KR102482934B1 - 계통 제염 설비 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 계통 제염 설비는 원자로, 원자로와 연결되어 있으며 증기 발생기를 포함하는 냉각 계통, 냉각 계통과 연결되어 있는 제염 장치를 포함하고, 제염 장치는 상기 냉각 계통에 압축 공기를 주입하는 압축 펌프, 압축 공기와 함께 유입되는 강구를 공급하는 강구 공급 장치, 냉각 계통 내에 설치되면 서로 이격되어 있는 한 쌍의 스트레이너를 포함한다.

Description

계통 제염 설비{SYSTEM DECONTAMINATION FACILITIES}
본 발명은 계통 제염 설비에 관한 것으로, 특히 원전 해체 시 1차 계통의 제염을 위한 계통 제염 설비에 관한 것이다.
원자력발전소는 원자로 내에서의 핵분열성물질의 연쇄 핵분열반응을 인공적으로 제어하여 열을 발생시키거나 방사성 동위원소 및 플로토늄의 생산, 또는 방사선장 형성 등이 이루어진다.
원자력발전소는 원자로를 중심으로 많은 개별적 기능을 가진 계통, 예를 들어 원자로 냉각재계통(원자로압력용기, 증기 발생기, 가압기, 주요 배관 등), 화학 및 체적 제어 계통, 잔열 제거 계통 등으로 이루어진다.
이러한 계통 내에는 방사능 물질이 존재하며, 방사선에 의해서 작업자가 피폭될 수 있다.
따라서, 원자력발전소의 영구 정지 직후, 방사능 물질로 인해서 해체 작업자의 방사선 피폭을 저감시키고, 발전소 해체 및 철거 작업의 사전 용이성을 확보하기 위하여, 방사능으로 오염된 전체 계통에 대하여 화학적 계통제염을 수행할 필요가 있다.
그러나, 화학적 제염이 완전하게 이루어지지 않거나, 계통의 내벽에 형성된 산화막의 두께가 두꺼운 경우, 산화막이 완전히 제거되지 않아 방사능 농도의 저감이 현저히 저하되지 않는다.
따라서, 본 발명은 원자력발전소 해체 시 전(全) 계통의 제염을 더욱 효과적으로 진행할 수 있는 계통 제염 설비를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 계통 제염 설비는 원자로, 원자로와 연결되어 있으며 증기 발생기를 포함하는 냉각 계통, 냉각 계통과 연결되어 있는 제염 장치를 포함하고, 제염 장치는 상기 냉각 계통에 압축 공기를 주입하는 압축 펌프, 압축 공기와 함께 유입되는 강구를 공급하는 강구 공급 장치, 냉각 계통 내에 설치되면 서로 이격되어 있는 한 쌍의 스트레이너를 포함한다.
상기 압축 펌프는 상기 냉각 계통의 제1 부분과 상기 냉각 계통의 제2 부분과 연결되어 서로 다른 부분에서 상기 압축 공기를 주입하고, 제1 부분은 상기 냉각 계통을 흐르는 유체의 흐름과 동일한 방향이고, 제2 부분은 상기 유체의 흐름과 교차하는 방향일 수 있다.
상기 압축 펌프와 상기 냉각 계통의 제1 부분 사이에 연결되어 있는 벤튜리를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 부분은 상기 스트레이너 사이에 위치하는 제염 배관 밖에 위치하고, 제2 부분은 상기 제염 배관의 측벽에 연결될 수 있다.
상기 강구는 금속 구슬, 금속 구슬 위에 형성되어 있는 화학물질층을 포함할 수 있다.
상기 금속 구슬은 강구 또는 주강구로 이루어지고, 화학물질층은 과망 간산칼륨, 옥살산 및 불화붕산(HBF4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 강구의 지름은 10mm ~ 30mm일 수 있다.
상기 원자로와 상기 증기 발생기 사이에 연결된 고온관, 증기 발생기와 상기 원자로 사이에 연결되며 냉각 펌프를 포함하는 저온관을 포함할 수 있다.
상기 저온관은 복수로 연결될 수 있다.
상기 냉각 계통은 복수로 연결되고, 어느 한 계열의 냉각 계통은 가압기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 원전 해체 시, 전(全) 계통 내에 강구를 투입함으로써, 배관 내부의 유동을 촉진하여 산화막의 마모 효과를 증대시키는 동시에, 배관 내부의 비정상 유동으로 인해서 내부 피막이 일정하게 제거될 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 제염 설비의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 포함된 제염 장치의 개략적인 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 계통 제염 설비의 개략적인 구성도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 제염 장치(300)는 원자로(100), 원자로(100)와 연결되어 있는 냉각 계통과 연결될 수 있다.
원자로(100)는 격납부(도시하지 않음) 내에 위치하며, 핵분열에 의해 열에너지를 생산한다. 원자로(100)에는 냉각 계통(200) 이외에도, 정상 운전을 위한 화학 및 체적 제어 계통 및 원전의 안전성을 확보하기 위한 다양한 안전 계통(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다.
냉각 계통은 급수 계통(도시하지 않음)으로부터 공급받은 냉각수가 순환하면서, 원자로(100)에서 발생한 반응열을 흡수하여 냉각한다. 냉각 계통은 복수로 형성될 수 있으며, 증기 발생기(10)와 펌프(20)를 각각 포함하는 한 계열의 냉각 계통과 다른 한 계열의 냉각 계통을 포함하며, 이하 설명의 편의상 각각 제1 냉각 계통(CS1)과 제2 냉각 계통(CS2)이라 한다.
제1 냉각 계통(CS1)은 고온관(H1), 증기 발생기(10), 펌프(20), 저온관(H2)을 포함하고, 냉각재가 순환하는 순환 구조를 형성하고, 제2 냉각 계통(CS2)은 고온관(H3), 증기 발생기(V2), 펌프(CP2), 저온관(H4)을 포함하고 냉각재가 순환하는 순환 구조를 형성한다. 제1 냉각 계통(CS1)과 제2 냉각 계통(CS2)의 저온관(H2, H4)은 복수로 연결될 수 있다.
원자로(100)에서 발생되는 열 에너지는 냉각수의 온도를 높이게 되고, 고온의 냉각수는 고온관(H1, H3)을 통과하고 증기 발생기(10)로 공급된다.
증기 발생기(10)는 1차 유체(원자로 냉각재)와 2차 유체(급수, 증기)의 경계를 형성하며 원자로(100)에 전달되는 열을 이용해 증기를 발생시킨다. 증기 발생기(10)의 하부 입구는 급수관에 의해 급수 계통(도시하지 않음)과 연결되고, 증기 발생기의 상부 출구는 증기관에 의해 전력 발생을 위한 터빈 계통(도시하지 않음)과 연결될 수 있다.
증기 발생기(V1, V2)를 거치면서 냉각된 냉각수는 이후 원자로냉각재 펌프(CP1, CP2)를 통해서 저온관(H2, H4)을 거쳐 다시 원자로(100)로 되돌아 감으로써 냉각재의 순환이 이루어진다.
제1 냉각 계통(CS1)에는 가압기(12)가 더 설치될 수 있다. 가압기(12)는 냉각재의 비등을 억제하기 위해서 포화압력을 넘는 가압 상태를 유지시킨다.
제염 장치(300)는 원자로(100)와 연결된 다양한 계통, 예를 들어 원자로 냉각재계통(원자로압력용기, 증기 발생기, 가압기, 주요 배관 등), 화학 및 체적 제어 계통, 잔열 제거 계통의 내벽에 부착된 산화물을 제거한다.
제염 장치(300)는 제염을 실시하기 위한 배관에 선택적으로 연결될 수 있으며, 예를 들어 증기 발생기(10)와 냉각제 펌프(20) 사이를 연결하는 배관에 연결될 수 있다. 이하에서는 증기 발생기(10)와 냉각제 펌프(20) 사이를 연결하는 배관을 제염 배관(30)이라 한다.
도 2는 도 1에 포함된 제염 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2에서와 같이, 제염 장치(300)는 압축 펌프(31), 강구 공급장치(32), 벤튜리(33) 및 스트레이너(34)를 포함한다.
압축 펌프(31)는 제염 배관(30)에 압축 공기를 주입하기 위한 것으로, 제염 배관(30)의 제1 부분(A)과 제2 부분(B)에 연결될 수 있다.
제1 부분(A)은 유체가 흐르는 방향과 동일한 방향으로 압축 공기를 주입하기 위한 것으로, 제염 배관(30) 전단일 수 있다. 제2 부분(B)은 제염 배관(30) 내의 유체의 난류를 생성하기 위한 것으로, 제염 배관(30) 내의 유체 흐름에 교차하는 방향으로 공급될 수 있다. 따라서, 제2 부분(B)은 제염 배관(30)의 측면 부분일 수 있다.
강구 공급 장치(32)는 강구를 공급하기 위한 것으로, 호퍼(도시하지 않음)를 통해서 벤튜리(33)로 전달되고, 압축 공기와 함께 제염 배관(30)에 유입될 수 있다.
강구(35)는 철 등으로 이루어지는 금속 구슬(3), 금속 구슬(3) 위에 형성된 화학물질층(5)을 포함한다.
강구(35)는 철로 이루어지는 구로, 대략 10mm 내지 30mm의 크기를 가질 수 있다. 화학물질층(5)은 과망간산칼륨, 옥살산 및 불화붕산(HBF4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
강구(35)는 함께 주입되는 압축 공기로 인해서 제염 배관(30) 내에서 랜덤하게 활발히 움직이면서, 제염 배관(30)의 내벽과 충돌하여 제염 배관(30)의 내벽에 형성된 피막, 예를 들어 산화막과 충돌하여 산화막이 제염 배관(30)으로부터 쉽게 이탈될 수 있도록 한다.
또한, 강구(35)의 외부에 형성된 화학물질층(5)은 화학적 제염이 이루어지도록 하기 위한 물질로, 제염 배관(30) 내의 유체에 포함되는 방사능 물질과 반응하는 물질일 수 있다.
화학물질층(5)은 배관 내의 강구 유동에 의한 마찰시 강구 외부의 화학 물질층(5)이 1차 마모되면서, 화학물질층(5)에 포함된 화학성분이 배관의 강구 마찰과 동시에 작용하여 모재 금속과 산화막을 효과적으로 제거할 수 있다.
벤튜리(33)는 압축 공기에 벤튜리 효과를 주기 위한 것으로, 압축 펌프(31)와 연결된 부분보다 제염 배관(30)과 연결된 부분의 지름이 더 작다.
한편, 제염 배관(30) 내에는 스트레이너(34)가 설치될 수 있으며, 스트레이너(34)는 제염하고자 하는 배관의 양쪽에 각각 설치되는 것으로, 스트레이너(34) 사이가 제염 배관(30)이 된다.
스트레이너(34)는 제염 배관(30) 내에 유입되는 강구(35)가 제염 배관(30) 이외의 영역으로 이동되는 것을 방지하기 위한 것으로, 제염 배관(30) 내에 강구(35)가 유입된 후 설치될 수 있다.
스트레이너(34) 설치는 대형기기(냉각재 펌프, 가압기 등)이 우선 제거된 양단에 설치 되거나 대형기기 해체 전 제염 필요시 배관 제염 구역을 설정하여 배관 일부에 관통부(도시하지 않음)를 만들어 스트레이너(34)를 설치할 수 있다.
제염 배관(30) 내 강구를 이용한 제염이 완료되면, 제염 배관(30) 내의 유체와 함께 강구를 배출시킨 후, 강구만 분리하여 재사용할 수 있다.
이상에서는 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.
3: 금속 구슬 5: 화학물질층
10: 증기 발생기 20: 냉각 펌프
30: 제염 배관 31: 압축 펌프
32: 강구 공급 장치 33: 벤튜리
34: 스트레이너 100: 원자로
300: 제염 장치

Claims (10)

  1. 원자로,
    상기 원자로와 연결되어 있으며 증기 발생기를 포함하는 냉각 계통,
    상기 냉각 계통과 연결되어 있는 제염 장치를 포함하고,
    상기 제염 장치는 상기 냉각 계통에 압축 공기를 주입하는 압축 펌프,
    상기 압축 공기와 함께 유입되는 강구를 공급하는 강구 공급 장치,
    상기 냉각 계통 내에 설치되면 서로 이격되어 있는 한 쌍의 스트레이너
    를 포함하고,
    상기 강구는 철로 이루어지는 금속 구슬, 상기 금속 구슬 위에 과망간산칼륨, 옥살산 및 불화붕산(HBF4) 중 적어도 하나를 포함하여 형성된 화학물질층을 포함하는 계통 제염 설비.
  2. 제1항에서,
    상기 압축 펌프는 상기 냉각 계통의 제1 부분과 상기 냉각 계통의 제2 부분과 연결되어 서로 다른 부분에서 상기 압축 공기를 주입하고,
    상기 제1 부분은 상기 냉각 계통을 흐르는 유체의 흐름과 동일한 방향이고,
    상기 제2 부분은 상기 유체의 흐름과 교차하는 방향인 계통 제염 설비.
  3. 제2항에서,
    상기 압축 펌프와 상기 냉각 계통의 제1 부분 사이에 연결되어 있는 벤튜리를 더 포함하는 계통 제염 설비.
  4. 제2항에서,
    상기 제1 부분은 상기 스트레이너 사이에 위치하는 제염 배관 밖에 위치하고,
    상기 제2 부분은 상기 제염 배관의 측벽에 연결되는 계통 제염 설비.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에서,
    상기 강구의 지름은 10mm ~ 30mm인 계통 제염 설비.
  8. 제1항에서,
    상기 원자로와 상기 증기 발생기 사이에 연결된 고온관,
    상기 증기 발생기와 상기 원자로 사이에 연결되며 냉각 펌프를 포함하는 저온관
    을 포함하는 계통 제염 설비.
  9. 제8항에서,
    상기 저온관은 복수로 연결되어 있는 계통 제염 설비.
  10. 제1항에서,
    상기 냉각 계통은 냉각 계통은 복수로 연결되고, 어느 한 계열의 냉각 계통은 가압기
    를 더 포함하는 계통 제염 설비.
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