KR101386698B1 - Oxide layer producing system, oxide layer simulating method of a primary nuclear power plant using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따르는 부식 산화막 생성 시스템은 내부에 복수의 시편을 구비하고, 내부 압력을 조절할 수 있도록 형성되는 오토클레이브와, 내부에서 형성된 부식 용액을 상기 오토클레이브에 공급할 수 있도록 형성되는 혼합 탱크 및 상기 오토클레이브와 상기 혼합 탱크 사이를 하나 이상의 밸브를 포함하는 관으로 연결하여 복수의 경로를 형성하며, 상기 밸브를 통하여 상기 오토클레이브와 상기 혼합 탱크를 오가는 상기 부식 용액의 유출입을 제어할 수 있도록 형성되는 제어부를 포함한다.Corrosion oxide film production system according to an embodiment of the present invention is provided with a plurality of specimens therein, an autoclave formed to control the internal pressure, and a mixture formed to supply the corrosion solution formed therein to the autoclave A plurality of paths may be formed between the tank and the autoclave and the mixing tank by a pipe including one or more valves, and the inflow and outflow of the corrosion solution between the autoclave and the mixing tank may be controlled through the valve. The control unit is formed to be.
Description
본 발명의 실시예들은 원자로의 1차 계통과 유사한 환경하에서 1차 계통을 구성하는 각 구성들에 대한 부식시험을 할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
Embodiments of the present invention relate to an apparatus and method capable of performing corrosion tests on each of the components constituting the primary system under an environment similar to that of the reactor primary system.
원자력발전소의 가동년수가 증가함에 따라 1 차계통 표면의 부식 산화막 내에 방사능 오염이 증가함으로써 제염의 필요성이 증가하고 있다. 화학제염기술은 원자력발전소 1 차 계통제염에 적합한 기술로써, 이 기술을 개발을 위해서는 계통표면에 형성된 산화막과 유사한 부식 산화막제조가 필요하다. 최적제염을 수행하기위해서는 방사능 오염물질과 함께 부식 산화막 만 제거하고 모재 손상이 없어야 한다. 그러므로 제염 대상 산화막과 화학적 조성, 결정구조 등이 일치하는 산화막을 제조하여 제염기술을 개발하고 실증시험을 수행하여야 한다. As the number of years of operation of nuclear power plants increases, the need for decontamination is increasing due to the increase of radioactive contamination in the corroded oxide film on the surface of primary systems. Chemical decontamination technology is suitable for primary system decontamination of nuclear power plants, and the development of this technique requires the formation of a corrosion oxide film similar to the oxide film formed on the surface of the system. In order to perform optimal decontamination, only the corrosive oxides with radioactive contaminants should be removed and there should be no base metal damage. Therefore, it is necessary to develop decontamination technology and to carry out an empirical test by producing an oxide film that matches chemical composition, crystal structure, etc.
원자력발전소의 1차 계통 표면에 형성되는 부식 산화막은 노형, 모재의 성분, 수질조건 등에 따라 다양하다. 원자로의 노형에 따라 냉각수의 수 화학이 산화막 형성에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 용존산소(DO)와 용존수소(DH)의 농도이다. Corrosion oxide film formed on the surface of primary system of nuclear power plant varies according to furnace type, base metal composition, and water quality conditions. Depending on the reactor type, the most important factor affecting the formation of oxide film is the concentration of dissolved oxygen (DO) and dissolved hydrogen (DH).
비등 경수로(Boiling water reactor, BWR)의 정상 수화학 조건은 200 ppb DO, 20 ppb DH를 포함하는 수용액으로써 높은 용존산소로 인해 NiFe2O4, Fe3O4 뿐만아니라 Fe2O3 도 생성된다. The normal hydrochemical conditions of a boiling water reactor (BWR) are 200 ppb DO and 20 ppb DH in aqueous solution, which produces Fe 2 O 3 as well as NiFe 2 O 4 and Fe 3 O 4 due to the high dissolved oxygen. .
수용액 중에 용존산소가 증가하면 산화환원전위가 증가하기 때문에 Cr6 + 이온이 안정한 영역이 되기 때문에 장시간 운전된 원자로의 경우 Cr 성분이 용해되어 용액 중으로 방출됨으로써 산화막 내부가 Cr-고갈층이 형성된다. As the dissolved oxygen increases in the aqueous solution, the redox potential is increased, and thus Cr 6 + ions become a stable region. Thus, in a reactor operated for a long time, Cr components are dissolved and released into the solution, thereby forming a Cr-depleted layer inside the oxide film.
또한 Cr 성분이 용해되면서 형성된 기공이 부식속도를 증가시켜 두껍고 엉성한 산화막이 형성되기 쉽다. In addition, the pores formed when the Cr component is dissolved increase the corrosion rate, so that thick and sloppy oxide films are easily formed.
반면, 15 ppb DO, 150 ppb DH 가 포함된 BWR-HWC(Hydrogen water chemistry) 나 가압경수로(Pressurized water reactor, PWR) 에서는 산화환원 전위가 낮아져 Cr3 + 이온이 안정한 영역이 됨으로써, Cr 성분의 용해가 일어나지 않고 Cr-enriched 산화막이 형성된다. PWR 산화막 내층의 경우 Cr 함량이 30~40%까지 증가하여 산화막의 보호막 특성이 증가하여 원자로 가동중에는 내식성을 증가시키나, 제염조건에서는 용해를 어렵게 하는 역할을 한다. On the other hand, in the BWR-HWC (Hydrogen water chemistry) or pressurized water reactor (PWR) containing 15 ppb DO and 150 ppb DH, the redox potential is lowered to form a stable region of Cr 3 + ions. Does not occur and a Cr-enriched oxide film is formed. In the case of PWR oxide layer, Cr content is increased by 30 ~ 40%, which increases the protective film characteristic of oxide layer, which increases corrosion resistance during reactor operation, but plays a role of making dissolution difficult under decontamination condition.
이와 같이 원자로 1차 계통수의 화학적 성분이나 pH 등이 일정한 경우 계통표면의 부식 산화막 특성은 DO 및 DH 에 의해 큰 영향을 받는다. 그러나 기존 오토클레이브를 가지고는 DO 및 DH를 제어할 수 없으므로 제염을 위한 모의 부식 산화막 제조에 사용될 수 없다. As such, when the chemical composition and pH of the reactor primary system water are constant, the corrosion oxide film characteristics of the system surface are greatly affected by DO and DH. However, existing autoclaves cannot control DO and DH and therefore cannot be used to produce simulated corrosion oxide films for decontamination.
특히 가압경수로 1 차 계통은 용존산소의 농도가 매우 낮아 매우 치밀하고 Cr-enriched 산화막이 형성되는데, 기존 오토클레이브를 사용하여 부식 산화막을 제조하는 경우에는 용액을 충진하는 동안 공기와 접촉하기 때문에 이와 같은 특성을 갖는 산화막을 제조할 수가 없다.In particular, the primary system of pressurized water reactors has a very low dissolved oxygen concentration, which forms very dense and Cr-enriched oxide films. An oxide film having the characteristics cannot be produced.
따라서, 원자로의 1차 계통 제염기술에 필요한 부식 산화막을 제조할 수 있는 장치가 고려될 수 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 미국특허공보 US 5260218 (1993.11.09)에 개시되어 있다. Therefore, a device that can produce a corrosion oxide film necessary for the primary system decontamination technology of the reactor can be considered.
Background art of the present invention is disclosed in US Patent Publication US 5260218 (1993.11.09).
본 발명의 목적은 원자로의 1 차 계통 제염기술에 필요한 모의 부식 산화막을 생성할 수 있는 장치를 제공하기 위한 것이다.
It is an object of the present invention to provide a device capable of producing simulated corrosion oxide films required for the primary system decontamination technology of nuclear reactors.
이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 부식 산화막 생성 시스템은 내부에 복수의 시편을 구비하고, 내부 압력을 조절할 수 있도록 형성되는 오토클레이브와, 내부에서 형성된 부식 용액을 상기 오토클레이브에 공급할 수 있도록 형성되는 혼합 탱크 및 상기 오토클레이브와 상기 혼합 탱크 사이를 하나 이상의 밸브를 포함하는 관으로 연결하여 복수의 경로를 형성하며, 상기 밸브를 통하여 상기 오토클레이브와 상기 혼합 탱크를 오가는 상기 부식 용액의 유출입을 제어할 수 있도록 형성되는 제어부를 포함한다.In order to achieve the above object of the present invention, the corrosion oxide film generating system according to an embodiment of the present invention is provided with a plurality of specimens therein, an autoclave formed to control the internal pressure, and the corrosion formed therein A mixing tank formed to supply a solution to the autoclave and a pipe including one or more valves between the autoclave and the mixing tank to form a plurality of paths, through which the autoclave and the mixing And a controller configured to control the inflow and outflow of the corrosion solution to and from the tank.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 오토클레이브는 내부에 유입된 부식 용액의 양을 제어할 수 있도록 형성되는 레벨게이지를 포함할 수 있다.According to an example related to the present invention, the autoclave may include a level gauge formed to control the amount of the corrosion solution introduced therein.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 오토클레이브는 원자로의 1차 계통과 유사한 환경을 형성할 수 있도록, 내부의 온도와 압력을 조절하는 온도 및 압력 조절부를 포함할 수 있다.According to an example related to the present invention, the autoclave may include a temperature and pressure control unit for adjusting an internal temperature and pressure to form an environment similar to the primary system of the reactor.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 시편은 원자로와 증기 발생기 사이에서 1차 계통을 형성하는 구성 중 어느 하나가 될 수 있다.According to an example related to the present invention, the specimen may be any one of a configuration forming a primary system between the reactor and the steam generator.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 복수의 경로는, 상기 혼합 탱크에 붕산(H3BO3)을 포함하는 화학제와 질소가스(N2)를 혼합하여 형성된 부식 용액에 대하여 용존산소 및 산화환원전위를 측정할 수 있도록, 상기 혼합 탱크로부터 시작하고 용존산소 측정셀 및 산화환원전위 측정셀을 경유하여 상기 혼합 탱크까지 이어지는 제1 경로를 포함할 수 있다.According to an embodiment related to the present invention, the plurality of paths, dissolved oxygen and oxidation to the corrosion solution formed by mixing a chemical containing boric acid (H 3 BO 3 ) and nitrogen gas (N 2 ) in the mixing tank. In order to measure the reduction potential, it may include a first path starting from the mixing tank and leading to the mixing tank via the dissolved oxygen measuring cell and the redox potential measuring cell.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 복수의 경로는, 상기 오토클레이브에 공급될 부식 용액이 기설정된 용존산소량과 산화환원값이 되면 상기 오토클레이브를 충진할 수 있도록 상기 혼합 탱크로부터 시작하여 상기 오토클레이브를 경유하여 상기 혼합 탱크까지 이어지는 제2 경로를 포함할 수 있다.According to an example related to the present invention, the plurality of paths may be started from the mixing tank so as to fill the autoclave when the corrosion solution to be supplied to the autoclave reaches a predetermined dissolved oxygen amount and a redox value. It may include a second path leading to the mixing tank via the clave.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 복수의 경로는, 부식 용액이 충진된 상기 오토클레이브 내의 시편의 변화를 측정할 수 있도록 상기 오토클레이브와 상기 용존산소 측정셀 및 산화환원전위 측정셀을 경유하여 시료채취부까지 이어지는 제3 경로를 포함할 수 있다.According to an example related to the present invention, the plurality of paths are provided via the autoclave, the dissolved oxygen measuring cell, and the redox potential measuring cell so as to measure a change in a specimen in the autoclave filled with a corrosion solution. It may include a third path leading to the sampling unit.
또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명의 다른 실시예는, 원자로 1차 계통을 따라 흐르는 용액과 유사한 부식 용액을 형성하기 위하여, 증류수가 채워진 혼합 탱크에 붕산(H3BO3)을 포함하는 화학제와 질소가스(N2)를 주입하여 부식 용액을 형성하는 단계와, 상기 부식 용액 내의 용존 산소량과 산화환원값을 조절하는 단계와, 조절된 용존 산소량을 갖는 부식 용액을 복수의 시편이 구비된 오토클레이브에 공급하는 단계와, 상기 오토클레이브 내의 온도와 압력을 조절하는 단계 및 상기 시편의 변화를 측정하는 단계를 포함하는 부식 산화막 생성 시스템을 이용한 모사된 원자로 1차 계통의 부식시험방법을 개시한다.In addition, another embodiment of the present invention in order to realize the above object, a chemical containing boric acid (H 3 BO 3 ) in a mixing tank filled with distilled water, in order to form a corrosion solution similar to the solution flowing along the reactor primary system Injecting the agent and nitrogen gas (N 2 ) to form a corrosion solution, adjusting the dissolved oxygen amount and redox value in the corrosion solution, and the corrosion solution having a controlled dissolved oxygen amount is provided with a plurality of specimens Disclosed is a method for the corrosion testing of a simulated reactor primary system using a corrosion oxide film formation system comprising supplying an autoclave, adjusting the temperature and pressure in the autoclave, and measuring a change in the specimen. .
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 부식 용액 내의 용존 산소량과 산화환원값을 조절하는 단계는, 상기 혼합 탱크로부터 시작하고 용존산소 측정셀 및 산화환원전위 측정셀을 경유하여 상기 혼합 탱크까지 이어지는 제1 경로를 따라 부식용액을 순환시키는 단계로써, 기설정된 용존산소량과 산화환원값과 측정된 값을 비교한 뒤, 상기 혼합 탱크에 주입되는 상기 붕산 또는 질소가스의 양을 조절하도록 이루어질 수 있다.According to an example related to the present invention, the step of adjusting the dissolved oxygen amount and the redox value in the corrosion solution may include starting from the mixing tank and extending to the mixing tank via the dissolved oxygen measuring cell and the redox potential measuring cell. As a step of circulating the corrosion solution along one path, after comparing the predetermined dissolved oxygen and the redox value and the measured value, it can be made to adjust the amount of boric acid or nitrogen gas injected into the mixing tank.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 부식 용액을 오토클레이브에 공급하는 단계는, 상기 혼합 탱크로부터 시작하여 상기 오토클레이브를 경유하여 상기 혼합 탱크까지 이어지는 제2 경로를 따라 부식용액을 순환시키는 단계로써, 기설정된 용존 산소량을 갖는 부식 용액을 상기 오토클레이브 내에 일정 위치까지 채우도록 공급할 수 있다.According to an example related to the present invention, supplying the corrosion solution to the autoclave may include circulating the corrosion solution along a second path starting from the mixing tank and leading to the mixing tank via the autoclave. In addition, a corrosion solution having a predetermined dissolved oxygen amount may be supplied to fill the autoclave to a predetermined position.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 시편의 변화를 측정하는 단계는, 부식 용액이 충진된 상기 오토클레이브 내의 시편의 변화를 측정할 수 있도록 상기 오토클레이브와 상기 용존산소 측정셀 및 산화환원전위 측정셀을 경유하여 시료채취부까지 이어지는 제3 경로를 따라 부식용액을 순환시킬 수 있다.
According to an example related to the present invention, the measuring of the change of the specimen may include measuring the autoclave, the dissolved oxygen measurement cell, and the redox potential to measure the change of the specimen in the autoclave filled with the corrosion solution. Corrosion solution can be circulated along the third path leading to the sampler via the cell.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 부식 산화막 생성 시스템, 및 이를 이용한 모사된 원자로 1차 계통의 부식시험방법은, 특성이 우수한 부식 산화막을 단기간에 제조함으로써 원자로 1차 계통 제염기술 개발시 제염성능이 우수한 제염제의 screening 시험이 가능할 뿐만 아니라 전체 제염공정의 실증시험에도 효과적으로 사용될 수 있다. Corrosion oxide film production system according to at least one embodiment of the present invention configured as described above, and the corrosion test method of the simulated reactor primary system using the same, the reactor primary system decontamination by producing a corrosion oxide film having excellent characteristics in a short time In the development of technology, not only screening test of decontamination agent with excellent decontamination performance is possible, but also can be effectively used for demonstration test of the entire decontamination process.
특히 치밀하고 Cr-enriched 산화막을 단기간에 제조할 수 있기 때문에, 경제적으로 제염기술을 개발할 수 있을 뿐만 아니라 산화막 특성이 가압경수로의 1차 계통 산화막과 일치하도록 형성함으로써 모재 손상 없이 산화막 만을 제염하는 기술 개발이 가능하다.
In particular, since the compact and Cr-enriched oxide film can be manufactured in a short time, it is possible to develop the decontamination technology economically and to develop the technology of decontaminating only the oxide film without damaging the base material by forming the oxide property to match the primary system oxide film of the pressurized water reactor. This is possible.
도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 오토클레이브의 개념도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따르는 혼합 탱크의 개념도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따르는 부식 산화막 생성 시스템의 개념도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따르는 부식 산화막 생성 시스템의 부식시험시 제1 경로, 오토클레이브 및 제3 경로 내에서 측정된 용존산소 농도, 온도 및 용기 내부압력을 도시한 도면.
도 5a는 부식 전의 Inconel-600으로 형성된 시편 표면의 접사 사진, 도 5b는 부식 후의 Inconel-600으로 형성된 시편 표면의 접사 사진으로써, 용존 산소량이 210 ppb일 때의 사진, 도 5c는 부식 후의 Inconel-600으로 형성된 시편 표면의 접사 사진으로써, 용존 산소량이 20 ppb 이하일 때의 사진.
도 6a 내지 도 6b는 오토클레이브를 용존 산소량이 210 ppb이하이며, 각각 350oC 내외의 온도 조건과, 2,650 psi 내외의 압력 조건을 만족하도록 제어한 후, 부식 후 시편 표면에 형성된 산화막 표면의 전자현미경 사진.
도 7a 내지 도 7b는 오토클레이브를 용존 산소량이 20 ppb이하이며, 각각 350oC 내외의 온도 조건과, 2,650 psi 내외의 압력 조건을 만족하도록 제어한 후, 부식 후 시편 표면에 형성된 산화막 표면의 전자현미경 사진.1 is a conceptual diagram of an autoclave according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram of a mixing tank according to an embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram of a corrosion oxide film production system according to an embodiment of the present invention.
4 shows dissolved oxygen concentration, temperature, and vessel internal pressure measured in a first path, autoclave, and third path during a corrosion test of a corrosion oxide film production system according to an embodiment of the present invention.
5A is a close-up photograph of a specimen surface formed of Inconel-600 before corrosion, FIG. 5B is a close-up photograph of a specimen surface formed of Inconel-600 after corrosion, and a photograph of dissolved oxygen at 210 ppb, and FIG. 5C is of Inconel- after corrosion. A close-up photograph of the surface of a specimen formed of 600, wherein the dissolved oxygen amount is 20 ppb or less.
6a to 6b show the electrons on the surface of the oxide film formed on the surface of the specimen after corrosion after controlling the autoclave to satisfy the dissolved oxygen content of 210 ppb or less, and the temperature condition of 350 ° C and pressure of 2,650 psi, respectively. Micrograph.
7A to 7B show the electrons on the surface of the oxide film formed on the surface of the specimen after corrosion after controlling the autoclave to satisfy the dissolved oxygen content of 20 ppb or less, and the temperature condition of 350 ° C. and the pressure condition of 2,650 psi, respectively. Micrograph.
이하, 본 발명에 관련된 부식 산화막 생성 시스템, 및 이를 이용한 모사된 원자로 1차 계통의 부식시험방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
Hereinafter, a corrosion test method of a corrosion oxide film production system and a simulated reactor primary system using the same according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role. In the present specification, the same or similar reference numerals are given to different embodiments in the same or similar configurations. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.
도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 오토클레이브의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of an autoclave according to an embodiment of the present invention.
오토클레이브(110)란 고온·고압하에서 합성·분해·승화·추출 등의 화학처리를 하는 내열·내압성 용기를 말하며, 고압반응솥이라고도 한다. The
본 발명의 오토클레이브(110)는 수 화학이 잘 제어된 부식용액을 원하는 부피만큼 채우기 위한 레벨게이지(113)가 설치된 오토클레이브(110)이다. The
레벨게이지(113)는 오토클레이브(110) 내부에 설치될 수 있으며, 오토클레이브(110) 내부의 수위를 측정할 수 있도록 형성된다. 레벨게이지(113)는 단순히 눈금이 표시된 측정장치로 형성될 수도 있으며, 이와 달리 일정 위치에 수위가 도달하면 이를 전기적 신호로 바꾸어 부식 산화막 생성 시스템을 제어하는 제어부에 신호를 전송하도록 형성될 수도 있다.The
레벨게이지(113)는 원하는 온도에서 수용액의 부피가 팽창하여 수증기가 없어지는 조건(포화수증기압) 이상이 될 수 있도록 정밀하게 조절된다. 오토클레이브(110)에 시편(111)과 원하는 부피의 부식용액이 채워지면 고압밸브인 제2 밸브 및 제3 밸브를 잠그고 일정 온도/압력까지 가온하여 부식시험을 수행할 수 있다.
이를 위해, 오토클레이브(110)는 시편(111)이 고정될 수 있는 고정대(112)를 포함할 수 있다. 시편(111)은 원자로의 1차 계통을 구성하는 관이나 밸브와 같은 부품 중 어느 하나가 될 수 있다. To this end, the
오토클레이브(110)는 내부의 압력과 온도를 조절할 수 있도록 온도 및 압력 조절부를 포함한다. 이를 통해서, 원자로의 1차 계통과 유사한 환경을 형성할 수 있다.
이러한, 오토클레이브(110) 내부로 고압의 제3 밸브를 통해서 부식 용액이 주입될 수 있다.Corrosion solution may be injected into the
도 2는 본 발명의 실시예에 따르는 혼합 탱크의 개념도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따르는 부식 산화막 생성 시스템의 개념도이다.2 is a conceptual diagram of a mixing tank according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a conceptual diagram of a corrosion oxide film production system according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 화학제 주입부(121)를 통해 혼합 탱크(120)로 붕산(H3BO3)을 포함하는 화학제가 주입될 수 있다. 그리고, 질소가스 주입부(122)를 통해 혼합 탱크(120)로 질소가스(N2)가 주입될 수 있다.As shown in FIG. 2, a chemical including boric acid (H 3 BO 3 ) may be injected into the
여기서 부식시험을 수행하기 전에 가압경수로 1차계통을 흐르는 부식 용액과 동일한 수 화학조건의 부식용액을 제조할 수 있다.Here, before performing the corrosion test, it is possible to prepare a corrosion solution under the same water chemical conditions as the corrosion solution flowing through the primary system under pressurized water.
도 3을 참조하면 실시예에 따르는 부식 산화막 생성 시스템은 적어도 3개의 경로를 갖도록 형성된다. 제1 경로는 혼합 탱크(120)에 붕산(H3BO3)을 포함하는 화학제와 질소가스(N2)를 혼합하여 형성된 부식 용액에 대하여 용존산소 및 산화환원전위를 측정할 수 있도록, 상기 혼합 탱크(120)로부터 시작하고 용존산소 측정셀 및 산화환원전위 측정셀을 경유하여 상기 혼합 탱크(120)까지 이어지는 경로이다.Referring to FIG. 3, the corrosion oxide film production system according to the embodiment is formed to have at least three paths. The first path is to measure the dissolved oxygen and redox potential for the corrosion solution formed by mixing a chemical containing boric acid (H 3 BO 3 ) and nitrogen gas (N 2 ) in the
그리고, 제2 경로는 상기 오토클레이브(110)에 공급될 부식 용액이 기설정된 용존산소량과 산화환원값이 되면 상기 오토클레이브(110)를 충진할 수 있도록 상기 혼합 탱크(120)로부터 시작하여 상기 오토클레이브(110)를 경유하여 상기 혼합 탱크(120)까지 이어지는 경로이다. The second path starts from the
또한, 제3 경로는 상기 오토클레이브(110)에 공급될 부식 용액이 기설정된 용존산소량과 산화환원값이 되면 상기 오토클레이브(110)를 충진할 수 있도록 상기 혼합 탱크(120)로부터 시작하여 상기 오토클레이브(110)를 경유하여 상기 혼합 탱크(120)까지 이어지는 경로이다. In addition, the third path starts from the
이상의 각 경로를 지나도록 밸브나 펌프는 전기적 신호에 의해 제어될 수 있는데, 본 발명은 상기 오토클레이브(110)와 상기 혼합 탱크(120) 사이를 하나 이상의 밸브를 포함하는 관으로 연결하여 복수의 경로를 형성하며, 상기 밸브를 통하여 상기 오토클레이브와 상기 혼합 탱크(120)를 오가는 상기 부식 용액의 유출입을 제어할 수 있도록 형성되는 부분을 통칭하여 제어부라고 부르기로 한다. 이러한 제어부는 전기적 신호에 의하여 각 펌프와 밸브를 제어할 수 있다.The valve or the pump may be controlled by an electrical signal so as to pass each of the above paths, and the present invention provides a plurality of paths by connecting the
이상 설명한 부식 산화막 생성 시스템을 이용하여, 모사된 원자로 1차 계통의 부식시험방법은 다음과 같은 단계를 거쳐 이루어질 수 있다. 즉, 원자로 1차 계통을 따라 흐르는 용액과 유사한 부식 용액을 형성하기 위하여, 증류수가 채워진 혼합 탱크(120)에 붕산(H3BO3)을 포함하는 화학제와 질소가스(N2)를 주입하여 부식 용액을 형성하는 제 1 단계와, 상기 부식 용액 내의 용존 산소량과 산화환원값을 조절하는 제2 단계와, 조절된 용존 산소량을 갖는 부식 용액을 복수의 시편(111)이 구비된 오토클레이브(110)에 공급하는 제3 단계와, 상기 오토클레이브(110) 내의 온도와 압력을 조절하는 제4 단계 및 상기 시편(111)의 변화를 측정하는 제5 단계를 포함할 수 있다.Using the corrosion oxide film formation system described above, the corrosion test method of the simulated reactor primary system can be made through the following steps. That is, in order to form a corrosion solution similar to a solution flowing along the reactor primary system, a chemical including boric acid (H 3 BO 3 ) and nitrogen gas (N 2 ) are injected into the
제1 단계를 거쳐 혼합 탱크(120) 내에 화학제가 주입되면 용액 중의 용존산소를 제거하기 위해 질소 가스가 주입되면서 용액은 펌프를 통해 제5 밸브, 용존 산소 측정셀 및 산화환원전위 측정셀을 지나도록 순환되며 이때 용존 산소 측정셀 및 산화환원전위 측정셀에서 실시간으로 용존산소 및 산화환원 전위가 측정된다. 즉, 제2 단계는 상기 혼합 탱크(120)로부터 시작하고 용존산소 측정셀 및 산화환원전위 측정셀을 경유하여 상기 혼합 탱크(120)까지 이어지는 제1 경로를 따라 부식용액을 순환시키는 단계로써, 기설정된 용존산소량과 산화환원값과 측정된 값을 비교한 뒤, 상기 혼합 탱크(120)에 주입되는 상기 붕산 또는 질소가스의 양을 조절한다.When the chemical is injected into the
그리고, 원하는 수준까지 용존산소가 제거되면 도 3과 같이 오토클레이브(110)와 용액 제조장치를 플렉시블호스로 연결하여 레벨게이지(113)가 설치된 오토클레이브(110)에 부식용액을 충진할 준비가 된다. 용존산소의 농도가 15 ppb 이하로 떨어지면 N2 가스로 충진된 오토클레이브(110)에 용액을 채우게 되는데, 이때는 제5 밸브를 닫고 제2 경로를 사용한다(제3 단계). 즉, 제3 단계는 상기 혼합 탱크(120)로부터 시작하여 상기 오토클레이브(110)를 경유하여 상기 혼합 탱크(120)까지 이어지는 제2 경로를 따라 부식용액을 순환시키는 단계로써, 기설정된 용존 산소량을 갖는 부식 용액을 상기 오토클레이브(110) 내에 일정 위치까지 채우도록 공급한다.When the dissolved oxygen is removed to a desired level, the
제2 경로에서도 용존산소의 농도가 15 ppb 이하임이 확인되면 고압밸브인 제2 밸브 및 제3 밸브를 잠그고 가열기를 사용하여 오토클레이브(110)의 온도를 원하는 온도까지 올린 후(제4 단계) 일정시간동안 부식시험을 수행한다. If it is confirmed that the dissolved oxygen concentration is 15 ppb or less in the second path, the second and third valves, which are high pressure valves, are locked, and the temperature of the
부식시험을 마친 후 용기 내부의 온도가 상온까지 냉각된 후에는 제3 경로를 이용하여 용액을 순환하면서 용존산소 및 산화환원전위를 측정하여 부식 전후의 수화학 변화를 측정할 수 있다. 이때 시료채취 밸브인 제8 밸브를 통하여 시료를 채취하여 분석함으로써 부식동안 시편(111)에서 용해된 금속이온 농도를 측정할 수 있다(제5 단계). 즉, 제5 단계는 부식 용액이 충진된 상기 오토클레이브(110) 내의 시편(111)의 변화를 측정할 수 있도록 상기 오토클레이브(110)와 상기 용존산소 측정셀 및 산화환원전위 측정셀을 경유하여 시료채취부까지 이어지는 제3 경로를 따라 부식용액을 순환시키게 된다.
After completion of the corrosion test, after the temperature inside the vessel is cooled to room temperature, the dissolved oxygen and redox potential can be measured while circulating the solution using the third route to measure the hydrochemical change before and after corrosion. At this time, by collecting a sample through the eighth valve, which is a sampling valve, it is possible to measure the metal ion concentration dissolved in the
도 4는 본 발명의 실시예에 따르는 부식 산화막 생성 시스템의 부식시험시 제1 경로, 오토클레이브(110) 및 제3 경로 내에서 측정된 용존산소 농도, 온도 및 용기 내부압력을 도시한 도면이다.4 is a view showing dissolved oxygen concentration, temperature, and vessel internal pressure measured in the first path, the
부식용액은 대표적인 가압경수로 1 차 계통 수질인 650 ppm B(H3BO3) 및 2.2 ppm Li(LiOH) 의 혼합용액이다. 용존산소 농도는 승온, 고온부식 및 냉각 동안에는 측정할 수 없고 승온 전 및 냉각후 실측한 결과이다. 용액 중의 용존산소는 25 분 만에 250 ppb 이하로 떨어졌으며, 오토클레이브(110)에 충진한 후 용존산소는 210 ppb 이었다. 부식시험 후에 측정된 용존산소의 농도는 150 ppb 로써 부식시험시 수질이 잘 유지되었음을 보여준다. Corrosion solution is a mixture of 650 ppm B (H 3 BO 3 ) and 2.2 ppm Li (LiOH), which are the primary system waters. Dissolved oxygen concentrations cannot be measured during elevated temperatures, high temperature corrosion and cooling, and are the results measured before and after elevated temperatures. The dissolved oxygen in the solution dropped to 250 ppb or less in 25 minutes, and the dissolved oxygen was 210 ppb after filling the
부식시험은 350oC 내외 에서 진행되었는데 이때 용기의 내부압력은 2,650 psi 였다. 그런데 350oC에서 포화수증기압은 2,396 psi이므로 실험압력은 포화수증기압보다 254 psi가 높은 조건으로써 가압경수로의 가압 조건을 잘 모사하였음을 알 수 있다.
The corrosion test was conducted at around 350 o C, at which point the internal pressure of the vessel was 2,650 psi. However, at 350 o C, the saturated steam pressure is 2,396 psi, so the experimental pressure is 254 psi higher than the saturated steam pressure.
도 5a는 부식 전의 Inconel-600으로 형성된 시편(111) 표면의 접사 사진, 도 5b는 부식 후의 Inconel-600으로 형성된 시편(111) 표면의 접사 사진으로써, 용존 산소량이 210 ppb일 때의 사진, 도 5c는 부식 후의 Inconel-600으로 형성된 시편(111) 표면의 접사 사진으로써, 용존 산소량이 20 ppb 이하일 때의 사진이다.5A is a close-up photograph of the surface of the
도 5b에 도시된 바와 같이, 부식 후에는 까만 부식 산화막이 잘 형성되어 있는 것을 볼 수 있다. As shown in FIG. 5B, it can be seen that after corrosion, the black corrosion oxide film is well formed.
또한 도 5c는 용존산소의 농도가 20 ppb 이하로 유지하고 2일 동안 부식시험을 수행한 후의 산화막 표면을 보여주고 있다. In addition, Figure 5c shows the surface of the oxide film after maintaining the concentration of dissolved oxygen to 20 ppb or less and performing a corrosion test for two days.
도 6a 내지 도 6b는 오토클레이브(110)를 용존 산소량이 210 ppb이하이며, 각각 350oC 내외의 온도 조건과, 2,650 psi 내외의 압력 조건을 만족하도록 제어한 후, 부식 후 시편(111) 표면에 형성된 산화막 표면의 전자현미경 사진이다.6A to 6B illustrate that the
도 6a 내지 도 6b는 용존산소의 농도가 210 ppb 인 부식용액에서 산화된 부식 산화막에 대한 5,000 배 및 10,000 배의 SEM 사진을 나타내는데, 표면 전체에 버섯 모양의 산화물 결정들이 성장하고 있는 것을 볼 수 있다. 이러한 현상은 산소분위기에서 Ni 합금 표면에 산화막이 형성되는 현상과 잘 일치하고 있다. 산화막의 두께는 평균 0.5 μm 로 측정되었으며, 가압경수로 1차 계통 주요 재료인 Inconel-600 표면에 형성된 산화막의 두께가 1 ~ 2 μm 임을 생각할 때 단기간에 양질의 산화막을 제조하였음을 알 수 있다.
6A to 6B show 5,000 and 10,000 times SEM photographs of the corroded oxide film oxidized in the corrosive solution having a dissolved oxygen concentration of 210 ppb, in which mushroom-shaped oxide crystals are grown on the entire surface. . This phenomenon coincides well with the formation of an oxide film on the surface of the Ni alloy in an oxygen atmosphere. The thickness of the oxide film was measured to be 0.5 μm on average. Considering that the thickness of the oxide film formed on the surface of Inconel-600, which is the main material of the primary system by the pressurized water, was 1 ~ 2 μm, it was found that a good quality oxide film was produced in a short time.
도 7a 내지 도 7b는 오토클레이브(110)를 용존 산소량이 20 ppb이하이며, 각각 350oC 내외의 온도 조건과, 2,650 psi 내외의 압력 조건을 만족하도록 제어한 후, 부식 후 시편(111) 표면에 형성된 산화막 표면의 전자현미경 사진이다.7A to 7B illustrate that the
도 7a 내지 도 7b는 용존산소의 농도가 20 ppb 이하의 부식용액에서 산화된 부식 산화막에 대한 5,000 배 및 10,000 배의 SEM 사진을 나타내는데, 치밀하고 균일한 산화막이 형성되어 있는 것을 볼 수 있다. 이 산화막은 도 5c에서 보여주는 것과 같이 yellow-green 빛을 띠고 있는 것으로 보아 Cr-rich 산화막으로써 가압경수로 1차 계통 표면의 산화막 중에서 용해가 어려운 Cr2O3 형의 산화막인 것으로 판단된다.
7A to 7B show 5,000 and 10,000 times SEM photographs of the corroded oxide film oxidized in the corrosive solution having a dissolved oxygen concentration of 20 ppb or less, and it can be seen that a dense and uniform oxide film is formed. This oxide film is yellow-green light as shown in FIG. 5C, and is considered to be a Cr-rich oxide film and is considered to be a Cr 2 O 3 type oxide film that is difficult to dissolve in the oxide film on the surface of the primary system by pressurized water.
앞서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르는 부식 산화막 생성 시스템은 가압경수로 1차 계통의 수질조건이나 혹은 그보다 가혹한 온도/압력조건에서도 단시간에 가압경수로 계통 표면의 산화막과 성분이 유사하고 치밀한 산화막을 제조할 수 있는 장치이다. 그러므로 증기발생기 전열관 재료인 Inconel-600, Inconel-690 이나 1차계통 배관재인 304 스테인리스 스틸뿐만 아니라 니오븀이 첨가된 핵연료 피복관의 부식시험에도 활용이 가능하다.
As described above, the corrosion oxide film production system according to an embodiment of the present invention is similar to the oxide film on the surface of the PWR system in a short time even under the water quality conditions of the PWR primary system or even more severe temperature / pressure conditions. It is a device that can be manufactured. Therefore, it can be used for corrosion test of fuel coating tube containing Niobium as well as Inconel-600, Inconel-690, which is steam generator tube material, or 304 stainless steel, which is the primary system piping material.
상기와 같이 설명된 부식 산화막 생성 시스템, 및 이를 이용한 모사된 원자로 1차 계통의 부식시험방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.Corrosion oxide film production system described above, and the corrosion test method of the reactor primary system simulated using the same is not limited to the configuration and method of the embodiments described above, the embodiments are various modifications All or part of each of the embodiments may be configured to be selectively combined to make it possible.
Claims (11)
내부에서 형성된 부식 용액을 상기 오토클레이브에 공급할 수 있도록 형성되는 혼합 탱크; 및
상기 오토클레이브와 상기 혼합 탱크 사이를 하나 이상의 밸브를 포함하는 관으로 연결하여 복수의 경로를 형성하며, 상기 밸브를 통하여 상기 오토클레이브와 상기 혼합 탱크를 오가는 상기 부식 용액의 유출입을 제어할 수 있도록 형성되는 제어부를 포함하고,
상기 복수의 경로는,
상기 혼합 탱크에 붕산(H3BO3)을 포함하는 화학제와 질소가스(N2)를 혼합하여 형성된 부식 용액에 대하여 용존산소 및 산화환원전위를 측정할 수 있도록, 상기 혼합 탱크로부터 시작하고 용존산소 측정셀 및 산화환원전위 측정셀을 경유하여 상기 혼합 탱크까지 이어지는 제1 경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 부식 산화막 생성 시스템.An autoclave having a plurality of specimens therein and formed to adjust internal pressure;
A mixing tank formed to supply the corrosion solution formed therein to the autoclave; And
A plurality of paths are formed between the autoclave and the mixing tank by a pipe including one or more valves, and the valves are configured to control the inflow and outflow of the corrosion solution between the autoclave and the mixing tank. Including a control unit,
The plurality of paths,
Starting from the mixing tank and dissolved so as to measure the dissolved oxygen and redox potential for the corrosive solution formed by mixing the chemical containing boric acid (H 3 BO 3 ) and nitrogen gas (N 2 ) in the mixing tank. And a first path leading to the mixing tank via an oxygen measuring cell and a redox potential measuring cell.
상기 오토클레이브는 내부에 유입된 부식 용액의 양을 제어할 수 있도록 형성되는 레벨게이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 부식 산화막 생성 시스템.The method of claim 1,
The autoclave is a corrosion oxide film production system, characterized in that it comprises a level gauge formed to control the amount of the corrosion solution introduced into the interior.
상기 오토클레이브는 원자로의 1차 계통과 유사한 환경을 형성할 수 있도록, 내부의 온도와 압력을 조절하는 온도 및 압력 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 부식 산화막 생성 시스템.The method of claim 1,
The autoclave comprises a temperature and pressure control unit for controlling the temperature and pressure therein, so as to create an environment similar to the primary system of the reactor.
상기 시편은 원자로와 증기 발생기 사이에서 1차 계통을 형성하는 구성 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 부식 산화막 생성 시스템.The method of claim 1,
The specimen is any one of the configuration to form a primary system between the reactor and the steam generator corrosion oxide film production system.
상기 복수의 경로는,
상기 오토클레이브에 공급될 부식 용액이 기설정된 용존산소량과 산화환원값이 되면 상기 오토클레이브를 충진할 수 있도록 상기 혼합 탱크로부터 시작하여 상기 오토클레이브를 경유하여 상기 혼합 탱크까지 이어지는 제2 경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 부식 산화막 생성 시스템.The method of claim 1,
The plurality of paths,
And a second path starting from the mixing tank to the mixing tank via the autoclave to fill the autoclave when the corrosion solution to be supplied to the autoclave reaches a predetermined dissolved oxygen amount and a redox value. Corrosion oxide film production system, characterized in that.
상기 복수의 경로는,
부식 용액이 충진된 상기 오토클레이브 내의 시편의 변화를 측정할 수 있도록 상기 오토클레이브와 상기 용존산소 측정셀 및 산화환원전위 측정셀을 경유하여 시료채취부까지 이어지는 제3 경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 부식 산화막 생성 시스템.The method according to claim 6,
The plurality of paths,
And a third path leading to the sample collection part via the autoclave, the dissolved oxygen measuring cell, and the redox potential measuring cell so as to measure a change in the specimen in the autoclave filled with the corrosion solution. Corrosion oxide film production system.
상기 부식 용액 내의 용존 산소량과 산화환원값을 조절하는 단계;
조절된 용존 산소량을 갖는 부식 용액을 복수의 시편이 구비된 오토클레이브에 공급하는 단계;
상기 오토클레이브 내의 온도와 압력을 조절하는 단계; 및
상기 시편의 변화를 측정하는 단계를 포함하고,
상기 부식 용액 내의 용존 산소량과 산화환원값을 조절하는 단계는,
상기 혼합 탱크로부터 시작하고 용존산소 측정셀 및 산화환원전위 측정셀을 경유하여 상기 혼합 탱크까지 이어지는 제1 경로를 따라 부식용액을 순환시키는 단계로써,
기설정된 용존산소량과 산화환원값과 측정된 값을 비교한 뒤, 상기 혼합 탱크에 주입되는 상기 붕산 또는 질소가스의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 부식 산화막 생성 시스템을 이용한 모사된 원자로 1차 계통의 부식시험방법. In order to form a corrosion solution similar to the solution flowing along the reactor primary system, a chemical tank containing boric acid (H 3 BO 3 ) and nitrogen gas (N 2 ) are injected into a mixing tank filled with distilled water to form a corrosion solution. step;
Adjusting the dissolved oxygen amount and redox value in the corrosion solution;
Supplying a corrosion solution having a controlled dissolved oxygen amount to an autoclave equipped with a plurality of specimens;
Adjusting the temperature and pressure in the autoclave; And
Measuring a change in the specimen,
Adjusting the dissolved oxygen amount and the redox value in the corrosion solution,
Circulating a corrosion solution along the first path starting from the mixing tank and leading to the mixing tank via the dissolved oxygen measuring cell and the redox potential measuring cell,
Comparing a predetermined dissolved oxygen and the redox value and the measured value, and then the amount of the boric acid or nitrogen gas injected into the mixing tank is controlled to simulate the reactor primary system using a corrosion oxide film production system Corrosion test method.
상기 부식 용액을 오토클레이브에 공급하는 단계는,
상기 혼합 탱크로부터 시작하여 상기 오토클레이브를 경유하여 상기 혼합 탱크까지 이어지는 제2 경로를 따라 부식용액을 순환시키는 단계로써,
기설정된 용존 산소량을 갖는 부식 용액을 상기 오토클레이브 내에 일정 위치까지 채우도록 공급하는 것을 특징으로 하는 부식 산화막 생성 시스템을 이용한 모사된 원자로 1차 계통의 부식시험방법. 9. The method of claim 8,
Supplying the corrosion solution to the autoclave,
Circulating a corrosion solution along a second path starting from the mixing tank and leading to the mixing tank via the autoclave,
A corrosion test method for a simulated reactor primary system using a corrosion oxide film production system, characterized by supplying a corrosion solution having a predetermined dissolved oxygen amount to fill a predetermined position in the autoclave.
상기 시편의 변화를 측정하는 단계는,
부식 용액이 충진된 상기 오토클레이브 내의 시편의 변화를 측정할 수 있도록 상기 오토클레이브와 상기 용존산소 측정셀 및 산화환원전위 측정셀을 경유하여 시료채취부까지 이어지는 제3 경로를 따라 부식용액을 순환시키는 단계인 것을 특징으로 부식 산화막 생성 시스템을 이용한 모사된 원자로 1차 계통의 부식시험방법.9. The method of claim 8,
Measuring the change of the specimen,
Circulating the corrosion solution along a third path through the autoclave, the dissolved oxygen measurement cell, and the redox potential measurement cell to the sampler to measure the change in the specimen in the autoclave filled with the corrosion solution. Corrosion test method for the simulated reactor primary system using a corrosion oxide film production system characterized in that the step.
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