KR101440195B1 - 한국형 원자로 냉각재 펌프 제염방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 한국형 원자로 냉각재 펌프 제염방법에서,
냉각재펌프 제염탱크에 제염할 냉각재펌프에 형성된 산화막 두께를 측정하도록 제염탱크 내벽에 설치한 센서부를 통한 제어부의 인식 값으로 산화막 두께를 측정토록 하는 측정공정, 및
측정공정에서 측정한 산화막 두께에 따라 제염공정 회수를 달리하도록 제염공정 회수 설정과정을 제어부에 미리 설정하고;
제염공정은
순수에 질산과 과망간산칼리가 혼합된 공정수로 산화막을 용해하는 산화공정과, 상기 산화 공정을 수행한 공정수에 옥살산(Oxalic acid)을 첨가하여 잔류하는 산화막을 용해하는 화학적 분해 공정과, 상기 화학적 분해 공정을 수행한 공정수에 옥살산(Oxalic acid)과 시트릭산(Citric acid)과 수산화리튬(LiOH)을 첨가하여 금속이온을 착화시키는 환원 공정과, 상기 공정수를 순수로 재생하는 정화 처리 공정과, 상기 재생된 순수로 상기 냉각재 펌프의 표면을 세척하는 순수 세척 공정으로 이루어지는 단위 공정 단계를 한 세트로 수행하고;
제염공정 회수 설정과정은 이러한 제염공정 세트를 설정 회수만큼 반복하는 것을 포함하여 이루어진 것이 특징인 한국형 원자로 냉각재 펌프 제염방법이다.

Description

한국형 원자로 냉각재 펌프 제염방법{Chemical Decontamination method of reacter coolant pump}

본 발명은 한국형 원자로 냉각재 펌프 제염방법에 관한 것으로 제염을 하기 전에 산화막 두께를 먼저 측정하여 제염공정의 횟수를 조절하여 맞춤형 제염을 가능토록 하는 한국형 원자로 냉각재 펌프 제염방법에 관한 것이다.

원자력 발전소의 노심에서 발생된 핵분열 에너지를 증기 발생기로 보다 효과적으로 열에너지가 전달될 수 있도록 원자로 냉각재를 강제 순환시켜 증기 발생기에서 열 교환하도록 하는 것이 원자로 냉각재 펌프(Reactor Coolant Pump)이다.

국내, 외 원자력 발전소에서 설치 운전 중인 냉각재 펌프에서 축의 균열, 임펠러 루즈(Loose), 써멀 슬리브 누수, 베어링 손상, 임펠러 날개의 균열, 열차폐벽 열교환기의 누설 등과 같은 손상에 따른 정비 사례가 발생되고 있다. 이 경우 화학 제염을 수행하지 않고서는 고 방사선량에 의한 완전히 분해 점검 및 정비를 수행할 수 없게 되었다. 또한, ICRP(International Commission of Radiological Protection ; 국제방사선방호위원회)의 도입에 따라 방사선 쪼임 허용 값이 하향 조정되고

규제가 강화되게 되어 정비 기술 인력을 보호하고 규정을 준수하면서 냉각재 펌프 정비를 수행하기 위해서는 화학 제염이 필수적이다.

또한, 화학 제염은 냉각재 펌프에 형성된 방사화된 산화막 또는 침적된 층(CRUD)을 화학 약품이 용해된 물(이하 "공정수"라 함)을 이용하여 고의적으로 부식시켜 제거하는 기술로써 화학약품의 농도에 따라 높은 농도의 화학약품을 사용하는 농축식 화학 제염과 화학약품의 농도를 낮추어 장시간 수행하는 희석식 화학 제염으로 분류할 수 있다.

이러한 요구에 의하여 개발된 농축식 화학 제염 기술인 KK(KHNP ＆ KPS) 공정이 제염 시간의 단축에는 유리하나, 정확한 화학약품 농도의 조절을 위해 정밀한 장비가 필요하고 짧은 공정 시간 동안에 화학약품 농도를 분석하고 그에 따른 대응 조치를 취하기가 현실적으로 어려워서 피 화학 제염 기기의 재질에 미치는 영향을 정확히 진단하기 어려운 문제가 있다. 또한, 화학약품의 잉여 투입량이 많아서 공정수의 정화가 어렵고 정화 처리 후 발생되는 고체 폐기물의 양이 증가되는 단점이 있다. 따라서, 희석식 화학 제염 기술을 많이 사용하고 있으며, 산화 공정의 수행에 있어서도 종래에 사용되었던 AP(Alkaline Permanganate)공정은 착화물 형성이 늦어서 킬레이트제를 추가 투입 시에 이 킬레이트제로 인하여 공정수의 정화 처리가 어려우므로 많은 방사능 오염 폐기물이 발생되었으나, AP공정보다는 낮은 pH영역에서 화학 제염의 효과가 높고 기기 재료의 건전성에 영향을 미치지 않으므로 NP(Nitric Permanganate)공정을 사용하고 있다.

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이를 위하여 농축식 화학 제염 공법인 KK(KHNP＆KPS)공정의 수행에서 도출된 문제점을 보완, 수정하여 정밀한 장비 없이도 화학 제염의 효과를 극대화할 수 있는 원자로 냉각재 펌프의 농축식 화학 제염 방법과 원자로 냉각재 펌프(RCP)의 희석식 화학 제염 방법으로, 순수에 질산과 과망간산칼리가 혼합된 수소이온농도가 높은 공정수로 산화막을 제거하는 산화공정과, 공정수에 옥살산을 첨가하여 산화막을 용해하는 화학적 분해공정, 공정수에 옥살산과 시트릭산과 수산화리튬을 첨가하여 금속이온을 착화시키는 환원공정과, 공정수를 순수로 재생하는 정화처리공정과, 순수세척공정을 단위 공정으로 수회 반복하는 제염방법이 본 출원인의 국내특허등록 제 10-0856944호로 알려졌으나, 이는 정해진 룰에 의한 매뉴얼대로 반복처리하는 것이어서, 때로는 필요 이상으로 반복처리하여 제염하는 비경제적인 문제점을 가진다.

본 발명은 이를 해결하려는 것으로, 본 발명의 목적은 한국형원자로 냉각재 펌프를 분해 점검할 때, 제염탱크 내벽에 냉각재펌프의 산화막 두께를 미리 센싱하여, 필요한 제염공정의 공정회수를 설정하여 맞춤형 제염공정을 수행 가능토록 하는 한국형 원자로 냉각재 펌프 제염방법을 제공하려는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 산화막 두께를 인식하는 센서부를 적외선램프를 사용하거나 초음파를 사용하여 인식함과 동시에 시시디 카메라를 통한 영상으로도 확인 가능토록 하여 정확한 맞춤형 제염을 가능토록 하는 한국형 원자로 냉각재 펌프 제염방법을 제공하려는 것이다.

이를 위하여 본원발명은 냉각재펌프 제염탱크에 제염할 냉각재펌프에 형성된 산화막 두께를 측정하도록 제염탱크 내벽에 설치한 센서부를 통한 제어부의 인식값으로 산화막 두께를 측정토록 하는 측정공정, 및

측정공정에서 측정한 산화막 두께에 따라 제염공정 회수를 달리하도록 제염공정 회수 설정과정을 제어부에 미리 설정하고;

제염공정을 수행토록 한다.

본 발명에서의 제염공정은 반복수행하는 것으로 한 번의 공정은 순수에 질산과 과망간산칼리가 혼합된 공정수로 소정 시간 동안 산화하여 냉각재 펌프 표면에 형성된 산화막을 용해하는 산화공정과,

상기 산화 공정을 수행한 공정수에 옥살산(Oxalic acid)을 첨가하여 상기 공정수에 잔류하는 상기 과망간산칼리와 상기 냉각재 펌프 표면에 잔류하는 산화막을 용해하는 화학적 분해 공정과,

상기 화학적 분해 공정을 수행한 공정수에 옥살산(Oxalic acid)과 시트릭산(Citric acid)과 수산화리튬(LiOH)을 첨가하여 상기 공정수에 용해되어 있는 금속이온을 상기 냉각재 펌프 표면에 재침적되지 않도록 착화시키는 환원 공정과,

상기 공정수를 순수로 재생하는 정화 처리 공정과,

상기 재생된 순수로 상기 냉각재 펌프의 표면을 세척하는 순수 세척 공정으로 이루어지는 단위 공정 단계를 한 세트로 수행한다.

이상과 같이 본원발명은 한국형원자로 냉각재 펌프를 분해 점검할 때, 제염탱크 내벽에 냉각재펌프의 산화막 두께를 미리 센싱하여, 필요한 제염공정의 공정회수를 설정하여 맞춤형 제염공정을 수행 가능토록 한다.

본 발명은 산화막 두께를 인식하는 센서부를 적외선램프를 사용하거나 초음파를 사용하여 인식함과 동시에 시시디 카메라를 통한 영상으로도 확인 가능토록 하여 정확한 맞춤형 제염을 가능토록 한다.

도 1은 본 발명의 제염을 하는 냉각재펌프가 설치 사용되는 구조를 보인 구성도,
도 2는 본 발명의 제염장치 구성도,
도 3은 본 발명의 제염탱크에 제염할 냉각재펌프가 설치된 상태를 보인 단면도,
도 4는 본 발명의 제어 구성도,
도 5는 본 발명의 센서부를 통한 두께 측정원리를 보이는 파형도,
도 6은 본 발명의 제염 공정도이다,

이하 본원발명의 실시에를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명의 냉각재펌프가 원자로에 설치된 경우를 보인 도면으로, 원자력 발전소는 원자로(1)를 중심으로 방사성 물질을 갖고 있는 냉각재가 흐르는 부분인 1차 계통과, 증기발생기(3)에서 발생된 증기를 이용하여 터빈(6)과 발전기(5)를 가동시킴으로써 전기를 생산하는 방사성 물질이 없는 2차 계통으로 구분된다.

1차 계통은 원자로 건물(8) 내의 원자로(1)와 가압기(2) 및 증기 발생기(3)와 냉각재 펌프(4)로 이루어지고, 2차 계통은 증기 발생기(3)와 발전기(5) 및 저, 고압 터빈(6)과 복수기(7) 등으로 이루어져 있다. 여기서, 상기한 1차 계통에는 방사성 물질을 갖는 냉각재가 흐르게 되는바, 여기에 포함된 부품을 수리하거나 교체하기 위해서는 부품을 외부로 취출한 후 수리하거나 교체하게 된다. 즉, 원자로 냉각재 펌프(Reactor Coolant Pump)(4)는 스테인리스 스틸재로 제작되어 원자로 냉각재를 강제 순환시켜 증기 발생기(3)로 이송시키는 부품으로서, 내장품의 수리 및 교체 작업이 빈번하게 일어나는 부품인 바, 원자로에서 운전 중에 축의 균열, 임펠러 느슨해짐, 써멀 슬리이브 누수, 베어링 손상, 임펠러 날개 균열, 열차폐벽 열교환기의 누설 등의 손상이 많이 발생되어 교체/수리를 할 경우가 많이 발생된다.

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상기한 원자로 냉각재 펌프 내장품을 수리/교체할 때에는 작업자가 대략 20,000mR/hr정도의 강도를 갖는 방사선에 과 피폭되는 것을 방지하기 위하여, 냉각재 펌프 내장품(냉각재 펌프라 함)을 별도의 제염 탱크에서 제염하여 방사선량을 줄이게 되는바, 상기한 제염탱크에서 사용되는 공정수는 정화 처리하여 고체 폐기물은 폐기 처리하고, 나머지는 순수 상태로 만들어 발전소 폐기물 처리 계통으로 배수하게 된다.

또한, 상기한 공정수의 정화 처리를 위해서는 이온교환이온교환수지가 많이 사용되는바, 상기한 이온 교환수지를 소정 탱크에 충진함과 아울러 상기한 탱크에서, 방사능 오염 폐기물과, 비오염 폐기물로 나누어서 제거하게 된다.

도 2 는 본 발명에서 사용하는 제염장치의 블럭 구성도로, 크게 순수탱크(10)와, 혼합기(20)와, 제염탱크(30)와, 구동수단(43)과, 분사수단(50)과, 냉각수단(60)과, 제어기(70)를 포함하여 이루어진다.

상기 순수탱크(10)는 내부에 순수가 저장되어 있고, 펌프(11)가 구비된 배관(12)으로 혼합기(20)와 제염탱크(30)와 연결되어 내부에 저장된 순수를 혼합기(20)와 제염탱크(30)에 공급한다.

상기 혼합기(20)는 순수탱크(10) 일측에 이격설치되어 있고, 펌프(11)를 구비한 배관(12)에 의해 순수탱크(10)와 연결된다.

그리고, 펌프(11)에 의해 순수탱크(10)로부터 순수를 공급받으면 화학약품을 순수와 혼합하여 제염수를 만들고, 이 제염수를 제염탱크(30)에 공급한다.

상기 제염탱크(30)는 상기 혼합기(20) 일측에 위치하며, 펌프(11)가 구비된 배관(12)으로 순수탱크(10) 및 혼합기(20)와 연결되어 순수탱크(10)와 혼합기(20)가 공급하는 순수 및 제염수를 공급받아 상면이 개방된 수용공간(31)에 수용한다.

즉, 순수와 제염수가 도 3에 보인 제염탱크(30)의 수용공간(31)에 같이 보관되어 공정수를 이루며, 이 공정수는 후술할 분사수단(50)에 의해 분사되어 한국형 원자로 냉각재 펌프 표면의 산화막을 제염하게 된다.

이러한 제염탱크(30)는 한국형 원자로 냉각재 펌프의 표면 즉, 제염 처리할 부분이 수용공간(31)에 위치할 수 있도록 상면이 개방된 형태로 이루어지며, 분사수단(50)에 의해 살수 및 제염이 이루어지며 제염상태를 제어기(70) 디스플레이부(71)에서 확인할 수 있도록 제염탱크(30) 일면에 투시창(32)이 형성되고, 이는 투시창(32)을 통해 제염탱크(30)의 수용공간(31) 즉, 제염이 이루어지는 곳을 비추는 시시디카메라(33)가 브라켓을 이용하여 제염탱크(30) 일면 외측에 고정설치되며, 이 화면을 디스플레이하는 디스플레이부(71)가 제어기(70)에 구비된다.

또한, 제염탱크(30) 내부에 방사능 센서(34)가 더 구비되는 것이 좋다. 이러한 방사능 센서(34)는 제염탱크(30) 수용공간(31)의 방사능농도를 측정하여 제어기(70)에 전송함으로써, 작업자가 내부의 방사능 지수를 인식하여 제염이 어느 정도 이루어졌는지를 쉽고 간편하게 확인할 수 있다.

상기 회전수단(40)은 제염탱크(30) 상면에 고정설치되며, 후술할 회전링(42)이 안착됨과 동시에 회전 가능하도록 원형으로 이루어지는 고정링(41)과, 상기 원형의 고정링(41)의 상부에 안착됨과 동시에 후술할 구동수단(43)에 의해 회전되며, 한국형 원자로 냉각재 펌프가 안착 되도록 하는 원형의 회전링(42)과, 상기 회전링(42)의 일측에 설치되며 구동 시 회전링(42)을 회전시키는 구동수단(43)으로 이루어진다.

상기 구동수단(43)은 상기 회전링(42)의 외주연에 형성되는 치차(44)와, 상기 회전링(42) 일측에 설치되는 구동모터(45)와, 상기 구동모터(45)의 동력을 받아 감속(1회전/10분)하여 치차(44)로 동력을 전달하는 감속기(46)로 이루어진다.

상기 분사수단(50)은 상기 제염탱크(30)에 설치되어 제염탱크(30)의 수용공간(31)에 수용되는 원자로 냉각재 펌프의 일부분 즉, 제염 처리 부분에 공정수를 분사한다.

이러한 분사수단(50)은 상기 제염탱크(30)의 수용공간(31)에 서로 직교되도록 설치되어 제염탱크(30)의 수용공간(31)에 수용된 원자로 냉각재 펌프에 공정수를 분사하는 두 쌍의 노즐(51)과, 일단은 제염탱크(30)의 수용공간(31) 하부와 연결되도록 하고, 타단은 분할되어 한 쌍의 노즐(51)과 연결되어 제염탱크(30)의 수용공간(31)에 수용된 공정수를 노즐(51)로 이동되게 하는 한 쌍의 제1공급배관(52)과, 상기 한 쌍의 제1공급배관(52)에 각각 설치되어 제염탱크(30)의 수용공간(31)에 수용된 공정수를 노즐(51)로 공급하는 한 쌍의 순환펌프(53)와, 상기 제염탱크(30)의 수용공간(31)에 설치되는 살수노즐(54)과, 일단은 일측 제1공급배관(52)에 연결되고 타단은 살수노즐(54)에 연결되는 제2공급배관(55)과, 상기 제2공급배관(55) 일측에 설치되어 일측 순환펌프(53)에 의해 공급되는 공정수를 살수노즐(54)에 고압으로 공급하는 고압펌프(56)로 이루어진다.

상기 노즐(51)은 원자로 냉각재 펌프의 측부와 저면부에 공정수를 분사할 수 있도록 "L"자형으로 절곡 형성되는 노즐관(51a)과, 원자로 냉각재 펌프에 분사가 가능하도록 노즐관(51a)에 일정 간격을 두고 설치되는 노즐공(51b)으로 이루어진다.

상기 복수 개의 노즐공(51b)은 일부는 공정수가 분사되도록 하고, 일부는 직사되도록 형성된다.

상기 냉각수단(60)은 이송펌프(61)가 구비된 냉각배관(62)으로 상기 제염탱크(30)와 연결되어 분사에 의해 뜨거워지는 공정수가 설정 온도 이상이 되지 아니하도록 공정수를 냉각한다.

이러한 냉각수단(60)은 제염탱크(30)의 수용공간(31)에 설치되어 공정수의 온도를 체크하는 온도센서(63)와, 이송펌프(61)가 구비된 배관으로 제염탱크(30)와 연결된 냉각기(64)로 이루어져 공정수가 설정 온도 즉, 82 ~ 88℃를 유지하도록 냉각한다.

상기 제어기(70)는 제어부(73)에 포트(P2)를 통해 지령하는 다수개의 조작버튼(72)과, 제어부(73)의 포트(P3)를 통하여 구동 지시를 받는 모터구동부(74)의 구동에 의하여 구동하는 펌프부(펌프(11), 모터(24), 화학약품 투입기, 구동모터(45), 순환펌프(53), 고압펌프(56), 이송펌프(61))와, 제어부(73)의 포트(P5)를 통해 작동하는 냉각수단(60)과, 제어부(73)의 포트(P1)를 통한 제어 출력으로 구동하는 센서부의 레이저다이오드(57)와, 레이저다이오드(57)의 발광 빛을 냉각재펌프(4)의 산화막 표면을 통하여 반사되어 산화막의 두께에 따라 수광 조도가 달라지는 것을 인식하도록 센서부를 이루는 수광 포토트랜지스터(57-1)의 인식값을 디지탈 값으로 변환하는 아날로그 디지탈 변환기(75)를 포함한다. 아날로그 디지탈변환기(75)의 출력은 포트(I2)를 통해 제어부(73)에 인식 받도록 구성한다. 상기 레이저다이오드(57)와 포토트랜지스터(57-1) 사이의 중앙부위이며 제염탱크(30)의 투시창(32)외면 부위에는 시시디카메라(33)를 설치하고, 시시디카메라(33)의 출력 영상은 아날로그 디지탈 변환기를 거쳐 제어부(73)의 포트(I1)로 인가하도록 구성한다. 이러한 제어기(70)는 유선으로 결선하는 구조를 도시하였으나 무선으로 제어 가능토록 구성할 수도 있으나 이러한 변환은 통상의 기술이므로 이의 도시는 생략한다.

상기에서는 센서부를 레이저다어오드(57)와 포토트랜지스터(57-1)의 구조로 설명하였으나, 균등하게 두께 측정이 가능한 초음파를 발신하는 초음파 발신부와,

냉각재펌프 표면을 통하여 반사된 초음파를 수신하는 마이크인 초음파 수신부로 센서부를 구성할 수도 있다. 이는 반사되어 오는 초음파의 파장 도착 시간과 출력 레벨이 산화막의 두께에 따라 달라지는 것을 기초로 정상적인 것과 산화막의 유무와, 산화막의 두께를 측정토록 한다. 물론 이러한 두께 측정은 실험을 통하여 센서부의 출력을 기초로 설정한 값이지 절대값은 아님을 알 수 있을 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 냉각재펌프 희석식 화학 제염 방법을 나타낸 공정도로, 방사성 물질에 오염된 SS304계열의 냉각재펌프에 대한 (희석식) 화학 제염은, 도 3 과 같이 냉각재펌프(4)를 회전 가능토록 지지하는 제염탱크(30)에 설치한 다음, 도 4 에 보인 제어부(73)에서 포트(P1)를통하여 센서부의 레이저다이오드(57)를 구동하면, 냉각재펌프(4) 표면의 산화막에 의하여 반사되어 포토트랜지스터(57-1)의 베이스로 인가되어 구동하고, 구동한 출력은 아날로그 디지탈변환기(75)에 의하여 디지탈 값으로 변환되어 제어부(73)가 그 레벨을 인식하여 산화막의 두께를 인식하는 원리이다. 이는 도 5 와 같이 산화막이 없는 정상표면은 산화막이 있는 경우보다 출력 레벨이 낮게 되는바, 이는 두께만큼 거리가 가까워서 출력이 올라가는 것을 의미한다. 이러한 출력 레벨의 차이를 기초로 두께를 측정한다. 마찬가지로 초음파를 이용한 방식도 두께만큼 거리가 가까워서 출력레벨이 상승하는 것을 기초로 판단한다. 물론 두께를 측정하는 엑스레이 촬영 같은 다른 기술을 센서부로 구성하여도 측정 가능하다. 아울러 시시디카메라(33)를 통한 영상을 디스플레이부(71)를 통하여 확인하면서 측정 가능하고 필요할 경우 영상을 캡쳐하여 이상 유무를 비교하는 자료로도 활용 가능하고, 측정 오차를 확인하기 위하여 레이저다이오드(57)의 조도와 냉각재펌프(4) 표면의 상태를 기초로 이상 여부를 판단할 수 있도록 한다. 이렇게 산화막의 두께를 판단하면 이에 대응하는 설정 제염공정 회수를 기초로 제염공정을 수행한다. 본 발명은 도 6 과 같이 5회 하는 것을 기초로 설명한다.

제염공정은 질산과 과망간산칼리를 사용하여 소정 시간 수행되는 산화 공정(P1)과, 상기 산화 공정을 수행한 공정수에 질산과 옥살산(Oxalic acid)을 사용하여 소정 시간 수행되는 화학적 분해 공정(P2)과, 상기 화학적 분해 공정을 수행한 공정수 용액에 옥살산(Oxalic acid)과 시트릭산(Citric acid)과, 수산화리튬(LiOH)을 사용하여 소정 시간 수행되는 환원 공정(P3)으로 이루어지는 단위 공정 단계(P)를 한 세트로 하여 이러한 세트 공정을 수회 반복하는 것으로 이루어진다.

상기 1회의 단위 공정 단계(P) 이전에 전 처리 공정으로 승온시키는 공정 수행 준비 공정(P01)이 행해진다.

상기 단위 공정 단계(P, Q, R, S, T)에는 산화 공정(P1, Q1, R1, S1, T1)과 화학적 분해 공정(P2, Q2, R2, S2, T2)과 환원 공정(P3, Q3, R3, S3, T3) 후에 각각의 공정수를 정화 처리하는 정화 처리 공정(P4, Q4, R4, S4, T4)과, 순수 세척 공정(P5, Q5, R5, S5, T5)이 부가될 수 있다.

상기 단위 공정 단계(P, Q, R, S, T)에서 산화 공정은 냉각재펌프의 표면 산화막인 크롬산화물을 제거하는 공정으로 화학 제염의 효과에 가장 영향을 미치는 공정이다. 본 발명에서는 산화 공정으로 NP공정을 사용하는데 이 방법이 공정수 정화 처리가 용이하고, 그 다음에 수행되는 환원 공정과의 연계성을 생각할 때 바람직한 방법이기 때문이다. 크롬산화물은 일반적인 용해 반응식에 의해서는 용해가 되지 않기 때문에 본 발명에서는 크롬산화물을 용해하기 위해서 촉매제로 사용될 수 있는 시중품 중에서 제조 공정이 용이한 과망간산칼리(KMnO4)를 사용하였으며, pH를 낮추기 위한 화학약품은 일반적으로 사용하는 질산을 사용한다. 본 발명의 산화 공정에서는 질산을 이용하여 pH를 낮춘 조건에서 촉매제인 과망간산칼리를 사용하여 크롬산화물을 용해하여 제거한다.

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상기 산화 공정에서 사용되는 질산의 농도는 0.315g/L인 것이 좋으며, 과망간산칼리의 농도는 0.61g/L인 것이 좋고, 산화 공정의 공정 수용액의 pH범위는 2.5∼2.62로 하는 것이 좋다.

상기 화학적 분해 공정에서는 산화 공정을 수행한 공정수 용액에 1.202g/L의 옥살산(Oxalic acid)과 0.718g/L의 질산을 사용하여 산화 공정을 수행한 후 잔류하는 과망간산칼리와 산화 공정에서 생성된 이산화망간(MnO2)을 분해시켜 환원 공정수의 조성이 가능하도록 한다. 화학적 분해 공정의 공정 수용액의 pH범위는 4∼5.0으로 하는 것이 좋다.

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상기 환원 공정은 RCP 내장품의 표면 산화막인 철산화물을 제거하는 공정이다.

본 발명의 환원 공정은 상기 화학적 분해 공정을 수행한 공정 수용액에 옥살산 (Oxalic acid)과 시트릭산(Citric acid)과, 수산화리튬(LiOH)을 각각 투입한다. 본 발명의 환원 공정은 화학 제염 수행성이 좋을 뿐 아니라, 이온 교환 수지를 활용하여 공정수 정화가 용이하도록 시트릭산(Citric acid)과 옥살산(Oxalic acid)을 함께 사용하는 공정을 사용한다. 상기 옥살산(Oxalic acid)은 철산화물을 제거하는데 매우 효과적이며 상기 시트릭산(Citric acid)은 제거된 철산화물을 착화시켜서 다시 재 침적하는 것을 방지하는 효과가 있다. 상기 옥살산(Oxalic acid)과 시트릭산(Citric acid)은 모두 철산화물을 환원시켜 제거하는 능력이 있으나 옥살산 (Oxalic acid)의 환원 전위가 높아서 시트릭산보다 환원 반응 속도가 빠르므로 먼저 작용하고 시트릭산(Citric acid)은 킬레이트 화합물 형성 전위는 높으나 환원 전위는 옥살산(Oxalic acid)보다 낮아서 철산화물을 환원시키는 기능에는 옥살산(Oxalic acid)의 반응 후에 부가적으로 작용하면서 철을 비롯한 금속 산화물을 킬레이트 화합물로 형성시켜 재침적을 방지한다.

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상기 환원 공정에서 수산화리튬(LiOH)은 환원 공정의 pH범위를 조절하는데 사용되는 것이다. 환원 공정의 pH를 조절하는데 사용될 수 있는 화학약품은 수산화리튬 (LiOH)과 수산화나트륨(NaOH)이 있으며, 이 두 가지는 pH조절 능력이 같고 제거에 필요한 이온 교환 수지의 양도 같으나, 수산화나트륨(NaOH)의 경우에는 원자로 냉각재 중에 포함되면 안 되는 반면 수산화리튬(LiOH)은 발전소에서 원자로 냉각재에 첨가하는 화학약품이고 유기산 중화와 알콜화 반응에 촉매로 작용하여 옥살산(Oxalic acid)과 시트릭산(Citric acid)을 무해한 이온 성분으로 바꾸어 줄 수 있으므로 본 발명에서는 환원 공정의 pH의 범위를 조절하는데 수산화리튬 (LiOH)을 사용하였다.

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상기 환원 공정에서의 공정수의 pH범위는 2.0~4.0을 유지하는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 pH 3.37~3.39로 하면 안정적이다. 옥살산의 양이 증가된 조건에서는 3.37~3.39 정도의 범위를 보이고 옥살산의 양이 감소된 조건에서는 3.56~3.66 정도의 범위를 보여주므로 옥살산의 량이 시트릭산의 량보다 pH결정에 중요하게 작용한다는 것을 알 수 있다.

그리고 환원 공정의 공정수의 전위는 307mV ±6이 되도록 한다. 환원 공정의 온도는 85~90℃로 유지하는 것이 좋으며 바람직하게는 85℃로 유지하는 것이 좋다.

환원 공정에서의 분극 특성은 옥살산의 량이 시트릭산보다 많을수록 전류 밀도 (A/cm2)가 높게 나타났으며 전류 밀도가 최대인 상태에서의 환원 포텐셜은 옥살산 량에 따라 위치가 변동되는 현상을 보인다. 이러한 환원 공정의 분극 특성에 의해서 철산화물의 제거는 옥살산의 량에 의존된다는 것을 나타낸다.

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따라서, 단위 공정 단계상의 다른 공정과 달리 상기 환원 공정에 사용되는 옥살산과 시트릭산의 농도는 냉각재펌프의 운전 연수에 따라서 상이하게 조절되어야하고, 단위 공정 단계의 반복 회수에 따라서도 상이하게 조절하여야 한다. 이와 같은 고려에 의해서 본 발명에서는 운전 연수 20년 이상의 냉각재펌프에 적용되는 희석식 화학 제염 방법을 화학 제염 공정Ⅰ이라 하고,

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운전 연수 10년 이상의 냉각재펌프에 적용되는 희석식 화학 제염 방법을 화학 제염 공정Ⅱ라하고, 운전 연수 10년 미만의 냉각재펌프에 적용되는 희석식 화학 제염 방법을 화학 제염 공정Ⅲ이라 하였다.

화학 제염 공정Ⅰ은 산화 공정과 환원 공정에서 사용된 화학약품의 농도는 상술한 바와 같이 일정하고, 환원 공정에 사용되는 화학약품은 제1회 단위 공정 단계의 환원 공정에서 옥살산(Oxalic acid)의 농도는 0.747g/L, 시트릭산(Citric acid)의 농도는 0.919g/L, 수산화리튬(LiOH)의 농도는 0.302g/L로 하고, 제2회 단위 공정 단계의 환원 공정에서 옥살산(Oxalic acid)의 농도는 0.679g/L, 시트릭산(Citric acid)의 농도는 1.507g/L, 수산화리튬(LiOH)의 농도는 0.302g/L로 하고, 제3회 내지 제5회의 단위 공정 단계의 환원 공정에서 옥살산(Oxalic acid)의 농도는 0.403g/L, 시트릭산(Citric acid)의 농도는 1.654g/L, 수산화리튬(LiOH)의 농도는 0.302g/L로 하였다.

화학 제염 공정Ⅱ은 산화 공정과 환원 공정에서 사용된 화학약품의 농도는 상술한 바와 같이 일정하고, 환원 공정에 사용되는 화학약품은 제1회 단위 공정 단계의 환원 공정에서 옥살산(Oxalic acid)의 농도는 0.713g/L, 시트릭산(Citric acid)의 농도는 1.487g/L, 수산화리튬(LiOH)의 농도는 0.302g/L로 하고, 제2회 단위 공정 단계의 환원 공정에서 옥살산(Oxalic acid)의 농도는 0.576g/L, 시트릭산(Citric acid)의 농도는 1.287g/L, 수산화리튬(LiOH)의 농도는 0.302g/L로 하고, 제3회 내지 제5회의 단위 공정 단계의 환원 공정에서 옥살산(Oxalic acid)의 농도는 0.403g/L, 시트릭산(Citric acid)의 농도는 1.654g/L, 수산화리튬(LiOH)의 농도는 0.302g/L로 하였다.

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화학 제염 공정Ⅲ은 산화 공정과 환원 공정에서 사용된 화학약품의 농도는 상술한 바와 같이 일정하고, 환원 공정에 사용되는 화학약품은 제1회 내지 제5회의 단위 공정 단계의 환원 공정에서 옥살산(Oxalic acid)의 농도는 0.403g/L, 시트릭산(Citric acid)의 농도는 1.654g/L, 수산화리튬(LiOH)의 농도는 0.302g/L로 하였다.

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상기 단위 공정 단계에서 환원 공정이 끝난 후에는 사용된 공정수를 정화 처리하는 공정과 냉각재펌프를 순수를 이용하여 세척하는 순수 세척 공정이 실시된다. 상기 순수 세척 공정은 63∼68℃ 정도의 순수를 이용하는 것이 좋으며 냉각재펌프의 표면 검사를 행해서 상기 단위 공정 단계에서 사용된 화학약품이 제거되는 것으로 나올 때까지 행해진다.

본 발명의 희석식 화학 제염 방법에서는 상기 단위 공정 단계를 수회 반복하는데 이와 같이 단위 공정 단계를 반복하는 것보다는 한 번의 환원 공정으로 산화막 외층을 완전히 제거하고 그 후 한 번의 산화 공정으로 산화막 내층을 완전히 제거하는 것이 이상적인 화학 제염이다. 그러나, 산화막이나 침전물의 구성 원소가 혼존하여 있으므로 이러한 산화막이 완전히 제거되지 않는다. 어떤 특정 공정 단계를 길게 유지한다고 할지라도 그 공정을 이용하여 제거하고자 하는 산화물이나 침적물은 완전히 제거되지 않을 뿐만 아니라 한 번의 공정으로 제염 효과를 발휘하도록 하려면 피제염체 표면의 국부적인 손상의 우려가 있으며, 화학약품을 투입하여 조성된 공정수를 이용하여 산화 공정 혹은 환원 공정을 적용하면 일정 시간이 지난 후에는 공정수 중의 금속 원소, 이온, 불순물 등으로 공정수의 포텐셜이 감소하게 되어 제염 효과가 저하되고 심하면 제거된 금속 이온이 냉각재펌프에 재침적될 수 있으므로 본 발명에서는 산화 공정과 환원 공정을 반복적으로 수행되도록 하였으며, 반복 수행 과정에서 환원 공정 후에는 공정수를 정화할 수 있도록 하여 공정수 중의 금속 원소, 이온, 불순물, 그리고 잔류 화학약품을 완전히 제거 되도록 하였다. 따라서, 산화 공정, 화학적 분해 공정, 환원 공정, 공정수 정화로 이루어진 본 발명의 단위 공정 단계를 수회 반복하는 것으로 구성하였다.

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그리고, 공정의 수행시간은 제염 효과를 발휘할 수 있는 최소 시간과 공정수의 포텐셜 감소로 더 이상의 수행이 아무런 의미가 없는 시간의 관계에서 구해지게 된다. 크롬산화물을 산화 공정에서 제거하는 데는 최소한 1시간 이상이 필요하고 본 발명과 같이 NP공정을 통해 환원 공정을 사용하는 경우에 최대 4시간 정도이면 공정을 더 이상 진행시킬 필요가 없다.

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다만, 냉각재펌프의 산화 공정의 경우 산화막 외측의 침적물 제거에 필요한 시간과 크롬 산화막의 제거에 필요한 시간이 필요하므로 1회의 공정에서의 산화 공정은 보다 길게 적용하여 산화 공정을 4시간 동안 수행하였으며, 다음 회의 공정에서는 산화 공정을 2시간 동안 수행하도록 하였다. 화학적 분해 공정은 전체 공정수, 내장품 표면 및 설비의 각 배관 내에 존재하는 잔류 과망간산칼리와 MnO2를 완전히 제거하기 위하여 수행시간을 2시간으로 하였으며, 환원 공정은 철산화물의 제거 속도가 매우 빠르고 수행시간을 연장할 경우 공정수 중의 금속 이온이 재침적될 수 있으므로 수행시간을 1시간으로 하였다.

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상기 단위 공정 단계 수행시 공정수는 교반기에 의해 반드시 교반 되어 공정수의 온도가 전체적으로 균일하고 각 공정에 사용되는 화학약품이 침전되지 않고 균등한 상태를 유지하도록 한다.

이와 같이 반복되는 단위 공정 단계에서 3회와 5회의 단위 공정 단계에서는 순수로 냉각재펌프 표면을 세척한 다음 그 냉각재펌프 표면의 방사선량을 검사 공정(36, 56)을 거친 다음, 최종적으로 순수로 냉각재펌프 표면을 재세척하여 공정(57)을 마무리한다.

상기에서는 희석식 화학 제염방법을 기초로 설명하였으나 농축식 화학 제염방법에도 동일하게 적용된다.

4;냉각재펌프 57;레이저다이오드 57-1;포토트랜지스터 60;냉각수단 70;제어기 71;디스플레이부 72;조작버튼 74;모터구동부 75;아날로그 디지탈 변환기 P1,Q1,R1,S1,T1;산화공정 P2,Q2,R2,S2,T2;화학적 분해공정 P3,Q3,R3,S3,T3;환원공정 P4,Q4,R4,S4,T4;정화처리공정 P5,Q5,R5,S5,T5;순수세척공정

Claims (10)

1. 한국형 원자로 냉각재 펌프 제염방법에서,
   냉각재펌프 제염탱크에 제염할 냉각재펌프에 형성된 산화막 두께를 측정하도록 제염탱크 내벽에 설치한 센서부를 통한 제어부의 인식 값으로 산화막 두께를 측정토록 하는 측정공정, 및
   측정공정에서 측정한 산화막 두께에 따라 제염공정 회수를 달리하도록 제염공정 회수 설정과정을 제어부에 미리 설정하고;
   제염공정은
   순수에 질산과 과망간산칼리가 혼합된 공정수로 소정 시간 동안 산화하여 냉각재 펌프 표면에 형성된 산화막을 용해하는 산화공정과,
   상기 산화 공정을 수행한 공정수에 옥살산(Oxalic acid)을 첨가하여 상기 공정수에 잔류하는 상기 과망간산칼리와 상기 냉각재 펌프 표면에 잔류하는 산화막을 용해하는 화학적 분해 공정과,
   상기 화학적 분해 공정을 수행한 공정수에 옥살산(Oxalic acid)과 시트릭산(Citric acid)과 수산화리튬(LiOH)을 첨가하여 상기 공정수에 용해되어 있는 금속이온을 상기 냉각재 펌프 표면에 재침적되지 않도록 착화시키는 환원 공정과,
   상기 공정수를 순수로 재생하는 정화 처리 공정과,
   상기 재생된 순수로 상기 냉각재 펌프의 표면을 세척하는 순수 세척 공정으로 이루어지는 단위 공정 단계를 한 세트로 수행하고;
   제염공정 회수 설정과정은 이러한 제염공정 세트를 설정 회수만큼 반복하는 것을 포함하여 이루어진 것이 특징인 한국형 원자로 냉각재 펌프 제염방법.
   
2. 제 1항에 있어서, 센서부는 적외선램프로 된 발광부와, 적외선램프에 반응하는 포토트랜지스터인 수광부로 이루어지며,
   발광부와 수광부 사이에 표면상태 확인용 시시디 카메라를 설치하여, 수광부의 출력 레벨을 근거로 두께를 제어부에서 판단하며, 촬영 영상을 근거로 이상 여부를 정상치와 비교하는 과정을 수행함을 특징으로 하는 한국형 원자로 냉각재 펌프 제염방법.
   
3. 제 1항에 있어서, 센서부는 초음파를 발신하는 초음파 발신부와,
   냉각재펌프 표면을 통하여 반사된 초음파를 수신하는 마이크인 초음파 수신부로 이루어지며,
   초음파 발신부와 초음파 수신부 사이에 표면상태 확인용 시시디 카메라를 설치하여, 초음파 수신부의 출력 파형주기 및 출력레벨을 근거로 두께를 제어부에서 판단하며, 촬영 영상을 근거로 이상 여부를 정상치와 비교하는 과정을 수행함을 특징으로 하는 한국형 원자로 냉각재 펌프 제염방법.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 순수 세척 공정 후에 상기 피제염체의 표면의 방사선량 검사를 더 부가하는 것이 특징인 한국형 원자로 냉각재 펌프 제염방법.
   
5. 제 1항에 있어서, 제염공정 전에 상기 순수를 승온시키는 공정수행 준비과정을 더 포함하는 것이 특징인 한국형 원자로 냉각재 펌프 제염방법.
   
6. 제 1항에 있어서, 제 1회의 단위 공정 단계에서 산화 공정은 80분, 화학적 분해 공정은 60분, 환원 공정은 30분 동안 진행시키는 것이 특징인 한국형 원자로 냉각재 펌프 제염방법.
   
7. 제 1항에 있어서, 제 2회 내지 제 4회의 단위 공정 단계에서 산화 공정은 60분, 화학적 분해 공정은 60분, 환원 공정은 30분 동안 진행시키는 것이 특징인 한국형 원자로 냉각재 펌프 제염방법.
   
8. 제 1항에 있어서, 상기 단위 공정 단계에서 공정수는 85~90℃의 온도를 갖는 것이 특징인 한국형 원자로 냉각재 펌프 제염방법.
9. 제 1항에 있어서, 상기 산화 공정에 사용되는 질산의 농도는 6~6.5g/L이고, 과망간산칼리의 농도는 1g/L인 것이 특징인 한국형 원자로 냉각재 펌프 제염방법.
   
10. 한국형 원자로 냉각재 펌프 제염방법에서,
    냉각재펌프 제염탱크에 제염할 냉각재펌프에 형성된 산화막 두께를 측정하도록 제염탱크 내벽에 설치한 센서부와, 센서부의 작동시 이를 촬영하는 시시디카메라를 통한 영상으로 산화막 두께를 측정하는 측정공정, 및
    측정공정에서 측정한 산화막 두께에 따라 제염공정 회수를 달리하도록 제염공정 회수 설정과정을 제어부에 미리 설정하고;
    제염공정 설정과정은 순수에 질산과 과망간산칼리가 혼합된 공정수로 소정 시간 동안 산화하여 피제염체 표면에 형성된 산화막을 용해하는 산화공정과,
    상기 산화 공정을 수행한 공정수에 옥살산(Oxalic acid)을 첨가하여 상기 공정수에 잔류하는 상기 과망간산칼리와 상기 피제염체 표면에 잔류하는 산화막을 용해하는 화학적 분해 공정과,
    상기 화학적 분해 공정을 수행한 공정수에 옥살산(Oxalic acid)과 시트릭산(Citric acid)과 수산화리튬(LiOH)을 첨가하여 상기 공정수에 용해되어 있는 금속이온을 상기 피제염체에 재침적되지 않도록 착화시키는 환원 공정과,
    상기 공정수를 순수로 재생하는 정화 처리 공정과,
    상기 재생된 순수로 상기 피제염체의 표면을 세척하는 순수 세척 공정으로 이루어지는 단위 공정 단계를 한 센트로 수행하고;
    제염공정 회수 설정과정은 이러한 제염 공정 세트를 설정횟수만큼 반복하는 것을 포함하고;
    상기 산화 공정에 사용되는 질산의 농도는 0.315g/L이고, 과망간산칼리의 농도는 0.61g/L이고,
    상기 환원 공정은 제 1회의 단위 공정 단계에서 옥살산(Oxalic acid)의 농도는 0.747g/L이고, 시트릭산(Citric acid)의 농도는 0.919g/L이고, 수산화리튬(LiOH)의 농도는 0.302g/L이며, 제 2회의 단위 공정 단계에서 옥살산(Oxalic acid)의 농도는 0.679g/L이고, 시트릭산(Citric acid)의 농도는 1.507g/L이고, 수산화리튬(LiOH)의 농도는 0.302g/L이며, 제 3회 내지 제 5회의 단위 공정 단계에서 옥살산(Oxalic acid)의 농도는 0.403g/L이고, 시트릭산(Citric acid)의 농도는 1.654g/L이고, 수산화리튬(LiOH)의 농도는 0.302g/L이며,
    상기 화학적 분해 공정에 사용되는 질산의 농도는 0.718g/L이고, 옥살산(Oxalic acid)의 농도는 1.202g/L인 것이 특징인 한국형 원자로 냉각재 펌프 제염방법.
    

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