KR102008468B1 - 원전 해체를 위한 계통 제염 공정 개발 장치 및 이의 구동 방법 - Google Patents

원전 해체를 위한 계통 제염 공정 개발 장치 및 이의 구동 방법 Download PDF

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박승철
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한국수력원자력 주식회사
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Abstract

원전 해체를 위한 계통 제염 공정 개발 장치는 반응조, 제1 순환 배관부, 온도 조절부, 수화학 모니터링부, 이온교환 수지탑, 및 폐액 분해 처리장치를 포함한다. 반응조는 원전 계통의 금속 부품에 대응하는 시편을 내부에 장착하며, 제1 순환 배관부는 반응조에 화학 제염제를 공급 및 순환시킨다. 온도 조절부는 반응조에 공급되는 화학 제염제를 가열하고, 수화학 모니터링부는 반응조에 공급되는 화학 제염제의 유량과 전기화학적 특성을 측정한다. 이온교환 수지탑은 제염 공정 및 폐액 분해 후의 폐액을 처리하기 위한 양이온 수지탑과 혼상 수지탑을 포함한다. 폐액 분해 처리장치는 폐액과 과산화수소의 혼합물에 자외선을 조사하여 폐액을 분해한다.

Description

원전 해체를 위한 계통 제염 공정 개발 장치 및 이의 구동 방법 {SYSTEM DECONTAMINATION PROCESSING DEVELOPMENT DEVICE FOR NUCLEAR POWER PLANT DECOMMISIONING AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 계통 제염 공정 개발 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원전 해체 시 1차 계통의 화학 제염을 위한 실험실 규모의 계통 제염 공정 개발 장치 및 이의 구동 방법에 관한 것이다.
원자력 발전소의 영구 정지 직후, 해체 작업자의 피폭을 저감시키고, 발전소 해체 및 철거 작업의 사전 용이성을 확보하기 위하여, 방사능으로 오염된 전체 계통에 대하여 화학적 계통 제염을 수행할 필요가 있다. 제염 대상 계통은 원자로 냉각재 계통(원자로 압력용기, 증기 발생기, 가압기, 주요 배관 등), 화학 및 체적 제어 계통, 잔열 제거 계통 등으로 이루어진다.
제염 대상 계통을 화학 제염할 때, 사전 화학 제염 정보 없이 화학 제염을 수행하는 경우, 필요 이상으로 제염 작업을 반복 처리하게 되어 비경제적인 문제를 발생할 수 있다. 또한, 계통 제염 시 순환 유량이 일정한 속도로 유지되는지 여부와 화학 제염제의 농도가 일정한지 여부 등을 실시간으로 확인할 필요가 있다.
본 발명은 실제 원전을 해체하기 전, 실험실 규모의 장치에서 제염 대상 계통에 대한 제염 실험을 수행함으로써 운전에 필요한 변수들을 모니터링하고, 화학 제염 공정의 완료 시점을 도출하며, 사전 화학 제염 정보를 축적하여 실제 원전 해체 시 작업자의 피폭을 방지하고, 실험 종료 후 폐액을 안전하게 분해 처리할 수 있는 원전 해체를 위한 계통 제염 공정 개발 장치 및 이의 구동 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원전 해체를 위한 계통 제염 공정 개발 장치는 반응조, 제1 순환 배관부, 온도 조절부, 수화학 모니터링부, 이온교환 수지탑, 및 폐액 분해 처리장치를 포함한다. 반응조는 원전 계통의 금속 부품에 대응하는 시편을 내부에 장착한다. 제1 순환 배관부는 반응조와 순수 저장 탱크 및 제염제 저장 탱크를 연결하며, 반응조에 화학 제염제를 공급 및 순환시킨다. 온도 조절부는 제1 순환 배관부에 설치되며, 반응조에 공급되는 화학 제염제를 가열한다. 수화학 모니터링부는 제1 순환 배관부에 설치되며, 반응조에 공급되는 화학 제염제의 유량과 전기화학적 특성을 측정한다. 이온교환 수지탑은 제1 순환 배관부에 병렬로 접속되며, 제염 공정 및 폐액 분해 후의 폐액을 처리하기 위한 양이온 수지탑과 혼상 수지탑을 포함한다. 폐액 분해 처리장치는 제2 순환 배관부에 의해 이온교환 수지탑에 연결 설치되며, 폐액과 과산화수소의 혼합물에 자외선을 조사하여 폐액을 분해한다.
시편은 방사성 물질에 오염된 고착성 금속산화물을 포함할 수 있다. 반응조의 상단에 압력을 측정하는 압력계가 설치될 수 있고, 반응조의 하단에 화학 제염제의 농도 분석을 위한 배수 라인이 설치될 수 있다.
온도 조절부는 콘덴서와 히터를 포함할 수 있으며, 화학 제염제의 온도를 실제 원전 계통의 화학 제염 시와 같은 온도로 유지시킬 수 있다. 수화학 모니터링부는 전기전도도(conductivity) 센서, ORP(산화-환원 전위, Oxidation-Reduction Potential) 센서, pH(수소이온 농도지수) 센서, 및 유량계를 포함할 수 있으며, 제어부로 측정 결과를 출력할 수 있다.
양이온 수지탑과 혼상 수지탑 각각의 입구와 출구에 제어 밸브가 설치되어 폐액이 통과할 특정 이온교환 수지탑이 개방될 수 있다. 제염 공정 완료 후 폐액은 양이온 수지탑을 거치며 금속이온이 제거될 수 있고, 폐액 분해 처리장치에서 분해될 수 있으며, 혼상 수지탑을 거치며 유기산과 잔류 금속이온이 제거될 수 있다.
폐액 분해 처리장치는, 폐액과 과산화수소를 혼합하는 혼합조와, 혼합조 내부에 설치되며 냉각수가 순환하는 냉각 코일과, 폐액과 과산화수소의 혼합물에 자외선을 조사하여 광화학 반응을 유도하는 자외선 램프가 설치된 UV 반응조를 포함할 수 있다.
제1 순환 배관부는 순수 저장 탱크와 제1 지점을 연결하는 제1 배관과, 제1 지점과 반응조의 입구를 연결하는 제2 배관과, 반응조의 출구와 제1 지점을 연결하는 제3 배관과, 제염제 저장 탱크와 반응조의 입구를 연결하는 제4 배관을 포함할 수 있다. 온도 조절부와 수화학 모니터링부는 제2 배관에 설치될 수 있다.
이온교환 수지탑은 제2 배관에 병렬로 접속될 수 있다. 제2 순환 배관부는 이온교환 수지탑의 출구와 폐액 분해 처리장치의 입구를 연결하는 제5 배관과, 폐액 분해 처리장치의 출구와 이온교환 수지탑의 입구를 연결하는 제6 배관을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원전 해체를 위한 계통 제염 공정 개발 장치의 구동 방법은, (ⅰ) 반응조에 순수와 제염제를 공급하고, 반응조와 제1 순환 배관부의 일부에서 화학 제염제를 순환시키는 화학 제염제 순환 단계와, (ⅱ) 온도 조절부를 이용하여 반응조에 공급되는 화학 제염제를 가열하고, 수화학 모니터링부를 이용하여 반응조에 공급되는 화학 제염제의 전기화학적 특성과 유량을 측정하는 공정 모니터링 단계와, (ⅲ) 공정 모니터링 종료 후 양이온 수지탑에 폐액을 공급하여 폐액 내의 금속이온을 제거하는 제1 분해 처리 단계와, (ⅳ) 폐액 분해 처리장치에서 폐액과 과산화수소를 혼합하고, 폐액과 과산화수소의 혼합물에 자외선을 조사하여 폐액을 분해하는 제2 분해 처리 단계와, (ⅴ) 혼상 수지탑에 폐액을 공급하여 폐액 내의 유기산과 잔류 금속이온을 제거하는 제3 분해 처리 단계를 포함한다.
수화학 모니터링부는 전기전도도 센서, ORP 센서, pH 센서, 및 유량계를 포함할 수 있으며, 제어부로 측정 결과를 출력할 수 있다. 제2 분해 처리 단계는, 냉각 코일이 설치된 혼합조에서 폐액과 과산화수소를 혼합하고, 냉각 코일의 냉각수 공급을 제어하여 최적의 반응 온도를 유지하며, 자외선 램프가 설치된 UV 반응조에서 폐액과 과산화수소의 혼합물에 자외선을 조사하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 실제 원전을 해체하기 전, 실험실 규모로 제작된 실시예의 계통 제염 공정 개발 장치를 이용하여 시편(제염 대상 계통)에 대한 제염 실험을 수행함으로써 운전에 필요한 변수들을 모니터링할 수 있고, 사전 화학 제염 정보를 축적하여 실제 원전 해체 시 제염 공정을 효율적으로 수행할 수 있으며, 작업자의 피폭을 방지할 수 있다. 또한, 폐액을 분해 처리하여 이온교환수지 등 2차 폐기물의 양을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원전 해체를 위한 계통 제염 공정 개발 장치의 구성도이다.
도 2 내지 도 5는 도 1에 도시한 계통 제염 공정 개발 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원전 해체를 위한 계통 제염 공정 개발 장치의 구성도이다.
도 1을 참고하면, 본 실시예의 계통 제염 공정 개발 장치(100)는 실제 원전의 예상 체적(대략 7,700ft3)과 원자로 냉각재 펌프(Reactor Coolant Pump, RCP)의 유량(대략 89,000gpm)을 바탕으로 그 규모를 대략 1/27,000로 하고, 순환 유량을 대략 0.3 내지 5L/min으로 제공할 수 있도록 축소 설계 및 제작된 것이다.
본 실시예의 계통 제염 공정 개발 장치(100)를 이용하면 순환 유량의 속도, 화학 제염제의 농도, 화학 제염 시 제염 완료 시점 등을 모니터링할 수 있으며, 각 구성요소들의 조작 등을 검증할 수 있다.
본 실시예의 계통 제염 공정 개발 장치(100)는 시편 장착을 위한 반응조(10)와, 반응조(10)에 연결되며 화학 제염제를 순환시키는 제1 순환 배관부(20)와, 제1 순환 배관부(20)에 설치된 온도 조절부(30) 및 수화학 모니터링부(40)와, 제1 순환 배관부(20)에 병렬로 설치된 이온교환 수지탑(50)과, 제2 순환 배관부(60)에 의해 이온교환 수지탑(50)에 연결 설치된 폐액 분해 처리장치(70)를 포함한다.
반응조(10), 제1 순환 배관부(20), 온도 조절부(30), 및 수화학 모니터링부(40)는 제염 공정 실험을 위한 구성요소이고, 이온교환 수지탑(50)과 제2 순환 배관부(60) 및 폐액 분해 처리장치(70)는 제염 공정 실험 완료 후 화학 제염제(폐액)를 분해 처리하기 위한 구성요소이다.
제1 순환 배관부(20)는 반응조(10)와 순수 저장 탱크(15) 및 제염제 저장 탱크(16)에 연결된다. 제1 순환 배관부(20)에서 제염제와 순수가 혼합되어 화학 제염제가 되고, 화학 제염제가 반응조(10)와 제1 순환 배관부(20)를 순환한다.
반응조(10) 내부에 시편이 장착되고, 반응조(10)는 실험자가 내부 상태를 관찰할 수 있도록 투명한 몸체로 제작될 수 있다. 반응조(10)의 상단에는 압력 측정을 위한 압력계가 설치될 수 있고, 반응조(10)의 하단에는 반응조(10) 내부의 화학 제염제를 배출하기 위한 제1 및 제2 배수 라인(11, 12)이 설치될 수 있다.
제1 배수 라인(11)은 농도 분석에 필요한 소량의 화학 제염제를 배출하는 용도로 사용될 수 있고, 제2 배수 라인(12)은 실험 종료 후 반응조(10) 내부의 화학 제염제를 배수하는 용도로 사용될 수 있다.
순수 저장 탱크(15)는 내부에 초순수를 저장하고, 제염제 저장 탱크(16)는 내부에 제염제를 저장한다. 복수의 제염제 저장 탱크(16)는 병렬로 설치된 적어도 하나의 산화제 탱크와 적어도 하나의 환원제 탱크를 포함할 수 있다. 산화제는 질산, 황산, 염산과 같은 무기산, 또는 과망간산을 포함할 수 있고, 환원제는 옥살산, 시트르산, 구연산과 같은 유기산을 포함할 수 있다.
제1 순환 배관부(20)는 순수 저장 탱크(15)와 제1 지점(A1)을 연결하는 제1 배관(L1)과, 제1 지점(A1)과 반응조(10)의 입구를 연결하는 제2 배관(L2)과, 반응조(10)의 출구와 제1 지점(A1)을 연결하는 제3 배관(L3)과, 제염제 저장 탱크(16)와 반응조(10)의 입구를 연결하는 제4 배관(L4)을 포함할 수 있다.
제1 지점(A1)에서 두 개의 유입관과 하나의 배출관이 접속된다. 두 개의 유입관은 제1 배관(L1)과 제3 배관(L3)이고, 하나의 배출관은 제2 배관(L2)이다.
제1 배관(L1)에는 제1 펌프(PM1)(순수 주입 펌프)가 설치되고, 제2 배관(L2)에는 제2 펌프(PM2)(순환 펌프)가 설치된다. 제4 배관(L4)에는 제3 펌프(PM3)(제염제 주입 펌프)가 설치된다. 제1 내지 제3 펌프(PM1, PM2, PM3) 각각의 전단에 제어 밸브가 위치하며, 후단에 일방향 밸브와 제어 밸브가 위치한다.
제1 펌프(PM1)와 제2 펌프(PM2)가 작동하면, 순수 저장 탱크(15)의 순수는 제1 배관(L1)과 제2 배관(L2)을 통해 반응조(10)에 투입되고, 제3 배관(L3)을 거쳐 제1 지점(A1)에서 다시 제2 배관(L2)으로 이동한다. 이러한 과정으로 순수는 제2 배관(L2)과 반응조(10) 및 제3 배관(L3)을 연속으로 순환한다.
이어서 제3 펌프(PM3)가 작동하면, 제염제 저장 탱크(16)의 제염제가 제4 배관(L4)을 통해 반응조(10)에 투입되어 순수와 혼합된다. 제염제와 순수가 혼합된 화학 제염제는 제3 배관(L3)을 거쳐 제1 지점(A1)에서 다시 제2 배관(L2)으로 이동하고, 제2 배관(L2)과 반응조(10) 및 제3 배관(L3)을 연속으로 순환한다.
온도 조절부(30)와 수화학 모니터링부(40) 및 이온교환 수지탑(50)은 제1 순환 배관부(20) 중 반응조(10)를 향해 화학 제염제가 이동하는 제2 배관(L2)에 설치될 수 있다.
온도 조절부(30)는 콘덴서(31)와 히터(32)를 포함할 수 있다. 콘덴서(31)는 제1 지점(A1)과 제2 펌프(PM2) 사이의 제2 배관(L2) 상에 위치할 수 있고, 히터(32)는 제2 펌프(PM2)와 반응조(10) 입구 사이의 제2 배관(L2) 상에 위치할 수 있다. 콘덴서(31)와 히터(32) 각각의 전단과 후단에 제어 밸브가 위치할 수 있다.
온도 조절부(30)는 화학 제염제의 온도를 실제 원전의 화학 제염 시 사용되는 화학 제염제의 온도와 같도록 유지시키는 기능을 한다. 반응조(10)에 공급되는 화학 제염제의 온도는 대략 80℃ 이상의 고온일 수 있다.
수화학 모니터링부(40)는 전기전도도(conductivity) 센서(41), ORP(산화-환원 전위, Oxidation-Reduction Potential) 센서(42), pH(수소이온 농도 지수) 센서(43), 및 유량계(44)를 포함할 수 있다. 전기전도도 센서(41), ORP 센서(42), pH 센서(43), 및 유량계(44)는 제2 펌프(PM2)와 히터(32) 사이의 제2 배관(L2) 상에 연속으로 배열될 수 있다. 수화학 모니터링부(40)의 전단과 후단에 제어 밸브가 위치할 수 있다.
전기전도도 센서(41)와 ORP 센서(42) 및 pH 센서(43)는 각각 화학 제염제의 도전율, 산화-환원 전위, 및 수소이온 농도지수를 측정하며, 화학 제염제의 전기/화학적 성질을 감지한다. 유량계(44)는 화학 제염제의 유량을 측정하여 화학 제염제의 유속과 유량 변화를 감지한다.
계통 제염 공정 개발 장치(100)는 병렬로 연결된 두 세트의 제2 펌프(PM2)와, 병렬로 연결된 두 세트의 수화학 모니터링부(40)를 포함할 수 있다. 이 경우, 한 세트의 제2 펌프(PM2) 또는 한 세트의 수화학 모니터링부(40)에 이상 발생 시, 다른 세트의 제2 펌프(PM2) 또는 다른 세트의 수화학 모니터링부(40)를 사용할 수 있으므로, 이상 발생 시에도 화학 제염제 순환을 멈추지 않고 연속으로 공정을 진행할 수 있다.
제2 배관(L2)은 제2 펌프(PM2)를 우회하는 제1 우회 라인(21)과, 수화학 모니터링부(40)를 우회하는 제2 우회 라인(22)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 우회 라인(21, 22) 각각에 제어 밸브가 설치될 수 있다. 제2 펌프(PM2)와 수화학 모니터링부(40)를 사용하지 않을 때, 제1 및 제2 우회 라인(21, 22)이 사용될 수 있다.
이온교환 수지탑(50)은 제염 공정 실험 및 폐액 분해처리 완료 후 내부에 충진된 이온교환 수지를 이용하여 화학 제염제(폐액) 내의 금속이온과 유기산을 제거하는 기능을 한다. 이온교환 수지탑(50)의 입구는 제2 펌프(PM2)와 수화학 모니터링부(40) 사이의 제2 배관(L2)에 병렬로 접속될 수 있다.
이온교환 수지탑(50)은 병렬로 연결된 적어도 하나의 양이온 수지탑(51)과 적어도 하나의 혼상 수지탑(52)을 포함할 수 있다. 혼상 수지탑(52)은 양이온교환 수지와 음이온교환 수지를 포함한다. 양이온 수지탑(51)과 혼상 수지탑(52) 각각의 입구와 출구에 제어 밸브가 설치되어 폐액이 통과할 특정 수지탑이 선택될 수 있다.
도 1에서는 두 개의 양이온 수지탑(51)과 두 개의 혼상 수지탑(52)으로 구성된 이온교환 수지탑(50)을 도시하였으나, 이온교환 수지탑(50)은 도시한 예시로 한정되지 않는다.
폐액 분해 처리장치(70)는 이온교환 수지탑(50)을 통과한 폐액을 무해한 물질로 분해 처리하는 기능을 한다. 폐액 분해 처리장치(70)는 폐액과 과산화수소를 혼합하는 혼합조(71)와, 내부에 자외선(UV) 램프가 설치된 UV 반응조(72)를 포함할 수 있다.
혼합조(71)의 입구는 이온교환 수지탑(50) 및 과산화수소 탱크(73)와 연결되며, 혼합조(71) 내부에서 이온교환 수지탑(50)을 통과한 폐액과 과산화수소가 혼합된다. 혼합조(71) 내부에는 냉각수가 순환하는 냉각 코일(74)이 설치되어 혼합조(71) 내부의 용액 온도를 제어한다.
제4 펌프(PM4)가 설치된 제1 내부 순환 라인(75)이 혼합조(71)에 연결 설치될 수 있다. 혼합조(71) 내부의 용액은 제1 내부 순환 라인(75)과 혼합조(71)를 순환하면서 혼합조(71)에서 과산화수소와 혼합된다.
UV 반응조(72)의 입구는 제5 펌프(PM5)가 설치된 제2 내부 순환 라인(76)에 의해 혼합조(71)의 출구와 연결되고, UV 반응조(72)의 출구는 제3 내부 순환 라인(77)에 의해 혼합조(71)의 입구와 연결된다. 혼합조(71) 내부의 폐액은 제2 및 제3 내부 순환 라인(76, 77)에 의해 UV 반응조(72)와 혼합조(71)를 연속으로 순환하며 광화학적 분해가 이루어진다. 제3 내부 순환 라인(77)에는 폐액의 온도, pH 등의 상태를 모니터링하기 위한 센서(78)가 설치될 수 있다.
제2 순환 배관부(60)는 이온교환 수지탑(50) 및 폐액 분해 처리장치(70), 예를 들어 혼합조(71)에 연결되며, 폐액을 순환시킨다. 제2 순환 배관부(60)는 이온교환 수지탑(50)의 출구와 혼합조(71)의 입구를 연결하는 제5 배관(L5)과, 혼합조(71)의 출구와 이온교환 수지탑(50)의 입구를 연결하는 제6 배관(L6)을 포함한다. 제6 배관(L6)은 제1 내부 순환 라인(75)에 접속될 수 있다.
한편, UV 반응조(72)가 생략되고 자외선 램프가 혼합조(71) 내부에 설치되어 혼합조(71)에서 자외선에 의한 광화학적 분해가 이루어질 수 있다. 도 1에서는 혼합조(71)와 UV 반응조(72)가 분리 설치된 폐액 분해 처리장치(70)를 도시하였으나, 폐액 분해 처리장치(70)는 도시한 예시로 한정되지 않는다.
계통 제염 공정 개발 장치(100)는 제어부(80)를 더 포함한다. 제어부(80)는 PLC(Programmable Logic Controller) 또는 MMI(Man-Machine Interface)로 명칭될 수 있으며, 모니터를 포함하는 통상의 컴퓨터로 구성될 수 있다.
제어부(80)는 계통 제염 공정 개발 장치(100)에 포함된 제1 내지 제5 펌프(PM1~PM5) 및 복수의 제어 밸브와 전기적으로 연결되어 이들의 작동을 제어한다. 또한, 제어부(80)는 온도 조절부(30)와 수화학 모니터링부(40)를 구성하는 전기전도도 센서(41), ORP 센서(42), pH 센서(43), 및 유량계(44)와 전기적으로 연결되며, 이들로부터 측정 신호를 입력받아 저장하고 분석한다.
전술한 구성의 계통 제염 공정 개발 장치(100)의 구동 방법은, 반응조(10)와 제1 순환 배관부(20)의 일부에서 화학 제염제를 순환시키는 화학 제염제 순환 단계와, 온도 조절부(30)를 이용하여 화학 제염제를 가열하고, 수화학 모니터링부(40)를 이용하여 화학 제염제의 전기화학적 특성과 유량을 측정하는 공정 모니터링 단계를 포함한다.
또한, 계통 제염 공정 개발 장치(100)의 구동 방법은, 양이온 수지탑(51)을 이용하여 폐액 내의 금속이온을 제거하는 제1 분해 처리 단계와, 폐액 분해 처리장치(70)에서 폐액과 과산화수소를 혼합하고 자외선을 조사하여 폐액을 분해하는 제2 분해 처리 단계와, 혼상 수지탑(52)을 이용하여 폐액의 잔존 금속이온과 유기산을 제거하는 제3 분해 처리 단계를 포함한다.
도 2 내지 도 5는 도 1에 도시한 계통 제염 공정 개발 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 구성도이다. 도 2는 화학 제염제 순환 단계를 나타내고, 도 3은 공정 모니터링 단계를 나타낸다. 도 4는 제1 및 제2 분해 처리 단계를 나타내고, 도 5는 제3 분해 처리 단계를 나타낸다.
도 2를 참고하면, 제1 펌프(PM1)와 제2 펌프(PM2)의 작동으로 순수 저장 탱크(15)의 순수가 제1 배관(L1)과 제2 배관(L2)을 통해 반응조(10)에 투입되고, 반응조(10)의 출구와 제3 배관(L3)을 거쳐 제1 지점(A1)에서 다시 제2 배관(L2)으로 이동한다.
그리고 제3 펌프(PM3)의 작동으로 제염제 저장 탱크(16)의 제염제가 제4 배관(L4)을 통해 반응조(10)에 투입되어 순수와 혼합된다. 제염제와 순수가 혼합된 화학 제염제는 제3 배관(L3)을 거쳐 제1 지점(A1)에서 다시 제2 배관(L2)으로 이동하며, 제2 배관(L2)과 반응조(10) 및 제3 배관(L3)을 연속으로 순환한다.
도 3을 참고하면, 화학 제염제의 농도가 설정치를 만족하면 제1 펌프(PM1)와 제3 펌프(PM3)의 가동이 중지되고, 화학 제염제는 제2 배관(L2)과 반응조(10) 및 제3 배관(L3)을 연속으로 순환한다. 온도 조절부(30)는 화학 제염제의 온도를 실제 원전의 화학 제염 시 사용되는 화학 제염제의 온도와 같아지도록 한다.
원전의 계통을 구성하는 주요 금속 부품은 원전을 순환하는 증기 또는 냉각수에 의해 부식이 발생하며, 그 표면에 미량의 부식 생성물로서 고착성 금속산화물이 생성된다. 고착성 금속산화물은 방사성 물질에 의해 오염되어 원전의 계통 내에 방사성 물질을 누적시키고, 주변의 작업자들에게 피폭을 유발한다.
반응조(10) 내부에 장착되는 시편은 원전의 계통을 구성하는 금속 부품의 시편으로서, 방사성 물질에 오염된 고착성 금속산화물이 시편의 표면에 위치한다. 반응조(10)는 최대 온도 150℃, 최대 압력 2.5bar의 환경을 유지하면서 시편이 장착된 내부에 화학 제염제가 순환하도록 제작될 수 있다.
화학 제염제가 제2 배관(L2)과 반응조(10) 및 제3 배관(L3)을 순환하는 과정에서, 수화학 모니터링부(40)를 이용한 계측 분석이 이루어진다. 구체적으로, 실험자는 제어부(80)에 의해 공정 조건을 정밀하게 제어하면서 운전에 필요한 변수들, 예를 들어 화학 제염제의 유량, 온도, 압력, 수위, 전도도, pH 등을 실시간으로 계측할 수 있고, 계측 결과를 이용하여 화학 제염 완료 시점을 도출할 수 있다.
이때 반응조(10)에서 채취한 화학 제염제의 농도 분석 결과도 화학 제염 완료 시험을 도출하는데 필요한 자료로 이용될 수 있다. 또한, 실험자는 제어부(80)의 데이터베이스를 이용하여 과거 자료의 검색과 추이 분석을 수행할 수 있다.
도 4를 참고하면, 제염 공정 실험이 완료된 후 폐액은 양이온 수지탑(51)으로 공급되고, 양이온 수지탑(51)을 통과하며 폐액 중의 금속이온이 제거된다. 양이온 수지탑(51)에서 배출된 폐액은 제5 배관(L5)을 통해 혼합조(71)로 이동한다.
혼합조(71)에서 폐액은 과산화수소와 혼합되며, UV 반응조(72)에서 자외선을 조사받아 광화학적인 분해가 이루어진다. 예를 들어, 폐액과 과산화수소 혼합물은 자외선에 의해 이산화탄소와 물로 분해될 수 있다. 혼합조(71)에서 폐액이 분해될 때 최적의 반응 온도를 유지할 수 있도록 냉각 코일(74)의 작동이 제어될 수 있다.
도 5를 참고하면, 혼합조(71)의 폐액은 제6 배관(L6)을 통해 혼상 수지탑(52)으로 공급되고, 혼상 수지탑(52)을 통과하며 폐액에 잔존하는 금속이온과 유기산이 제거된다. 혼상 수지탑(52)에서 배출된 폐액은 배수되거나 반응조(10)를 순환한 다음 배수될 수 있다.
계통 제염 공정 개발 장치(100)의 모든 구성요소들은 하나의 번들에 부착되어 이동이 용이하며, 모든 구성요소와 배관은 완전 배수가 가능한 구성으로 이루어진다. 본 실시예의 계통 제염 공정 개발 장치(100)를 이용하면 실제 원전에서 실행할 수 없는 계통 제염 공정을 실험실 규모에서 수행할 수 있고, 실험 결과를 이용하여 실제 원전 해체 시 1차 계통의 화학 제염을 효율적으로 진행할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100: 계통 제염 공정 개발 장치
10: 반응조 20: 제1 순환 배관부
30: 온도 조절부 40: 수화학 모니터링부
50: 이온교환 수지탑 60: 제2 순환 배관부
70: 폐액 분해 처리장치 80: 제어부

Claims (11)

  1. 원전 계통의 금속 부품에 대응하는 시편을 내부에 장착한 반응조;
    상기 반응조와 순수 저장 탱크 및 제염제 저장 탱크를 연결하며, 상기 반응조에 화학 제염제를 공급 및 순환시키는 제1 순환 배관부;
    상기 제1 순환 배관부에 설치되며, 상기 반응조에 공급되는 화학 제염제를 가열하는 온도 조절부;
    상기 제1 순환 배관부에 설치되며, 상기 반응조에 공급되는 화학 제염제의 유량과 전기화학적 특성을 측정하는 수화학 모니터링부;
    상기 제1 순환 배관부에 병렬로 접속되며, 제염 공정 및 폐액 분해 후의 폐액을 처리하기 위한 양이온 수지탑과 혼상 수지탑을 포함하는 이온교환 수지탑; 및
    제2 순환 배관부에 의해 상기 이온교환 수지탑에 연결 설치된 폐액 분해 처리장치를 포함하며,
    상기 폐액 분해 처리장치는, 폐액과 과산화수소를 혼합하는 혼합조와, 상기 혼합조의 내부에 설치되며 냉각수가 순환하는 냉각 코일과, 폐액과 과산화수소의 혼합물에 자외선을 조사하여 광화학 반응을 유도하는 자외선 램프가 설치된 UV 반응조를 포함하는 원전 해체를 위한 계통 제염 공정 개발 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시편은 방사성 물질에 오염된 고착성 금속산화물을 포함하며,
    상기 반응조의 상단에 압력을 측정하는 압력계가 설치되고, 상기 반응조의 하단에 화학 제염제의 농도 분석을 위한 배수 라인이 설치되는 원전 해체를 위한 계통 제염 공정 개발 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 온도 조절부는 콘덴서와 히터를 포함하며, 화학 제염제의 온도를 실제 원전 계통의 화학 제염 시와 같은 온도로 유지시키는 원전 해체를 위한 계통 제염 공정 개발 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수화학 모니터링부는 전기전도도(conductivity) 센서, ORP(산화-환원 전위, Oxidation-Reduction Potential) 센서, pH(수소이온 농도지수) 센서, 및 유량계를 포함하며, 제어부로 측정 결과를 출력하는 원전 해체를 위한 계통 제염 공정 개발 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 양이온 수지탑과 상기 혼상 수지탑 각각의 입구와 출구에 제어 밸브가 설치되어 폐액이 통과할 특정 이온교환 수지탑이 개방되고,
    제염 공정 완료 후 폐액은 상기 양이온 수지탑을 거치며 금속이온이 제거되고, 상기 폐액 분해 처리장치에서 분해되며, 상기 혼상 수지탑을 거치며 유기산과 잔류 금속이온이 제거되는 원전 해체를 위한 계통 제염 공정 개발 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 순환 배관부는 상기 순수 저장 탱크와 제1 지점을 연결하는 제1 배관과, 상기 제1 지점과 상기 반응조의 입구를 연결하는 제2 배관과, 상기 반응조의 출구와 상기 제1 지점을 연결하는 제3 배관과, 상기 제염제 저장 탱크와 상기 반응조의 입구를 연결하는 제4 배관을 포함하며,
    상기 온도 조절부와 상기 수화학 모니터링부는 상기 제2 배관에 설치되는 원전 해체를 위한 계통 제염 공정 개발 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 이온교환 수지탑은 상기 제2 배관에 병렬로 접속되며,
    상기 제2 순환 배관부는 상기 이온교환 수지탑의 출구와 상기 폐액 분해 처리장치의 입구를 연결하는 제5 배관과, 상기 폐액 분해 처리장치의 출구와 상기 이온교환 수지탑의 입구를 연결하는 제6 배관을 포함하는 원전 해체를 위한 계통 제염 공정 개발 장치.
  9. 제1항의 원전 해체를 위한 계통 제염 공정 개발 장치의 구동 방법에 있어서,
    상기 반응조에 순수와 제염제를 공급하고, 상기 반응조와 상기 제1 순환 배관부의 일부에서 화학 제염제를 순환시키는 화학 제염제 순환 단계;
    상기 온도 조절부를 이용하여 상기 반응조에 공급되는 화학 제염제를 가열하고, 상기 수화학 모니터링부를 이용하여 상기 반응조에 공급되는 화학 제염제의 전기화학적 특성과 유량을 측정하는 공정 모니터링 단계;
    상기 공정 모니터링 종료 후 상기 양이온 수지탑에 폐액을 공급하여 폐액 내의 금속이온을 제거하는 제1 분해 처리 단계;
    상기 폐액 분해 처리장치에서 폐액과 과산화수소를 혼합하고, 폐액과 과산화수소의 혼합물에 자외선을 조사하여 폐액을 분해하는 제2 분해 처리 단계; 및
    상기 혼상 수지탑에 폐액을 공급하여 폐액 내의 유기산과 잔류 금속이온을 제거하는 제3 분해 처리 단계
    를 포함하는 원전 해체를 위한 계통 제염 공정 개발 장치의 구동 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 수화학 모니터링부는 전기전도도(conductivity) 센서, ORP(산화-환원 전위, Oxidation-Reduction Potential) 센서, pH(수소이온 농도지수) 센서, 및 유량계를 포함하며, 제어부로 측정 결과를 출력하는 원전 해체를 위한 계통 제염 공정 개발 장치의 구동 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2 분해 처리 단계는,
    냉각 코일이 설치된 혼합조에서 폐액과 과산화수소를 혼합하고,
    상기 냉각 코일의 냉각수 공급을 제어하여 최적의 반응 온도를 유지하며,
    자외선 램프가 설치된 UV 반응조에서 폐액과 과산화수소의 혼합물에 자외선을 조사하는 과정을 포함하는 원전 해체를 위한 계통 제염 공정 개발 장치의 구동 방법.
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JP2010266393A (ja) * 2009-05-18 2010-11-25 Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd 化学除染方法
WO2017076431A1 (en) * 2015-11-03 2017-05-11 Areva Gmbh Method of decontaminating metal surfaces in a heavy water cooled and moderated nuclear reactor

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