KR101494166B1 - 원자력 발전소 출력운전 중 격납건물 누설율 측정 시스템 - Google Patents

원자력 발전소 출력운전 중 격납건물 누설율 측정 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원자력 발전소 출력운전 중 격납건물 누설율 측정 시스템에 관한 것으로서, 원자력 발전소 정상 출력운전 중 격납건물을 가압하지 않고, 일정한 압력상태 및 계기용 공기 공급 상태에서 격납건물의 체적변화를 이용하여 누설을 측정하는 원자력 발전소 출력운전 중 격납건물 누설율 측정 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기 설정된 격납건물의 공기체적과, 내부 압력계를 통해 측정된 격납건물의 압력 변화와, 온도계를 통해 측정된 격납건물의 내부 온도 변화를 이용하여, 격납건물의 체적변화(ΔV)를 측정하는 체적변화 측정부; 상기 체적변화 측정부를 통해 측정된 체적변화(ΔV)와 누설율 측정시간(Δt)을 바탕으로, 임의의 압력(P)까지 격납건물의 압력을 상승시키기 위한 공기유량(Qcvp)을 계산하는 공기유량 계산부; 격납건물의 압력(mbar)과 온도(˚K)를 이용하여, 상기 공기유량 계산부를 통해 계산된 공기유량을 표준상태로 환산하는 표준상태 환산부; 및 계기용 공기 밸브 및 배관을 통해 공급된 계기용 공기유량(Qair)과 표준상태 환산부를 통해 표준상태로 환산한 공기유량(Qcvp.st)의 차이를 일정시간으로 나누어, 표준상태의 격납건물의 공기 누설율(Qcv1)을 계산하는 누설율 계산부; 를 포함한다.

Description

원자력 발전소 출력운전 중 격납건물 누설율 측정 시스템{System for Leakage Rate of Containment Building}
본 발명은 격납건물(또는 원자로 건물)의 누설율 측정 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원자력 발전소의 과도상태 또는 사고 발생 시 방사능이 함유한 원자로 냉각재가 격납건물 내에서 누설 시 방사능 물질이 격납건물 외부로 누설을 방지하고, 외부 대기오염을 최소화하기 위하여 원자로 정상 출력운전 중 격납건물의 기밀성을 유지하기 위한 격납건물 누설율을 측정하는 시스템에 관한 것이다.
원자력 발전소의 고온 영출력 상태로부터 전 출력 운전 상태에서 격납건물의 일정한 압력유지 상태에서 격납건물의 격리밸브를 닫고, 격납건물 내로 일정하게 공급되는 계기용 공기유량을 일정시간 유지 한 상태에서 격납건물의 체적변화를 이용하여 격납건물의 압력 증가 또는 감소 압력을 계산하여 격납건물의 시간당 누설율을 측정하는 방법이다.
한편, 원자로 설비의 누설율 측정과 관련해서는, 한국공개특허 제10-1998-058312호(이하, '선행문헌') 외에 다수 출원 및 공개되어 있다.
선행문헌에 따른 장치는, 공기 또는 물을 공급하는 측정매체의 공급부와, 기체의 배관설비에 결합되어 그 기체의 국부누설율을 측정하는데 사용되는 공기 누설율측정부와, 액체의 배관설비에 결합되어 그 액체의 국부누설율을 측정하는데 사용되는 물 누설율측정부로 구성된다.
기존 원자력 발전소의 격납건물 누설율 시험은, 매 5년 또는 10년 마다 원자로를 정지시키고, 계획예방정비기간 중 격납건물의 모든 격리밸브를 닫고 압축용 공기를 설계압력까지(∼60psig) 가압 후 3∼4일 동안 압력감소를 측정하여 설계 누설을 측정하였다. 매 5년 또는 10년마다 격납건물 누설율을 측정함으로써 다음 시험주기 이내에 격납건물 설계 누설율 만족이 필요하다. 만약, 그 사이에 격납건물 설계 누설율을 만족하지 않을 경우 격납건물 내에서 원자로 냉각재 상실사고 시 외부로 방사능 누설이 설계기준을 초과되는 문제점이 있다.
즉, 상술한 바와 같은 선행문헌을 포함하는 종래에는 격납건물 누설율 측정은, 매년 5년 또는 10년 마다 수행 시 격납건물을 설계압력까지 가압함으로써 격납건물 내 기기 및 구조물 피로도 증가, 시험기간 동안 격납건물 출입제한으로 긴급복구지연, 장시간 각종 정기시험 수행불가, 중수로 격납건물 경우 건물 내 삼중수소 농도 증가 등으로 인하여 정비 및 안전운전에 지장 요소가 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 원자력 발전소 정상 출력운전 중 격납건물을 가압하지 않고, 일정한 압력상태 및 계기용 공기 공급 상태에서 격납건물의 체적변화를 이용하여 누설을 측정하는 원자력 발전소 출력운전 중 격납건물 누설율 측정 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 원자력 발전소 출력운전 중 격납건물 누설율 측정 시스템에 관한 것으로서, 기 설정된 격납건물의 공기체적과, 내부 압력계를 통해 측정된 격납건물의 압력 변화와, 온도계를 통해 측정된 격납건물의 내부 온도 변화를 이용하여, 격납건물의 체적변화(ΔV)를 측정하는 체적변화 측정부; 상기 체적변화 측정부를 통해 측정된 체적변화(ΔV)와 누설율 측정시간(Δt)을 바탕으로, 임의의 압력(P)까지 격납건물의 압력을 상승시키기 위한 공기유량(Qcvp)을 계산하는 공기유량 계산부; 격납건물의 압력(mbar)과 온도(˚K)를 이용하여, 상기 공기유량 계산부를 통해 계산된 공기유량을 표준상태로 환산하는 표준상태 환산부; 및 계기용 공기 밸브 및 배관을 통해 공급된 계기용 공기유량(Qair)과 표준상태 환산부를 통해 표준상태로 환산한 공기유량(Qcvp.st)의 차이를 일정시간으로 나누어, 표준상태의 격납건물의 공기 누설율(Qcv1)을 계산하는 누설율 계산부; 를 포함한다.
기존 원자력발전소의 격납건물 누설율 측정은 원자로를 정지한 상태에서 격납건물 설계압력까지 가압 후 일정시간 유지 상태에서 일정 시간동안 격납건물 압력감소를 측정하여 누설율을 측정 것과 달리, 상기와 같은 본 발명에 따르면, 원자력 발전소 정상운전 중 격납건물을 가압하지 않고 운전 상태에서 격납건물의 체적변화를 이용하여 누설을 측정함으로써 격납건물의 기기 또는 구조물 피로도 감소, 기밀성 유지, 격납건물 외부 누설 최소화 및 사고 시 대중에 방사선 피폭을 예방시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 격납건물 및 격납건물에 설치된 밸브 및 배관, 압력계, 온도계 등을 포함한 장치를 보이는 일예시도.
도 2 는 본 발명에 따른 원자력 발전소 출력운전 중 격납건물 누설율 측정 시스템을 개념적으로 도시한 전체 구성도.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 원자력 발전소 출력운전 중 격납건물 누설율 측정 시스템에 관하여 도 1 내지 도 2 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 이용되는 원자력 발전소 사고 시 방사능물질을 외부 방출되지 않도록 하는 격납건물(10) 및 격납건물(10)에 설치된 밸브 및 배관, 압력계, 온도계 등을 포함한 장치(20)에 관하여 설명하면 다음과 같다.
도시된 바와 같이, 격납건물(10)에는 원자력 발전소 과도상태 또는 사고 격납건물의 방사능 농도 및 압력에 따라 자동으로 격리시키는 격리밸브(21), 격납건물(10) 내의 안전 및 비 안전관련 기기 밸브의 동작을 위하여 사용되는 계기용 공기 밸브 및 배관(22), 격납건물(10)의 내부 및 외부 압력을 측정하는 내부 압력계(23) 및 외부 압력계(24), 격납건물(10)의 내부 온도를 측정하는 온도계(25) 등이 설치되며, 장치(20)에는 격납건물(10)의 공기체적(V)이 설정된다.
도 2 는 본 발명에 따른 원자력 발전소 출력운전 중 격납건물 누설율 측정 시스템(S)을 개념적으로 도시한 전체 구성도로서, 도시된 바와 같이 체적변화 측정부(100), 공기유량 계산부(200), 표준상태 환산부(300) 및 누설율 계산부(400)를 포함하여 이루어진다.
체적변화 측정부(100)는 기 설정된 격납건물(10)의 공기체적(V)과, 내부 압력계(23)를 통해 측정된 격납건물(10)의 압력 변화와, 온도계(25)를 통해 측정된 격납건물(10)의 내부 온도 변화를 이용하여, 격납건물(10)의 체적변화(ΔV)를 측정한다.
이때, 체적변화 측정부(100)는 다음의 [수식 1] 을 통해 체적변화(ΔV)를 측정할 수 있다.
[수식 1]
ΔV = Vair1(
Figure 112013085289235-pat00001
)
여기서, Pcv1: 격납건물(CV) 압력(mbar), Tcv1 : 격납건물(CV) 온도(˚K), Vair1 : 격납건물(CV) 공기체적(㎥).
공기유량 계산부(200)는 체적변화 측정부(100)를 통해 측정된 체적변화(ΔV)와 누설율 측정시간(Δt)을 바탕으로, 임의의 압력(P)까지 격납건물(10)의 압력을 상승시키기 위한 공기유량(Qcvp)을 계산하며, 이는 [수식 2] 와 같이 나타낼 수 있다.
[수식 2]
Figure 112013085289235-pat00002
여기서, 누설률 측정시간(Δt) = 누설률 측정 종료시점(t2) - 누설률 측정 착수시점(t1). 또한, Vair1은 격납건물(CV) 공기체적(㎥)으로, 공기유량(Qcvp)은
Figure 112013085289235-pat00003
으로 나타낼 수도 있다.
한편, 격납건물 내부에 공급되는 계기용 공기유량(Qair)은, 표준상태 값이다.
따라서, 표준상태 환산부(300)는 격납건물(CV)의 압력(mbar)과 온도(˚K)를 이용하여, 공기유량 계산부(200)를 통해 계산된 공기유량을 표준상태로 환산한다.
[수식 3]
Figure 112013085289235-pat00004
여기서, Qcvp.st : 공기유량(Qcvp)을 표준상태로 환산한 값(㎥/hr), Pcv: 격납건물(CV) 압력(mbar), Tcv : 격납건물(CV) 온도(˚K)
누설율 계산부(400)는 계기용 공기 밸브 및 배관(22)을 통해 공급된 계기용 공기유량(Qair)과 표준상태 환산부(300)를 통해 표준상태로 환산한 공기유량(Qcvp.st)의 차이를 일정시간으로 나누어, 표준상태의 격납건물(10)의 공기 누설율(Qcv1)을 계산한다.
[수식 4]
Qcv1/Δt = Qair-Qcvp.st
여기서, Qair 는 격납건물 내부에 공급되는 계기용 공기유량(㎥/hr)
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
S: 원자력 발전소 출력운전 중 격납건물 누설율 측정 시스템
100: 체적변화 측정부 200: 공기유량 계산부
300: 표준상태 환산부 400: 누설율 계산부
10: 격납건물 21: 격리밸브
22: 계기용 공기 밸브 및 배관 23: 내부 압력계
24: 외부 압력계 25: 온도계

Claims (5)

  1. 원자력 발전소 과도상태 또는 사고 격납건물의 방사능 농도 및 압력에 따라 자동으로 격리시키는 격리밸브(21), 격납건물(10) 내의 안전 및 비 안전관련 기기 밸브의 동작을 위하여 사용되는 계기용 공기 밸브 및 배관(22), 상기 격납건물(10)의 내부 및 외부 압력을 측정하는 내부 압력계(23) 및 외부 압력계(24), 상기 격납건물(10)의 내부 온도를 측정하는 온도계(25)를 포함하는 장치(20)가 설치되며, 상기 격납건물(10)의 공기체적(V)이 설정된 격납건물(10)에 대한 누설율 측정 시스템에 있어서,
    기 설정된 격납건물(10)의 공기체적(V)과, 내부 압력계(23)를 통해 측정된 격납건물(10)의 압력 변화와, 온도계(25)를 통해 측정된 격납건물(10)의 내부 온도 변화를 이용하여, 격납건물(10)의 체적변화(ΔV)를 측정하는 체적변화 측정부(100);
    상기 체적변화 측정부(100)를 통해 측정된 체적변화(ΔV)와 누설율 측정시간(Δt)을 바탕으로, 임의의 압력(P)까지 격납건물(10)의 압력을 상승시키기 위한 공기유량(Qcvp)을 계산하는 공기유량 계산부(200);
    격납건물의 압력(mbar)과 온도(˚K)를 이용하여, 상기 공기유량 계산부(200)를 통해 계산된 공기유량을 표준상태로 환산하는 표준상태 환산부(300); 및
    계기용 공기 밸브 및 배관(22)을 통해 공급된 계기용 공기유량(Qair)과 표준상태 환산부(300)를 통해 표준상태로 환산한 공기유량(Qcvp.st)의 차이를 일정시간으로 나누어, 표준상태의 격납건물(10)의 공기 누설율(Qcv1)을 계산하는 누설율 계산부(400); 를 포함하되,
    상기 누설율 계산부(400)는,
    [수식 4] 를 통해 표준상태의 격납건물(10)의 공기 누설율(Qcv1)을 계산하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소 출력운전 중 격납건물 누설율 측정 시스템.
    [수식 4]
    Qcv1/Δt = Qair-Qcvp.st
    여기서, Qair 는 격납건물 내부에 공급되는 계기용 공기유량(㎥/hr), 누설률 측정시간(Δt) = 누설률 측정 종료시점(t2) - 누설률 측정 착수시점(t1), Qcvp.st : 공기유량(Qcvp)을 표준상태로 환산한 값(㎥/hr).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 체적변화 측정부(100)는,
    다음의 [수식 1] 을 통해 체적변화(ΔV)를 측정하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소 출력운전 중 격납건물 누설율 측정 시스템.
    [수식 1]
    ΔV = Vair1(
    Figure 112014115300391-pat00005
    )
    여기서, Pcv1: 격납건물(CV) 압력(mbar), Tcv1 : 격납건물(CV) 온도(˚K), Vair1 : 격납건물(CV) 공기체적(㎥).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기유량 계산부(200)는,
    [수식 2] 를 통해 공기유량을 계산하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소 출력운전 중 격납건물 누설율 측정 시스템.
    [수식 2]
    Figure 112014115300391-pat00006

    여기서, 누설률 측정시간(Δt) = 누설률 측정 종료시점(t2) - 누설률 측정 착수시점(t1), Pcv1 : 격납건물(CV) 압력(mbar), Tcv1 : 격납건물(CV) 온도(˚K), Vair1 : 격납건물(CV) 공기체적(㎥).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 표준상태 환산부(300)는,
    [수식 3] 을 통해 공기유량을 표준상태로 환산하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소 출력운전 중 격납건물 누설율 측정 시스템.
    [수식 3]
    Figure 112013085289235-pat00007

    여기서, Qcvp.st : 공기유량(Qcvp)을 표준상태로 환산한 값(㎥/hr), Pcv: 격납건물(CV) 압력(mbar), Tcv : 격납건물(CV) 온도(˚K).
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