KR101308863B1

KR101308863B1 - 원자력발전소의 증기계통 밸브성능 시험장치용 포화증기 공급시스템

Info

Publication number: KR101308863B1
Application number: KR1020120148390A
Authority: KR
Inventors: 김병덕; 손상호
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2013-09-13

Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 시험용밸브 장착용기(900)에 공급하는 포화증기를 저장하는 증기저장탱크; 상기 증기저장탱크에 저장되는 포화증기를 상기 시험용밸브 장착용기 내로 공급하는 제1 증기공급라인과 제2 증기공급라인으로 구성되는 증기공급라인 상에 설치되며, 상기 포화증기의 공급을 제어하도록 설치되는 수증기공급밸브; 및 상기 제2 증기공급라인 내에 고온, 고압의 물을 공급라인을 통해 공급하도록 형성되고, 상기 제1 증기공급라인과 증기연결라인을 통해 연결되는 물저장탱크;를 포함하는 원자력발전소의 증기계통 밸브성능 시험장치용 포화증기 공급시스템이 제공된다.

Description

원자력발전소의 증기계통 밸브성능 시험장치용 포화증기 공급시스템{Saturated vapor supply system for testing steam touched valve of nuclear power plant}

본 발명은 원자력발전소에 사용되는 밸브를 시험하기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원자력발전소에 사용되는 증기계통 밸브의 성능을 시험하기 위해 포화증기를 제공하는 포화증기 공급시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 원자력발전소는 원자로를 중심으로 한 핵증기 공급계통, 증기를 공급받아 발전기를 구동시키는 터빈, 발전기계통, 그리고 급수계통을 포함하여 구성되며, 터빈에 공급되는 증기의 공급량을 조절하는 증기밸브의 작동에 의해 발전량을 조절하도록 하고 있다. 여기서, 상기 증기밸브는 밸브시스템에 의해 구동되어 터빈에 증기를 공급하는 기능을 가지는 것과 동시에 터빈의 트립시에 증기를 차단하는 기능을 수행한다. 이러한 밸브시스템은 일반적으로 릴리프 밸브, 언로딩 밸브, 서보 밸브 및 하나 이상의 솔레노이드 밸브로 구성될 수 있다.

한편, 원자력발전소를 구성하는 발전시스템은 여러 가지 원인에 의해 고장이 발생하는데, 이 중 발전계통의 고장 원인 중에 상술한 밸브시스템 계통의 고장이 약 40% 이상을 차지하고 있다. 따라서, 상기 원자력발전소에 사용되는 증기계통 밸브의 성능을 시험을 하기 위한 장치가 요구되며, 실제 원자력발전소 환경과 동일한 환경하에서 실험을 수행할 필요가 있다.

따라서, 상술한 바와 같은 실험을 수행하기 위해 고온, 고압의 포화증기를 공급하도록 하는 포화증기 공급시스템이 설치될 수 있는 바, 이에 대한 구체적인 도면이 도 1에 도시되어 있다. 도면을 참고하면, 기존의 포화증기 공급시스템(1)은 포화증기저장탱크(10)로부터 증기공급라인(11,12)을 통해 시험용밸브 장착용기(30)로 포화증기를 공급하도록 설계되어 있다. 보다 구체적으로, 포화증기저장탱크(10)에 저장되는 포화증기는 고온, 고압으로 유지되는 바, 보다 상세하게는 약 200 bar 정도의 고압과, 약 350 ℃의 고온으로 저장되도록 설계되어 있다. 한편, 상기 증기공급라인(11,12) 상에는 상기 시험용밸브 장착용기(30)로 공급되는 증기의 양을 제어할 수 있는 수증기공급밸브(20)가 설치된다.

상술한 바와 같이, 상기 포화증기저장탱크(10) 내에 저장되는 포화증기는 상당히 고온, 고압으로 유지됨으로 인하여, 상기 증기공급라인(11,12)에 설치되어 있는 수증기공급밸브(20)의 제어를 통해 상기 시험용밸브 장착용기(30)로 공급되는 경우, 상기 수증기공급밸브(20)를 통과한 포화증기는 증기공급라인(12) 내에서 확산하게 되어 급격한 압력강하를 가져오게 되며 이를 통해, 상기 증기공급라인(12) 내의 증기는 건증기(dried steam) 상태로 바뀌게 된다는 문제가 발생한다. 이는 상기 증기공급라인(11) 에는 약 200 bar 정도의 고압과 약 350 ℃의 고온으로 형성된 포화증기가 있는 반면, 증기공급라인(12)은 상온상태로 유지되기 때문이다. 따라서, 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해, 지금까지는 상기 증기공급라인(12) 내에 온도센서(70)를 설치하고, 상기 온도센서(70)를 통해 얻은 값을 기초로 하여, 외부에 설치되어 있는 워터탱크(40)로부터 고온, 고압의 물을 물유량제어밸브(60) 및 워터공급라인(13)을 통해 상기 증기공급라인(12)에 공급하도록 하는 것에 의해, 상기 건증기를 포화증기로 만들어서 상기 시험용밸브 장착용기(30)에 공급하도록 하고 있다. 한편, 상기 워터공급라인(13)에는 펌프(50)가 설치되어 상기 워터탱크(40)로부터 물을 증기공급라인(12)에 공급하도록 구성된다.

그러나, 상술한 바와 같은 종래 포화증기 공급시스템(1)은 워터탱크(40)로부터 저온수를 상기 증기공급라인(12)에 공급하는 관계로 인하여, 상기 증기공급라인(12) 내에서 고온, 고압의 포화증기를 생성하는 데에는 상당한 시간이 소요된다는 문제가 있다. 즉, 증기공급라인(12) 내에서 건증기를 고온, 고압의 포화증기로 만드는데 최소 수 초에서 몇 분이 소요되는 문제가 있어, 적절한 시험을 행하기 어렵다는 문제가 있으며, 또한 상기 증기공급라인(12) 내에 저온수가 공급되는 관계로 인하여 상기 증기공급라인(12) 내의 증기의 온도를 정확히 제어하기가 어렵다는 문제가 있다.

따라서, 상기 워터탱크(40) 내의 물을 약 350 ℃의 고온으로 하여, 제공하는 방법을 고려할 수 있으나, 실제 약 350 ℃의 고온수를 펌프로 공급하는 것은 불가능하다는 문제가 있으며, 또한, 이 경우에도 상기 고온수의 물을 상기 증기공급라인(12)에 공급하여, 건증기를 포화증기로 만드는데 상당한 시간이 소요된다는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 출원인은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 효율적인 포화증기 공급시스템을 발명하게 되었다.

한국등록특허공보 제10-0909443호(2009년 7월 30일)

본 발명의 실시예들은 상술한 바와 같은 문제를 해소하기 위해, 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치용 포화증기 공급시스템을 제공하도록 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 시험용밸브 장착용기에 공급하는 포화증기를 저장하는 증기저장탱크; 상기 증기저장탱크에 저장되는 포화증기를 상기 시험용밸브 장착용기 내로 공급하는 제1 증기공급라인과 제2 증기공급라인으로 구성되는 증기공급라인 상에 설치되며, 상기 포화증기의 공급을 제어하도록 설치되는 수증기공급밸브; 및 상기 제2 증기공급라인 내에 고온, 고압의 물을 공급라인을 통해 공급하도록 형성되고, 상기 제1 증기공급라인과 증기연결라인을 통해 연결되는 물저장탱크;를 포함하는 원자력발전소의 증기계통 밸브성능 시험장치용 포화증기 공급시스템을 제공할 수 있다.

상기 제1 증기공급라인과 물저장탱크를 연결하는 증기연결라인 상에는 차단밸브가 설치되고, 상기 물저장탱크 주변을 감싸도록 형성되는 히팅코일과, 상기 히팅코일의 온도를 제어하는 온도제어기로 구성되어, 상기 물저장탱크를 가열하도록 하는 히팅부를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 물저장탱크로부터 제2 증기공급라인 내에 고온, 고압의 물을 공급하는 공급라인 상에, 제어밸브를 설치할 수 있으며, 제2 증기공급라인(200) 내에 압력센서(400)가 설치되며, 상기 압력센서(400)를 통해 얻은 압력값을 활용하여 수증기공급밸브(300)의 제어를 행하도록 할 수 있다.

또한, 제2 증기공급라인 내에 유량센서가 설치되며, 상기 유량센서를 통해 얻은 유량값을 활용하여 히팅부의 온도제어기 및 제어밸브를 제어하도록 할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 시험용밸브 장착용기 내에 증기를 공급하는 포화증기공급시스템을 보다 단순하면서도 효율적으로 설계할 수 있다는 기술적 장점이 있다. 특히, 기존의 펌프를 사용하는 일 없이, 증기저장탱크 내에 있는 포화증기의 압력을 사용하여, 물저장탱크의 물을 가압하여 제2 증기공급라인으로 물을 공급하도록 하도록 구성되어 있어, 매우 단순한 구성으로 최대한의 효율을 달성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 포화증기 공급시스템은 물저장탱크로부터 제2 증기공급라인으로 공급되는 고온, 고압의 물을 보다 빠른 시간내에 공급하도록 함으로써, 상기 증기저장탱크로부터 시험밸브용 장착용기로 공급하는 포화증기를 보다 원활하게 공급할 수 있다는 기술적 장점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치용 포화증기 공급시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치용 포화증기 공급시스템을 도시한다.

이하, 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치용 포화증기 공급시스템을 설명한다.

시험용밸브 장착용기는 상술한 바와 같이, 원자력발전소에 사용되는 증기계통 밸브의 성능을 시험하기 위한 장치로, 이와 같은 시험을 수행하기 위해서는 과열 증기 및 포화 증기를 이용하여 단시간에 상기 시험용밸브 장착용기 내로 공급하도록 하는 것이 무엇보다 중요하다. 따라서, 상기 시험용밸브 장착용기 외부에 고온, 고압의 포화증기를 저장하는 증기저장탱크를 설치하고, 이를 통해 상기 시험용밸브 장착용기로 고온, 고압의 포화증기를 공급하도록 하고 있다.

그러나, 이미 배경기술에서 설명한 바와 같이 일반적으로, 상기 증기저장탱크로부터 고온, 고압의 포화증기를 증기공급라인을 통해 상기 시험용밸브 장착용기로 공급하는 경우, 상기 증기공급라인 내에서 상기 포화증기가 건증기로 상태가 변화하게 되는 경우가 발생한다. 따라서, 이와 같은 문제를 해결하기 위해, 별도로 외부에 물저장탱크를 설치하여 상기 증기공급라인에 물을 공급하도록 하는 것에 의해, 상기 건증기를 포화증기로 만들도록 하고 있으나, 현재의 시스템으로는 효과적으로 건증기를 포화증기로 만들 수 없다는 문제가 있으며, 또한 그 시간에 상당한 시간이 소요된다는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 출원인은 도 2에 도시되어 있는 바와 같은 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치용 포화증기 공급시스템(100)을 발명하게 되었는 바, 도면을 참고하여 이를 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자력발전소의 증기계통 밸브성능 시험장치용 포화증기 공급시스템은, 시험용밸브 장착용기(900)에 공급하는 포화증기를 저장하는 증기저장탱크(200)와, 상기 증기저장탱크(200)에 저장되는 포화증기를 상기 시험용밸브 장착용기(900) 내로 공급하는 제1 증기공급라인(210)과 제2 증기공급라인(220)으로 구성되는 증기공급라인 상에 설치되며, 상기 포화증기의 공급을 제어하도록 설치되는 수증기공급밸브(300)와, 상기 제 2증기공급라인(220) 상에 고온, 고압의 물을 공급하도록 형성되는 물저장탱크(500)를 포함하여 구성된다. 특히, 본 발명은 상기 증기저장탱크(200)와 상기 수증기공급밸브(300) 사이에 형성되는 제1 증기공급라인(210)과 상기 물저장탱크(500)를 증기연결라인(230)을 통해 연결하도록 하는 것에 의해, 상기 증기저장탱크(200)의 고압의 포화증기를 사용하여, 상기 물저장탱크(500)의 물을 자체압력으로 제2 증기공급라인(220)으로 공급할 수 있도록 한 기술을 주요한 특징으로 한다.

증기저장탱크(200)는 상술한 바와 같이, 그 내부에 약 200 bar 정도의 고압과, 약 350 ℃의 고온으로 형성되는 포화증기를 저장하고 있으며, 이를 증기공급라인(210,220)을 통해, 시험용밸브 장착용기(900)로 공급하도록 구성된다. 한편, 상술한 바와 같이, 형성되는 증기공급라인(210,220) 상에는 상기 포화증기의 공급을 제어하는 수증기공급밸브(300)가 설치되어 있다. 한편, 상기 수증기공급밸브(300)를 통해, 상기 제1 증기공급라인(210)을 통해 공급되는 포화증기를 제2 증기공급라인(220)으로 공급하는 경우, 제2 증기공급라인의 온도와 압력 등으로 인하여, 포화증기가 건증기로 상태가 변화하게 된다. 한편, 상기 수증기공급밸브(300)는 제2 증기공급라인(220) 상에 설치되는 압력센서(400)의 값에 따라 제어기(310)를 통해 제어될 수 있다.

본 발명에 따른 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치용 포화증기 공급시스템(100)은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해, 그 외부에 물저장탱크(500)를 설치하도록 하되, 상기 물저장탱크(500)로부터 제2 증기공급라인(220)으로 공급되는 물을 고온, 고압으로 유지할 수 있도록, 즉, 약 350 ℃의 고온과, 약 200 bar 정도의 고압으로 제공하도록 하는 것에 의해, 보다 빠르면서도 효과적으로 제2 증기공급라인(220) 내의 건증기를 포화증기로 상태변화를 행할 수 있도록 한다.

이를 달성하기 위해 우선적으로, 본 발명에 따른 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치용 포화증기 공급시스템(100)은 상기 제1 증기공급라인(210)과 상기 물저장탱크(500)를 증기연결라인(230)을 통해 연결하도록 구성한다. 이를 통해, 상기 물저장탱크(500)는 제1 증기공급라인(210)의 고압을 유지할 수 있으며, 또한 상기 물저장탱크(500) 내의 물을 상기 제1 증기공급라인(210)의 고압을 활용하여 제2 증기공급라인(220)으로 공급하도록 하는 것이 가능하다. 즉, 본 발명에 따른 포화증기 공급시스템(100)은 별도의 펌프 등을 사용하는 것 없이 자체적인 압력만으로, 물저장탱크(500)의 물을 제2 증기공급라인(220)으로 공급하도록 하는 것이 가능하다는 기술적 장점이 있다. 한편, 상기 증기연결라인(230) 상에는 차단밸브(250)가 설치되어, 상기 제1 증기공급라인(210)과 물저장탱크(500)의 연결을 제어하는 것이 가능하다.

한편, 물저장탱크(500)는 그 주변을 감싸도록 형성되는 히팅코일(620)과, 상기 히팅코일(610)을 제어하도록 하는 온도제어기(610)로 구성되는 히팅부(600)를 설치하여, 상기 물저장탱크(500) 내의 온도를 고온으로 유지하도록 하는 것이 가능하다. 상기 물저장탱크(500) 내에 저장된 고온, 고압의 물은 공급라인(710)을 통해, 제2 증기공급라인(220)으로 공급될 수 있도록 구성되며, 상기 공급라인(710) 상에는 제어밸브(700)가 설치될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치용 포화증기 공급시스템(100)의 상기 온도제어기(610)와 상기 제어밸브(700)는 제2 증기공급라인(220) 상에 설치되는 유량센서(810)를 통해 얻어지는 값에 따라, 제어기(800)를 통해 적절하게 제어될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치용 포화증기 공급시스템(100)은 상술한 바와 같은 구성을 갖도록 형성되는 것에 의해, 종래 사용되는 펌프를 사용하지 않고 자체 압력만을 사용하여 형성된다는 점에서, 그 구성이 단순해진다는 기술적 장점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 포화증기 공급시스템(100)은 제2 증기공급라인(220) 상에 고온, 고압의 물을 공급이 가능함으로써, 보다 효율적으로 건증기를 포화증기로 만들 수 있으며, 또한, 그 시간을 상당한 정도로 단축시킬 수 있다는 기술적 장점이 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100 : 포화증기 공급시스템 200 : 증기저장탱크
210 : 제1 증기공급라인 300 : 수증기공급밸브
400 : 압력센서 500 : 물저장탱크
600 : 히팅부 700 : 제어밸브
900 : 시험용밸브 장착용기

Claims

시험용밸브 장착용기(900)에 공급하는 포화증기를 저장하는 증기저장탱크(200);
상기 증기저장탱크(200)에 저장되는 포화증기를 상기 시험용밸브 장착용기(900) 내로 공급하는 제1 증기공급라인(210)과 제2 증기공급라인(220)으로 구성되는 증기공급라인 상에 설치되며, 상기 포화증기의 공급을 제어하도록 설치되는 수증기공급밸브(300); 및
상기 제2 증기공급라인(200) 내에 고온, 고압의 물을 공급라인(710)을 통해 공급하도록 형성되고, 상기 제1 증기공급라인(210)과 증기연결라인(230)을 통해 연결되는 물저장탱크(500);를 포함하며,
상기 물저장탱크(500)로부터 제2 증기공급라인(200) 내에 고온, 고압의 물을 공급하는 공급라인(710) 상에, 제어밸브(700)를 설치하도록 한 것을 특징으로 하는 원자력발전소의 증기계통 밸브성능 시험장치용 포화증기 공급시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 증기공급라인(210)과 물저장탱크(500)를 연결하는 증기연결라인(230) 상에는 차단밸브(250)가 설치되는 것을 특징으로 하는 원자력발전소의 증기계통 밸브성능 시험장치용 포화증기 공급시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 물저장탱크(500) 주변을 감싸도록 형성되는 히팅코일(620)과, 상기 히팅코일(620)의 온도를 제어하는 온도제어기(610)로 구성되어, 상기 물저장탱크(500)를 가열하도록 하는 히팅부(600)를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력발전소의 증기계통 밸브성능 시험장치용 포화증기 공급시스템.
청구항 1에 있어서,
제2 증기공급라인(200) 내에 압력센서(400)가 설치되며, 상기 압력센서(400)를 통해 얻은 압력값을 활용하여 수증기공급밸브(300)의 제어를 행하도록 하는 것을 특징으로 하는 원자력발전소의 증기계통 밸브성능 시험장치용 포화증기 공급시스템.
청구항 1에 있어서,
제2 증기공급라인(200) 내에 유량센서(810)가 설치되며, 상기 유량센서(810)를 통해 얻은 유량값을 활용하여 히팅부(600)의 온도제어기(610) 및 제어밸브(700)를 제어하도록 하는 것을 특징으로 하는 원자력발전소의 증기계통 밸브성능 시험장치용 포화증기 공급시스템.