KR101176436B1 - 증기발생기 오염튜브다발 내부표면을 제염하기 위한 연마분사장치 - Google Patents

증기발생기 오염튜브다발 내부표면을 제염하기 위한 연마분사장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 원자력발전소에서 가동되는 증기발생기에 있어서 인코넬튜브 다발의 내부표면의 방사성 핵종을 제거할 수 있는 제염장치에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 분사노즐(blasting nozzle), 보호실(protection room), 사이클론(cyclone), 사이클론 팬(cyclone pan), 저장탱크(storage tank), 집진기(dust collector)를 포함하여 구성됨으로써, 효과적으로 인코넬튜브 내부의 오염핵종을 제거할 수 있도록 인코넬 튜브의 오염특성에 적합한 증기발생기 오염튜브다발 내부표면을 제염하기 위한 연마분사장치가 제공된다.

Description

증기발생기 오염튜브다발 내부표면을 제염하기 위한 연마분사장치{An abrasive blasting apparatus for decontaminating the inner surface of contaminated bundle tubes in steam generator}
본 발명은, 원자력발전소에서 가동되는 증기발생기에 있어서 인코넬튜브 다발의 내부표면의 방사성 핵종을 제거할 수 있는 제염장치에 관한 것으로, 더 상세하게는, 인코넬튜브의 내부표면을 제염하기 위해 인코넬튜브의 오염특성에 적합한 연마분사장치를 제공하는 것에 관한 것이다.
일반적으로, 원자력발전소에서는, 증기발생기를 장기간 가동함으로 인해 증기발생기를 구성하고 있는 인코넬튜브 다발의 내부표면이 코발트, 세슘 등으로 오염되게 되며, 따라서 증기발생기 해체시 오염된 인코넬튜브 다발로 인해 상당량의 방사성 금속폐기물 발생이 예측된다.
그러므로 이와 같은 금속폐기물 발생량을 감용시키기 위해, 인코넬튜브 다발의 내부표면의 방사성 핵종을 제거할 수 있는 제염장치의 개발이 요구되어, 이에 대한 연구가 현재까지 활발하게 진행되고 있다.
상기한 바와 같은 종래의 제염장치의 예로서는, 예를 들면, 한국 등록특허 제10-0548640호(2006.01.25. 등록)에 개시된 바와 같은 "전해액 재활용이 가능한 중성염 전해연마 방식의 방사능 오염 금속 제염장치"가 있다.
더 상세하게는, 상기한 등록특허 제10-0548640호의 "전해액 재활용이 가능한 중성염 전해연마 방식의 방사능 오염 금속 제염장치"는, 전해액을 임시보관하는 제 1 전해액 보관조, 상기 제 1 전해액 보관조로부터 전해액을 공급받아 방사능 오염물을 중성염으로 전해 연마하여 제염처리하는 전해연마조, 상기 전해연마조에 전원을 공급하는 전원공급부, 상기 전해연마조에서 제염 처리를 거친 전해액을 임시 보관하는 슬러지 보관부, 상기 슬러지 보관부로부터 공급된 전해액으로부터 크롬 이온을 침전시켜 제거하는 크롬 이온 제거부, 상기 전해액으로부터 크롬 이온을 포함하는 중금속 성분이 침전된 슬러지를 분리하는 슬러지 분리부 및 상기 중금속 슬러지가 분리된 전해액을 상기 제 1 전해액 보관조로 공급하는 제 2 전해액 보관조를 포함하여 구성된다.
즉, 상기한 바와 같은 등록특허 제10-0548640호의 제염장치에 따르면, 종래의 중성염 전해연마를 이용한 제염장치의 단점을 해결하여, 제염처리를 거친 전해액에 이온 상태로 존재하는 크롬 이온을 제거한 후 침전된 슬러지를 전해액으로부터 분리함으로써 전해액을 연속적으로 재활용할 수 있도록 하는 동시에, 전해연마조로 전해액을 연속적으로 투입하고 오버플로우되는 전해액을 순환시켜 슬러지를 제거한 후 다시 전해연마조로 투입하도록 함으로써 제염공정이 연속적으로 이루어질 수 있도록 하고, 또한, 전해액의 연속적 순환에 의해 자연 공냉방식으로 냉각되도록 함으로써 별도의 냉각장치와 냉각용 순환배관이 요구되지 않아 간단한 구조를 가지는 중성염 전해연마 방식의 방사능 오염 금속 제염장치가 제공된다.
따라서 상기한 바와 같은 등록특허 제10-0548640호의 제염장치에 따르면, 전해액을 연속적으로 재활용할 수 있도록 하여 전해액 재활용이 가능하고, 구성이 간단하여 원가가 절감되는 효과가 있다.
또한, 상기한 바와 같은 종래기술의 다른 예로서, 예를 들면, 한국 등록특허 제10-0571564호(2006.04.10. 등록)에 개시된 바와 같은 "고압을 이용한 방사능 물질의 제염 및 집진장치"가 있다.
더 상세하게는, 상기한 등록특허 제10-0548640호의 "고압을 이용한 방사능 물질의 제염 및 집진장치"는, 방사능 물질에 오염된 설비, 건축물, 장비 및 건축물 내벽, 바닥, 천정 등의 표면에 묻은 방사능을 신속하고 효율적으로 제거하기 위한 것으로, 중탄산나트륨 또는 드라이아이스를 공기와 혼합하여 압축한 뒤 고압라인을 통해 공급하는 고압발생수단과, 제염표면을 향해 상기 고압발생수단의 가스가 분사되고 타측으로 흡입되는 제염헤드와, 입력측이 상기 제염헤드의 흡입라인에 연결되는 진공펌프와, 상기 진공펌프의 출력측이 내부까지 연장되고 내부에 물이 채워지는 집진장치와, 상기 집진장치의 상부에 연결되어 상기 집진장치 내의 공기를 제습하기 위한 제습기와, 제습된 공기를 여과하기 위한 공기여과장치와, 상기 집진장치의 하부에 연결되어 상기 집진장치 내에 침전된 물질을 분리하기 위한 원심분리기와, 상기 원심분리기에 의해 분리된 액체를 보관하기 위한 임시탱크 및 일측이 상기 임시탱크에 연결된 액체여과장치를 포함하여 구성되어 있다.
따라서 상기한 등록특허 제10-0548640호의 제염 및 집진장치에 따르면, 드라이아이스 또는 중탄산나트륨을 분사하는 이른바 '고압제염'과 같은 종래의 제염방법은, 오염된 에폭시의 제거성능은 안정되는 반면, 비산되는 물질에 의해 오히려 방사능을 확산시키는 결과를 초래하였으므로, 이를 방지하기 위해, 공기필터가 채택된 집진장치를 사용하면 폐기물의 입자가 굵어 필터를 더 자주 교체하게 되고, 오염된 폐필터의 양이 증가하는 부작용이 있었던 종래의 문제점을 해결하여, 종래의 집진시설보다 폐기물 발생량이 극히 적고, 별도의 폐기시설이 없는 장소에서도 제염작업이 가능한 고압을 이용한 표면 방사능 물질의 제염 및 집진장치가 제공된다.
아울러, 상기한 바와 같은 종래기술의 또 다른 예로서는, 예를 들면, 한국 등록특허 제10-0583142호(2006.05.17. 등록)에 개시된 바와 같은 "증기발생기 수실의 방사능 오염물질 제거용 물리적 제염기기"가 있다.
더 상세하게는, 상기한 등록특허 제10-0583142호의 "증기발생기 수실의 방사능 오염물질 제거용 물리적 제염기기"는, 압축공기를 제공하는 압축 공기 제공부와, 상기 압축 공기 제공부에 일단이 호스로 연결되고, 타단에는 오염물질 제거용 분사 호스가 연결된 동시에, 상기 압축공기에 드라이 아이스 펠렛을 혼합하여 상기 분사 호스로 배출하는 드라이 아이스 제공부와, 상기 분사 호스에 의해 비산되는 오염물질을 흡입하여 포집할 수 있도록 일측에 흡입 호스가 장착된 먼지 흡입부와, 상기 먼지 흡입부에 호스로 연결되어 상기 먼지 흡입부로부터의 먼지를 필터링하는 먼지 수집부를 포함하여 구성되어 있다.
따라서 상기한 등록특허 제10-0583142호의 제염기기에 따르면, 종래 가장 널리 이용되고 있는 물세척과 스팀세척은, 세척 효율은 우수하나 오염 물질의 포집이 어렵고, 또한, 작업자의 피폭량도 증가시키는 문제점을 극복하여, 고방사화된 설비를 저비용 고효율로 세척하고, 오염물질을 포집하며, 방사능 피폭량도 줄일 수 있는 증기발생기 수실의 방사능 오염물질 제거용 물리적 제염기기가 제공된다.
또한, 상기한 바와 같은 종래기술의 또 다른 예로, 예를 들면, 한국 등록특허 제10-0357229호(2002.10.05. 등록)에 개시된 바와 같은 "원자력 발전소의 증기발생기용 수실 제염장치"가 있다.
더 상세하게는, 상기한 등록특허 제10-0583142호의 "원자력 발전소의 증기발생기용 수실 제염장치"는, 일정한 폭의 가이드홈을 가지며 가이드레일을 겸하는 평판형의 베이스 플레이트와, 상기 가이드홈을 따라 수평이동이 가능하게 설치되며 그 상하단에 각각 살수수단인 상하부노즐과 이동수단인 상하부롤러를 구비하는 노즐본체와, 상기 베이스 플레이트의 후단부에 설치되어 노즐본체와 피스톤로드로 연결됨으로써 노즐본체의 수평이동시 구동원 역할을 하는 에어 실린더 및 상기 노즐본체와 급수호스로 연결되어 고압의 물을 급수하는 워터펌프를 포함하여 구성된다.
따라서 상기한 바와 같이 구성된 증기발생기용 수실 제염장치에 따르면, 종래의 방법은 1명의 작업자가 증기발생기의 입구측 및 출구측의 핫/콜드 레그(Hot/Cold Leg)까지 작업시 약 35mRem의 피폭(납조끼 착용시)으로 다른 작업공정에 지장을 주고, 고방사선 구역인 관계로 장시간 제염을 실시하기가 어려워 확실한 제염효과를 기대할 수 없으며, 작업자가 직접 살수하는 관계로 수실 내부의 전 지역을 균일하게 제염하기 어려웠고, 또한, 제염을 실시하지 않을 경우에는 필요 이상의 과피폭이 우려되고, 붕산수와 순수 약 100ℓ로는 살수량이 적기 때문에 제염효과가 미미한 문제점을 해결하여, 증기발생기의 수실 내부를 자동으로 제염할 수 있는 제염장치를 제공하여 방사선 피폭량의 저감 및 고방사선 구역에서의 작업기피 현상을 해소하고, 인력절감 및 기술 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
그러나 상기한 바와 같은 종래의 제염장치들은, 중탄산나트륨 또는 드라이아이스를 공기와 혼합하여 압축한 뒤 고압라인을 통해 공급하거나, 또는, 압축공기에 드라이 아이스 펠렛을 혼합하여 분사호스로 배출하거나, 또는, 고압의 물을 살수하는 방식을 이용하므로, 결국, 종래의 고압제염법과 마찬가지의 문제가 있는 것이었다.
또한, 원자력발전소에서 가동되는 증기발생기에 있어서 인코넬튜브 다발의 내부표면의 방사성 핵종을 효과적으로 제거할 수 있도록, 인코넬튜브의 오염특성에 적합한 인코넬튜브의 내부표면의 제염장치나 연마분사장치를 제공하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 인코넬튜브 내부표면의 제염장치 및 인코넬튜브의 오염특성에 적합한 연마분사장치는 제공되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 인코넬튜브 다발의 내부표면의 방사성 핵종을 제거할 수 있는 제염장치에 있어서, 인코넬튜브의 오염특성에 적합한 연마분사장치를 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 증기발생기 오염튜브다발 내부표면을 제염하기 위한 연마분사장치에 있어서, 인코넬튜브 내부표면을 제염하기 위해 상기 인코넬튜브 내부표면에 연마제를 분사하는 분사노즐(blasting nozzle)과, 상기 분사노즐에서 분사된 상기 연마제가 상기 인코넬튜브 내부를 제염한 후 상기 연마제를 유도하기 위한 보호실(protection room)과, 제염 후의 상기 연마제가 상기 보호실로 이동하도록 부압을 발생시키기 위한 사이클론(cyclone)과, 상기 사이클론에 설치된 사이클론 팬(cyclone pan)과, 상기 사이클론을 통해 포집된 상기 연마제를 저장한 후 재사용하기 위한 저장탱크(storage tank)와, 인코넬 분진 및 연마제 분진(abrasive dust)을 포집하여 제거하기 위한 집진기(dust collector) 및 상기 장치 전체의 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연마분사장치가 제공된다.
여기서, 상기 제염은, 상기 분사노즐에서 발사된 상기 연마제에 의해 오염된 인코넬튜브의 내부표면이 식각되어 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연마제는, 상기 인코넬튜브 내부를 제염한 후 상기 보호실 내의 뒷벽에 부딪혀 바닥에 떨어지게 되고, 이때, 상기 사이클론 팬의 가동에 의해 부압이 발생하여 상기 보호실로부터 상기 사이클론을 통해 상기 저장탱크에 포집된 후 재사용되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 집진기는, 제염과정에서 발생한 인코넬 분진 및 미세 연마제 분진을 포집하여 제거하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 증기발생기의 인코넬튜브 다발은 약 3,400 개의 인코넬 튜브로 구성되며, 각 인코넬 튜브는 U자형으로 구부러져 있고, 길이는 약 20m인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연마제는, 알루미나(Alumina) 또는 실리콘 카바이드(Silicon carbide)를 사용하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 인코넬튜브는, 로 인코넬튜브(raw inconel tube), 또는, 장기간 방사능으로 오염되고 산화된 실제 인코넬튜브를 재현하기 위해 상기 로 인코넬튜브를 EDTA 용액이 채워진 오토클레이브(autoclave)에 담그고 270°C에서 72시간 동안 산화시켜 제조한 산화 인코넬튜브(oxidized inconel tube)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 장치는, 상기 인코넬튜브의 오염 정도에 따라 상기 연마제의 분사거리를 조절하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또, 상기 장치는, 상기 인코넬튜브의 오염 정도에 따라 상기 연마제의 분사시간을 조절하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 연마분사장치 내의 발생기압은 5~10기압인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 증기발생기 오염튜브다발 내부표면을 제염하기 위한 제염방법에 있어서, 상기한 연마분사장치를 사용하고, 연마제로서 알루미나(Alumina) #80을 사용하여 상기 증기발생기 오염튜브다발의 내부표면을 제염하는 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 증기발생기 오염튜브다발 내부표면을 제염하기 위한 제염방법이 제공된다.
더욱이, 본 발명에 따르면, 증기발생기 오염튜브다발 내부표면을 제염하기 위한 제염방법에 있어서, 상기한 연마분사장치를 사용하고, 연마제로서 실리콘 카바이드(Silicon carbide) #80을 사용하여 상기 증기발생기 오염튜브다발의 내부표면을 제염하는 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 증기발생기 오염튜브다발 내부표면을 제염하기 위한 제염방법이 제공된다.
여기서, 상기 방법들은, 분사거리 1m당 산화 인코넬튜브의 무게손실이 32.8% 감소하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 방법들은, 분사시간이 3배 증가할 때 무게손실은 약 2.8배 증가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 방법들은, 연마제로서 실리콘 카바이드에 의한 산화 인코넬튜브의 내부표면의 무게손실이 알루미나에 의한 것보다 32.3% 증가하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 분사노즐(blasting nozzle), 보호실(protection room), 사이클론(cyclone), 사이클론 팬(cyclone pan), 저장탱크(storage tank), 집진기(dust collector)를 포함하여 구성된 증기발생기 오염튜브다발 내부표면을 제염하기 위한 연마분사장치가 제공된다.
즉, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같은 증기발생기 오염튜브다발 내부표면을 제염하기 위한 연마분사장치에 의해, 오염된 인코넬튜브의 내부표면이 노즐에서 분사된 연마제에 의해 식각되며, 연마제는 인코넬튜브 내부를 제염한 후 보호실의 내벽에 부딪혀 바닥에 떨어지고, 사이클론 팬의 가동에 의해 부압이 발생하여 보호실로부터 사이클론을 통해 저장탱크에 포집된 후 재사용되며, 인코넬 분진은 집진기에 포집된 후 제거된다.
따라서 본 발명에 따르면, 인코넬 튜브의 오염특성에 적합하여 효과적으로 인코넬튜브 내부의 오염핵종을 제거할 수 있는 증기발생기 오염튜브다발 내부표면을 제염하기 위한 연마분사장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 증기발생기 오염튜브다발 내부표면을 제염하기 위한 연마분사장치의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면으로, 도 1a는 그 사시도이고, 도 1b는 보호실의 구성을 구체적으로 나타내는 부분 확대도이며, 도 1c는 도 1a의 측면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 본 발명에 따른 증기발생기 오염튜브다발 내부표면을 제염하기 위한 연마분사장치의 설계도이다.
도 3은 한국 고리발전소에서 가동되고 있는 증기발생기의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 증기발생기 오염튜브다발 내부표면을 제염하기 위한 연마분사장치를 이용하여 인코넬튜브 내부를 제염하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 5는 연마분사실험을 위해 사용된 연마제로서 알루미나(Alumina) #80과 실리콘 카바이드(Silicon carbide) #80을 나타내는 도면이다.
도 6은 산화 인코넬튜브에 대한 연마분사 제염 전, 후의 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 분사거리에 대한 로 인코넬튜브 내부의 무게손실을 나타내는 도면이다.
도 8은 분사거리에 대한 산화 인코넬튜브 내부의 무게손실을 나타내는 도면이다.
도 9는 분사시간에 대한 로 인코넬튜브 내부의 무게손실을 나타내는 도면이다.
도 10은 분사시간에 대한 산화 인코넬튜브 내부의 무게손실을 나타내는 도면이다.
도 11은 분사거리에 대한 알루미나와 실리콘 카바이드에 의한 산화 인코넬튜브 내부의 무게손실을 나타내고 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 증기발생기 오염튜브다발 내부표면을 제염하기 위한 연마분사장치의 상세한 내용에 대하여 설명한다.
여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시 예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시 예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.
즉, 이하에 설명하는 본 발명의 실시 예에 있어서, 증기발생기의 인코넬튜브 다발은 약 3,400 개의 인코넬튜브로 구성되며, 각각의 인코넬 튜브는 U자형으로 구부러져 있고, 길이는 약 20m이다.
또한, 본 발명은, 이하에 설명하는 본 발명의 실시 예에서 후술하는 바와 같이 하여, 인코넬튜브의 내부표면을 제염하기 위해 인코넬튜브의 오염특성에 적합한 연마분사장치를 설계, 제작하고, 각 제염실험 파라미터가 제염효율에 미치는 영향을 분석하였다.
이를 위해, 본 발명에 따른 연마분사장치는, 분사노즐(blasting nozzle), 보호실(protection room), 사이클론(cyclone), 사이클론 팬(cyclone pan), 저장탱크(abrasive storage tank), 집진기(dust collector)를 포함하여 구성되고, 또한, 연마분사장치의 제거효율과 관련된 주요 파라미터는, 노즐로부터의 거리, 분사시간, 연마제 종류, 분사압력 등이다.
아울러, 본 발명은, 최대 제거효율을 확보하기 위해, 실험을 통해 각 파라미터가 튜브다발 내부에 오염된 방사성 핵종의 제거효율에 미치는 영향을 분석하였다.
실험결과, 노즐로부터의 분사거리가 길수록, 로 인코넬튜브(raw inconel tube)와 산화 인코넬튜브(oxidized inconel tube)의 무게손실은 감소하였다.
즉, 산화 인코넬튜브의 경우, 1m당 약 32.8%의 무게 손실의 감소를 보였고, 분사시간이 길수록 내부표면의 무게손실은 커졌다.
여기서, 더 상세하게는, 분사시간이 3배 증가할 때 무게손실은 약 2.8배 증가하였으며, 3분의 분사시간 동안 산화 인코넬튜브의 평균 무게손실은 로 인코넬튜브보다 약 35% 감소하였다.
이는 산화 인코넬튜브의 내부 표면에 산화막이 형성되었기 때문으로 추정할 수 있으며, 아울러, 분사제로 실리콘 카바이드(silicon carbide)에 의한 산화 인코넬튜브의 내부표면의 무게손실은 알루미나(alumina)에 의한 것보다 약 32.3% 증가함을 나타내었다.
따라서 연마제로서 실리콘 카바이드를 사용하는 것이 좀 더 효과적인 것을 알 수 있다.
계속해서, 도면을 참조하여, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 증기발생기 오염튜브다발 내부표면을 제염하기 위한 연마분사장치의 상세한 구성에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명에 따른 증기발생기 오염튜브다발 내부표면을 제염하기 위한 연마분사장치의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내고 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 도 2는 도 1에 나타낸 본 발명에 따른 증기발생기 오염튜브다발 내부표면을 제염하기 위한 연마분사장치의 설계도이다.
즉, 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 증기발생기 오염튜브다발 내부표면을 제염하기 위한 연마분사장치(10)는, 인코넬튜브(19) 내부표면을 제염하기 위해 인코넬튜브(19) 내부표면에 연마제를 분사하는 분사노즐(blasting nozzle)(11), 상기 노즐에서 분사된 연마제가 상기 인코넬튜브 내부를 제염한 후 상기 연마제를 유도하기 위한 보호실(protection room)(12), 제염 후의 상기 연마제가 상기 보호실(12)로 이동하도록 부압을 발생시키기 위한 사이클론(cyclone)(13)과 상기 사이클론에 설치된 사이클론 팬(cyclone pan)(도시하지 않음), 상기 사이클론(13)을 통해 포집된 상기 연마제를 저장한 후 재사용하기 위한 저장탱크(storage tank)(15), 인코넬 분진 및 연마제 분진(abrasive dust)을 포집하여 제거하기 위한 집진기(dust collector)(16) 및 상기 장치 전체의 동작을 제어하기 위한 제어부(17)를 포함하여 구성되어 있다.
계속해서, 도 3은 한국 고리발전소에서 가동되고 있는 증기발생기의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
즉, 도 3에 나타낸 바와 같이, 증기발생기의 인코넬튜브 다발은 약 3,400 개의 인코넬 튜브로 구성되며, 각 인코넬 튜브는 U자형으로 구부러져 있고, 길이는 약 20m이다.
또한, 도 4는 상기한 바와 같이 하여 제작된 연마분사장치(10)를 이용하여 인코넬튜브 내부를 제염하는 모습을 나타내는 도면이다.
즉, 더 상세하게는, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 증기발생기 오염튜브다발 내부표면을 제염하기 위한 연마분사장치(10)의 구체적인 동작은 다음과 같다.
먼저, 오염된 인코넬튜브(19)의 내부표면이 노즐(11)에서 발사된 연마제에 의해 식각되어 제염이 이루어지게 된다.
이어서, 인코넬튜브(19) 내부를 제염한 후의 연마제는 보호실(12) 내의 뒷벽(18)에 부딪혀 바닥에 떨어지게 된다.
이때, 제염한 후의 연마제는, 사이클론 팬의 가동에 의해 부압이 발생하여 보호실(12)로부터 사이클론(13)을 통해 저장탱크(15)에 포집된 후 재사용된다.
또한, 인코넬 분진 및 연마제 분진은 집진기(16)에 의해 포집된 후 제거된다.
따라서 상기한 바와 같이 하여, 본 발명에 따른 증기발생기 오염튜브다발 내부표면을 제염하기 위한 연마분사장치(10)를 구성하고, 도 3에 나타낸 바와 같은 인코넬튜브 내부를 제염하도록 구성할 수 있다.
다음으로, 상기한 바와 같이 하여 제작된 본 발명에 따른 연마분사장치를 이용하여 실제 제염에 적용한 실험결과에 대하여 설명한다.
먼저, 연마분사장치의 제거효율과 관련된 주요 파라미터는, 노즐로부터의 거리, 분사시간, 연마제 종류, 분사압력 등이다.
따라서 본 발명의 발명자들은, 상기한 바와 같이 하여 제작된 연마분사장치를 이용하여 이하와 같은 실험을 통해 주요 파라미터가 인코넬튜브 내부의 오염물질 제거효율에 미치는 영향을 도출하였고, 이때, 최대 제거효율을 확보하기 위해 실험을 통해 각 파라미터의 제거효율에 미치는 영향을 분석하였다.
즉, 더 상세하게는, 연마분사실험을 위해, 연마제로서, 도 5에 나타낸 바와 같이, 알루미나(Alumina) #80과 실리콘 카바이드(Silicon carbide) #80을 사용하였다.
또한, 실험에 사용된 튜브는, 로 인코넬튜브(raw inconel tube)와, 현장모사를 위해, 즉, 장기간 방사능으로 오염되고 산화된 실제 인코넬튜브를 재현하기 위해, 로 인코넬튜브를 EDTA 용액이 채워진 오토클레이브(autoclave)에 담그고 270°C에서 72시간 동안 산화시켜 제조한 산화 인코넬튜브(oxidized inconel tube)를 사용하였다.
다음으로, 연마분사 전과 후의 인코넬튜브 무게를 측정하여 인코넬튜브 내부의 식각률을 평가하였다.
이때, 최적 제염조건을 선정하기 위해 노즐로부터의 거리, 분사시간, 연마제의 종류를 달리하며 실험하였고, 분사압력은 모든 실험에서 5기압으로 유지하였다.
또한, 실험에 사용된 모사 SUS 튜브의 총 길이는 5m이며, 이는 1m씩 5조각으로 분리되었다.
아울러, 3cm의 인코넬튜브와 산화 인코넬튜브 시편들이 1m, 2m, 3m, 4m 지점에서 연결관 내에 삽입되었고, 이 인코넬튜브 시편들은 연마분사 실험 후 식각무게를 측정하기 위해 분리되었다.
또한, 실험은, 로 인코넬튜브와 산화 인코넬튜브에 대하여 각각 3, 6, 9분간 수행되었다.
계속해서, 도 6 내지 도 11을 참조하여, 상기한 바와 같은 조건하에 수행된 실험의 실험결과에 대하여 설명한다.
도 6은 산화 인코넬튜브에 대한 연마분사 제염 전, 후의 사진이며, 연마분사 후 인코넬튜브 내부의 산화된 부분, 즉, 검은 부분이 깨끗이 제거되었음을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 발명자들은, 연마분사장치의 최대 제거효율을 확보하기 위해, 실험을 통해 각 파라미터의 제거효율에 미치는 영향을 분석하였다.
즉, 도 7 및 도 8은 분사거리에 대한 로 인코넬튜브와 산화 인코넬튜브 내부의 무게손실을 각각 나타내고 있다.
도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 분사거리가 길수록 로 인코넬튜브와 산화 인코넬튜브의 무게손실은 감소하였으며, 산화 인코넬튜브의 경우, 1m당 약 32.8%의 무게손실의 감소를 나타내었다.
다음으로, 도 9 및 도 10은 분사시간에 대한 로 인코넬튜브와 산화 인코넬튜브 내부의 무게손실을 나타내고 있다.
도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 분사시간이 길수록 로 인코넬튜브와 산화 인코넬튜브의 내부표면의 무게손실은 커졌다.
즉, 분사시간이 3배 증가할 때, 무게손실은 약 2.8배 증가하였으며, 3분의 분사시간 동안 산화 인코넬튜브의 평균무게손실은 로 인코넬튜브보다 약 35% 감소하였다.
이는, 산화 인코넬튜브의 내부표면에 산화막이 형성되었기 때문으로 추정할 수 있다.
다음으로, 도 11은 분사거리에 대한 알루미나와 실리콘 카바이드에 의한 산화 인코넬튜브 내부의 무게손실을 나타내고 있다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 분사제로서 실리콘 카바이드에 의한 산화 인코넬튜브의 내부표면의 무게손실이 알루미나에 의한 것보다 약 32.3% 증가하였음을 알 수 있다.
따라서 상기한 내용으로부터, 연마제로서 실리콘 카바이드를 사용하는 것이 산화 인코넬튜브 내부의 오염핵종 제거에 효과적임을 알 수 있다.
또한, 상기한 바와 같은 실험결과의 내용을 이하의 [표 1]에 나타내었다.
연마분사 제염실험 결과
항목 실험 결과
연마분사장치 구성요소 blasting nozzle, protection room, cyclone, cyclone pan, abrasive storage tank, dust collector
최적연마제 silicon carbide에 의한 oxidized inconel tube의 내부표면의 무게손실은 alumina에 의한 것보다 약 32.3% 증가하므로 silicon carbide가 효과적임
노즐에서의 거리 1m당 약 32.8%의 무게 손실 감소를 보이므로 가까울수록 제염효율 높음
분사시간 분사시간이 3배 증가할 때, 무게손실은 약 2.8배 증가하므로 오염정도에따라 분사시간 조절(2분-6분)
연마분사장치 내 발생기압 5-10 기압
발생 dust 폐기물 무게 0.2-0.4g/ 1min?5m
이상 상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예를 통하여 본 발명에 따른 증기발생기 오염튜브다발 내부표면을 제염하기 위한 연마분사장치의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.
10. 연마분사장치 11. 분사노즐
12. 보호실 13. 사이클론
15. 저장탱크 16. 집진기
17. 제어부 18. 뒷벽
19. 인코넬튜브

Claims (15)

  1. 증기발생기 오염튜브다발 내부표면을 제염하기 위한 연마분사장치에 있어서,
    인코넬튜브 내부표면을 제염하기 위해 상기 인코넬튜브 내부표면에 연마제를 분사하는 분사노즐(blasting nozzle)과,
    상기 분사노즐에서 분사된 상기 연마제가 상기 인코넬튜브 내부를 제염한 후 상기 연마제를 유도하기 위한 보호실(protection room)과,
    제염 후의 상기 연마제가 상기 보호실로 이동하도록 부압을 발생시키기 위한 사이클론(cyclone)과,
    상기 사이클론에 설치된 사이클론 팬(cyclone pan)과,
    상기 사이클론을 통해 포집된 상기 연마제를 저장한 후 재사용하기 위한 저장탱크(storage tank)와,
    인코넬 분진 및 연마제 분진(abrasive dust)을 포집하여 제거하기 위한 집진기(dust collector) 및
    상기 장치 전체의 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연마분사장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제염은, 상기 분사노즐에서 발사된 상기 연마제에 의해 오염된 인코넬튜브의 내부표면이 식각되어 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 연마분사장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 연마제는, 상기 인코넬튜브 내부를 제염한 후 상기 보호실 내의 뒷벽에 부딪혀 바닥에 떨어지게 되고, 이때, 상기 사이클론 팬의 가동에 의해 부압이 발생하여 상기 보호실로부터 상기 사이클론을 통해 상기 저장탱크에 포집된 후 재사용되는 것을 특징으로 하는 연마분사장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 집진기는, 제염과정에서 발생한 인코넬 분진 및 미세 연마제 분진을 포집하여 제거하도록 구성된 것을 특징으로 하는 연마분사장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 증기발생기의 인코넬튜브 다발은 3,400 개의 인코넬 튜브로 구성되며, 각 인코넬 튜브는 U자형으로 구부러져 있고, 길이는 20m인 것을 특징으로 하는 연마분사장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 연마제는, 알루미나(Alumina) 또는 실리콘 카바이드(Silicon carbide)를 사용하도록 구성된 것을 특징으로 하는 연마분사장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 인코넬튜브는,
    로 인코넬튜브(raw inconel tube), 또는, 장기간 방사능으로 오염되고 산화된 실제 인코넬튜브를 재현하기 위해 상기 로 인코넬튜브를 EDTA 용액이 채워진 오토클레이브(autoclave)에 담그고 270°C에서 72시간 동안 산화시켜 제조한 산화 인코넬튜브(oxidized inconel tube)인 것을 특징으로 하는 연마분사장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 장치는, 상기 인코넬튜브의 오염 정도에 따라 상기 연마제의 분사거리를 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는 연마분사장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 장치는, 상기 인코넬튜브의 오염 정도에 따라 상기 연마제의 분사시간을 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는 연마분사장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 연마분사장치 내의 발생기압은 5~10기압인 것을 특징으로 하는 연마분사장치.
  11. 증기발생기 오염튜브다발 내부표면을 제염하기 위한 제염방법에 있어서,
    청구항 1항 내지 10항 중 어느 한 항에 기재된 연마분사장치를 사용하고,
    연마제로서 알루미나(Alumina) #80을 사용하여 상기 증기발생기 오염튜브다발의 내부표면을 제염하는 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 증기발생기 오염튜브다발 내부표면을 제염하기 위한 제염방법.
  12. 증기발생기 오염튜브다발 내부표면을 제염하기 위한 제염방법에 있어서,
    청구항 1항 내지 10항 중 어느 한 항에 기재된 연마분사장치를 사용하고,
    연마제로서 실리콘 카바이드(Silicon carbide) #80을 사용하여 상기 증기발생기 오염튜브다발의 내부표면을 제염하는 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 증기발생기 오염튜브다발 내부표면을 제염하기 위한 제염방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    분사거리 1m당 산화 인코넬튜브의 무게손실이 32.8% 감소하고,
    분사시간이 3배 증가할 때 무게손실은 2.8배 증가하는 것을 특징으로 하는 증기발생기 오염튜브다발 내부표면을 제염하기 위한 제염방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    분사거리 1m당 산화 인코넬튜브의 무게손실이 32.8% 감소하고,
    분사시간이 3배 증가할 때 무게손실은 2.8배 증가하는 것을 특징으로 하는 증기발생기 오염튜브다발 내부표면을 제염하기 위한 제염방법.
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