KR101403344B1 - 레이저를 이용한 가동 중 원전의 실시간 재료 부식 분석 장치 - Google Patents
레이저를 이용한 가동 중 원전의 실시간 재료 부식 분석 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 원전의 가동 정지 없이 배관 등의 재료의 부식 상태를 실시간으로 분석할 수 있도록 하는 레이저를 이용한 가동 중 원전의 실시간 재료 부식 분석장치에 관한 것으로,
상기 재료 부식 분석 장치는, 우회유로관(7)을 통해 계통배관(10)의 계통수를 공급받는 용기(1);와, 재료의 분석을 위한 시편(20)이 용기의 내부에 위치하도록 상기 용기에 장착되는 시편홀더(2);와, 레이저 빔을 시편에 조사할 수 있도록 상기 용기(1)의 일 측에 형성되는 윈도우(3);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 재료 부식 분석 장치는, 우회유로관(7)을 통해 계통배관(10)의 계통수를 공급받는 용기(1);와, 재료의 분석을 위한 시편(20)이 용기의 내부에 위치하도록 상기 용기에 장착되는 시편홀더(2);와, 레이저 빔을 시편에 조사할 수 있도록 상기 용기(1)의 일 측에 형성되는 윈도우(3);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 원전의 가동 정지 없이 배관 등의 재료의 부식 상태를 실시간으로 분석할 수 있도록 하는 레이저를 이용한 가동 중 원전의 실시간 재료 부식 분석장치에 관한 것이다.
원자력 발전소에는 냉각수, 발전을 위한 가열 수, 증기 등의 유체의 이송을 위하여 많은 배관 및 장치들이 결합 구성된다.
이러한 배관 및 장치들을 구성하는 재료들은 계통 수화학 환경에 놓이게 되므로 부식 발생의 위험이 높고, 부식에 의해 파손되는 경우 원자력 발전소의 정지, 방사능의 누출 등의 사고를 유발 등의 큰 문제가 발생한다.
이에 따라 재료 부식을 방지하기 위해 배관 등의 재료들은 스테인리스와 같은 내 부식성 재료를 사용함은 물론 부식이 최소화되도록 수질관리를 철저히 수행하고 있으며, 배관의 부식을 주기적으로 점검하여 이에 대한 대처를 수행하는 것 또한 중요한 작업이 된다.
그러나 점검 주기가 짧으면 높은 비용이 발생함은 물론 발전을 정해야하는 경우도 발생한다. 따라서, 최적의 점검 주기를 도출하고, 사고의 발생을 최소화하기 위하여 금속재료의 부식이 수화학 환경에서 어떻게 진행하고 있는 지를 분석할 것이 요구되고 있고, 이러한 분석은 대상 계통의 수질을 채취하여 분석하는 간접적인 방법에 의해 수행되어 왔다. 이러한 간접적인 분석 방법의 경우에는 정확한 부식 분석을 수행하는데 한계를 가지게 된다.
이에 따라 수화학 환경에서 일어나는 재료들의 부식현상을 직접적으로 분석할 것이 요구되었으며, 이를 위해 원전 수화학 환경을 모사하는 장치가 개발되었으나, 이 또한 실시간/직접적인 부식 현상을 분석하지는 못하고 있다.
(특허문헌 1) 일본공개특허공보 특개평9-0318535(명칭:레이저 유기광열변위분광법에 의한 용액의 광흡수 스펙트럼 측정법, 공개일:1997.12,12)
(특허문헌 2) 일본공개특허공보 특개2001-0033389(명칭:강재의 내식성 평가방법 및 그 장치, 공개일:2001.2.9)
(특허문헌 3) 한국공개특허공보 제10-2011-004329(명칭:원자로 결함 검출시스템 및 그 방법, 공개일:2011.4.27)
(특허문헌 2) 일본공개특허공보 특개2001-0033389(명칭:강재의 내식성 평가방법 및 그 장치, 공개일:2001.2.9)
(특허문헌 3) 한국공개특허공보 제10-2011-004329(명칭:원자로 결함 검출시스템 및 그 방법, 공개일:2011.4.27)
따라서 본 발명은 원자력 발전소의 계통 수화학 환경에서 재료의 부식을 실시간으로 직접적으로 분석할 수 있도록 하는 레이저를 이용한 가동 중 원전의 실시간 재료 부식 분석장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저를 이용한 가동 중 원전의 실시간 재료 부식 분석장치(100)(이하, "재료 부식 분석장치(100)"라 함)는, 원자력 발전소의 계통 수화학 환경에서 재료의 부식을 분석할 수 있는 장치로서, 우회유로관(7)을 통해 계통배관(10)의 계통수를 공급받는 용기(1);와, 재료의 분석을 위한 시편(20)이 용기의 내부에 위치하도록 상기 용기(1)에 장착되는 시편홀더(2);와, 레이저 빔을 시편(20)에 조사할 수 있도록 상기 용기(1)의 일 측에 형성되는 윈도우(3);와, 상기 시편홀더(2)를 고정하여 회전시키는 시편홀더회전장치(11);를 포함하여 구성되고, 상기 시편홀더(2)는, 측면에 다수의 시편고정구멍(21)이 형성되고, 상기 윈도우(3)는, 다이아몬드렌즈(34)와 사파이어렌즈(35)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
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상기 윈도우(3)는 또한, 상기 용기(1) 내의 계통수 또는 시편(20)으로 레이저빔이 조사되도록 초점을 가변시킬 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 재료 부식 분석장치(100)는 또한, 상기 레이저 빔을 시편(20)에 조사하는 레이저 발생부(41);와, 상기 시편(20)에 의해 반사된 레이저를 분광시키는 분광계(42);와, 상기 레이저 발생부(41)와 상기 분광계(42)를 구동시키고, 상기 분광계(42)에서 분광된 레이저빔을 분석하는 분석부(43);를 구비한 레이저분석기(4)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 분석부(43)는, 또한, 부식 생성물의 부식특성을 분석하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 분석부(43)는 또한, 재료 부식 특성 평가, 수화학 환경 변화에 따른 부식 영향 평가 또는 주요 기기의 수명평가 중 하나 이상을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 분석부(43)는 또한, 계통수의 화학조성분석을 수행하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상술한 구성을 가지는 본 발명은 가동 중인 원전의 수화학 환경에서 실시간으로 원전재료의 부식 생성물의 두께, 분자구조, 원소 등의 부식특성을 평가할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은 실시간 부식 분석을 통해 보다 정확한 재료 부식 특성 평가, 수화학 환경 변화에 따른 부식 영향 평가 및 주요 기기의 수명평가를 수행할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은 레이저의 초점을 렌즈를 이용하여 변경시키면 냉각수 등의 계통수의 화학조성 또한 분석할 수 있어 계통수 시료채취에 의한 화학조성분석을 수행할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 재료 부식 분석장치(100)의 개략적인 구성도,
도 2는 상기 시편홀더(2)의 상세 구성을 나타내는 도면,
도 3는 도 1의 윈도우(3)의 분해도이다.
도 2는 상기 시편홀더(2)의 상세 구성을 나타내는 도면,
도 3는 도 1의 윈도우(3)의 분해도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따르는 재료 부식 분석장치(100)의 개략적인 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 상기 재료 부식 분석장치(100)는, 윈도우(3)가 형성된 용기(1)와, 용기(1)의 내부에 재료의 시편(20)이 위치되도록 용기(1)에 장착되는 시편홀더(2)와, 윈도우(3)를 통해 시편(20) 또는 용기(1) 내부의 계통수에 레이저빔(5)을 조사한 후 반사되는 레이저빔(5)을 수신하여 분석하는 것에 의해 재료의 부식을 분석하는 레이저분석기(4)를 포함하여 구성된다.
상기 용기(1)는 내부식 성능이 뛰어나고, 원전 내부의 압력과 동일한 압력 이상을 견딜 수 있도록 스테인리스 강 등을 이용하여 압력용기로 제작된다. 또한, 시편홀더(2)를 고정하여 회전시킬 수 있는 시편홀더회전장치(11)가 구비되며, 일 측면에는 레이저빔(5)이 투과될 수 있도록 윈도우(3)가 형성된다.
상기 시편홀더(2)는 재료의 시편을 고정하여 용기(1)의 내부에 위치시키도록 구성되는 것으로서 도 2는 상기 시편홀더(2)의 상세 구성을 나타내는 도면이다.
도 2와 같이 상기 시편홀더(2)는 외측면에 다수의 시편고정구멍(21)이 형성된다. 상기 시편고정구멍(21)에는 시편이 직접 삽입되어 결합되거나, 시편고정구멍(21)를 너트구멍으로 형성하여 별도의 볼트를 시편을 관통시킨 후 시편고정구멍(21)에 고정하는 등으로 시편(20)이 고정될 수 있다. 상기 구성의 시편홀더(2)는 도 1과 같이 시편고정구멍(21)에 시편이 고정된 상태에서 결합헤드(22)를 이용하여 시편(20)의 용기의 내부에 위치하도록 시편홀더회전장치(11)에 결합된다.
도 3는 도 1의 윈도우(3)의 분해도이다.
도 3과 같이 상기 윈도우(3)는 튜브캡(31)과 스프링와셔(32)와 한 쌍의 가스켓(33)과 가스켓(33)의 사이에 위치하는 다이아몬드렌즈(34)와 사파이어렌즈(35) 및 튜브캡(31)이 결합되어 스프링와셔(32)와 한 쌍의 가스켓(33)과 가스켓(33)의 사이에 위치하는 다이아몬드렌즈(34)와 사파이어렌즈(35)를 고정시키는 튜브베이스(36)를 포함하여 구성된다. 상기 다이아몬드렌즈(34)는 고온 수화학 환경과 접하는 부위에 사용되며, 상기 사파이어렌즈(35)는 다이아몬드렌즈(34)와 직접 접하여 압력을 보상을 위해 사용된다. 상기 윈도우(3)는 튜브캡(31)의 회전 등에 의해 초점을 조절할 수 있도록 구성되어 레이저빔(5)이 시편(20)을 조사하거나 용기(1) 내부의 계통수를 조사하도록 하여 분석 시험을 수행할 수 있도록 한다.
다시 도 1을 참조하여 레이저분석기(4)를 설명한다.
상기 레이저분석기(4)는 레이저발생부(41)와 분광계(42)와 분석부(43)를 포함하여 구성된다. 상술한 구성을 가지는 레이저분석기(4)는 분자단위의 구조를 분석하는 라만분광법, 정량적인 원자단위의 분석을 수행하는 레이저유도 파열분광법 등에 의해 시편(20)에 대한 부식 분석을 수행하도록 구성된다. 상기 라만분광법은 비파괴적인 분석 방법으로, 얇은 산화막의 분자구조를 분석할 수 있도록 하며, 상기 레이저유도 파열분광법은 파괴적인 분석 방법으로 산화막 두께 방향으로 정량적인 원자분석을 수행할 수 있도록 한다.
상술한 구성의 재료부식 분석장치(100)를 이용한 재료 부식 분석을 수행하기 위해서는 도 1과 같이, 용기(1)를 밸브(V)가 구비된 우회유로관(7)을 통해 계통배관(10)에 연결하여 계통배관(10)을 따라 흐르는 냉각수 등의 계통수를 용기(1) 내부로 유입될 수 있도록 한다.
이 후 배관 등과 동일한 재질의 시편(20)을 시편고정구멍(21)들에 장착한 후 시편홀더(2)를 시편홀더회전장치(11)에 결합시키는 것에 의해 용기(1)의 내부에 장착한다.
이 후 우회유로관(7)의 밸브(V)를 개방하여 용기(1)의 내부를 원전1차측 계통의 압력, 온도와 평형이 되도록 한다.
이와 같이 용기(1)와 시편(20)이 장착된 시편홀더(2)가 설치된 후에는, 레이저발생부(41)에서 레이저를 발생시켜 용기(1)에 장착된 윈도우(3)를 통해 시편(20)에 조사한다.
시편(20)에서 반사된 레이저빔은 분광계(spectrometer)에 입사되며, 반사된 레이저의 파장변화를 통해 부식생성물의 분자구조/원소/두께를 실시간으로 분석한다.
또한, 윈도우(3)의 초점을 가변시킨 후 레이저빔(5)을 용기(1) 내의 계통수로 조사한 후 반사된 레이저빔(5)을 분광계(42)로 수신하여 계통수의 수화학정 조성성분 변화 또한 분석한다.
이에 의해 본 발명은 가동 중인 원자력 발전소에서 실제 수화학 환경에서 발생하는 산화막 및 대상 재료의 부식 특성, 계통수의 화학적 조성 변화 등을 레이저 분광법을 사용하여 분석할 수 있도록 한다.
100: 재료 부식 분석 장치, 1: 용기, 2: 시편홀더, 3: 윈도우
4: 레이저분석기, 41; 레이저발생부, 42: 분광계, 43: 분석부
5: 레이저빔, 7: 우회유로관, 10: 계통배관, 11: 시편홀더 회전장치
20: 재료시편, 21: 시편고정구멍, 22: 결합헤드
4: 레이저분석기, 41; 레이저발생부, 42: 분광계, 43: 분석부
5: 레이저빔, 7: 우회유로관, 10: 계통배관, 11: 시편홀더 회전장치
20: 재료시편, 21: 시편고정구멍, 22: 결합헤드
Claims (9)
- 원자력 발전소의 계통 수화학 환경에서 재료의 부식을 분석할 수 있는 장치로서,
우회유로관(7)을 통해 계통배관(10)의 계통수를 공급받는 용기(1);와,
재료의 분석을 위한 시편(20)이 용기의 내부에 위치하도록 상기 용기(1)에 장착되는 시편홀더(2);와,
레이저 빔을 시편(20)에 조사할 수 있도록 상기 용기(1)의 일 측에 형성되는 윈도우(3);와,
상기 시편홀더(2)를 고정하여 회전시키는 시편홀더회전장치(11);를 포함하여 구성되고,
상기 시편홀더(2)는, 측면에 다수의 시편고정구멍(21)이 형성되고,
상기 윈도우(3)는, 다이아몬드렌즈(34)와 사파이어렌즈(35)를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 가동 중 원전의 실시간 재료 부식 분석 장치.
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- 청구항 1에 있어서, 상기 윈도우(3)는,
상기 용기(1) 내의 계통수 또는 시편(20)으로 레이저빔이 조사되도록 초점을 가변시킬 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 가동 중 원전의 실시간 재료 부식 분석 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 레이저 빔을 시편(20)에 조사하는 레이저 발생부(41);와,
상기 시편(20)에 의해 반사된 레이저를 분광시키는 분광계(42);와,
상기 레이저 발생부(41)와 상기 분광계(42)를 구동시키고, 상기 분광계(42)에서 분광된 레이저빔을 분석하는 분석부(43);를 구비한 레이저분석기(4)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 가동 중 원전의 실시간 재료 부식 분석 장치.
- 청구항 6에 있어서, 상기 분석부(43)는
부식 생성물의 부식특성을 분석하도록 구성된 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 가동 중 원전의 실시간 재료 부식 분석 장치.
- 청구항 6에 있어서, 상기 분석부(43)는,
재료 부식 특성 평가, 수화학 환경 변화에 따른 부식 영향 평가 또는 주요 기기의 수명평가 중 하나 이상을 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 가동 중 원전의 실시간 재료 부식 분석 장치.
- 청구항 6에 있어서, 상기 분석부(43)는,
계통수의 화학조성분석을 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 가동 중 원전의 실시간 재료 부식 분석 장치.
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| KR20130094008A (ko) | 2013-08-23 |
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