KR102462094B1 - 전극 방오시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전극으로 염소산화물을 발생시켜 배관 내에 해양생물이 부착하는 것을 방지하는 전극 방오시스템으로, 전극이 배관의 내주면을 따라 벽면에 근접하게 설치되어 벽면에서 높은 농도의 염소산화물이 유지되도록 한다.
본 발명에 따른 전극 방오시스템은 방오영역인 냉각배관의 내주면에서만 해양생물이 불활성화하는 농도를 유지할 수 있도록 적은 양의 염소산화물을 생성하여 전력소모량을 감소시킴과 동시에, 과잉의 염소산화물로 인해 발생하는 유해성 소독부산물을 최소화할 수 있는 효과를 가진다.

Description

전극 방오시스템{Antifouling system using electrodes}

본 발명은 전극 방오시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉각배관 내에 해양생물이 부착하는 것을 방지하기 위해 배관 내에 염소산화물을 발생시키는 전극 및 그 제어시스템에 관한 것이다.

원자력 발전소나 화력 발전소에서는 일반적으로 해수를 냉각수로 사용하고 있으나, 해수 중의 해양생물은 배관 폐색, 설비 고장 등의 문제를 야기하여 발전효율의 저하를 초래한다.

이를 방지하기 위해 드럼 스크린, 회전 스크린 등의 구동식 스크린을 이용한 기계적인 방법으로 해수 중의 해양생물을 제거하고 있지만, 일정크기 이하의 생물 유충 및 미생물 등의 해양생물을 제거하기는 어려우며, 이러한 생물 유충 및 미생물 등의 해양생물은 배관이나 설비의 내벽에 달라붙어 성장하며 문제를 야기한다.

생물 유충 및 미생물 등의 해양생물로 인한 상기 문제를 해결하기 위해 일반적으로 염소산화물의 투입을 채택하고 있으며, 이러한 염소산화물의 투입은 발전소의 냉각배관 계열에 흔히 사용되는 방오방법이기는 하나, 염소산화물의 저장·이송

등을 위한 설비의 구축에 많은 비용이 소요되고 화학물 안전관리도 요구된다.

또한, 염소산화물 투입방식은 방오영역(배관 내벽)의 잔류 염소량에 대한 확인이 어려워 최적의 염소투입량을 산정할 수 없으며, 따라서 방오영역(배관 내벽)에서의 유효 염소량을 확보하기 위해 고농도의 염소를 투입하게 되며, 이로 인해 방오에 많은 비용이 소요되고 유해한 소독부산물도 다량으로 발생하게 된다.

또한, pH·수온·유기물 농도의 변화·조수 차이에 따른 수위변화 등, 실시간으로 변화하는 해수의 특성을 반영한 적절한 염소량 투입이 이루어지지 못하는 문제점을 안고 있다.

이에 따라 방오영역인 냉각배관의 내주면에만 생물이 불활성하는 농도를 유지할 수 있도록 적은 양의 염소산화물을 생성하는 전극 방오시스템의 개발이 시급한 실정이다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 방오영역인 냉각배관의 내주면에서만 고농도의 염소산화물을 생성하여, 방오효과는 최대화하고 염소산화물의 생성량은 최소화하여 전력소비량을 감소시키는 전극 방오시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 방오영역인 냉각배관의 내주면에서만 해양생물이 불활성화하는 염소산화물의 농도를 유지할 수 있도록, 적은 양의 염소산화물을 생성하여 염소산화물로 인해 발생하는 유해한 소독부산물을 최소화할 수 있는 전극 방오시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전극으로 염소산화물을 발생시켜 배관 내에 해양생물이 부착하는 것을 방지하는 전극 방오시스템에 있어서, 상기 전극이 배관의 내주면을 따라 벽면에 근접하게 설치되어 벽면에서 높은 농도의 염소산화물이 유지되는 전극 방오시스템을 제공한다.

여기서 전극의 양극과 음극은 최적의 전류밀도를 갖도록 서로 5~20cm의 거리를 두고 설치된다.

또한, 여기서 전극은 배관의 연장된 길이방향을 따라 일정한 간격를 두고 연속적으로 설치되고, 상기 전극의 주변에 ORP 미터가 설치되어 상기 ORP 미터의 산화환원전위값으로 배관 벽면의 염소 농도가 측정되며, 배관 벽면에서 염소의 일정농도가 유지되도록 전극마다 피드백으로 제어된 전류가 공급된다.

또한, 여기서 ORP 미터는 배관 내 냉각수의 흐름 방향으로 보아 주변 전극보다 상류에 설치된다.

또한, 여기서 배관 벽면에서의 염소 농도가 1ppm으로 유지되도록 제어된다.

또한, 여기서 전극 표면의 스케일(염) 제거를 위해 초음파 세척기를 더 구비한다.

또한, 여기서 배관의 연장된 길이방향을 따라 n+1번째 전극 주변의 관내 염소농도를 ORP 미터로 측정하고, 그 농도를 기준으로 n번째 전극의 전류량을 조절하여, 전극의 설치구간별로 방오에 필요한 염소산화물의 최소농도를 유지하도록 각 전극에서의 최적염소량 생성을 위한 피드백 제어로직을 가진다.

본 발명에 따른 전극 방오시스템은 방오영역인 냉각배관의 내주면에서만 고농도의 염소산화물을 생성하여, 방오효과는 최대화하고 염소산화물의 생성량은 최소화하여 전력소비량을 감소시키는 효과를 가진다.

또한, 본 발명에 따른 전극 방오시스템은 방오영역인 냉각배관의 내주면에서만 생물이 불활성화하는 염소산화물의 농도를 유지할 수 있도록, 적은 양의 염소산화물을 생성하여 염소산화물로 인해 발생하는 유해한 소독부산물을 최소화할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 방오시스템에서 냉각배관 내의 전극배치를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 방오시스템에서 각 전극에서의 최적염소량 생성을 위한 피드백 제어로직이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 방오시스템에서 배관의 내주면을 따라 벽면에서 높은 염소농도가 유지되는 컴퓨터 시뮬레이션 결과이다.
도 4는 종래기술과 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 방오시스템의 배관 내 염소산화물의 농도분포를 대비하여 나타낸 개념도이다.
도 5는 종래기술과 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 방오시스템의 배관 길이에 따른 벽면에서의 염소 농도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 종래기술과 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 방오시스템의 상대적인 염소 요구량을 나타내는 그래프이다.
도 7, 도 8은 종래기술과 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 방오시스템의
목표 염소 발생량에 따른 유해 소독부산물 발생량을 비교한 그래프이다.
도 9는 ORP와 염소 농도와의 관계를 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 설명한다.

본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능이 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 것으로 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 방오시스템에서 냉각배관 내의 전극배치를 나타내는 개념도이다.

도 1에 의하면 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 방오시스템은 산화전극(20)이 냉각배관(10)의 내주면을 따라 벽면에 근접하게 설치되어 벽면에서 높은 농도의 염소산화물이 발생되도록 구성된다.

아울러 전극의 양극(산화전극: 20)과 음극(30)은 최적의 전류밀도를 갖도록 5~20cm 거리를 두고 벽면 지지대에 부착되어 설치되고, 각 전극에는 전류밀도 감소를 초래하는 표면 스케일(염)을 제거할 수 있도록 초음파 세척기(40)가 구비된다.

또한, 각 전극의 전원 공급선(50)은 부식 및 교체를 용이하게 하기 위해 전극의 벽면 지지대 내부에 설치된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전극 방오시스템은 ORP(산화환원전위) 미터(60)를 산화전극(20)의 주변에 설치하되, 배관 내 냉각수의 흐름 방향(70)으로 보아 주변의 산화전극(20)보다 상류에 설치한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전극 방오시스템은 ORP 미터(60) 및 산화전극(20)을 냉각배관(10)의 연장된 길이방향을 따라 일정한 간격을 두고 연속적으로 설치한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전극 방오시스템은 ORP 미터(60)의 산화환원전위값으로 냉각배관(10) 벽면의 염소 농도를 측정하고, 해양생물이 불활성화하는 염소 농도(1ppm)를 유지하도록 산화전극마다 피드백으로 제어된 전류를 공급한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 방오시스템에서 각 산화전극에서의 최적염소량 생성을 위한 피드백 제어로직으로, 본 발명에 따른 제어로직은 냉각배관의 연장된 길이방향을 따라 n+1번째 산화전극 주변의 관내 염소 농도를 ORP 미터로 측정하고, 그 농도를 기준으로 n번째 산화전극의 전류량을 조절하여, 산화전극의 설치 구간별로 방오에 필요한 염소산화물의 최소농도를 유지하도록 설정된다.

아울러 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 방오시스템은 상기와 같이 냉각배관의 연장된 길이방향을 따라 n+1번째 산화전극 주변의 관내 염소농도를 기준으로 n번째 산화전극의 전류량을 조절하는 제어로직을 통해, 각 산화전극의 설치구간별 전극의 전력 소요량이 각기 다르게 제어될 수 있으며, 또한, 기울기나 꺾임 등에 의해 유로가 급격하게 변화하는 냉각배관의 경우에도, 급격한 유로변경에 따른 급격한 벽면 염소 농도의 변화에 대응하여 최적량의 염소산화물을 공급할 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 방오시스템에서 배관의 내주면을 따라 벽면에서 높은 염소 농도가 유지되는 컴퓨터 시뮬레이션 결과로, 실제 원자력발전소의 냉각수 취수관 내의 유량(14m³/s) 및 배관 직경(2m)을 상정하여 얻은 결과이다.

또한, 도 3은 배관의 내주면을 따라 내벽에 근접하게 설치된 전극을 포함한 냉각수 취수관의 단면도로, 흰색 막대는 전극을 의미하고, 검은색은 취수관(콘크리트)의 단면을 의미하며, 파란색에서 붉은색까지의 색 분포는 해수 중 염소의 농도를 그래픽으로 표현한 것이다.

시뮬레이션 결과에 따르면 배관 내의 유체흐름이 레이놀즈수 1,000,000에 달하는 난류임에도 불구하고, 4~5m/s에 달하는 빠른 유속으로 인해 벽면을 따라 1.5~10mg/L의 염소농도가 50m 가량 유지될 수 있는 것으로 나타났으며, 높은 염소 농도가 유지되는 이러한 영역은 생물오염이 가장 집중된 냉각수 취수관의 전단으로, 최대의 방오효과가 기대되는 영역이다.

도 4는 종래기술과 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 방오시스템의 배관 내 염소산화물의 농도분포를 대비하여 나타낸 개념도이다.

도 4에 의하면 종래의 염소투입방법은 일정농도의 염소산화물을 배관의 모든 부분에서 일정하게 유지하는 반면에, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 방오시스템에서는 배관의 내주면에서만 생물이 불활성화하는 농도를 유지함으로써, 종래기술과 대비하여 적은 양의 염소산화물을 필요로 하고, 과잉의 염소산화물로 인해 발생하는 유해한 부산물을 최소화할 수 있음을 미루어 짐작할 수 있다.

도 5는 종래기술과 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 방오시스템의 배괸 길이에 따른 벽면에서의 염소 농도의 변화를 나타내는 그래프이고, 도 6은 종래기술과 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 방오시스템의 상대적인 염소 요구량을 나타내는 그래프이다.

도 5, 도 6에서 종래기술(Direct injection)과 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 방오시스템(in-situ electrochlorination)은 모두 배관 종단에서 염소농도가 0.5mg/L가 되도록 설계되었다.

도 5에 의하면 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 방오시스템은 벽면에서 1~10mg/L의 높은 염소 농도를 나타내는 반면, 종래기술은 목표 설계치인 0.5mg/L에 불과하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 방오시스템이 배관 벽면에서 더 높은 방오효과를 가질 수 있음을 알 수 있다.

또한, 도 6에 의하면 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 방오시스템은 벽면에 염소를 집중함에 따라 종래기술보다 필요 염소량을 3.3배나 줄일 수 있음을 알 수 있다.

도 7, 도 8은 종래기술과 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 방오시스템의

목표 염소 발생량에 따른 유해 소독부산물(ClO₃ ^-)의 발생량을 비교한 그래프이다.

도 7에 의하면 종래의 염소투입방법은 목표 염소량을 맞추기 위해 순간적으로 고농도의 염소가 투입됨에 따라 유해 소독부산물이 수십에서 수백 ㎍/L 발생한다.

그러나, 도 8에 의하면 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 방오시스템은 전극에서 생성된 염소가 바로 희석되어 배관 내에 고농도로 존재하지 않아 유해 소독부산물이 적게 발생함을 알 수 있다.

도 9는 ORP와 염소 농도와의 관계를 나타낸 그래프로서, ORP 미터를 이용하면 간접적으로 해수 중 염소의 농도를 측정할 수 있다. 이를 이용하여 각 산화전극 주변에 ORP 미터를 설치하여 각 산화전극의 설치구간별 염소 농도를 실시간으로 추정할 수 있다.

이를 바탕으로 각 산화전극의 설치구간별 필요 염소요구량을 계산할 수 있고, 그에 따른 각 산화전극의 설치구간별 최적 투입전력의 산정이 가능하여, 염소요구량을 최소화하고, 전력비용을 최소화할 수 있다.

상기와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 방오시스템을 예시된 도면을 참조하면서 설명하였으나, 본 발명은 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며 본 발명의 기술사상 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음을 첨언한다.

10: 냉각배관
20: 산화전극(양극)
30: 음극
40: 초음파 세척기
50: 전원 공급선
60: ORP 미터
70: 냉각수의 흐름 방향

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 전극으로 염소산화물을 발생시켜 배관 내에 해양생물이 부착하는 것을 방지하는 전극 방오시스템에 있어서,
   상기 전극이 배관의 연장된 길이방향을 따라 일정한 간격을 두고 연속적으로 설치되되, 배관의 내주면을 따라 벽면에 근접하게 설치되어 벽면에서 높은 농도의 염소산화물이 유지되고, 상기 전극의 주변에 ORP 미터가 설치되어 상기 ORP 미터의 산화환원전위값으로 배관 벽면의 염소 농도가 측정되며, 배관 벽면에서 염소의 일정농도가 유지되도록 전극마다 피드백으로 제어된 전류가 공급되는 전극 방오시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 ORP 미터가 배관 내 냉각수의 흐름 방향으로 보아 주변 전극보다 상류에 설치되는 전극 방오시스템.
5. 제3항에 있어서,
   상기 배관벽면에서의 염소 농도가 1ppm으로 유지되도록 제어되는 전극 방오시스템.
6. 제3항에 있어서,
   상기 전극 표면의 스케일 제거를 위해 초음파 세척기를 더 구비하는 전극 방오시스템.
7. 제4항에 있어서,
   배관의 연장된 길이방향을 따라 n+1번째 전극 주변의 관내 염소 농도를 ORP 미터로 측정하고, 그 농도를 기준으로 n번째 전극의 전류량을 조절하여, 전극의 설치구간별로 방오에 필요한 염소산화물의 최소농도를 유지하도록 각 전극에서의 최적염소량 생성을 위한 피드백 제어로직을 가지는 전극 방오시스템.

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