KR101191655B1

KR101191655B1 - 2차 계통의 주증기 회수 및 증기발생기의 피동 재충수 장치

Info

Publication number: KR101191655B1
Application number: KR1020110087093A
Authority: KR
Inventors: 종 천; 유성창; 이석호; 유극종; 강상희
Original assignee: 한국수력원자력 주식회사
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2012-10-17

Abstract

본 발명은 2차 계통의 주증기 회수 및 증기발생기의 피동 재충수 장치에 관한 것으로, 밀폐된 내부공간을 갖는 응축수조; 주증기 압력 밸브의 배출단과 응축수조를 서로 연결하는 증기회수관; 응축수조의 내부에 설치되고 증기회수관을 통해 회수된 증기를 감압시켜 응축수로 전환하는 감압유니트; 응축수조와 증기 발생기를 연결하여 수압차에 의해 응축수조 내부의 응축수를 증기 발생기의 냉각수로 자동 보충시키는 재충수관; 응축수조의 상단에 연결 배관되어 응축수조 내부압이 설정치를 넘어설 때 개방되어 내부압을 조절하는 대기방출관; 응축수조의 일부에 연결 배관되어 응축수조 내부의 응축수 수위가 기준치보다 낮을 때 외부 공급원으로부터 응축수를 공급하는 수조충수관;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 2차 계통의 주증기 회수 및 증기발생기의 피동 재충수 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 경수로에서 주증기 안전 밸브를 통해 대기로 방출된 증기를 폐회로 내에서 응축시키고, 증기 발생기 수위가 일정 설정치 이상으로 감소하면 응축된 증기를 증기 발생기로 재충수하여 사고시 안정적인 냉각이 가능하도록 제어하는 효과를 얻을 수 있다.

Description

2차 계통의 주증기 회수 및 증기발생기의 피동 재충수 장치{PASSIVE REFILL AND RECOVERY SYSTEM FOR STEAM GENERATOR}

본 발명은 2차 계통의 주증기 회수 및 증기발생기의 피동 재충수 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 경수로에서 주증기 안전 밸브를 통해 대기로 방출된 증기를 폐회로 내에서 응축시키고, 증기 발생기 수위가 일정 설정치 이상으로 감소하면 응축된 증기를 증기 발생기로 재충수하여 사고시 안정적인 냉각이 가능하도록 개선된 2차 계통의 주증기 회수 및 증기발생기의 피동 재충수 장치에 관한 것이다.

원자력 발전소는 지금까지 경제성이나 안전성 및 환경보존성 등에 있어서 수력발전소나 화력발전소에 비해 우월한 운전 성능을 보이며, 중요한 전력생산 수단으로 자리잡아 왔다.

원자력발전은 핵분열물질의 핵분열 과정에서 발생하는 에너지를 이용하여 전력을 생산하는데, 이 과정에서 발생하는 방사성 물질이 비정상적으로 누출되는 사고가 발생하면 대형 재해로 발전될 염려가 있으므로, 원자력 발전소의 안전성은 항상 최우선 과제로 다루어져 왔다.

그에 따라, 기존의 원자력 발전소도 합리적인 안전성을 지닌 것으로 평가되고 있기는 하지만, 안전성을 획기적으로 향상시킨 차세대 원자로의 개발이 전세계적으로 활발하다.

그 중 하나로, 가압경수로형 원자력발전을 들 수 있는데, 가압경수로(PWR)의 대표적인 차세대 원자로형은 개량형(evolutionary type)과 피동형(passive type)으로 나뉜다.

이 경우, 개량형은 기존의 경수로 설계를 거의 그대로 이용하면서 일부분의 설계만 개선한 것으로서, 특히 계통 및 기기의 신뢰도 향상과 인간과의 접속부 설계의 개선에 중점을 둔다.

반면, 피동형은 기존 경수로에서 입증된 기술들을 채택하기는 하지만, 외부 동력의 공급이 필요한 능동적 수단보다는 자연현상에 의한 피동적 수단에 의해 원자로의 안전성이 담보되는 특징을 갖는다.

여기서, 자연현상이란 중력, 자연순환, 또는 응축과 비등 등을 의미한다.

이러한 경수로에서 일반적으로 원자로 사고 후 급수계통이 작동하지 않을 경우, 펌프를 이용하는 보조급수 계통이 작동하여 원자로의 잔열을 증기발생기를 통해 제거하고 있다.

펌프를 사용하는 보조급수계통은 운전원의 실수, 전원상실, 펌프의 오작동 등에 의해 실패의 가능성이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 원자로 사고시에 증기발생기의 이차측에서 발생하는 증기를 응축하여 원자로 잔열을 피동적으로 냉각함으로써, 원자력발전소의 안전성과 경제성을 높일 수 있는 피동형 이차 응축계통의 개념이 제안되었으며, 일예로 등록특허 제0261752호를 들 수 있는데, 이는 비등경수로의 수직형 격리응축기(Isolation condenser)와, 그 격리응축기와 열교환이 일어날 수 있는 냉각수를 포함하는 격리응축기 수조, 증기발생기와 상기 격리응축기를 연결하는 배관 및 보충수 탱크를 포함하고 있다.

그런데, 종래 경수로는 수증기 안전 밸브 개방시 증기 발생기의 증기가 대기로 직접 방출되기 때문에 증기 발생기 내부로 입수되는 응축수를 계속적으로 충전해 주어야 하는 번거로움이 존재했다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 경수로에서 주증기를 회수할 수 있는 수단을 마련하여 주증기 안전 밸브 개방시 방출되는 증기를 다시 회수하여 증기 발생기의 내부로 입수되는 응축수로 활용토록 함으로써 관리상 편의성을 높이고, 사고시 안정적인 냉각이 가능하도록 제어할 수 있는 2차 계통의 주증기 회수 및 증기발생기의 피동 재충수 장치를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 밀폐된 내부공간을 갖는 응축수조; 주증기 압력 밸브의 배출단과 응축수조를 서로 연결하는 증기회수관; 응축수조의 내부에 설치되고 증기회수관을 통해 회수된 증기를 감압시켜 응축수로 전환하는 감압유니트; 응축수조와 증기 발생기를 연결하여 수압차에 의해 응축수조 내부의 응축수를 증기 발생기의 냉각수로 자동 보충시키는 재충수관; 응축수조의 상단에 연결 배관되어 응축수조 내부압이 설정치를 넘어설 때 개방되어 내부압을 조절하는 대기방출관; 응축수조의 일부에 연결 배관되어 응축수조 내부의 응축수 수위가 기준치보다 낮을 때 외부 공급원으로부터 응축수를 공급하는 수조충수관;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 2차 계통의 주증기 회수 및 증기발생기의 피동 재충수 장치를 제공한다.

이때, 상기 증기회수관의 일단은 응축수조의 하단부에 접속되고, 상기 재충수관의 일단은 상기 증기회수관이 접속된 위치보다 위쪽에 접속되게 설치된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 재충수관에는 응축수의 공급을 단속할 수 있는 개폐밸브와, 증기 발생기로부터 응축수조를 향해 응축수의 역류를 막는 역류방지밸브가 더 설치된 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 감압유니트는 증기회수관의 전단에 설치된 하우징, 하우징을 구획하는 구획판, 구획판을 지지하는 복수의 서포트, 증기회수관을 통해 하우징 내부로 유입된 증기를 감압시키는 복수의 감압트랩, 감압트랩을 거쳐 감압된 증기를 응축수조 내부로 배출하도록 구획판 상에 형성된 복수의 증기분출구를 포함하여 구성되는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 경수로에서 주증기 안전 밸브를 통해 대기로 방출된 증기를 폐회로 내에서 응축시키고, 증기 발생기 수위가 일정 설정치 이상으로 감소하면 응축된 증기를 증기 발생기로 재충수하여 사고시 안정적인 냉각이 가능하도록 제어하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 주증기 회수 및 증기 발생기의 피동 재충수 장치의 예시적인 계통도이다.
도 2는 본 발명에 따른 주증기 회수 및 증기 발생기의 피동 재충수 장치 감압유니트의 세부 구성을 보인 개념도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 주증기 회수 및 증기 발생기의 피동 재충수 장치의 예시적인 계통도이다.

본 발명은 피동형 경수로의 응축 계통 냉각탱크에서 계통 동작시 주증기 안절 밸브를 통해 대기로 방출되는 증기를 다시 회수하여 재충수로 재활용함으로써 증기 발생기용 응축수의 재충수에 따른 번거로움을 줄이고, 사고시 안정적인 냉각을 유도할 수 있도록 구성한 것에 그 주된 특징이 있다.

즉, 응축 계통 냉각탱크에서 응축수가 포화되어 주증기 상태로 방출될 때 이를 포집할 수 있도록 회수수단을 별도 구비하고, 회수된 응축수의 건전성을 확보한 상태에서 증기 발생기 냉각용 재충수로 다시 활용할 수 있도록 한 것이다.

이를 통해, 증기 발생기의 수위 감소에 따른 냉각수 보충 작업의 번거로움을 줄일 수 있고, 사고시 안정적인 냉각기능을 수행할 수 있게 되는데, 도 1을 참고하여 좀더 구체적으로 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 주증기 회수 및 증기 발생기의 피동 재충수 장치는 밀폐된 내부 공간을 갖는 응축수조(100)를 포함한다.

상기 응축수조(100)는 대기중으로 방출되는 주증기를 회수하여 응축수로 응축시키기 위한 수단이다.

이를 위해, 상기 응축수조(100)에는 주증기 안전 밸브로부터 방출되는 증기를 유도할 수 있도록 증기회수관(110)이 연결된다.

이때, 상기 증기회수관(110)은 주증기 안전 밸브로부터 방출된 증기를 회수 유도할 때 회수된 증기가 응축수조(100)의 하단부로 유입 안내되도록 배관의 접속위치를 특정함으로써 회수 후 응축효율을 높일 수 있다.

즉, 보통 증기를 포함한 기체상태의 유체는 상승하려는 성질을 갖기 때문에 응축수조(100)와 연결되는 증기회수관(110)의 단부를 가능한 한 응축수조(100)의 하단부에 배치시킴으로써 기체상태의 유체가 갖는 성질을 최대한 활용하여 보다 효율적이면서 저렴한 비용으로 포집 및 응축 기능을 실현할 수 있게 된다.

또한, 상기 응축수조(100)의 일측 적소, 바람직하게는 상기 증기회수관(110)이 접속된 위치보다 높은 위치에는 재충수관(120)이 설치된다.

상기 재충수관(120)은 상기 응축수조(100)로부터 인출된 후 증기 발생기(130)의 냉각수 인입쪽에 연결된다.

여기에서, 상기 재충수관(120)은 상기 증기 발생기(130)와 직접 연결될 수도 있으나, 도시된 예와 같이 냉각수공급관(140)에 접속되어 냉각수를 보충하는 기능을 구현하도록 구성됨이 더욱 바람직하다.

이 경우, 상기 재충수관(120)에는 응축수조(100)에 회수 응축된 응축수를 필요에 따라 선택적으로 공급할 수 있도록 개폐밸브(122)를 별도로 가져야 하며, 또한 역류 방지를 위해 역류방지밸브(124)를 더 갖추어야 한다.

이때, 상기 개폐밸브(122)는 PLC나 기타 제어기에 의해 제어될 수 있는 솔레노이드밸브가 적당하며, 상기 역류방지밸브(124)는 체크밸브 혹은 다이어프램 등과 같은 공지된 밸브가 사용될 수 있다.

따라서, 증기 발생기(130)의 압력이 상승하여 안전밸브가 열리면 응축수조(100)에 가해지는 압력과 응축수조(100)하부와 증기발생기의 수위차에 의한 증력수두에 의해 응축수조(100) 내부의 응축수가 증기 발생기(130)의 냉각수로 보충되고, 수압이 낮아지면 보충을 중지하는 형태로 자동 보충기능을 수행하게 된다.

아울러, 상기 응축수조(100)의 상단부에는 대기방출관(150)이 연결 배관되고, 상기 응축수조(100)의 일부에는 수조충수관(160)이 더 연결 배관된다.

그리하여, 상기 응축수조(100)의 내부압이 일정압력 이상으로 높아지면 대기방출관(150)에 설치된 밸브(도면번호 생략)가 개방되면서 내부압이 높아지지 않도록 조절하게 되고, 또한 응축수조(100) 내부에 충진된 응축수의 수위가 설정치 보다 낮아지면 수조충수관(160)에 설치된 밸브(도면번호 생략)가 개방되면서 외부에서 응축수를 보충하여 일정 수위 이상 유지할 수 있도록 동작하게 됨으로써 응축수조(100)의 건전성을 확보하게 된다.

한편, 상기 응축수조(100)의 내부, 바람직하기로는 재충수관(120)이 연결된 지점의 토출구 바로 전단에는 감압유니트(A)가 설치된다.

상기 감압유니트(A)는 도 2에 좀 더 구체적으로 도식화하였으며, 회수된 증기를 감압방식(Pressure Reduction Type)으로 응축시켜 응축수를 만드는 기능을 수행하게 된다.

예컨대, 도 2는 본 발명에 따른 주증기 회수 및 증기 발생기의 피동 재충수 장치 감압유니트의 세부 구성을 보인 개념도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 감압유니트(A)는 하우징(미도시) 내부에 설치되는 구획판(200)과, 상기 구획판(200)을 지지하는 복수의 서포트(210)를 포함한다.

그리고, 상기 구획판(200) 상에는 복수의 감압기(220)와 증기분출구(230)가 형성된다.

이때, 상기 감압기(220)는 감압트랩(일종의 '스팀트랩')이 될 수 있다.

따라서, 증기회수관(110)을 통해 회수된 증기는 감압유니트(A)를 구성하는 하우징(미도시) 내부로 유입된 후 감압기(220)를 거치면서 감압되고, 그 과정에서 증기가 응축되며, 응축된 후 구획판(200)에 형성된 증기분출구(230)를 통해 응축수조(100) 내부로 분출됨으로써 응축수로 변하게 된다.

이와 같이, 본 발명은 대기로 방출되던 주증기를 다시 회수하여 감압방식으로 응축시켜 증기 발생기(130)의 냉각수로 재활용함으로써 효율성을 높이고, 증기 발생기(130)의 냉각수 관리상 편의성을 증진시키며, 사고 발생시 안정적인 냉각을 유도하여 제어의 안전성을 높이는 장점을 가진다.

100 : 응축수조 110 : 증기회수관
120 : 재충수관 130 : 증기발생기
140 : 냉각수공급관 150 : 대기방출관
160 : 수조충수관 200 : 구획판
210 : 서포트 220 : 감압기
230 : 증기분출구

Claims

밀폐된 내부공간을 갖는 응축수조;
주증기 압력 밸브의 배출단과 응축수조를 서로 연결하는 증기회수관;
응축수조의 내부에 설치되고 증기회수관을 통해 회수된 증기를 감압시켜 응축수로 전환하는 감압유니트;
응축수조와 증기 발생기를 연결하여 수압차에 의해 응축수조 내부의 응축수를 증기 발생기의 냉각수로 자동 보충시키는 재충수관;
응축수조의 상단에 연결 배관되어 응축수조 내부압이 설정치를 넘어설 때 개방되어 내부압을 조절하는 대기방출관;
응축수조의 일부에 연결 배관되어 응축수조 내부의 응축수 수위가 기준치보다 낮을 때 외부 공급원으로부터 응축수를 공급하는 수조충수관;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 2차 계통의 주증기 회수 및 증기발생기의 피동 재충수 장치.
청구항 1에 있어서;
상기 증기회수관의 일단은 응축수조의 하단부에 접속되고, 상기 재충수관의 일단은 상기 증기회수관이 접속된 위치보다 위쪽에 접속되게 설치된 것을 특징으로 하는 2차 계통의 주증기 회수 및 증기발생기의 피동 재충수 장치.
청구항 1에 있어서;
상기 재충수관에는 응축수의 공급을 단속할 수 있는 개폐밸브와, 증기 발생기로부터 응축수조를 향해 응축수의 역류를 막는 역류방지밸브가 더 설치된 것을 특징으로 하는 2차 계통의 주증기 회수 및 증기발생기의 피동 재충수 장치.
청구항 1에 있어서;
상기 감압유니트는 증기회수관의 전단에 설치된 하우징, 하우징을 구획하는 구획판, 구획판을 지지하는 복수의 서포트, 증기회수관을 통해 하우징 내부로 유입된 증기를 감압시키는 복수의 감압트랩, 감압트랩을 거쳐 감압된 증기를 응축수조 내부로 배출하도록 구획판 상에 형성된 복수의 증기분출구를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 2차 계통의 주증기 회수 및 증기발생기의 피동 재충수 장치.