 가능성이 높아진다. 따라서 증기발생기의 관은 수시로 점검해 적절한 시기에 누설 예상 지점을 보강해주어야 한다. 그래도 여의치 않으면 통째로 바꿔야 한다.

원자로는 60년 정도 사용할 수 있지만, 증기발생기는 누설 가능성 때문에 20년을 넘기면 대개 교체한다. 웨스팅하우스와 프라마톰에서 제작한 원자로에는 3대의 증기발생기가 설치된다. 반면 컴버스천 엔지니어링과 이 회사의 기술을 받아 제작하는 한국표준형원자로에는 2대의 증기발생기가 설치된다.

따라서 증기발생기는 원자로보다 훨씬 더 많이 제작되는데 이러한 증기발생기도 같은 방법으로 두산중공업에서 제작하고 있다. 두산중공업은 미국의 양대 경수로 제작 메이커인 웨스팅하우스와 컴버스천 엔지니어링의 원자로와 증기발생기를 모두 제작한 경험이 있기에 미국 원전에도 증기발생기를 제작해 납품하고 있다.

터빈과 발전기도 이 회사에서 제작한다. 터빈과 발전기는 원전뿐만 아니라 화전에도 사용되므로 이 회사는 화전용 터빈과 발전기도 제작한다. 바닷물을 담수로 바꾸려면 막대한 전력이 필요하다. 두산중공업은 발전설비를 함께 갖춘 담수(淡水)플랜트를 만들어 중동국가에 수출하고 있다.

이러한 두산중공업이 최근 한 가지 고민에 빠져 있다. 두산중공업의 덩치가 한국시장만 바라보고 있기에 너무 커졌기 때문이다. 영국과 프랑스 등 한국과 국가 규모가 비슷한 선진국을 참고할 경우, 한국의 전력산업은 조만간 포화상태에 도달한다. 한국 정도의 인구를 가진 선진국은 대개 발전설비 용량이 8000만㎾대에서 더 이상 늘어나지 않는데 현재 한국의 설비 용량이 6225만 ㎾ 정도이다.

한반도가 통일돼 북한 지역에서 대규모 발전설비 공사가 이뤄지지 않으면 두산중공업은 힘들어질 수 있다. 물론 가동되던 발전소가 수명이 다해 교체됨으로써 발생하는 물량이야 나오겠지만 기존 발전소의 개보수는 신규 발전소 건설만큼 매력적이지 못하다. 과학과 기술의 발달은 기존 발전소의 수명을 더욱 연장시키고 있는데 이러한 발전은 두산중공업의 미래를 위협하는 요소가 될 수 있다.



따라서 이 회사도 생존을 위해서는 수출에 전념해야 한다. 남북통일로 인한 북한 특수가 생기기 전까지는 수출을 통해 기술력과 자본력을 축적해 나가야 하는 것이다. 이러한 수출 주력 상품이 OPR-1000과 APR-1400원자로이다. 그러나 막상 수출 시장을 두드리자 국내에서 영업할 때와는 일부 다른 장벽이 버티고 있다.

첫째는 OPR-1000 등에 사용되는 일부 기술은 아직도 미국 컴버스천 엔지니어링의 특허가 포함돼 있다는 것이다. 프랑스의 아레바(과거의 프라마톰)처럼 독자적인 기술을 갖고 있어야 한국은 특허 시비에 걸리지 않고 해외에 진출할 수 있다. 미국 회사의 특허가 들어가 있지 않은 완전한 독자 기술을 완성하는 것이 해외 진출의 제1 관문이다.

해외시장 진출로 활로 모색해야

둘째는 한국 컨소시엄 형성 문제이다. 웨스팅하우스를 비롯한 외국 원자력회사들은 원자력 설비만 판매하는 것이 아니라 발전소 운영까지 도맡아 한다. 원전 설계와 제작 그리고 발전소 운영까지 풀 서비스를 제공하는데 한국은 원자력발전소 종합설계는 한국전력기술이, 원자로 설계는 한국원자력연구소가, 원자로 제작은 두산중공업, 원전 운영은 한국수력원자력이 맡고 있다.

국내에서 원전을 건설할 때는 이렇게 나눠져 있는 것이 조직 간에 감시와 경쟁을 일으켜 효과적이지만 해외에 나가면 오히려 손해를 보게 한다. 해외 진출은 여러 개로 쪼개서 나갈 것이 아니라 하나로 뭉쳐 나가야 이익을 극대화할 수 있다. 새로운 원전 시장을 창출하기 위해서는 이 회사들은 묶는 ‘한국 컨소시엄’이 필요하다.

두산중공업은 두 가지 문제가 풀린다면 한국 원전의 세계 진출이 가능할 것으로 보고 있다. 때마침 미국과 독일이 원자력발전소 건설을 재개하려는 움직임을 보이고 있다. ‘세계의 공장’인 중국도 원전 건설에 관심이 많다. 인도를 비롯한 동남아 국가도 원전을 유치하고자 한다. 원전 발전 대국인 한국은 두 개의 관문을 뚫고 원전 수출 대국으로 일어설 수 있을 것인가.