KR101083171B1 - 수위제어에 의한 원자력발전소 증기발생기의 세정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자력발전소 증기발생기에 퇴적되어 있는 슬러지나 고착되어 있는 스케일을 제거하기 위한 방법에 관한 것으로서, 기존의 일정하게 적용되던 세정액의 농도 및 수위를 단계적으로 변화시켜 적용함으로써 슬러지나 스케일의 제거효율을 향상시키고, 아울러 세정액 접촉부위의 금속재질(모재)에서의 부식율을 저감시킬 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.

원자력발전소, 증기발생기, 슬러지 , 스케일, 세정액, 단계적 , 농도 , 수위, 제어, 부식율

Description

수위제어에 의한 원자력발전소 증기발생기의 세정방법{Heat exchanger chemical cleaning method using level control}

본 발명은 수위제어에 의한 원자력발전소 증기발생기의 세정방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 원자력발전소 증기발생기 2차측 화학세정 공사시 증기발생기 내부에 세정액과 접촉하는 부위의 재질 부식율을 줄이고, 슬러지의 제거효율을 향상시킬 수 있는 수위제어에 의한 원자력발전소 증기발생기의 세정방법에 관한 것이다.

원자력발전소 증기발생기의 2차측에는 발전소의 가동에 따라 계통수 중에 포함되어 있는 철산화물이 퇴적되며, 운전년수의 증가에 따라 그 퇴적량이 점차 증가하게 된다. 퇴적되는 슬러지는 그 종류에 따라 가루형태의 연성슬러지, 연성슬러지가 경화된 경성슬러지, 튜브표면의 스케일 등으로 나눌 수 있다.

경성슬러지는 증기발생기 내부의 구성 재료와 접촉하는 부위인 슬러지 층의 가장 안쪽에 장기간 퇴적되어 있던 슬러지가 고온 고압의 조건에서 경화되어 생성된 것으로써 주로 덩어리 형태로 접촉부위에 고착되어 있으며 튜브시트 부위 즉 증기발생기 하부에 다량으로 쌓이게 된다.

연성슬러지는 증기발생기의 운전 중 2차측 유체의 유동에 의해 하부의 튜브시트 부위 및 상부의 튜브번들 부위까지 광범위하게 쌓이게 된다. 기존에 상업화되어 있는 화학세정 방법은 세정액의 주성분인 EDTA의 농도를 10% 이상으로 적용하는 고농도 세정방법과, EDTA의 농도를 2% 이하로 적용하는 저농도 세정방법으로 나뉘어 진다. 저농도 세정은 주로 연성슬러지 즉 분말형태의 슬러지 제거에 효과가 좋으며, 경성슬러지 즉 단단하게 굳어있는 형태의 슬러지 제거에는 효과가 거의 없다.

저농도 세정시 모재의 부식율은 탄소강 기준 약 1mils 이하이다. 고농도 세정은 연성슬러지 및 경성슬러지 제거 모두 효과가 좋으나 증기발생기 모재 부식율이 탄소강 기준 약 5mils 정도로 높아지게 된다. 또한 고농도 화학세정액을 증기발생기 전체에 주입할 경우 세정액이 반응이 쉬운 증기발생기 상부의 연성슬러지와 먼저 반응하여 증기발생기 하부의 경성슬러지 제거효율은 떨어지는 단점이 있었다.

기존의 세정방법은 세정시 슬러지의 부위별 조성에 관계없이 일률적인 세정액 농도를 적용함으로써, 낮은 농도의 세정액 농도를 적용하여 일부 부위의 슬러지 제거에만 효과를 보던지, 높은 농도의 세정액 농도를 적용하여 모재 부식율을 과도하게 올리는 단점이 있었다.

예를 들어 세정제로 EDTA 농도 10∼20%를 사용시 증기발생기 하부의 경성슬러지부터 상부의 연성슬러지 까지 모든 슬러지를 광범위하게 제거할 수 있다. 그러나 증기발생기 전체를 고농도의 EDTA로 채움으로 인해 세정약품의 비용이 과다하게 소요되고 증기발생기 상부까지 모재 부식율이 탄소강 재질의 경우 일반적으로 약 5mils에서 많게는 10mils 정도까지 과도하게 올라가는 단점을 막을 수 없었다.

세정제로 EDTA의 농도를 2% 이하로 사용할 경우 증기발생기 상부에 퇴적된 연성슬러지의 제거는 가능하나 증기발생기 하부 튜브시트에 쌓인 경성슬러지의 제거는 불가능하게 된다.

또한 증기발생기 상부 및 하부의 슬러지 퇴적이 모두 문제가 되어 이 두 공정을 모두 진행하고 싶어도, 원자력발전소의 특성상 계획예방정비 기간이 촉박하게 정해져 있어 한 공정의 적용에 일주일 정도씩 소요되는 공정을 동시에 두가지씩 적용하는 것은 실정에 맞지 않을 뿐 아니라 경제적으로도 어려움이 있었다.

증기발생기의 하부 튜브시트에 집중적으로 쌓이게 되는 경성슬러지는 세정액의 EDTA 농도가 10% 이상에서 제거가 가능하고, 증기발생기의 상부인 튜브번들, 5단, 6단, 7단 튜브지지판에 쌓이는 연성슬러지는 세정액의 EDTA 농도가 2% 이하에서도 충분한 제거가 가능하므로, 본 발명은 기존의 일정하게 적용되던 세정액의 농도 및 수위를 단계적으로 변화시켜 적용함으로써 슬러지나 스케일의 제거효율을 향상시키고, 아울러 세정액 접촉부위의 금속재질(모재)에서의 부식율을 저감시킬 수 있는 방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있는 것이다.

본 발명의 수위제어에 의한 원자력발전소 증기발생기의 세정방법은, 고농도의 세정액을 반응이 필요한 부위에 우선 주입하는 단계; 상기 반응이 진행되는 도 중에 반응 가능한 당량의 세정액이 소모된 시점에 남아 있는 세정액을 희석하는 단계; 및 상기 부위와 다른 부위에 희석된 저농도의 세정액을 적용하여 세정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 기존의 세정공정에서 발생하는 모재부식율을 저감시키기 위하여 고농도의 세정액을 반응이 필요한 부위에 우선 적용 후 남아있는 세정액을 희석하여 다시 다른 부위에 적용하는 세정방법으로서, 세정공정을 진행한 후에 모재 부식이 큰 고농도 세정액은 증기발생기의 하부에만 접촉했으므로 증기발생기 상부에서 발생할 수 있는 약 5mils에 해당하는 모재부식을 막을 수 있다.

또한, 고농도의 세정액이 필요한 증기발생기의 하부에만 세정액을 주입하여 경성슬러지를 집중적으로 제거하는 효과가 있으며, 한번의 세정액 주입으로 기존의 고농도 화학세정 및 저농도 화학세정의 효과를 동시에 이룰 수 있는 장점이 있다.

기존의 일반적인 고농도세정에서는 세정효율을 높이기 위하여 과량의 EDTA를 사용하게 되며, 이 과량의 EDTA 농도가 약 10% 정도되지만, 본 발명이 제공하는 공정에서는 이 과량으로 주입되는 약품을 증기발생기 상부의 세정에 다시 이용함으로 추가적인 약품의 소요를 줄이는 효과가 있다.

또한, 고농도 세정액을 희석하여 바로 저농도 세정에 이용함으로써 두 공정의 효과를 한번에 보면서 공정시간을 반으로 단축하는 효과도 있다. 아울러 두 공정을 하나의 약품으로 수행하므로 폐액발생량을 줄일 수 있다.

본 발명의 수위제어에 의한 원자력발전소 증기발생기의 세정방법은, 증기발생기의 하부에 10% 이상의 고농도 EDTA 세정액을 주입하여 반응을 진행시켜 증기발생기 하부에 존재하는 경성슬러지 및 연성슬러지를 제거하고, 경성슬러지 및 연성슬러지가 일정 부분 제거되어 EDTA 농도가 떨어진 세정액에 순수를 추가로 주입하여 EDTA 세정액을 희석시키며, 증기발생기 내의 세정액 수위를 상승시켜 최종EDTA 농도를 2% 이하로 희석하여 증기발생기 상부에 쌓인 연성슬러지를 제거하는 공정으로 이루어진다.

본 발명이 제시하는 농도 변화를 이용한 증기발생기 모재 부식율 저감 및 경성슬러지 제거효율 향상 효과를 증기발생기 2차측 제철공정(철산화물 슬러지 및 스케일의 제거공정)을 이용하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

증기발생기의 슬러지의 퇴적량은 운전년한에 따른 유입수중의 철분농도, 유출수중의 철분농도, 랜싱슬러지, 와전류탐사에 의한 슬러지 퇴적 높이로부터 예측할 수 있다. 따라서 증기발생기 하부, 예를 들어 튜브시트에서 1단 튜브지지판까지 쌓인 경성슬러지 및 연성슬러지량을 예측하고 예측된 슬러지량과 반응에 필요한 당량의 EDTA 세정액의 양을 산출할 수 있다. 또한 1단 튜브지지판에서 증기발생기 상부인 튜브번들까지의 슬러지 퇴적량을 예측하고, 이 범위의 세정액 소요량 및 세정액 농도에 필요한 EDTA 세정액의 양을 산출할 수 있다.

따라서, 일차로 주입되는 세정액은 튜브시트 상부에서 1단 튜브지지판까지 쌓인 슬러지와 반응 가능한 당량의 EDTA 약품의 양(통상 세정액의 10∼15%)에 1단 튜브지지판에서 튜브번들까지의 슬러지와 반응하기 위한 EDTA 약품의 양(통상 세정 액의 2%)을 합한 농도를 주입하여 1단 튜브시트 상단까지 세정액을 채운다. 이때 세정액의 EDTA 농도는 약 10% 이상, 약 20% 이내로 하는 것이 바람직하다.

일차로 주입된 세정액은 일반적인 고농도 세정공정과 같이 약 24시간 이상 반응을 시키게 된다. 이때 세정액은 일정온도 예를 들어 약 90℃에서 외부순환 없이 정체시켜 반응시킬 수 있고, 세정효율의 향상을 위해 펌프를 이용하여 세정액을 순환시키면서 반응시킬 수도 있다.

또는, 증기발생기의 하부를 통해 질소를 주입하여 세정액의 유동 및 환원성분위기 유지 효과를 볼 수도 있다. 이때 세정액의 높이에는 변화가 없다.

반응이 진행되는 동안 샘플의 분석을 통해 EDTA의 소모량 및 용해된 철분 농도를 측정하여 튜브시트 상부에서 1단 튜브지지판까지 쌓인 슬러지와 반응 가능한 당량의 EDTA가 소모된 시점이 되면 증기발생기에 설치되어 있는 보조급수라인 또는 외부라인을 통해 순수를 보충하여 남아있는 세정액을 희석시키며 세정액의 수위를 높인다. 통상 순수의 보충 전 남아있는 EDTA의 농도는 약 15% 이하 정도 된다.

순수의 보충에 따라 남아있는 EDTA는 희석되며 세정액의 수위가 튜브번들 상부, 즉 증기발생기의 상부에 도달하면 세정액중의 EDTA 농도는 약 2%로 떨어지게 된다.

세정액의 높이가 증기발생기의 상부에 오면 순수의 보충을 멈추고 원하는 온도, 예를 들어 90℃에서 세정공정을 진행 한다. 반응은 통상 약 24시간이 소요되며, 반응종료 후 세정액을 모두 배수하고 내부 수세를 하면 세정공정이 종료된다.

Claims (6)

1. 원자력발전소 증기발생기의 세정방법에 있어서,

   상기 증기발생기의 하부에 존재하는 경성슬러지 및 연성슬러지를 제거하기 위하여 10% 이상 20% 이내의 고농도 EDTA 세정액을 상기 증기 발생기의 하부에 주입하는 단계;

   상기 경성 슬러지 및 연성 슬러지가 일정 부분 제거되어 EDTA 농도가 15% 이하로 떨어진 세정액에 순수를 추가하여 최종 EDTA 농도를 2% 이하의 저농도로 희석하는 단계;

   상기 희석 단계에 의하여 상기 저농도 세정액의 수위를 상승시켜 증기 발생기의 상부에 쌓인 연성슬러지를 제거하는 것을 특징으로 하는 수위제어에 의한 원자력발전소 증기발생기의 세정방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 세정액은 외부순환 없이 정체시켜 반응시키거나, 펌프를 이용하여 순환시키면서 반응시키는 것을 특징으로 하는 수위제어에 의한 원자력발전소 증기발생기의 세정방법.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 세정액은 세정 공정 시 증기발생기의 하부를 통해서 주입된 질소가스에 의하여 유동 및 환원성 분위기를 유지하는 것을 특징으로 하는 수위제어에 의한 원자력발전소 증기발생기의 세정방법.