KR101403334B1

KR101403334B1 - 주증기를 이용한 증기발생기 피동급수계통의 열충격 방지 열교환 장치

Info

Publication number: KR101403334B1
Application number: KR1020120098614A
Authority: KR
Inventors: 이재호; 김윤구; 문호림
Original assignee: 한국수력원자력 주식회사
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2014-06-03
Also published as: KR20140032139A

Abstract

본 발명은 주증기를 이용한 증기발생기 피동급수계통의 열충격 방지 열교환 장치에 관한 것으로, 배출되는 주증기를 회수하는 주증기관; 주증기관을 통해 회수된 증기를 응축시키는 피동응축열교환기를 내장한 피동응축냉각탱크; 피동응축냉각탱크에서 응축된 응축수를 증기발생기로 회수 공급하는 응축수회수관;을 구비한 증기발생기의 피동급수계통에 있어서; 상기 응축수회수관의 일부에 응축수회수관을 감싸는 형태로 밀폐 설치된 열교환유닛; 상기 주증기관으로부터 분기된 후 상기 열교환유닛과 연통되게 설치되어 주증기를 열교환유닛으로 공급하는 분기공급관; 상기 열교환유닛 내부에서 열교환된 주증기를 상기 주증기관으로 다시 회수시키도록 주증기관과 열교환유닛 사이를 연결하는 분기회수관;을 더 포함하고, 상기 분기회수관에는 열교환유닛 내부에서 주증기가 열교환되면서 생긴 응축수를 주증기관으로 회수되지 못하도록 차단 배출하는 배수관이 더 설치된 것을 특징으로 하는 주증기를 이용한 증기발생기 피동급수계통의 열충격 방지 열교환 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 응축회수관에 열교환장치를 설치하고, 주증기관의 일부를 분기시켜 열교환장치로 연결함으로써 증기발생기로 유입되는 응축수의 온도를 증가시켜 피동급수계통의 초기 운전시 발생하는 증기발생기의 열충격을 방지하는 효과를 얻을 수 있고, 또한 주증기를 사용하여 응축수의 온도를 증가시키기 때문에 피동형으로 작동되는 장점도 있다.

Description

주증기를 이용한 증기발생기 피동급수계통의 열충격 방지 열교환 장치{HEAT EXCHANGING APPARATUS FOR PREVENTING THERMAL SHOCK USING MAIN STEAM}

본 발명은 주증기를 이용한 증기발생기 피동급수계통의 열충격 방지 열교환 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주증기관의 주증기를 이용하여 응축회수관의 응축수 온도를 증가시켜 피동급수계통의 초기 운전시 발생하는 증기발생기의 열충격을 방지할 수 있고, 또한 주증기를 사용하여 응축수의 온도를 증가시키기 때문에 피동형으로 작동되는 장점을 갖춘 주증기를 이용한 증기발생기 피동급수계통의 열충격 방지 열교환 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 경수로의 피동 보조 급수 계통은 피동 응축 냉각탱크 내부에 위치한 피동 응축 열교한기로부터 응축회수관을 통해 증기발생기의 이코노마이저(Economizer) 입구로 응축수를 유입하고 있다.

따라서, 증기발생기 내부의 구성품이 열충격에 취약하다는 점을 감안할 때 이코노마이저 입구에서의 유입 온도는 200℉ 이상이 되어야 한다.

즉, 피동 보조 급수 계통은 정상 작동시 주급수관의 작동유체 온도가 유지되는 고온수가 저온의 응축수와 혼합되어 증기발생기로 유입되는 저온 응축수에 의해 증기발생기에 열충격이 가해질 수 있다.

그러므로, 피동 보조 급수 계통에서 작동 초기시 저온의 응축수 온도를 증가시킬 필요성이 대두되었다.

당해 분야의 관련 기술로는 국내공개특허 제2000-0067089호와 미국공개특허 제2007-4995418호가 있으나, 전자는 비상냉각수를 압축탱크를 이용한 피동적 방법으로 공급하며 원자로 용기 내의 자연순환 유동을 이용 하는 것이 특징이고, 후자는 성장촉진제가 피동적으로 유속에 의한 압력차로 물과 혼합되어 분사되도록 설계한 것이 특징이어서 관련성은 있으나 구체적인 해결수단이 상이한 것으로 파악되었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 주증기관에서 분기된 분지관과 응축수회수관의 외부에 설치된 열교환장치를 이용하여 주증기관의 열을 통해 응축수의 온도를 증가시키는 방식으로 제어하여 응축수가 증기발생기로 유입될 때 열충격을 최소화시킬 수 있도록 한 장치를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 배출되는 주증기를 회수하는 주증기관; 주증기관을 통해 회수된 증기를 응축시키는 피동응축열교환기를 내장한 피동응축냉각탱크; 피동응축냉각탱크에서 응축된 응축수를 증기발생기로 회수 공급하는 응축수회수관;을 구비한 증기발생기의 피동급수계통에 있어서; 상기 응축수회수관의 일부에 응축수회수관을 감싸는 형태로 밀폐 설치된 열교환유닛; 상기 주증기관으로부터 분기된 후 상기 열교환유닛과 연통되게 설치되어 주증기를 열교환유닛으로 공급하는 분기공급관; 상기 열교환유닛 내부에서 열교환된 주증기를 상기 주증기관으로 다시 회수시키도록 주증기관과 열교환유닛 사이를 연결하는 분기회수관;을 더 포함하고, 상기 분기회수관에는 열교환유닛 내부에서 주증기가 열교환되면서 생긴 응축수를 주증기관으로 회수되지 못하도록 차단 배출하는 배수관이 더 설치된 것을 특징으로 하는 주증기를 이용한 증기발생기 피동급수계통의 열충격 방지 열교환 장치를 제공한다.

삭제

본 발명에 따르면, 응축회수관에 열교환장치를 설치하고, 주증기관의 일부를 분기시켜 열교환장치로 연결함으로써 증기발생기로 유입되는 응축수의 온도를 증가시켜 피동급수계통의 초기 운전시 발생하는 증기발생기의 열충격을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 주증기를 사용하여 응축수의 온도를 증가시키기 때문에 피동형으로 작동되는 장점도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 주증기를 이용한 증기발생기 피동급수계통의 열충격 방지 열교환 장치가 설치된 피동급수계통의 구조를 도시한 계통도이다.
도 2는 본 발명에 따른 주증기를 이용한 증기발생기 피동급수계통의 열충격 방지 열교환 장치의 요부 설치예를 개략적으로 보인 확대도이다.

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

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 응축수회수관의 외부에 열교환장치를 설치하여 회수되는 응축수의 온도를 높여 줌으로써 피동급수계통의 초기 운전시 발생하는 증기발생기의 열충격을 방지하도록 한 것이다.

또한, 이와 같은 열교환장치의 설치에 따라 피동급수계통의 수두차를 추가적으로 확보할 수 있고, 주증기를 사용하여 응축수의 온도를 증가시키기 때문에 피동형으로 작동시킬 수 있는 장점도 있다.

보다 구체적으로, 도 1은 본 발명에 따른 주증기를 이용한 증기발생기 피동급수계통의 열충격 방지 열교환 장치가 설치된 피동급수계통의 구조를 도시한 계통도이고, 도 2는 본 발명에 따른 주증기를 이용한 증기발생기 피동급수계통의 열충격 방지 열교환 장치의 요부 설치예를 개략적으로 보인 확대도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 증기발생기(100)와 피동응축냉각탱크(200)를 연결하는 주증기관(110)의 일부를 분기하여 분기공급관(120)과 분기회수관(130)으로 구성하되, 상기 분기공급관(120)과 분기회수관(130)이 열교환유닛(300)에 연결되어 이를 경유하도록 함으로써 열교환을 이루도록 구성된다.

또한, 상기 열교환유닛(300)은 상기 피동응축냉각탱크(200)로부터 회수되는 응축수회수관(210)의 외부에에 설치되어 열교환시 주증기관(110)으로부터 회수된 열을 응축수로 전달하여 증기발생기(100)로 회수되는 응축수의 온도를 높여 줌으로써 열충격을 방지하도록 구성된다.

이때, 상기 증기발생기(100)는 원자로에서 발생하는 잔열을 제거하며 격납건물의 내측에 위치하고, 주급수밸브(V1)를 통해 주급수를 공급받으며, 도면에는 생략되어 있지만 배수밸브(V2)를 통해 주증기를 터빈으로 공급하여, 터빈의 회전에 의한 전력을 생산할 수 있도록 하여 준다.

이 경우, 주증기관(110)에 마련된 밸브(V3)는 열려 있는 상태이며, 응축수회수관(210)에 상호 병렬로 배치된 밸브(V4,V5)는 닫힌 상태로 유지된다.

이와 같은 밸브(V3)의 열림과 밸브(V4,V5)의 닫힘에 의해 피동형 이차측 응축계통은 동작을 하지 않는 상태에서, 피동응축열교환기(202) 측으로 주증기가 공급되어 피동응축냉각탱크(200) 내부의 냉각수 용량과 열 평형 상태로 유지됨으로서 이후 수격현상의 발생이 방지된다.

한편, 피동응축열교환기(202)는 피동응축냉각탱크(200)에 저수된 냉각수 상에 잠긴 상태로 배치되며, 증기는 피동응축열교환기(202)를 지나면서 응축된다.

이때, 상기 피동응축열교환기(202)는 다수의 U자형 튜브를 사용하여 냉각수와의 접촉면적을 넓혀 응축효율을 높이도록 구성됨이 바람직하다.

본 발명은 이러한 계통에서 응축수회수관(210)의 외부에 열교환유닛(300)을 설치하고, 상기 주증기관(110)에서 분기된 분기공급관(120)이 접속되어 주증기를 열교환유닛(300)으로 공급할 수 있도록 구성되고, 열교환유닛(300)을 거쳐 열교환된 주증기는 분기회수관(130)을 통해 다시 주증기관(110)으로 회수된 후 피동응축열교환기(202)로 공급되도록 구성된다.

다시 말해, 도 2에서와 같이, 열교환유닛(300)은 응축수회수관(210)을 감싸는 형태로 밀폐된 원통형의 압력탱크로 구성되며, 열교환유닛(300)으로 유입된 주증기는 열교환유닛(300) 내부를 관통하는 응축수회수관(210)에 열을 전달하고, 응축수회수관(210)에 전달된 열은 다시 응축수의 온도를 증가시키는 형태로 열교환된다.

이 과정에서, 고온의 주증기가 열을 빼앗겨 응축되지만, 분기회수관(130)의 관로 상에 배수관(132)을 포함한 배수 수단이 구비되어 있으므로 응축수가 주증기관(110)으로 유입되지는 않는다.

이에 따라, 열교환유닛(300)을 통과하면서 열교환에 의해 온도 상승된 응축수가 증기발생기(100)로 회수되기 때문에, 피동급수계통의 초기 운전시 발생하는 증기발생기(100)의 열충격을 방지할 수 있다.

또한, 이와 같은 열교환장치의 설치에 따라 주증기를 사용하여 응축수의 온도를 증가시키기 때문에 피동형으로 작동시킬 수 있는 장점도 있다.

100 : 증기발생기 110 : 주증기관
120 : 분기공급관 130 : 분기회수관
200 : 피동응축냉각탱크 210 : 응축수회수관
300 : 열교환유닛

Claims

삭제
배출되는 주증기를 회수하는 주증기관; 주증기관을 통해 회수된 증기를 응축시키는 피동응축열교환기를 내장한 피동응축냉각탱크; 피동응축냉각탱크에서 응축된 응축수를 증기발생기로 회수 공급하는 응축수회수관;을 구비한 증기발생기의 피동급수계통에 있어서;
상기 응축수회수관의 일부에 응축수회수관을 감싸는 형태로 밀폐 설치된 열교환유닛;
상기 주증기관으로부터 분기된 후 상기 열교환유닛과 연통되게 설치되어 주증기를 열교환유닛으로 공급하는 분기공급관;
상기 열교환유닛 내부에서 열교환된 주증기를 상기 주증기관으로 다시 회수시키도록 주증기관과 열교환유닛 사이를 연결하는 분기회수관;을 더 포함하고,
상기 분기회수관에는 열교환유닛 내부에서 주증기가 열교환되면서 생긴 응축수를 주증기관으로 회수되지 못하도록 차단 배출하는 배수관이 더 설치된 것을 특징으로 하는 주증기를 이용한 증기발생기 피동급수계통의 열충격 방지 열교환 장치.
삭제