KR101181584B1 - 침적 슬러지의 물리화학적 세정방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물(water), ETA(monoethanolamine), NH3, DTPA(Diethylene triamine pentaacetic acid), EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid) 및 N2H2로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 세정액에 기체 질소, 액체 질소 또는 드라이아이스 중 하나를 주입하여 슬러지를 제거하는 물리화학적 세정방법을 제공하며, 상기 세정방법은 각종 설비 및 기기의 모재 표면, 구성품 표면, 틈새에 발생되었거나 침적된 슬러지를 효과적을 제거할 수 있으며, 원자력발전소에서 사용되는 증기발생기, 보일러, 열교환기 등의 세정에 활용 가능하다.

Description

침적 슬러지의 물리화학적 세정방법{Cleaning Method for Removing deposited Sludge}
본 발명은 침적 슬러지에 대한 물리화학적 세정방법에 관한 것이다. 더 상세하게는, 원전계통수에 의해 퇴적된 슬러지를 물리화학적으로 세정하는 방법에 관한 것이다.
원자력 발전소에서 사용되는 증기발생기 등은 원전계통수에 포함되어 있는 철산화물 등이 퇴적되어 슬러지를 형성하게 된다. 퇴적된 슬러지는 배관의 부식을 유발하고, 발전 효율을 저하시킬 우려가 있다. 따라서, 이러한 퇴적된 슬러지를 제거하기 위한 여러 방법들이 적용된 바 있다.
예를 들어, Electric Power Research Institute Steam Genera for Owners Group (EPRI/SGOG)의 화학세정방법은 세정효율은 우수하나, 비용이 많이 들고 다량의 세정폐액이 발생하는 단점이 있다. 또한, 세정이 진행되는 동안 탄소강이나 저합금강의 부식이 진행될 수 있으며, 부식방지제를 사용할 경우에는 온도 범위에 제한이 있고 세정 폐액의 처리가 복잡하다.
또한, 웨스팅하우스(Westinghouse) 또는 도미니언(Dominion) 사 등에서 사용하는 Advanced Scale Conditioning Agents (ASCA) 화학세정법은, 저농도의 EDTA와 아민 등을 사용하여 화학세정이 진행되지만, 세정효율이 상대적으로 떨어진다는 문제점이 있다. 프라마톰 ANP 사에서 사용하는 화학 세정법은, 원자로 냉각과정에서 남은 열을 이용하여 세정용액을 가열하기 때문에 외부 히터가 필요 없고, 부식 우려가 낮다는 장점이 있으나, 틈새에 낀 침적물에 대한 제거효율이 현저히 낮다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로 본 발명의 목적은 각종 설비 및 기기에 침적된 슬러지를 효과적으로 제거하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예는 원자력 발전소 등에서 사용되는 설비 및 기기에 침적된 슬러지를 효과적으로 제거하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 슬러지를 제거하여 세정하고자 하는 대상을 세정액에 침지시키는 제1단계; 상기 세정액의 온도와 압력을 변화시키고 세정액에 기포를 형성시키는 제2단계; 및 온도를 상승시켜 슬러지 제거를 촉진하는 제3단계를 포함하는 물리화학적 세정방법을 제공한다.
본 발명에 따른 물리화학적 세정방법은, 각종 설비 및 기기의 모재 표면, 구성품 표면, 틈새에 발생되었거나 침적된 슬러지를 효과적으로 제거할 수 있으며, 원자력발전소에서 사용되는 증기발생기, 보일러, 열교환기 등의 세정에 활용 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 물리화학적 세정방법을 이용하여 원자력 발전소의 증기발생기에 대한 세정과정을 나타낸 모식도 및 부분 확대도이다.
본 발명은 원자력발전소 증기발생기, 보일러, 열교환기, 각종 설비 및 기기의 모재 표면, 구성품 표면 또는 틈새에 발생되었거나 침적된 슬러지를 제거하는 방법에 관한 것으로, 세정액에 기체질소, 액체 질소 또는 드라이아이스 중 하나 이상을 주입하여 온도 및 압력을 변화시키고 기포형성을 유도하는 물리화학적 세정방법을 제공한다.
일실시예에서, 상기 물리화학적 세정방법은, 물(water), ETA(monoethanolamine), NH3, DTPA(Diethylene triamine pentaacetic acid), EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid) 및 N2H2로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 세정액에 기체 질소, 액체 질소 또는 드라이아이스 중 하나 이상을 주입하여 슬러지를 제거하게 된다.
상기 물리화학적 세정방법을 보다 구체적으로 설명하면,
슬러지를 제거하고자 하는 부위를 세정액으로 침지시키는 소킹(soaking) 공정(제1단계);
세정액에 기체질소, 액체 질소 또는 드라이아이스 중 하나 이상을 주입하여 온도와 압력을 변화시키고 기포가 형성되도록 하는 온도 및 압력 변화와 기포형성 공정(제2단계); 및
세정 부위의 온도를 상승시켜 슬러지 제거를 촉진하는 가온공정(제3단계)을 포함한다. 또한, 상황에 따라서는 상기 공정들을 모두 실행하거나 일부 공정만을 반복적으로 실행할 수 있다.
제1단계인 소킹(soaking) 공정은 슬러지를 제거하고자 하는 부위를 세정액으로 침지시키는 공정으로, 예를 들어 세정액을 해당 부위에 주입하고 6~48시간 동안 50~95℃의 온도로 유지할 수 있다. 상기 소킹 공정은 세정액이 슬러지가 침적된 부분에 충분히 스며들도록 하기 위한 과정이다.
제2단계인 상기 온도 및 압력 변화와 기포형성 공정은, 세정 부위의 온도와 압력을 변화시키고 기포를 형성하여 세정 부위의 슬러지를 효과적으로 제거하기 위한 것이다. 예를 들어, 상기 공정은 6~24 시간 동안 실행하며, 온도 범위는 25~95℃, 압력 범위는 2~20 기압의 범위에서 변화될 수 있다.
제3단계인 상기 가온공정은 세정 부위의 온도를 상승시켜 슬러지 제거를 촉진하기 위한 것으로, 예를 들어, 상기 공정의 온도는 25~95℃ 범위일 수 있다.
본 발명의 일실시예에서 사용되는 세정액은, EDTA 또는 DTPA가 포함된 용액 뿐만 아니라 물, 원전계통수 또는 DMA 등을 말하며, 이들의 화학적 특성을 이용한다.
본 발명에서 물은, 초순수를 의미할 수 있으며, 초순수란 이온 및 입자성 화학종이 포함되지 않은 순수한 물을 의미한다. 또한, 원전계통수는 ETA 또는 NH3 등의 아민과 N2H4이 포함된 용액을 의미하며, 이 외에 EDTA 또는 DTPA 등이 단독 또는 혼합 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 세정액은 슬러지를 효과적으로 제거할 수 있다면, 특별한 제한되지 않는다. 일실시예에서, 상기 세정액은, pH 8~10.5로 조절되는 양의 ETA 또는 NH3; 및 20ppb~0.1%의 N2H4을 포함할 수 있다. 또 다른 일실시예에서, 상기 세정액은, pH7.5~9.5로 조절되는 양의 ETA 또는 NH3; 1ppm~2%의 EDTA, DTPA 또는 EDTA와 DTPA의 혼합물; 20ppb~0.1%의 N2H4을 포함한다. 상기 pH 범위 및 농도 범위 내로 조절하면, 슬러지를 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
본 발명의 일실시예에 따른 물리화학적 세정방법에서는, 25~95℃ 또는 그 이하의 세정액에 휘발성이 강한 기체 질소, 액체 질소 및/또는 드라이아이스 중 하나를 주입하게 된다. 세정액에 기체 질소, 액체 질소 및/또는 드라이아이스를 주입하면, 온도 및 압력이 변화되고, 그에 따른 기포가 형성되면서 부식생성물 등의 슬러지를 효과적으로 제거하게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 물리화학적 세정방법을 이용하여 원자력 발전소의 증기발생기를 세정하는 과정을 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, 하단의 세정액 저장탱크(2)로부터 공급펌프(6)를 경유하여 세정 부위에 세정액을 공급한다. 공급된 세정액은, 초순수에 DTPA 및 ETA를 첨가하여 pH를 8~10.5로 조절하고, N2H4를 20ppb~0.1%의 농도로 첨가하여 제조하였다.
6~48 시간 동안 50~95℃로 유지시켜 세정부위에 세정액이 충분히 침지되면, 기체 질소 또는 액체 질소(또는 드라이아이스)가 저장된 탱크(3)로부터 기체 질소 또는 액체 질소(또는 드라이아이스)를 공급하였다. 또한, 기체 질소, 액체 질소(또는 드라이아이스)를 공급하는 과정에서, 릴리프 밸브(8) 및 솔레노이드 밸브(7)를 연속적 또는 주기적으로 작동시켰다. 기체 질소, 액체 질소(또는 드라이아이스)를 공급하는 과정에서, 기포가 연속적 또는 주기적으로 발생되며, 특히 액체 질소 및 드리이아이스 주입의 경우 25~95℃ 및 2~20 기압 범위에서 온도와 압력이 주기적으로 변화되었다. 기포 발생과 온도 및 압력 변화를 발생시키는 과정은 6~24 시간 동안 지속하고 배수하였다.
그런 다음, 순수를 주입하고 50~95℃ 온도에서 6~48시간 방치한 후 동일한 방법으로 온도와 기포를 발생시켜 추가적으로 침적된 슬러지(4)를 탈착시키고, 최종적으로 순수를 이용하여 마무리 세척을 실시하였다.
1: C.S (카본스틸)
2: 세정액 저장탱크
3: 기체 질소 또는 액체 질소(또는 드라이아이스) 탱크
4: 슬러리
5: 스테인리스 내부 배관
6: 공급펌프(Injection Pump)
7: 릴리프 밸브
8: 솔레로이드 밸브

Claims (9)

  1. 원자력 발전소에서 발생된 슬러지를 제거하고자 하는 대상을 i) ETA(monoethanolamine) 및 NH3 중 하나 이상; 및 ii) N2H4을 포함하는 세정액에 침지시키는 제1단계;
    상기 세정액의 온도와 압력을 변화시키고 세정액에 기포를 형성시키는 제2단계; 및
    온도를 상승시켜 슬러지 제거를 촉진하는 제3단계를 포함하고,
    상기 슬러지는 금속 산화물인 침적 슬러지의 물리화학적 세정방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    제2단계는,
    세정액에 기체 질소, 액체 질소 및 드라이아이스 중 어느 하나 이상을 주입하여 온도와 압력을 변화시키고 기포를 발생시키는 것을 특징으로 하는 물리화학적 세정방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    제1단계는, 세정하고자 하는 대상을 세정액에 침지한 후 6~48 시간 동안 50~95℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 물리화학적 세정방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    제2단계는, 6~24 시간 동안 실행하며, 변화되는 온도 범위는 25~95℃, 변화되는 압력 범위는 2~20기압인 것을 특징으로 하는 물리화학적 세정방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    제3단계의 온도는 50~95℃인 것을 특징으로 하는 물리화학적 세정방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 세정액은,
    i) pH 8~10.5로 조절되는 양의 ETA 및 NH3 중 하나 이상; 및
    ii) 20ppb~0.1% 의 N2H4;
    을 포함하는 물리화학적 세정방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 세정액은,
    i) pH 7.5~9.5로 조절되는 양의 ETA 또는 NH3;
    ii) 20ppb~0.1%의 N2H4; 및
    iii) 1ppm~2%의 EDTA(ethylene diamine tetraacetic acid) 및 DTPA(diethylene triamine pentaacetic acid) 중 하나 이상;
    을 포함하는 물리화학적 세정방법.
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