KR101667743B1 - 증기 분사를 이용한 화학적 세정 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

화학 세정 용액 및/또는 용매를 도입하는 한편, 세정 용액으로의 직접 증기 분사에 의해 타겟 온도 범위를 유지함으로써 열 교환기 및 유사한 용기를 세정하는 방법 및 장치가 개시된다. 증기는 세정 용액을 재순환시키는 임시 측 증기 루프로, 또는 열 교환기로 직접 분사되거나, 열 교환기에 분사되는 유체와 혼합될 수 있다. 개시된 방법은 화학적 환원 조건들 하에서 열 교환기로부터 금속 산화물을 제거하거나, 화학적 산화 조건들 하에서 구리와 같은 금속류를 제거하는데 적절하다. 직접 증기 분사에 의해 세정 용매를 가열하는 열전달 효율성을 더 향상시키기 위하여, 기체 살포에 의해, 또는 1 이상의 열 교환기가 동시에 세정되고 있는 경우에는 열 교환기들 사이에 액체를 전달함으로써 열 교환기의 이차 측에서의 혼합이 향상될 수 있다.

Description

증기 분사를 이용한 화학적 세정 방법 및 시스템{CHEMICAL CLEANING METHOD AND SYSTEM WITH STEAM INJECTION}
본 출원은 미국 가출원 제 61/119,791호에 대한 우선권을 주장하며, 이 기재내용은 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다.
본 발명은 원전 가압경수로(pressurized water reactor: PWR) 증기 발생기를 포함한 열 교환기들 또는 용기(vessel)들의 화학적 세정, 또는 조합된 화학 및 기계적 세정에 적용된다. 세정에 의한 제거 대상이 되는 예시적인 재료들로는 열 교환기들 또는 용기들의 이차[비등(boiling)] 측에 존재하는 것들을 포함하며, 금속 산화물(예를 들어, 자철석), 금속류(예를 들어, 구리), 다른 불순물(예를 들어, 미네랄류) 또는 폐기물을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 설명되는 방법은 분산제 또는 스케일 조절제(scale conditioning agent) 용액들과 같은 다른 증착물(deposit) 또는 폐기물 관리 전략들에 관련하여 사용될 수 있으며, 이는 열 교환기 또는 용기에 첨가되어 이 시스템들에서의 증착물의 축적을 완화하거나, 축적이 일어난 경우 이 증착물들의 구조를 변경시킨다. 또한, 본 명세서에서 설명되는 방법 및 시스템은 오염제거 용액들, 또는 열 교환기들 또는 용기들을 세정하는 다른 공정들-이는 온도 제어가 필요하거나 유용한 유체 시스템들, 용기, 열 교환기로부터의 핵 폐기물과 같은 폐기물의 제거를 포함함-과 사용될 수 있다.
열 교환기들의 이차 측, 특히 원전 가압경수로(PWR) 증기 발생기의 이차 또는 비등 측으로부터의 증착물의 제거는 화학적 수단 및 기계적 수단에 의해 달성되어 왔다. 화학적 수단들은 고온 및 저온 화학 세정(high and low temperature chemical cleaning)을 포함하고, 기계적 수단들은 압력-펄스 세정(pressure-pulse cleaning), 물 분사 또는 랜싱(lancing), 또는 물 또는 화학 용액으로의 번들 플러시(bundle flush)와 같은 공정들을 포함한다. 화학적 수단 및 기계적 수단은 흔히 이들을 동시에, 또는 잇따라 수행함으로써 조합된다.
일반적으로 열 교환기 및 용기를, 특정하게는 원전 증기 발생기를 세정하는데 사용되는 다양한 화학 세정 공정들이 존재한다. 이 공정들 중 다수가 Frenier, W.의 "Technology for Chemical Cleaning of Industrial Equipment"(NACE International - The Corrosion Society, 2001)에서 설명된다. 아래에서 설명되는 바와 같이, PWR 증기 발생기와 같은 발전소 열 교환기 및 용기에 대한 화학 세정 공정의 2 가지 기본 형태: 즉 "온라인"[발전소 열(plant heat)] 및 "오프라인"(외부 열) 세정 공정들이 존재한다. 오프라인 공정들은, 임시 외부 장비의 설치 및 사용을 통해 화학 용액들의 공급, 가열, 펌핑, 혼합, 냉각 및 배수가 수행되는 공정들을 칭한다. 오프라인 공정들과 연계된 장비 구성들은 전형적으로 매우 복잡하며, 설치하고 작동시키는데 상당한 시간 및 인력을 필요로 한다. 하지만, 외부 공정 적용 시 발전소가 완전히 중단되기 때문에, 안전성, 공정 제어 및 다른 경제적인 이유들에서는 흔히 이 형태의 공정이 바람직한 방법의 세정으로 간주된다. 오프라인 공정들은 전기화학 부식 모니터링 장비로 하여금 증기 발생기와 같은 용기 내부에 설치되게 하여, 세정 작업의 유해한 부작용이 일어나고 있지 않음을 보장한다. 또한, 액체 샘플들이 임시 샘플 라인들을 통해 쉽게 얻어져, 공정을 모니터링하고, 세정 공정 시 탈-정상(off-normal) 공정 또는 화학 조건들로 인해 용기 또는 증기 발생기 내부의 지나친 부식이 일어나지 않음을 보장할 수 있다.
PWR과 같은 발전소에서의 세정 공정의 온도를 제어하기 위해 일차에서 이차로의 열전달(primary-to-secondary heat transfer)을 사용하는 공정들은 "발전소 열" 또는 "온라인" 공정들이라고 칭해진다. 온라인 공정 시 장비 설치 및 인력 요건들은 상당히 감소되는데, 이는 노심(reactor core)으로부터의 붕괴열(가열용) 또는 발전소 잔열 제거(RHR) 시스템(냉각용)과 같은 설비 시스템들을 이용하는 발전소의 일차 측으로부터 이차 측(증착물의 위치)의 가열 및 냉각이 제공되기 때문이다. 이러한 것으로서, 외부 가열 또는 냉각 장비는 필요하지 않다. 발전소가 "온라인"인 동안 발전소 열 공정들이 적용되기 때문에, 세정에 앞서 증기 발생기와 같은 용기로의 접근은 없다. 이는 증기 발생기 내부에 부식 모니터링 장비를 설치하지 못하게 한다. 또한, "온라인" 공정 시 액체 샘플링이 더 어려운데, 이는 증기 발생기와 같은 용기가 세정 용매의 샘플을 얻기 위하여 설비 시스템들을 통해 다시 부분적으로 배수되어야 할 수 있기 때문이다. 따라서, "온라인" 공정 시 공정 모니터링이 훨씬 더 어렵다. 종래의 "온라인" 세정 적용 시 지나친 부식 및 다른 탈-정상 화학 조건들이 일어난다고 알려져 왔다(2008년 9월 15-18일 독일 베를린에서 개최된 "NPC '08 Berlin, International Conference on Water Chemistry of Nuclear Reactor Systems"에서 발표된 Duijoux, M. 외 "Application of AREVA Inhibitor-Free High Temperature Chemical Cleaning Process against Blockages on SG Tube Support" 참조).
원전 증기 발생기들의 세정에 관하여, 오늘날 사용되는 용매 및 공정들을 초래한 최초 연구의 대부분은 EPRI(Electric Power Research Institute)의 SGOG(Steam Generator Owners Group)에 의해 후원되었고, "Chemical Cleaning Solvent and Process Testing"(1983년 4월)이라는 명칭의 EPRI-2976 및 "Steam Generator Chemical Cleaning Process Development"(1983년 4월)라는 명칭의 EPRI NP-3009를 포함한 여러 보고서들에서 문서화되었다.
증착물들의 특성을 부분적으로 제거하거나, 분열시키거나, 또는 변화시키기 위해 덜 농축된 화학적 용매들을 사용하는 다른 세정 공정들이 Rootham 외의 미국 특허 제 5,841,826호("Rootham Ⅰ"), Rootham 외의 미국 특허 제 6,740,168호("Rootham Ⅱ"), 및 Varrin 외의 미국 특허 제 7,344,602호("Varrin")에서 설명된다. 이 공정들은 전형적으로 온라인 공정들로서 적용되지만, 특정 발전소 관련 고려사항(plant-specific consideration)들에 기초하여 오프라인 공정들로서 적용될 수 있다.
증착물들의 완전한 제거를 위해 설계된 화학 세정 공정들에서, 고온 공정들은 일반적으로, 예를 들어 285 내지 428 ℉(140 내지 220 ℃)에서 적용되는 것들을 칭한다[Kuhnke 외의 미국 특허 제 5,264,041호("Kuhnke") 참조]. 이 공정들은 통상적으로 발전소의 일차 측으로부터의 열전달에 의해 유지되는 온도로 적용되는 한편, 흔히 발전소는 유지보수 또는 연료교체를 위해 중단되고 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 이 공정들은 화학 세정의 맥락에서 "온라인" 공정들이라고 칭해진다. 발전소의 일차 측 또는 원자로 냉각 시스템은 증기 발생기들에 대해 내부에 있는 관(tube)들, 연료, 원자로, 원자로 냉각 펌프, 가압기, 및 다수의 원자로 제어 및 안전 시스템들을 포함한 PWR 발전소의 폐쇄 루프부(closed loop portion)이다. 반면에, 이차 측은 증기 라인, 터빈, 콘덴서, 펌프들의 여러 단(stage)들, 급수 가열기들, 및 증기 발생기들 내 관들의 외부를 포함하는 발전소의 부분이다.
저온 공정들은 일반적으로: (1) 일차 측에서 이차 측으로의 열전달("온라인"), 또는 (2) 격납 건물(containment building) 외부에 설치된 임시 장비의 사용에 의해 유지되는 온도를 이용하여, 예를 들어 85 내지 285 ℉(30 ℃ 내지 140 ℃)로부터 적용되는 공정들을 칭한다. 임시 장비는 전형적으로, 외부 열 교환기를 통해 주요 화학 세정 공정 루프와 간접적으로 열을 교환하는 외부 가열 루프를 포함한다(이하 내용 참조). 열은 전형적으로 휴대형 증기 보일러에 의해 외부 가열 루프로 공급되지만, 인접한 발전 설비로부터의 증기에 의해, 또는 전기 가열기(들)에 의해 공급될 수도 있다. 증기가 사용되는 경우, 이는 열 교환기의 일 측면에 응축되고 세정 용액과 혼합되지 않는다(직접 증기 분사와 대조적으로 간접 가열이라고도 함).
원전 PWR들에서, 격납 건물은 원자로(일차 루프) 및 증기 발생기들을 하우징한다. 증기 발생기들의 "이차 측"에서 생성된 증기는 증기 라인들을 통해 증기 발생기를 빠져나가고, 이어서 격납 건물의 관통부(penetration)들을 통과하여 터빈-발전기에 공급된다. 그 후, 응축된 증기 또는 "급수"가 앞서 언급된 급수 가열기들, 펌프들 및 다른 장비를 하우징하는 보조 건물을 통해 콘덴서로부터 격납 건물 내의 별도 관통부들을 거쳐 증기 발생기들로 되돌아간다. 또한, 격납 건물 경계에서의 임시 관통부들이 이용가능하지만, 일반적으로 크기 및 개수가 제한된다. 이 관통부들은 흔히 증기 발생기들에 임시 장비를 연결하는데 사용되지만, 관통부들의 제한된 수 및 크기가 격납 외부에 위치된 복잡한 세정 장비 구성들을 증기 발생기들에 결합하거나 상호연결하는 것을 어렵게 한다.
PWR들에는, 두 가지 기본 형태의 증기 발생기(SG)가 존재한다. 한가지 형태는 재순환 증기 발생기(RSG)로서 알려져 있다. RSG에서, 일차 측에서 이차 측으로의 경계를 구성하는 관들은 수직으로 방위되고 U형이어서, 일차 냉각수가 저부 부근에서 SG로 들어가고 빠져나가게 한다. 관 "다발"은 수천 개의 관들로 구성될 수 있다. 증기 발생기의 다른 형태는 관류 증기 발생기(once-through steam generator: OTSG)로서 알려져 있다. OTSG에서, 관들은 일직선이고 수직으로 방위되어, 일차 냉각수가 SG의 최상부에서 들어오고 저부에서 빠져나가게 한다. RSG 및 OTSG 모두, 증기는 관 외부에서 생성된다. 두 형태의 증기 발생기들은 관 재료의 부식 및 열적 효율성에 대한 우려를 감소시키기 위해, 주기적인 화학 세정 또는 컨디셔닝을 필요로 할 수 있다.
일반적으로, 화학 세정 용매들을 준비하고, 가열하고, 냉각하고, 및 재순환시키는데 임시 장비를 사용하는 오프라인 원전 증기 발생기 화학 세정 공정들에 대해서는 많은 장비가 필요하다. 임시 세정 장비에 대한 요건들은 Partridge, M. J. 및 J. A. Gorman의 "Guidelines for Design of PWR Steam Generator Chemical Cleaning Systems"(Electric Power Research Institute, Palo Alto, CA, 1983년 1월)에서 잘 설명된다. 이 참고문헌은, 화학 용매들이 혼합되고, 예열되며 증기 발생기로 펌핑되어, 허용가능하지 않은 레벨로 온도가 떨어질 때까지 담그게 하고(soak), 이어서 증기 발생기 외부로 용매를 배수하고 재가열한 후, 최종적으로 재가열된 용매를 증기 발생기로 다시 재-분사하는 "필, 소크 앤드 드레인(fill, soak and drain)"으로서 알려진 공정[Buford 외의 미국 특허 제 5,257,296호("Buford")에서도 설명됨]에 의해, 또는 특수하게 설계된 유동 루프를 이용하는 PWR의 오프라인 "외부 열" 화학 세정을 위해 채택된 방법들을 설명한다. 이 공정은 전체 세정 시간을 증가시키는 것을 대가로, 증기 발생기들이 깨끗한 것으로 간주될 때까지 여러 번 반복될 수 있다.
Partridge 및 Gorman은, 격납 건물 외부에 위치된 임시 화학 세정 장비 시스템에 통합된 열 교환기로 증기를 통과시킴으로써 ("외부 열" 공정에서) 용매들을 간접적으로 가열하는 증기 사용을 설명한다. 이 구성에서, 증기는 휴대형 보일러로부터 이용가능하지만, 인접한 발전 설비로부터 공급될 수도 있다.
Remark 외의 미국 특허 제 7,302,917호("Remark")는, 증기 발생기의 이차 측에 화학 세정 용매를 도입하는 단계, 및 "모드(Mode) 5"에서 발전소의 일차 측(원자로심 붕괴열 및 일차 측 재순환 펌프 열)으로부터 이차 측으로의 열전달을 통해 상기 용매를 가열하는 단계를 수반하는 온라인 발전소 열 증기 발생기 화학 세정 공정을 개시한다. 모드 5는 전력 가동(모드 1)으로부터 중단 및 "연료봉 제거(defueled)" 상태들(모드 6)까지인 6 개의 작동 모드들 중 하나를 설명하는 산업적 및 규제적 정의이다. 모드 5는 발전소에 의해 전력이 생성되고 있지 않지만(원자로가 임계치 이하임), 연료가 코어에 남아있는 동안의 발전소 작동 상태이며, 초기 210으로부터 200 ℉까지(99 내지 93 ℃)인 일차 온도가 100 ℉(38 ℃)보다 낮게 식는다.
Remark에 의해 개시된 세정 공정은 24 내지 36 시간으로 설명된 주기 동안 지속된다고 한다. 전형적으로, PWR 발전소는 200 내지 210 ℉(99 내지 93 ℃)의 필수 세정 온도의 온도를 유지하기 위해 중단 동안 발전소를 냉각시키는 것을 멈추지는 않을 것이다. 이러한 것으로서, 24 내지 36 시간들은 전기가 생성되지 않고 있는 동안의 시간, 또는 "임계 경로(critical path)" 시간이라고 알려진 것을 나타낸다. 24 내지 36 시간 동안 생성되는 전력의 가치는 US$1,000,000 이상일 수 있다. 또한, 24 내지 36 시간이 세정 화학제를 분사하고, 샘플링을 위해 부분적으로 증기 발생기들을 배수하는 시간을 포함한다는 것이 분명하지 않다. 본 명세서에 인용된 참고문헌들 중 몇몇은, 24 내지 36 시간의 세정 시간이 Remark에서 인용된 온도들에서 부적당할 수 있으므로, 실제 임계 경로 영향이 더 클 수 있다고 제안한다.
또한, Remark의 명세서는 혼합을 촉진하기 위해 250 내지 1500 cubic feet/minute(cfm)(7.1 내지 42.5 ㎥/min)로 살포되는 질소의 사용을 설명한다. 증기 발생기의 이차 측에서의 유체의 혼합을 위한 기체 살포(gas sparging)의 장점은 1980년대에 연구되었다(예를 들어, "Evaluation of Steam Generator Fluid Mixing during Layup"이라는 명칭의 EPRI-NP 2993 참조). 이 연구에서, 모델링 및 테스트는 7 분만큼 짧은 시간에 10 내지 30 cfm(0.28 내지 0.85 ㎥/min)의 유동으로 RSG의 이차 측에서 액체의 완전한 턴오버(turnover)가 달성될 수 있다는 것을 증명하였다. 혼합 시간은 아래에 제공된 수학식 1에 의해 예측된다는 것이 발견되었다:
Figure 112011050187939-pct00001
이때, Tmix는 시(hour) 단위의 혼합 시간이고, Q는 cfm 단위의 기체 유량이었다. 30 cfm(0.85 ㎥/min) 유동은, 전형적으로 대부분의 화학 세정 작동들에 적절한 것 이상인 6 분의 혼합 시간에 대응한다.
Remark에 개시된 유량(250 내지 1500 cfm)(7.1 내지 42.5 ㎥/min)은 틀림없이 혼합을 촉진할 것이지만, 연속적인 통풍 경로가 제공되지 않는 경우에 증기 발생기를 급속히 가압하는 잠재적 단점을 갖는다. 세정 시 화학 세정 용액 위의 자유 공간은 대부분의 RSG에서 3000 내지 4000 cubic feet 급이다. 그러므로, 몇 시간마다 1500 cfm(42.5 ㎥/min)의 기체 유량에서 감압이 요구될 수 있다. 감압은 단지 몇 시간마다 30 cfm(0.85 ㎥/min)에서 요구될 수도 있다. 최종적으로, 높은 살포율은 흔히 화학 세정 용액들에 존재하는 암모니아(및 다른 아민) 및 히드라진과 같은 휘발성류의 환경 방출(environmental emission)도 증가시킨다.
또한, 낮은 기체 유동에서 혼합을 촉진하는 능력은 Shah 외의 "Flow Regimes in Bubble Columns"[AIChE Journal, 28(182), pp.353-379], 및 명확하게는 Tilton 외의 "Designing Gas-Sparged Vessels for Mass Transfer"(Chemical Engineering , 1982년 11월)에서 설명된 바와 같이 블로우다운 파이프(blowdown pipe)를 통해 살포되는 동안 또는 화학 세정에서 사용되는 것과 같은 살포기들에 대한 다른 참고문헌들에 의해 지원된다.
또한, 화학 세정 시 기체와 OTSG의 혼합은 기체 추출기(gas eductor)를 사용하는 Buford(앞서 인용됨)에서 설명된다.
Remark에서 설명된 온라인 공정에 있어서 주장되는 장점은, 배수된 증기 발생기가 세정 용매들의 도입, 재순환 또는 배수를 위한 증기 발생기들로의 연결들을 설치할 필요가 없다는 것이다. Remark에서 설명된 바와 같이, 오프라인 화학 세정 공정들은 통상적으로 증기 발생기들을 하우징하는 "격납 건물" 외부에서 SG로부터 1500 feet(460 m) 이상까지 상당히 떨어져 있는 외부 장비 설치를 이용하는 후속 단계들에서 가열 및 냉각을 필요로 한다. 거리는 외부 공정 열 장비에 대한 넓은 "배치(lay down)" 또는 설치 영역의 필요성에 의해 요구되고, 이러한 공간(전형적으로, 100,000 제곱 피트 이상)은 일반적으로 격납 건물에 바로 인접하여 이용가능하지 않다.
Partridge 및 Gorman에서 설명된 바와 같이, SG에 대한 많은 유체 및 기체 연결들이 외부 열 공정들에서 수행된다. 이어서, 이들 각각은 외부 화학 세정 시스템에 연결될 호스 또는 배관을 필요로 한다. 외부 세정 시스템은 복잡한 배열의 가열기, 펌프, 밸브, 저장 탱크, 냉각기 및 제어를 포함한다. 격납부 내부에는, 실제로 수백 피트의 배관, 매우 많은 펌프, 및 수백의 밸브들이 존재할 수도 있다. 발전소 중단 전(이후에는 증기 발생기들에 대한 상호연결들이 수행됨)이라도 외부 공정 시스템을 설치하는 시간은 1 달로부터 3 달까지의 범위일 수 있다. SG에 외부 공정 시스템을 연결하는데 필요한 시간은 추가 3 내지 6 일 이상일 수 있으며, SG의 이차 측에서 종래의 접근 관통부들에 고정될 4 내지 12까지의, 또는 그 이상의 임시 어댑터(adapter)들을 수반한다. 일단 설치가 완료되면, 외부 열 세정 공정은 전형적으로, 세정되는 증기 발생기들의 각 그룹 또는 세트에 대해 5 내지 10 일(144 내지 240 시간)을 필요로 한다.
이 어댑터들은 용매 및 린스용 공급 및 반환 라인(return line)들, 배수부들, 레벨 제어 계기 탭(level control instrumentation tap)들, 압력 계기 탭들, 온도 표시기 탭들, 기체 살포, 부식 모니터링 전자기기 관통부들, 및 샘플 라인 탭들을 포함한다. 이 상호연결들 중 다수의 필요성은, 외부 가열을 지원한다는 것이다. 화학 세정에 대한 실제 적용 시간은, 공정의 복잡성(용해 단계, 린스 등의 수)에 따라 수 일로부터 수 주까지이다. 증기 발생기들로부터 임시 어댑터들을 제거하는 것을 포함한 해체(demobilization)는 며칠 더 필요로 한다. 설치, 적용, 및 해체가 "임계 경로"에 있는지의 여부는 진행 중인 다른 발전소 연료교체 및 유지보수 활동들에 의존한다. 많은 경우, 특히 보다 긴 연료교체 정전 시에는, 외부 열 화학 세정 공정들이 임계 경로에 영향을 주지 않았다.
Remark 및 Kuhnke에서 설명된 바와 같이 가열이 일차 측으로부터 공급되는 경우, 상호연결들의 수는 제한되거나 제거될 수 있다. 상호연결들이 수행되지 않는 경우, 액체 샘플들을 얻고 부식 모니터링을 수행하는 다른 수단들이 필요할 수 있으며, 이들은 구현되거나 자격을 얻기[즉, 구조적 온전성(structural integrity) 및 안전한 작동을 보장하기]에 매우 어려울 수 있다. 오프라인 공정 시 인시츄(in situ) 부식 모니터링(SG 내부에 위치된 전자 부식 모니터 및 쿠폰)의 장점들은 NP-2976 및 EPRI NP-5267 "Weld Region Corrosion During Chemical Cleaning of PWR Steam Generators"(1987년 7월)에서 보고된 바와 같이 확립된다. 이는 본질적으로 모든 화학 세정 용매들이, 탄소 및 저 합금강으로부터 제작된 경우 압력 경계 쉘(pressure boundary shell) 및 내부 구조체들을 포함한 증기 발생기 구성요소들을 약간 부식시킬 것이기 때문이다. 이 구조체들 및 구성요소들에 대한 전형적인 부식 허용치는 각각의 세정 적용에 대해 0.001 미만으로부터 0.010 인치(25.4 내지 254 ㎛)까지이다.
세정 적용 시 증기 발생기 내부에 설치된 경우, 인시츄 전기화학 부식 모니터링 시스템(CMS)은 허용가능하지 않은 부식을 초래할 수 있는 탈-정상 화학 작용 또는 공정 상태들의 거의 즉각적인 검출을 허용한다. 실시간 부식 모니터링의 중요성은 Dijoux 외에서 설명된 최근 경험에 의해 더 지원된다. 이 참고문헌에서, 실시간 전기화학 부식 모니터링을 이용하지 않은 온라인 화학 세정 시 하나의 증기 발생기의 몇몇 위치들에서의 부식은 전형적인 부식 허용치의 5 배 또는 0.050 인치(1.27 mm)인 것으로 보고되었다. 상기 사건은 비정상적인 적용 조건 때문이라고 생각되었다. 상기 공정은 화학 세정 시 부식 모니터링에 대한 최신 방법으로 간주되는 인시츄 전기화학 CMS 시스템을 사용하지 않았다. CMS는 분극저항법(linear polarization resistance: LPR) 및 무저항 전류계(zero resistance ammetry: ZRA)를 포함한 기술들을 사용한다.
또한, 매 30 분만큼 빈번한 화학 세정 용액의 분석 및 샘플링은 공정이 예상대로 진행하고 있음을 보장하는데 결정적이다. 원전 증기 발생기의 모든 화학 세정은 용매의 화학 작용에 대한 매우 엄격한 요건들을 포함하였다(앞서 인용된 EPRI 참고문헌들 참조). Partridge 및 Gorman에서 설명된 바와 같이, 이 샘플들은 외부 세정 공정 시 임시 증기 발생기 어댑터들에서 샘플 라인들로부터 직접, 또는 재순환 루프로부터 취해질 수 있다. 온라인/발전소 열 공정 시에는 증기 발생기로의 임시 관통부들 및 외부 재순환 루프가 존재하지 않기 때문에, 세정 용매들을 샘플링하기 위하여 흔히 증기 발생기들의 부분적인 배수가 요구된다.
앞선 내용에 기초하면, Remark에서 설명된 방법과 같은 원전 증기 발생기들을 세정하는 온라인/발전소 열 공정들의 주요 장점은, 이 형태의 공정이 덜 복잡하고 노동 집약적인 장비 설치를 필요로 한다는 것이다. 또한, 온라인 공정들은 예정된 영향을 감소시킬 수 있으며, 하지만 임계 경로 예정에 대한 실제 영향은 발전소에 따라 특정할 수 있다(원전 증기 발생기들의 다수 오프라인 외부 열 화학 세정들은 임계 경로에 영향을 주지 않았음). 온라인/발전소 열 공정들의 주요 단점은, 공정 및 부식 모니터링이 실현가능하지 않거나 상당히 더 복잡할 수 있으므로, 지나친 부식에 대한 증가된 가능성, 증가된 환경 영향, 또는 다른 바람직하지 않은 부작용들이 존재한다는 것이다. 비교하면, 통상적인 외부 세정 공정들이 산업 표준 공정 모니터링 기술들로 하여금 쉽게 수행되게 한다는 점에서 매우 안전하다. 하지만, 외부 공정 시 사용되는 전형적인 장비 구성들은 복잡하고, 설치하고 작동시키는데 상당한 시간 및 인력을 필요로 한다.
본 명세서에 개시된 직접 증기 분사를 이용한 세정 방법의 특징은, 이 형태의 공정이 온라인/발전소 열 및 오프라인/외부 열 공정들의 장점들을 조합하여, 매우 간소화된 장비 설치를 유도하는 외부 가열의 방법을 제공하는 한편, 동시에 세정 시 공정 모니터링 장비로 하여금 증기 발생기들 내부에 설치되게 한다는 것이다. 종래의 세정 방법들에 비해, 직접 증기 분사 세정 방법의 특정한 장점들은: (1) 간단한 외부 가열 방법을 포함한 매우 간소화된 장비 구성, (2) 보다 짧은 설치 시간 및 감소된 인력 요건들, (3) 보다 짧은 해체 시간, (4) 증기 발생기 내부에 온라인 부식 모니터링 장비 및 쿠폰들의 설치를 용이하게 하는 세정 전 증기 발생기 접근, 및 (5) Remark에서 설명된 바와 같이 증기 발생기를 부분적으로 배수할 필요없이 액체 샘플링을 수행하는 능력을 포함한다.
앞서, 직접 증기 분사가 세정되는 용기 내부에 증기 분사 장비의 진동 및/또는 증기 분사 장비 부근에 유도된 공동현상(cavitation) 또는 큰 열 구배(thermal gradient)의 결과로서 용기 내부의 손상을 초래할 수 있다는 우려로 인해, 직접 증기 분사는 원전 증기 발생기들의 세정 시 가열하는 수단 및 관련 적용들로서 사용되지 않았다. 본 명세서에 개시된 직접 증기 분사 방법 및 장치는 이 우려들을 설명하였으며, 증기 분사 부근에서 적은 열 구배로(예를 들어, 원전 증기 발생기들 또는 다른 열 교환기 장비에 대한 설계 기준 문서에 정의된 허용가능한 열 구배 이하), 또한 증기 유동에 의해 유도되는 최소 공동현상 또는 진동으로 세정 적용 시 원전 증기 발생기들 또는 다른 용기들로 직접 증기를 도입하는 수단을 제공하며, 이로 인해 용기 내부의 기계적 손상을 방지한다.
직접 증기 분사를 이용한 세정 방법은 Rootham Ⅰ, Rootham Ⅱ 및 Varrin에서 설명된 것과 같은 세정 선택사항들뿐 아니라, EPRI/SGOG 참고문헌들 및 Frenier에 설명된 종래의 화학 세정 공정들에도 적용가능하다. Rootham Ⅱ 및 Varrin은 진보된 "스케일 조절제"의 사용을 설명한다. 또한, 본 명세서에서 설명된 방법은 분산제 또는 오염제거 용액, 또는 열 교환기나 유사한 용기를 세정하고, 또는 온도 제어가 필요하거나 유용한 유사한 용기 또는 유체 시스템들로부터의 핵 폐기물과 같은 폐기물을 제거하는 여하한의 다른 공정들과 사용될 수 있다.
열 교환기의 이차 측으로부터 불순물 및 증착물을 제거하는 방법들의 예시적인 실시예들이 아래에서 상세히 설명되며, 이는 전형적으로 접근 관통부를 노출시키기에 충분한 열 교환기의 이차 측으로부터 다량의 작동 유체(a volume of working fluid)를 제거하는 단계; 노출된 접근 관통부에 임시 어댑터를 설치하는 단계- 상기 어댑터는 직접 증기 분사를 위해 구성됨 -; 임시 어댑터를 통해, 그리고 열 교환기의 이차 측으로 증기를 분사하는 단계- 이때, 분사된 증기는 타겟 세정 온도 범위까지 열 교환기 및 잔여 유체를 가열함 -; 및 세정 주기 동안 세정 타겟 온도 범위 내에 열 교환기 및 잔여 유체를 유지하는 단계를 포함할 것이다. 잔여 유체는 작동 유체, 화학 세정 화합물, 화학 세정 용액, 화학 세정 용매 및 물 중 1 이상을 포함할 수 있다.
상기 방법의 몇몇 실시예들은 잔여 유체 내에 기체 살포를 유도하기에 충분한 비율로 기체를 분사하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 기체는 증기, 비-응축성 기체(non-condensible gas), 및 그 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되고, 용기 블로우다운 시스템 및/또는 임시 어댑터에 의해 제공된 유입구를 통해 분사될 수 있다. 열 교환기의 이차 측으로 다량의 물을 도입하고, 상기 물에 사전설정된 양의 1 이상의 화학 세정 시약을 도입함으로써, 열 교환기에 세정 용액이 형성될 수 있다. 세정 공정 시, 세정의 효과성을 유지하거나 개선하기 위해 1 이상의 화학 세정 시약 추가량이 도입될 수 있다. 당업자라면 이해하는 바와 같이, 세정 용액의 성분은 세정 주기 동안 변경되어, 예를 들어 증착물의 신속한 초기 제거를 제공하고, 이어서 기초 구조체의 손상을 감소시키도록 더 제어되거나 가벼운(gentle) 제거를 제공할 수 있다. 도입되는 물의 부피는, 증기 응축물 및 화학 세정 시약(들)의 추가가 사전설정된 이차 측 부피를 초과하지 않도록 선택될 수 있다.
상기 방법의 몇몇 실시예들은 잔여 유체에서 사전설정된 가열 프로파일을 생성하도록 증기 분사율을 제어하는 단계를 포함할 수 있으며, 이로 인해 세정되는 용기 내에서 열 충격(thermal shock) 및 연계된 손상의 가능성이 감소한다. 직접 분사에 이용되는 증기는 원하는 가열 성능을 달성하도록 1 이상의 임시 어댑터들을 통해 연속하여, 또는 조합하여 제공되는 포화 증기, 과열 증기 및 그 혼합물을 포함할 수 있다. 또한, 가열 및/또는 세정 주기 동안 열 교환기 내의 액체 정수두 압력 범위(liquid static head pressure range)의 변동을 보상하기 위해, 분사된 증기의 증기 온도 및 증기 압력을 제어하는 제어기가 제공될 수 있다. 이와 유사하게, 열 교환기에는 공정 시 원하는 범위 내에서 정수두 압력을 제어하는 통풍 또는 정화 밸브(purge valve)들이 제공될 수 있다.
상기 방법의 다른 실시예들은 조합된 기체 증기를 형성한 후 열 교환기의 이차 측으로 분사될 수 있도록 증기와 1 이상의 비-응축성 기체(들)를 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. 비-응축성 기체(들)는, 이러한 일 실시예에서 0.01 내지 3 %의 조합된 기체 증기를 포함할 수 있다는 것이 예상된다.
당업자라면 이해하는 바와 같이, 많은 성분들 및 화합물들이 열 교환기의 이차 측을 세정하는데 이용될 수 있다. 허용가능한 세정 용액들은 킬란트(chelant), 착화제, 및 환원제로부터 선택된 1 이상의 성분을 포함할 수 있다는 것이 예상되며, 상기 선택은 제거되는 증착물의 성질, 기초 재료, 및 세정되는 열 교환기의 특정 조건들 및 요건들에 의해 부분적으로 결정된다. 착화제는, 예를 들어 EDTA, NTA, 유기산 및 그 혼합물들을 포함할 수 있다.
또한, 열 교환기의 이차 측으로부터 불순물 및 증착물을 제거하는 개시된 방법들을 실행하기에 적절한 시스템들의 예시적인 실시예들이 아래에서 상세히 설명된다. 이 시스템들은 전형적으로 열 교환기에 제공된 제 1 종래 접근 관통부 상의 임시 설치를 위해 구성된 제 1 어댑터- 상기 제 1 어댑터는 접근 관통부에 결합(mate)하기 위해 구성된 플랜지(flange)를 포함함 -; 예를 들어, 볼트, 개스킷(gasket) 및 정렬 구조체를 포함한, 접근 관통부에 어댑터를 고정하는 수단; 접근 관통부를 통해 유체를 도입하거나 제거하는 도관 또는 통로; 및 열 교환기의 이차 측 내에 제공된 개구부(opening)를 포함할 것이다. 또한, 상기 시스템은 전형적으로 도관과의 연결을 위해 구성된 증기원(steam source), 및 어댑터를 통한 열 교환기의 이차 측으로의 증기 분사를 제어하도록 구성된 제어기를 포함할 것이다. 열 교환기 내의 유출구는 추출기, 다수 추출기, 노즐, 조절기-형 직접 증기 노즐, 살포기, 또는 잔여 액체와 증기의 적절한 혼합을 제공하는 여하한의 다른 구성 또는 조합으로서 구성될 수 있다.
다른 예시적인 실시예들은, 예를 들어 제 1 어댑터로부터 제 2 어댑터로 열 교환기의 이차 측 내에 유체 유동을 유도하기 위해 배치되고 구성되는 복수의 어댑터들을 포함할 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여, 상기 방법 및 연계된 장치의 예시적인 실시예들이 더 충분히 설명된다:
도 1은 원전 증기 발생기의 오프라인/외부 열 세정에 대한 종래 구성을 개략적으로 예시하는 간소화된 도면;
도 2는 원전 증기 발생기의 세정을 위해 직접 증기 분사를 이용한 개시된 세정 방법을 실행하는 예시적인 구성을 개략적으로 예시하는 간소화된 도면;
도 3a는 단일 추출기로 구성된 증기 분사 어댑터의 도면;
도 3b는 라인 A-A를 따라 취해진 예시된 추출기의 일부분의 단면도;
도 4a는 1 이상의 증기 추출기로 구성된 증기 분사 어댑터의 도면;
도 4b는 라인 A-A를 따라 취해진 복수의 예시된 추출기들 중 하나의 단면도; 및
도 5는 전형적인 원전 증기 발생기 내의 단일 추출기를 갖는 예시적인 임시 어댑터를 예시하는 도면이다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 소정 실시예들에 대한 방법 및 재료의 일반적인 특성을 예시하도록 의도되며, 이에 따라 아래에 제공되는 상세하게 기록된 설명을 보충한다는 것을 유의하여야 한다. 하지만, 이 도면들은 일정한 비율이 아니고, 여하한의 주어진 실시예의 특성을 정밀하게 반영하지 않을 수 있으며, 본 발명의 범위 내에 실시예들의 특성 및 가치의 범위를 정의하거나 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 특히, 명료함을 위해 특정 요소들 및 구조체들의 상대적 크기 및 위치설정은 감소되거나 과장될 수 있다. 다양한 도면들에서의 유사하거나 동일한 참조 번호들의 사용은 유사하거나 동일한 요소 또는 특징부의 존재를 나타내도록 의도된다.
증기 발생기(SG)와 같은 열 교환기, 또는 유사하게 구성된 용기의 이차 측으로부터 불순물 및 증착물을 제거하는 방법 및 장치의 예시적인 실시예들이 아래에서 더 상세히 기재된다. 열 교환기에 적용된 방법의 예시적인 실시예는, 전형적으로 열 교환기를 서비스되지 않게(out of service) 하는 단계, 열 교환기의 이차 측으로부터 작동 유체를 배수하는 단계, 적어도 1 이상의 이차 측 접근 관통부로부터 접근 커버(access cover)를 제거하는 단계, 개방된 접근 관통부에 임시 어댑터를 설치하는 단계- 상기 임시 어댑터는 열 교환기의 이차 측으로의 가열 유체(예를 들어, 증기 및/또는 다른 기체)의 분사에 의해 열 교환기 시스템을 가열하도록 배치되고 구성됨 -, 열 교환기를 채우기 전, 그 동안, 또는 그 후 가열 유체의 공급을 개시하는 단계, 열 교환기 내에서 증가된 세정률을 달성하기에 충분한 온도까지 세정제를 가열하기에 충분한 다량의 가열 유체를 열 교환기에 공급하는 단계, 세정이 완료된 후 가열 유체 분사를 종료하는 단계, 열 교환기로부터 세정제를 배수하는 단계, 접근 관통부(들)로부터 임시 어댑터(들)를 제거하는 단계, 접근 관통부들에 접근 덮개(들)를 설치하는 단계, 및 열 교환기를 서비스 상태로 되돌리는 단계를 포함한다.
상기 방법의 다른 실시예들은: (1) 본래 자리에 액체 세정제를 형성하도록 열 교환기에 있는 작동 액체(예를 들어, 물)에 개별적이거나 미리 혼합된 형태로 적어도 1 이상의 화학 세정 시약을 다량 도입하는 단계, 및 (2) 주변으로의 열전달에 의한 에너지 손실을 보상하도록 세정 공정 시 연속적이거나 간헐적으로 계속해서 가열 유체를 추가하는 단계를 포함한 추가 단계들을 포함할 수 있다.
당업자라면 이해하는 바와 같이, 화학 세정 시약의 이 도입은 임시 어댑터들 중 하나를 통해 열 교환기로 직접, 또는 통상적으로 열 교환기에 연결되는, 예를 들어 배수 라인, 공급 라인 및/또는 블로우다운 라인을 포함한 1 이상의 기존 라인들로 "외부" 도입에 의해 수행될 수 있다.
이용되는 도입 수단들에 상관없이, 열 교환기를 넘칠 정도로 채우지 않도록 도입되는 화학 세정제 및 증기 응축물의 예상량을 수용하는 부피로 열 교환기 내의 작동 액체 잔여량이 조정되거나 유지되어야 한다. 액체 부피 또는 레벨의 모니터링은 임시 계기 또는 기존 발전소 기구에 의해 달성될 수 있다. 대안적으로, 부피 및/또는 압력 경감(relief)의 몇몇 형태가 세정 작동의 기간 동안 타겟 밸브들 내에서 열 교환기 내의 액체 부피 및/또는 압력을 유지하도록 통합될 수 있다.
상기 방법 및 장치의 다른 실시예들은 세정제(들) 및/또는 열 교환기에 대한 타겟 가열 속도 또는 온도 범위를 달성하고 유지하기 위해 가열 유체의 유량을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 이용되는 제어 시스템에 따라, 가열 유체 유동은 실질적으로 일정하고, 변동가능한 유량을 갖지만 연속적이며, 및/또는 간헐적일 수 있다. 예시적인 가열 유체들은, 예를 들어 과열 증기 및/또는 포화 증기를 포함할 수 있다. 10 psig 미만으로부터 250 psig까지(0.69 내지 17 bar gauge)의 포화 증기 및/또는 약 100 ℉(55.6 ℃)까지 과열된 증기가 개시된 방법의 예시적인 실시예들을 실행하는데 사용하기에 적절할 것으로 예상된다.
당업자라면 이해하는 바와 같이, 세정 공정 동안 증기 온도 및 압력은 예를 들어 레벨이 증가함에 따라 열 교환기에 액체 정수두 압력을 수용하도록 증기 압력을 증가시킴으로써, 또는 타겟 온도 범위를 달성한 후 증기 유량, 온도 또는 과열을 감소시킴으로써 조정될 수 있다.
개시된 방법들을 실행하는 예시적인 장치는 종래 열 교환기 접근 관통부에 부착하도록 구성된 임시 어댑터를 포함할 수 있으며, 임시 어댑터와 접근 관통부, 가열 유체 및 다른 재료들이 공급되고 및/또는 열 교환기로부터 제거될 수 있는 임시 어댑터 상에 제공된 1 이상의 관통부, 및 열 교환기로 가열 유체를 전달하는 1 이상의 노즐 사이에 유체 밀봉 시일(fluid tight seal)을 형성하기 위해 종래 접근 관통부에 결합되는 플랜지, 적절한 개스킷(들) 및 파스너(fastener)들을 더 포함할 수 있다. 당업자라면 이해하는 바와 같이, 노즐(들)은 예를 들어 추출기, 조절기-형 직접 증기 노즐, 살포기, 또는 그 조합을 포함한 여러 방식으로 구성될 수 있다.
앞서 명시된 바와 같이, 개시된 방법은 총 가열 유체 노즐 영역이 [예를 들어, 밸브, 디스크 이동(disc travel) 또는 다른 수단들을 통해] 조정가능한 것들, 또는 가열 유체가 열 교환기 상의 한 어댑터에 연결된 짧은 호스 또는 관으로 분사되고, 예를 들어 격납 용기 내부에 위치될 수 있는 단순한 재순환 루프를 구성함으로써 제 2 어댑터를 통해 증기 발생기로 다시 재순환되게 하는 것들을 포함한 많은 장치 구성들에 대해 제공된다. 후자의 구성은 특히, 가열 유체가 짧은 재순환 라인에 장착된 추출기 노즐을 통해 공급되는 경우에 적절하다. 또한, 당업자라면 세정제를 만들어내는데 사용되는 많은 구성성분이 재순환 루프로 분사될 수 있다는 것을 이해할 것이다(예를 들어, 종래 화학 세정 공정들에서 사용된 1 이상의 세정제, 스케일 조절제, 분산제 및/또는 오염제거제).
개시된 방법을 실행하는 장치의 다른 실시예들은 추가 혼합을 제공하고, 및/또는 증기 발생기 장비의 공동현상 또는 진동 가능성을 감소시키는 기체 분사에 대해 제공될 수 있다. 이용되는 기체 또는 기체들은 실질적으로 일정하게, 변동가능한 유량을 갖지만 연속적으로, 및/또는 간헐적인 방식으로 분사될 수 있다. 기체는 가열 유체와, 또는 증기 발생기 저부 블로우다운 시스템과 같은 기존 발전소 시스템을 통해 분사될 수 있다. 세정 시 환원 조건이 필요한 경우에 질소, 아르곤, 다른 비활성 기체 또는 그 혼합물이 사용될 수 있다. 산화 조건이 필요한 경우에는 공기, 산소, 오존, 다른 산화 기체 또는 그 혼합물이 사용될 수 있다.
많은 적용들에 대해, 5 내지 100 cfm(0.14 내지 2.8 ㎥/min) 및 더 바람직하게는 5 내지 30 cfm(0.14 내지 0.84 ㎥/min)의 기체 유량이 적절할 것으로 예상된다. 이 타겟 유량 범위는 시스템 과압(overpressure)에 대해 보정될 수 있다. 다른 실시예들은, 예를 들어 세정 공정 시 용기의 손상 위험을 감소시키기 위해 전기화학 부식 모니터링 또는 세정 용액의 주기적 샘플링을 포함할 수 있다.
본 발명의 목적은, 발전소가 오프라인(모드 5 또는 모드 6)인 동안 85 내지 285 ℉(30 내지 140 ℃)의 온도로 원전 증기 발생기를 세정하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 상기 방법은, 일차 측의 원자로 냉각 시스템의 온도가 약 40 ℃ 미만일 때까지, 발전소로 하여금 모드 5에 유지되지 않고 종래 방식으로 냉각되게 하는 단계를 수반한다. 그 후, 증기 발생기가 배수된다. 전형적으로 설치된 접근 관통부 커버들["핸드 홀(hand hole)" 커버, "아이 홀(eye hole)" 커버, 점검 포트 커버(inspection port cover) 등이라 함] 중 1 이상이 제거된다.
제거된 커버들은 임시 어댑터들로 대체되고, 이때 상기 어댑터들은 (1) 증기 발생기의 이차 측으로 직접 증기를 분사함으로써 증기 발생기 및 화학 세정 용매를 가열하고 그 온도를 유지하는 것, (2) CMS 프로브(probe) 및 쿠폰을 이용한 부식 모니터링, (3) 전형적인 발전소 기구들과 같은 다른 수단들이 이용가능하지 않은 경우의 온도 또는 액체 레벨의 모니터링, 및/또는 (4) 그 화학 특성 및 세정의 진행을 평가하도록 용매를 샘플링하는 것을 허용하도록 구성될 수 있다. 또한, 소량의 비-응축성 기체가 분사된 증기와 혼합되어, 노즐에서의 증기 공동현상 및/또는 노즐 진동에 대한 가능성을 감소시킬 수 있다. 노즐에서의 증기 공동현상은, 이것이 증기 분사 노즐/추출기의 침식 마모를 증가시킬 수 있고, 또한 공정 시 허용가능하지 않은 잡음 레벨을 유도할 수 있다는 점에서 바람직하지 않다. 앞서 명시된 바와 같이, 세정 시 환원 조건들이 필요한 경우, 질소, 아르곤, 또는 다른 비활성 기체들이 사용될 수 있다. 산화 조건들이 필요한 경우에는, 공기, 산소 또는 오존이 사용될 수 있다. 접근 관통부의 크기에 따라, 앞선 특징부들 모두가 단일 접근 관통부 어댑터로 통합될 수도 있다. 이는 몇몇 외부 열 공정들에 대해 10 이상까지의 어댑터를 사용하여야 하는 것과 대조적이다.
오늘까지, 증기 발생기로의 직접 증기 분사는 종래 화학 세정 용매, 또는 더 최근에 개발된 스케일 조절제에 의한 원전 증기 발생기의 세정 시 필요한 가열을 위해 사용되었다. 하지만, 직접 증기 분사는 King의 미국 특허 제 5,066,137호("King") 및 Schroyer, J. A.의 "Understanding the Basics of Steam Injection Heating"(Chemical Engineering Progress, 1997년 5월) 및 Pick의 "Consider Direct Steam Injection for Heating Liquids"(Chemical Engineering, 1982년 6월)과 같은 참고문헌들에서 설명된 바와 같이 액체를 가열하는데 매우 효율적인 기술이다. 직접 증기 분사 가열은 전형적인 오프라인/외부 열 공정들에 비해 감소된 에너지 소비를 유도하는데, 이는 외부 가열 루프 내의 증기에 의해 가열된 간접 열 교환기에서 일어나는 바와 같은 고온 응축물 환수(hot condensate return)가 존재하지 않기 때문이다.
원전 증기 발생기에 대한 증기 분사 시스템의 디자인은 살포기 또는 벤추리 추출기(venturi eductor)를 포함한 몇몇 형태의 분사기들 중 하나를 포함할 수 있다(1 이상의 분사기가 각각의 SG에 대해 병렬로 사용될 수 있다). 또한, 펌프가 격납부 내부에 위치되고, 임시 배관 또는 호스를 통하는 한 어댑터 관통부로부터 증기 분사기 관통부까지의 유동을 강제하는 경우, "변조(modulating)"형 분사 시스템 또는 증기 혼합 티(steam mixing tee)가 사용될 수도 있다. 이 펌프식 구성은 증기 발생기로부터 흔히 1,500 피트(457 m)보다 더 멀리 위치된 공정 장비 영역까지 용매를 재순환시키는데 사용되는 전형적인 재순환 펌프 구성보다 훨씬 더 간단하다. 단지 10 내지 15 피트(3 내지 4.6 m)만큼 짧은 호스 길이가 필요할 수 있다. 이러한 펌프들은 외부 호스들이 필요하지 않도록 SG 내부에 설치될 수도 있다. 필요에 따라, 증기 분사를 용이하게 하도록 설치된 동일한 어댑터를 통해, 또는 이용가능한 또 다른 증기 발생기 관통부를 통해 증기 발생기들로부터 직접 용매 샘플링 및 실시간 인시츄 부식 모니터가 가능하다.
일단 어댑터들이 설치되면, 증기원이 연결된다. 증기원은 격납부 외부에, 그러나 가까이 설치되는 휴대형 보일러일 수 있으며, 이는 전형적인 외부 열 공정 시스템에 대한 100,000 ft2(9,300 ㎡)와는 대조적으로 400 내지 500 ft2(37 내지 46 ㎡) 미만의 배치 영역을 필요로 한다. 휴대형 보일러의 사용에 대한 대안예로서, 인접한 발전 설비로부터의 증기가 사용될 수 있다. 어떤 방식으로든, 증기 라인이 단일 격납 관통부를 통해, 또는 장비 해치(hatch)로서 알려진 것을 통해 증기원으로부터 라우팅(route)되고, 어댑터에 부착된다.
증기 라인은 유연한 증기 라인 또는 단단한 배관일 수 있지만, 많은 다른 산업 및 적용들에서 사용되는 유연한 증가 라인이 바람직하다. 또한, 선택사항으로서 기체원이 증기 라인에 연결되어 압력 체크를 허용하며, 더 중요하게는 상기 라인 또는 노즐 유출구에서의 공동현상에 대한 가능성을 억제하도록 증기와 뒤섞인 저농도(몇 퍼센트)의 기체를 제공할 수 있다. 또한, 이 기체는 증기가 더 이상 필요하지 않은 경우 증기 라인에서 잔여 증기를 쓸어내는데 사용될 수 있다.
격납부 외부에서, 증기 발생기 블로우다운 라인과 같은 발전소 시스템들에 대한 다른 연결들이 이루어진다. 이 라인은 전형적으로 2 인치 내지 4 인치(5.1 내지 10.2 cm) 직경의 라인이며, 부분적으로 RSG에서 가용성 및 불용성 불순물들의 형성을 방지하도록 정상 전력 작동 시 증기 발생기의 저부로부터 액체를 끌어올린다. SG 내부의 블로우다운 라인 또는 관은, 전형적으로 특정 값으로 유량이 제어되는 경우 살포를 위한 기체 및/또는 화학 제품의 우수한 분포를 제공하는 다공관(perforated pipe)이다. 통상적으로 보조 건물 안이나 발전소 외부의 블로우다운 라인에 대한 연결들은, (1) 세정 공정 시 화학적 보충(makeup) 또는 인공주입(replenishment)을 위한 것뿐 아니라 미리 혼합된 화학 세정 용매 또는 농축물의 도입, 및 (2) 가열, 세정, 및 냉각 시 증기 발생기에서의 혼합을 돕기 위해 살포되는 기체의 공급을 용이하게 한다. 또한, 블로우다운 시스템 또는 정상 설비의 일차 또는 보조 급수 시스템들을 통해 헹굼수(rinse water)가 분사될 수 있다. 최종적으로, 화학 세정 용매는 중력을 받아 블로우다운 시스템과의 연결을 통해, 또는 역으로 임시 화학 분사 펌프를 이용함으로써 저장 탱크로 배수될 수 있다.
일 실시예에서 증기 발생기는 먼저, 외부 수원(water source)으로부터 블로우다운을 통해, 또는 종래의 발전소 시스템들(보조 급수)을 이용하여 부분적으로 물로 채워진다. 초기 충전 레벨은: (1) 증기 발생기 내부에서 유체의 온도를 상승시키도록 초기에 분사된 증기 응축물, (2) 증기 발생기를 세정하도록 추가된 화학 약품, (3) 증기 발생기의 온도를 유지하도록 분사된 증기로부터의 추가 응축물, 및 (4) 세정 적용 시 분사된 여하한의 추가적인 세정 용매의 축적 후 최종(세정의 끝) 충전 레벨에 도달하도록 선택된다. 전형적인 증기 발생기에 대해, 최종 충전 레벨은 증기 발생기 또는 "튜브시트(tubesheet)"의 저부 위로 약 300 내지 400 인치(7.6 내지 10.2 m)인 경향이 있다. 이러한 적용에서 액체의 최종 부피는, 전형적으로 15,000 내지 18,000 갤런(57 내지 68 ㎥)이다. 세정 용매(예를 들어, EPRI/SGOG EDTA-기반 용매, 스케일 조절제, 오염제거제 등)의 성질 및 세정될 용기의 디자인에 따라, 초기 물의 레벨이 약 200 내지 300 인치(5.1 내지 7.6 m)일 수 있고, 최종 전체 부피는 앞서 언급된 범위들과 상이할 수 있다.
그 후, 증기원에 전압이 가해지고, 증기 질량 유량의 2 %까지의 낮은 비율의 비-응축성 기체를 갖거나 갖지 않는 증기가 증기 발생기로 직접 공급된다. 초기 충전 물로 약 2/3 채워진 전형적인 RSG에 대해, 가열 시간은 시간당 2,000 파운드에서 125 psig(907 kg/h에서 8.6 bar) 포화 증기를 이용하여 약 4 내지 7 시간일 것이다. 이는, 디자인에 따라 금속의 100 내지 230 톤(90.7 내지 209 메트릭톤) 이상을 나타낼 수 있는 증기 발생기 구조체뿐만 아니라, 유체의 가열을 포함한다. 앞서 설명된 것보다 더 빠른 속도로 가열하는 것은 몇몇 설비 "기술 사양" 한계들을 초과할 수 있으므로, 더 높은 증기 유동은 필요하지 않을 수 있다.
추출기 노즐 디자인에서, 추출기의 펌핑 동작은 SG의 이차 측의 온도에 있어서 균일성을 유지하도록 돕는 제트 펌핑(jet pumping) 동작을 유도한다. 또한, 테스트는 추출기 디자인을 이용하면 추출기 내부나 매우 가까이에서 유도된 펌핑 동작 및 증기와 주변 유체의 혼합이 전형적으로 대량 유체의 온도보다 10 ℉(5.6 ℃) 미만으로 높은 약 5 내지 7 추출기 유출구 직경을 넘어 추출기 제트 중심선을 따르는 유체 온도들을 유도한다는 것을 나타내었다. 전형적인 추출기 유출구 직경은 2 내지 5 cm이다. 제트 축선에 수직인 추출기 하우징에 인접한 유체의 온도는 본질적으로 기존 액체 제트와 유체 비말동반(entrainment)으로 인해 대량 유체 온도이다. 결과로서, SG 구조체가 추출기 출구로부터 5 내지 7 노즐 직경들보다 더 가깝지 않도록 노즐/추출기가 SG 내에 위치되는 경우, 증기 발생기 구조체들에 대한 국부 가열 또는 이차 응력들이 최소화될 수 있다. 이는 증기가 대량 유체의 온도보다 100 내지 300 ℉(55 내지 167 ℃) 더 높은 온도에서 공급되고 있다는 사실에도 불구하고 그러하다. 낮은 증기 분사율[시간당 약 100 내지 200 파운드(45.4 내지 90.7 kg/hr) 미만]에서는, 추출기(들) 없는 증기 살포기의 사용이 제한된 열 구배, 진동 또는 공동현상 우려들의 관점으로부터 허용가능하다. 하지만, 필요한 가열 시간은 이 유량에서 매우 증가되며, 추출기로부터의 제트 펌핑 동작의 유리한 효과들이 전부 실현되지는 않는다. 더 우수한 증기 분산 및 감소된 공동현상/진동-특히, 상승된 증기 유량에서-을 달성하기 위해, 복수의 추출기들 및/또는 조합된 추출기/살포기 구성이 사용될 수 있다는 것을 유의한다.
기체 살포는 증기 발생기 내의 균일한 화학 및 온도 상태들을 유지하기 위하여, 블로우다운 배관을 통해, 또는 어댑터에 통합된 기체 살포기를 통해 선택적으로 제공된다. 일단 물의 원하는 온도가 달성되면, 화학 분사 펌프를 이용하여 블로우다운 시스템을 통해 화학 세정제가 도입된다. 또한, 몇몇 적용들에 대해 화학 분사 또는 초기 충전 물과 동시에 증기 분사를 수행하는 것이 바람직할 수 있다. 세정 공정 시(전형적으로, 12 내지 60 시간), 용매의 샘플들이 어댑터 상의 샘플 포트로부터 직접 주기적으로 취해진다. 샘플들을 획득하기 위해 증기 발생기를 배수할 필요는 없다. 샘플 분석의 결과는 앞서 인용된 참고문헌들의 권고에 따라 공정을 모니터링하는데 사용된다. 또한, 전기화학 CMS를 이용하여 실시간으로 부식이 모니터링되므로, 허용가능하지 않은 부식의 위험을 최소화한다.
세정의 완료 시, 용매는 발전소 블로우다운 시스템을 통해 다시 배수될 수 있으며, 린스가 수행된다. 린스는 냉각을 돕도록 용매 온도보다 낮은 온도로 적용될 수 있다.
앞선 내용을 고려하면, 본 명세서에 설명된 방법은 장비 간소, 감소된 설치 시간 등과 같은 온라인 세정 공정들의 장점들과, 증기 발생기의 이차 측으로부터 직접 부식 모니터링을 수행하고 액체 샘플들을 얻는 능력과 같은 외부 열 공정들의 장점들을 조합한다. 이 장점들은 격납부 내의 수동 장비(펌프, 밸브, 제어부 등) 없이, 그리고 증기 발생기마다 격납부 외부로부터 격납부 내부로의 단 하나의 상호연결(증기 라인)로 달성될 수 있다. 2 이상의 증기 발생기들을 동시에 세정하는 것이 바람직한 경우, 각각의 증기 발생기에 별도의 증기 라인들이 제공될 수 있다. 앞서 설명된 예시적인 실시예를 통해, 본 명세서에 개시된 직접 증기 분사 방법 및 장치가 세정 적용 시, 증기 분사 장비의 지나친 열 구배, 공동현상, 및/또는 진동의 결과로 인한 SG 또는 다른 용기들의 잠재적인 내부 손상에 관한 우려들을 감소시키거나 제거한다는 것이 인식된다.
최종적으로, 직접 증기 분사에 의해 증기 발생기들을 가열하는 것이, 앞서 언급된 몇몇 특허들에서 설명된 스케일 조절제뿐 아니라, Frenier(킬란트, 유기산, 아민 및 미네랄산 기반 공정), 및 EPRI/SGOG 참고문헌들에 의해 설명된 바와 같은 종래 화학 세정 용매, 또는 온도 제어가 필요한 여하한의 다른 세정 공정에 동등하게 적용가능할 수 있다는 것을 인식할 수 있다. 또한, 직접 증기 분사에 의해 증기 발생기를 가열하는 것이 화학 세정 전이나, 이와 동시에, 또는 이후 수행되는 기계 세정 방법들과 조합될 수 있다는 것이 인식된다.
도 1을 참조하면, 종래의 외부 열 화학 세정 공정이 도시된다. 증기 발생기(10)는 임시 어댑터들(17)을 이용하여 설비 외부에 위치된 외부 공정 시스템에 연결된다. 증기 발생기는 이차 측(11), 일차 측(12) 및 U-관 다발(13)을 포함한다. 임시 어댑터들(17 및 18)은 설비가 중단된 후 설치되고, SG가 배수된다. 연결들은 일반적으로 블로우다운(19), 급수(14), 또는 증기 라인(16)과 같은 기존 설비 시스템들에 대해 이루어지지 않는다. 또한, 증기 발생기에 인접하여 CMS 시스템(21)이 설치된다.
격납부(15) 외부의 공정 영역 내의 장비는 펌프, 보일러, 냉각탑, 제어 베인(control vane), 열 교환기, 혼합 탱크, 혼합 펌프, 유출물 및 누출물을 포함하는 버엄(berm), 밸브, 및 수백의 다른 부속품 및 부품을 포함할 수 있다.
외부 공정 시스템이 증기 발생기와 상호연결되기 위해, 6 이상까지의 임시 격납 관통부(20)가 필요할 수 있다. 이는 밸브 위치설정기들을 제어하는 공기, 시스템에 대한 비활성 질소, 및 튜브시트 배수 라인들에 대한 관통부들을 포함한다. 관통부들에서의 전형적인 용매 재순환 관 크기는 직경이 4 내지 6 인치(10.2 내지 15.2 cm)이고, 8 인치(20.3 cm) 이상까지의 직경이 필요할 수 있다. 격납부 내의 장비는 다수의 호스, 펌프, 배관, 밸브, 플랜지, 누출 방지 디바이스 및 배수조(catch basin)(유출물 및 누출물을 포함함)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 장비를 작동시키기 위해서는, 통상적으로 이동(shift)마다 30 명 이상까지 필요하다.
도 2를 참조하면, 직접 증기 분사를 이용하는 세정 공정이 도시된다. 증기 발생기(10)는, 바람직하게는 4 내지 8 인치(10.2 내지 20.3 cm)의 "핸드 홀 관통부"에서 SG 관통부 어댑터(17)를 통해 임시 증기 라인(26)에 연결된다. 이 접근 관통부 상의 전형적인 설비 커버는, 앞서 약 40 ℃ 이하로 SG를 냉각하고 종래 설비 절차 및 시스템을 이용하여 증기 발생기가 배수된 후 제거되었을 것이다. 또한, 어댑터는 온라인 부식 모니터(21) 또는 서모커플(thermocouple)과 같은 온도 모니터링 디바이스와 같은 다른 기구의 삽입을 허용하도록 구성될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 단일 어댑터가 사용되지만, 관통부들이 4 내지 8 인치(10.2 내지 20.4 cm)보다 작거나 SG 내부의 구성요소들이 접근을 제한하는 경우에는 2 이상이 필요할 수 있다. 일단 어댑터들이 제자리에 놓이면, 단일 격납 관통부(20) 및 격납부를 통해 라우팅된 증기 라인이 어댑터에 연결된다.
도 3을 참조하면, 단일 추출기 임시 어댑터(40)가 기존 용기 관통부에 결합되는 장착 플랜지(41), 증기가 공급되는 강성 유도관(rigid delivery tube: 43)에 대한 플랜지의 관통부(42), 단일 추출기(44) 및 가열 유체 공급 연결부(45)로 구성된다. 추출기는 가열 유체 유입구(46), 용기 유체를 유입시키는 흡입 유입구(47), 및 유출구(48)로 구성된다.
도 4를 참조하면, 다수 추출기 임시 어댑터(50)가 기존 용기 관통부에 결합되는 장착 플랜지(51), 증기가 공급되는 강성 유도관(53)에 대한 플랜지의 관통부(52), 다수 추출기들(54) 및 가열 유체 공급 연결부(55)로 구성된다. 각각의 추출기는 가열 유체 유입구(56), 용기 유체를 유입시키는 흡입 유입구(57), 및 유출구(58)로 구성된다.
도 5를 참조하면, 단일 추출기 임시 어댑터(40)의 전형적인 설치가 도시된다. 어댑터 플랜지(41)가 볼트(62) 및 밀폐용 개스킷(63)을 이용하여 기존 관통부(61)에서 증기 발생기(10)에 장착된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 어댑터의 일부분으로서, 또는 그에 인접하여 변조형 직접 증기 분사 디바이스가 장착될 것이며, 증기 발생기로부터 직접 증기 분사가 일어나는 용기로 유체를 수송하기 위해 격납부 내의 펌프가 사용될 것이다. 그 후, 조합된 증기(분사된 증기와 조합된 증기 발생기로부터의 물 또는 세정 용액)는 다시 증기 발생기로 되돌아갈 것이다.
SG에서의 연결에 추가하여, 격납 건물 외부, 바람직하게는 블로우다운 라인(19)에서의 기존 설비 시스템을 통한 연결들이 SG 내로의 물 및/또는 화학 약품의 도입을 위해 이루어진다. 또한, 연결(들)은 혼합을 촉진하거나 적절하다면 증기 발생기에서의 산화 또는 환원 조건들을 확립하기 위해, 블로우다운 배관을 통한 기체의 도입을 허용하는 역할을 한다. 물 또는 세정 화학 약품을 도입하는 것의 대안예는, 도 2에 나타낸 바와 같이 발전소의 보조 급수 시스템에서의 연결을 통한 도입을 포함한다.
일단 모든 연결들이 완료되면, 증기 발생기 내로 물이 도입된다. 전체 공정 동안의 레벨이 기존 발전소 계기 또는 임시 레벨 기구들에 의해 모니터링될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 이 물은 탈염수 또는 다른 초순수(high purity water)(응축수)이며, 설비 시스템 및 절차를 이용하여, 예를 들어 보조 급수 시스템을 통해 SG로 공급된다. 바람직한 실시예에서, 초기 충전 레벨은 응축된 증기의 축적 후 최종 충전 레벨에 도달하고, 화학 세정제의 도입이 세정을 위한 타겟 레벨이도록 선택된다. 이는 통상적으로 관 다발의 최상부를 겨우 넘고, 이차 측 세정의 결과로서 피팅(pitting) 형태의 부식이 일어나는 경우에 크래킹(cracking)의 여지가 있는 것으로 알려진 용접인 "거스 용접부(girth weld)"(32)와 같은 임계적 증기 발생기 구성요소들의 아래이다. 또한, SG의 과충전은 급수 가열기를 통해 급수 시스템과 같은 설비 시스템으로 공정 시 발생되는 거품 및/또는 화학 약품이 넘칠 가능성을 유도한다. 또한, 과충전은 더 많은 폐기물을 생성한다.
도 2에 예시된 시스템으로 다시 돌아가서, 일단 물로 채워지면, 직접 증기 분사 디바이스로의 증기 유동이 개시된다. 증기원은, 바람직하게는 휴대형 패키지 보일러(22)이지만, 인근 발전소일 수도 있다. 보충수(make-up water)가 보일러에 제공된다(30). 증기 발생기에 고정된 분사 디바이스는 추출기 또는 살포기(27)일 수 있다. 약 12,000 갤런(45.4 ㎥)의 충전 부피에 대해, 가령 195 ℉(90 ℃)- EPRI 참고문헌에 설명된 EPRI/SGOG 공정에 대한 종래 적용 온도 -로 SG 및 물을 예열하는데 필요한 시간은, 125 psig(8.6 bar) 포화 증기(352 ℉ 또는 177 ℃)의 시간당 2000 파운드(907 kg/hr)의 유동에 기초하여 약 6 시간일 것이다. 당업자라면, 이 가열 시간이 전체 세정 시간 중 적은 부분을 나타내며, 충전, 가열 및 화학 분사가 동시에 일어날 경우에는 시간의 거의 또는 전혀 추가되지 않는다는 것을 인식할 것이다.
증기와의 동반이행(entrainment)에 의해 추출기를 나가는 액체는 이 압력이 아니라, SG에서의 수주 출구 압력(water column head pressure)과 동등한 압력이라는 것을 유의한다. 추출기로부터의 몇몇 노즐 직경의 온도는 대량 유체의 온도보다 10 ℉(5.6 ℃) 미만 높은 것으로 측정되었다.
본 발명의 일 실시예에서, 추출기 디바이스 또는 인접한 용기 내부에 대해 여하한의 공동현상 손상의 위험 및 잡음/진동을 감소시키기 위해, 증기 공급기에서의 증기와 소량의 비-응축성 기체가 혼합된다. 전형적으로, 비-응축성 기체의 부피는 1 % 미만이지만, 몇몇 경우 3 %만큼 높거나 그보다 큰 범위일 수 있다. 증기의 전체 유동은 격납 외부의 압력 조정 밸브(28)에 의해 제어된다.
SG 및 충전 물을 가열하는 본 방법은 앞선 참고문헌들에서 설명된 EPRI/SGOG EDTA-기반 용매들을 포함한 다수의 화학 세정 용매와 호환가능하다. 이 용매는 EDTA, 히드라진, 암모늄 하이드록사이드, 및 부식 억제제를 사용한다. 그 후, 이 용매의 농축 제제(concentrated formulation)(EDTA로서 30 내지 40 %)가, 바람직하게는 블로우다운 연결부에 연결되는 펌프(25)를 통해 유지 탱크(24)로부터 호스를 거쳐 펌핑된다. SG 내의 용매의 최종 농도는 EDTA로서 4 내지 25 %일 수 있다. 펌핑률은 SG 내에서의 그 온도로 하여금 증기 분사에 의해 유지되게 하도록 제어된다. 또한, 본 방법은 스케일 조절제, 및 다른 아민, 유기산, 미네랄산, 또는 산화물이나 금속류용 킬레이트/착화제 기반 증착물 제거 용매와 호환가능하다.
농축물의 분사 동안이나 이후의 혼합은 블로우다운 시스템(19)을 통한 기체로의 연속 살포에 의해, 또는 분사 동안이나 용매 분사가 완료된 후 기체와 농축물을 뒤섞음으로써 향상될 수 있다. 또한, 혼합은 1 이상의 열 교환기가 동시에 세정되고 있는 경우, 열 교환기 사이에서 액체를 전달함으로써 달성될 수 있다.
농축물 분사의 완료 후, SG 온도는 감소된 속도, 더 낮은 압력 또는 더 낮은 온도에서의 증기 분사에 의해, 또는 증기의 주기적인 분사에 의해 유지된다. 이 파라미터들은 모두 보일러에서 격납부 외부로부터 제어된다.
용매의 샘플들은, 보일러(22)를 배수하지 않고 SG로부터 직접, 또는 일시적으로 살포를 멈추고 블로우다운 시스템(23, 23a, 23b)에서 기존 연결들을 통해 샘플링함으로써 얻어질 수 있다. 필요에 따라, 블로우다운을 통해 분사 펌프(25)를 이용하여 보충 화학 구성성분이 추가될 수 있다. 예시들은 화학 약품의 인공주입, 또는 임계적 화학종(예를 들어, 부식 억제제 또는 환원 용해 공정의 경우 환원제)의 보충을 포함할 것이다. 보충 또는 인공주입의 부피들을 수용하기 위해, 폐기물 탱크(29)로의 부분적인 배수가 사용될 수 있다. 도 2는 도 1보다 더 적은 폐기물 탱크를 도시한다는 것을 유의한다. 이는, 이 공정에서는 재순환 시스템이 필요하지 않아, 폐기물 부피가 더 적기 때문이다. 재순환 시스템은, 전형적으로 외부 열 세정 공정 시 전체 시스템 부피의 5 내지 25 %를 차지한다. 이는, 원전 증기 발생기에 대해 적용마다 수백만 달러 또는 갤런당 US$30(리터당 US$8)를 초과할 수 있는 폐기물 처리 비용을 감소시키는 장점을 갖는다.
용매 탈기체(solvent off gassing)(예를 들어, 히드라진과 같은 일부 환원제의 분해로부터의 질소의 발생)로 인해, 또는 살포로 인해 SG에서의 압력이 증가하기 때문에, 대기 릴리프 밸브(atmospheric relief valve: 31)들과 같은 발전소의 증기 시스템 밸브들이 주기적으로 개방될 수 있다. 이는 화학 세정에 대한 표준 절차이다. 하지만, 기체가 질소(질식성), 암모니아 또는 모르폴린과 같은 아민(약독성), 및 히드라진(발암물질)과 같은 종류를 포함할 수 있기 때문에, 이 밸브들을 통해 방출되는 기체의 양을 제한하려는 욕구가 존재한다. 그러므로, 본 발명의 목적은 혼합에 사용되는 기체의 유량을 감소시키거나, 세정 공정 시 적절히 환원 또는 산화 조건들을 확립하는 것이다. 질소 또는 아르곤과 같은 비활성 기체들은, 전형적으로 세정 공정 시 환원 용해를 촉진하는데(즉, 무엇보다도 자철석 또는 다른 산화물을 제거하는데) 사용된다. 공기, 산소 또는 오존은 산화 용해를 촉진하는데(즉, 구리와 같은 금속을 제거하는데) 사용될 수 있다.
블로우다운 시스템을 통한 기체 살포율은 SG에서 우수한 혼합 및 온도 균일성을 촉진하는 한편, 동시에 환경 방출을 최소화하도록 설정된다. 본 발명에 대한 바람직한 범위는 5 내지 100 cfm(0.15 내지 2.8 ㎥/min)이다. 이 비율은 일부 종래 기술에서 보고된 것보다 훨씬 아래이지만, 테스트 및 분석은 이 비율이 약 10 분 또는 그 안에 RSG의 이차 측을 "턴오버"하기에 충분하다고 나타내었다. 또한, 살포는 연속적이거나 간헐적일 수 있다. 간헐적 적용에서, 살포가 진행하는 동안의 시간은 최소 한 번의 볼륨 턴오버(a minimum of one volume turnover)[예를 들어, 30 cfm에서 6 분(0.85 ㎥/min)]이어야 한다.
앞선 내용으로부터, 원전 증기 발생기 화학 세정에 대한 직접 증기 분사는 감소된 장비 복잡성 및 인력 요건들을 유도한다는 것을 이해하여야 한다. 본 발명의 또 다른 장점은, 공정 및 필요한 장비의 간소화에도 불구하고, 이것이 여전히 증기 발생기 내부에 전기화학 부식 모니터링 장비 및 쿠폰들의 설치를 허용하며, 증기 발생기의 배수를 필요로 하지 않고 용매의 샘플링를 허용한다는 것이다. 본 명세서에서 설명된 바와 같은 더 간단한 외부 열 공정의 추가 장점들은, 모드 5에서 설비 냉각을 지연시키는 여하한의 공정에 함축되는 임계적 경로 예정에 대한 영향이 감소될 가능성을 포함한다. 또한, 전형적으로 종래 외부 열 공정들에서 사용된 재순환 시스템의 제거로 인해 폐기물 부피가 감소된다.
공정 및 장비는 종래 화학 세정 공정, 스케일 조절제, 분산제 또는 오염제거 용액, 또는 온도 제어가 필요하거나 유용한 열 교환기 또는 유사한 용기를 세정하는 여하한의 다른 공정에 적용가능하다. 당업자라면, 본 명세서에 설명된 바람직한 실시예는 발전소의 블로우다운 시스템을 통해 화학 약품을 분사하는 것을 수반하지만, 대안적으로 증기 발생기 어댑터를 통해, 보조 급수 시스템을 통해, 또는 또 다른 적절한 접근 지점을 통해 화학 약품을 분사할 수 있다는 것을 인식할 것이다.

Claims (19)

  1. 열 교환기의 이차 측(secondary side)으로부터 불순물 및 증착물을 제거하는 방법에 있어서:
    접근 관통부(access penetration)를 노출시키기에 충분한 상기 열 교환기의 이차 측으로부터 다량의 작동 유체(a volume of working fluid)를 제거하는 단계;
    상기 노출된 접근 관통부에 임시 어댑터(temporary adapter)를 설치하는 단계 -상기 어댑터는 직접 증기 분사(direct steam injection)를 위해 구성됨-;
    사전설정된 양의 화학 세정 시약을 물에 도입하여 상기 열 교환기의 이차 측에 액체 세정 용액을 형성하는 단계 -상기 화학 세정 시약은 킬란트(chelant), 착화제, 산화제, 환원제 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 상기 액체 세정 용액은 주어진 높이(elevation) 아래에서 상기 이차 측의 개방된 영역들을 실질적으로 채우는 실질적으로 큰 배스(bath)를 형성함-;
    상기 임시 어댑터를 통해, 그리고 상기 열 교환기의 이차 측에서 상기 액체 세정 용액으로 직접 증기를 분사하는 단계 -상기 분사된 증기는 타겟 세정 온도 범위까지 상기 열 교환기 및 상기 액체 세정 용액을 가열함-; 및
    증기 분사율을 제어하면서 상기 분사된 증기를 이용하여 세정 주기 동안 상기 타겟 세정 온도 범위 내에 상기 열 교환기 및 상기 액체 세정 용액을 유지하는 단계
    를 포함하는 불순물 및 증착물 제거 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체 세정 용액은 작동 유체, 화학 세정 화합물, 화학 세정 용액, 화학 세정 용매, 물 및 그 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 성분을 포함하는 불순물 및 증착물 제거 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 교환기의 이차 측에서 상기 액체 세정 용액 내에 기체 살포(gas sparging)를 유도하기에 충분한 비율로 상기 열 교환기의 이차 측에서 액체 세정 용액 내로 기체를 분사하는 단계를 더 포함하고, 상기 기체는 증기, 비-응축성 기체(non-condensible gas), 및 그 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 불순물 및 증착물 제거 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 기체는 용기 블로우다운 시스템(vessel blowdown system) 및 상기 임시 어댑터로 구성된 그룹으로부터 선택된 유입구를 통해 상기 액체 세정 용액 내로 분사되는 불순물 및 증착물 제거 방법.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 세정 주기 동안, 상기 화학 세정 시약의 추가량을 도입하는 단계를 더 포함하는 불순물 및 증착물 제거 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 도입되는 물의 부피는, 증기 응축물(steam condensate) 및 상기 화학 세정 시약의 추가가 사전설정된 이차 측 부피를 초과하지 않도록 선택되는 불순물 및 증착물 제거 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체 세정 용액에서 사전설정된 가열 프로파일을 생성하도록 증기 분사율을 제어하는 단계를 더 포함하는 불순물 및 증착물 제거 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 증기는 포화 증기, 과열 증기 및 그 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 불순물 및 증착물 제거 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 세정 주기 동안 상기 열 교환기 내에서 액체의 정수두(static head) 압력 범위의 변동을 보상하기 위해, 상기 분사된 증기의 증기 온도 및 증기 압력을 제어하는 단계를 더 포함하는 불순물 및 증착물 제거 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 교환기의 이차 측으로의 분사를 위해 조합된 기체 증기를 형성하기 위해, 상기 증기와 비-응축성 기체를 혼합하는 단계를 더 포함하는 불순물 및 증착물 제거 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 비-응축성 기체는 상기 조합된 기체 증기의 0.01 내지 3 %를 포함하는 불순물 및 증착물 제거 방법.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 화학 세정 용액은 킬란트(chelant), 착화제, 환원제 및 그 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 화학 세정 시약을 포함하는 불순물 및 증착물 제거 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 착화제는 EDTA, NTA, 유기산 및 그 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 불순물 및 증착물 제거 방법.
  15. 열 교환기의 이차 측으로부터 불순물 및 증착물을 제거하는 시스템에 있어서:
    제 1 종래 접근 관통부 상의 임시 설치를 위해 구성된 제 1 어댑터 -상기 제 1 어댑터는
    상기 접근 관통부에 결합(mate)하기 위해 구성된 플랜지(flange);
    상기 접근 관통부에 상기 어댑터를 고정하는 수단;
    상기 접근 관통부를 통해 액체 세정 용액을 도입하거나 제거하기 위한 유출구 및 유입구를 갖는 도관; 및
    상기 열 교환기의 이차 측 내에 제공된 개구부(opening)를 더 포함함-;
    상기 액체 세정 용액 내로 증기를 분사하도록 상기 도관과의 연결을 위해 구성된 증기원(steam source); 및
    상기 어댑터를 통한 상기 열 교환기의 이차 측으로의 상기 증기 분사를 제어하기 위해 구성된 제어기로서 상기 열 교환기의 이차 측 및 상기 액체 세정 용액을 사전선택된 상승된 온도 대역(band) 내로 가열하고 유지하도록 증기 분사율을 제어하는 상기 제어기
    를 포함하는 불순물 및 증착물 제거 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 유출구는 추출기(eductor)로서 구성되는 불순물 및 증착물 제거 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 유출구는 다수 추출기로서 구성되는 불순물 및 증착물 제거 시스템.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 유출구는 조절기 직접 증기 노즐(regulator direct steam nozzle), 살포기, 추출기 및 그 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 불순물 및 증착물 제거 시스템.
  19. 제 15 항에 있어서,
    제 2 종래 접근 관통부 상의 임시 설치를 위해 구성된 제 2 어댑터를 더 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 어댑터들은 상기 제 1 어댑터로부터 상기 제 2 어댑터로 상기 열 교환기의 이차 측 내에서의 액체 세정 용액 유동을 유도하기 위해 구성되는 불순물 및 증착물 제거 시스템.
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