KR19980069816A - 원자력발전소를 위한 드레인시스템 - Google Patents

원자력발전소를 위한 드레인시스템 Download PDF

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Abstract

가압수형원자로의 원자력발전소(10)의 셧다운냉각시스템을 위한 드레인시스템은 드레인파이프(28)와 드레인펌프(32)에서 증가된 유량을 갖는다. 드레인파이프에 연결된 핫레그(18)는, 드레인펌프(32)와 핫레그(18)의 하부영역의 연결사이에 설치된 베인 와류브레이커(30)를 갖는다. 이것은 드레인펌프에서 와류발생 캐비테이션을 최소화하며, 그것에 의하여 유량을 증가시킨다.

Description

원자력발전소를 위한 드레인시스템
본 발명은 가압수형 원자력발전소의 셧다운냉각시스템(shutdown cooling system)을 위한 효율적인 드레인시스템에 관한 것이다. 특별히 본 발명은 셧다운 냉각시스템 드레인펌프에서 코리올리효과 와류발생 캐비테이션(caviation)을 최소화하는 것이며, 그것에 의하여 드레인에서 유량을 증가시키는 것이다.
가압수형원자로(PWR)의 원자력발전소에서, 기본적으로는 붕소와 물인 냉각유체는 원자로와 하나 이상의 증기발생기 사이에서 밀폐된 순환루프를 통하여 계속해서 전달된다.
동력을 발생하는 동안, 가압된 냉각제는 원자로에서 발생하는 열핵반응에 의하여 방출된 열을 흡수한다. 그리고 나서 가열된 냉각제는 순환루프의 핫레그(hot leg)라고 알려진 메인파이프를 통하여 흐른다. 핫레그는 증기발생기에 핫냉각제(hot coolant)를 전달한다.
증기발생기에서 냉각유체는 열교환기를 통하여 순환한다. 열교환기는 냉각유체를 냉각하며, 스팀을 생산하기 위하여 냉각제로부터 제거된 열을 이용한다. 이 스팀은 실제로는 터빈을 구동하며 전기를 발생시키기 위하여 사용된다.
순환하는 냉각제가 열교환기에 의하여 냉각된 후, 순환펌프는 흡입레그(suction leg)를 경유하여 증기발생기로부터 냉각제를 제거하며, 콜드레그(cold leg)와 입구를 경유하여 원자로에 반환한다. 그리고 나서 냉각제는 원자로내에서 재가열되며 싸이클은 반복된다.
하나 이상의 루프를 통한 이 냉각제의 순환은 동력발전소의 동작을 위하여 중요하다. 이 냉각제의 순환은, 터빈 구동용 스팀을 생산하도록 사용되는 에너지가 존재하는 증기발생기에 열에너지를 전달할 뿐만 아니라, 또한 순환냉각제는 원자로내의 원자로코어가 과열되는 것을 방지한다.
증기발생기를 포함하는 원자력발전소시스템은 정기적인 관리를 요구한다. 특별히 유체순환시스템은 포텐셜한 퇴화를 방지하기 위하여 점검되어야 하며, 노즐 댐(nozzle dam)들은 건조 상태에서 수행되는 점검과 보수를 위하여 증기발생기로부터 장탈착되어야 한다.
노즐댐들을 장탈착하기 위하여, 유체냉각제는 증기발생기로부터 배출되어야 한다. 이로 인하여 본 순환루프와 이어서 핫레그 또는 메인파이프에서 유체레벨을 낮출 필요가 있게 된다. 셧다운(shutdown)이라고 일컫는 그러한 보수기간동안, 냉각제는 원자로코어로부터의 퇴화열(decay heat)에 의하여 계속해서 가열되지만, 셧다운냉각시스템으로 알려진 대체 열교환기와 보조순환시스템에 의하여 냉각된다.
하향 조정된 물레벨이상으로 시스템의 일부분을 보수하도록 하는 셧다운원자로시스템에 냉각제 또는 물레벨을 낮추기 위하여, 물레벨은 최소레벨로 조절 관리되어야 하며, 유량은 계속해서 적당한 코어냉각을 제공한다. 이 최소레벨은 원자로냉각제시스템 메인루프도관(핫레그)내에서 중간정도이며 보통은 중간루프(midloop)라고 알려진다.
중간루프 동작 동안, 냉각수는 코어를 냉각하기 위하여 시스템을 순환한다. 보통, 셧다운냉각시스템에서 대체 열교환기에 의하여 냉각하여 원자로입구와 코어까지 냉각수를 재 순환하는, 코어로부터 가열된 물을 배출하기 위한 하나 이상의 메인루프파이프나 레그의 하부영역과 접촉하는 드레인선(drain line) 또는 선들이 있다.
중간루프 동작 동안, 물레벨이 너무 아래쪽으로 낮추어지거나 드레인유량이 너무 높다면 드레인선에서 코리올리효과 와류가 형성된다. 그러한 와류는, 시스템으로부터 냉각유동이 배출될 수 있는 양을 제한하고, 대체로 드레인펌프 내에서 캐비테이션을 유도할 수 있기 때문에 바람직하지 않다.
와류 형성을 피하기 위한 현재로서의 방법은 물레벨을 가능하면 높이고/거나 유량을 감소시키려고 시도하며, 그 결과 보수를 위해 물레벨을 낮추자는 요구와 물레벨을 높이며 안전한 코어냉각을 위해서 충분한 양으로 유지시키자는 요구 사이에서 상충한다.
본 발명은, 보조열교환기를 통하여 원자로입구로 되돌아오는 핫레그유동 일부분의 순환을 위한 드레인과 펌프를 갖는 메인파이프 또는 핫레그 하부영역이 제공되는 원자력발전소의 셧다운냉각시스템에 관한 것이다. 또한 적절한 중간루프 물레벨을 생성하기 위하여 물 배출용 열교환기를 바이패스하는 설비(도시 안됨)가 제공된다. 어떤 경우에 드레인펌프는 증기발생기에서 관리를 위하여 원하는 레벨까지 물의 루프를 배출하고, 셧다운냉각시스템의 일부로서 원자로코어까지 냉각제를 재 순환시킨다. 따라서, 효율적인 성능이 얻어진다.
핫레그 드레인파이프에서 코리올리효과 와류발생 펌프캐비테이션(pump caviation)은 드레인파이프의 유량을 낮추고 원하는 중간루프레벨 획득프로세스를 천천히 낮추므로서 효율을 감소시킨다. 또한, 펌프캐비테이션은 시스템을 통하여 셧다운냉각유체를 적절하게 재 순환시키는 펌프능력을 위협하며, 펌프캐비테이션에 대하여 상당히 안전한 보조열교환기를 포함한다.
원자로와 증기발생기 사이에 대체로 수평한 메인파이프나 핫레그의 드레인 하부영역 내에 베인을 갖춘 와류브레이커를 배치하므로써, 드레인펌프 내의 캐비테이션은 최소화될 수 있거나 약해질 수 있으며, 이로 인하여 드레인 파이프유동을 증가시킨다고 할 수 있다. 보통의 핫레그유동과 불완전하게 접촉하지 않기 위하여, 바람직하게는 베인은 완전히 드레인 내에 존재한다.
도 1은 명확하게 설명하기 위하여 단지 하나의 증기발생기에 대해서만 설명하는 본 발명을 이용한 셧다운냉각시스템과 드레인시스템을 갖는 두 개의 증기발생기를 포함하는 원자력발전소의 등각개략도.
도 2는 본 발명의 드레인시스템 와류브레이커를 포함하는 도 1의 핫레그와 드레인파이프의 부분확대도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10:원자력발전소12:원자로
14,16:증기발생기18:핫레그, 메인파이프
20:냉각제시스템순환펌프22:흡입레그파이프
24:콜드레그26:입구
28:셧다운냉각시스템 드레인파이프
28':도관28:드레인파이프부
30:와류브레이커32:드레인펌프
34:보조열교환기36:밸브
38:드레인40:파이프부
도 1은 본 발명에 따른 원자력발전소를 설명한다. 도면 번호 10은 일반적으로 발전소의 가압수형원자로를 나타내며, 이 발전소에서 물을 원자로(12)와 각각의 두 개의 증기발생기(14,16)들 사이에서 밀폐된 순환루프를 통하여 연속적으로 전달된다.
원자로(12)로부터의 냉각수는 메인파이프 또는 핫레그를 통하여 각각의 증기발생기(14,16)로 흐르며, 증기발생기(14,16)는 유사한 배관(piping)을 갖는다.
설명하자면 증기발생기(16)의 경우에, 냉각제시스템순환펌프(20)는 물을 순환시키며, 물은 증기발생기 내에서 냉각되어 흡입레그파이프(22)를 통하며 콜드레그(24)와 입구(26)를 경유하여 원자로(12)로 돌아온다.
셧다운냉각시스템 드레인파이프(28)는 대체로 수평한 메인파이프 또는 핫레그(18)의 하부영역과 엇갈린다. 드레인파이프(28)내에 설치된 다중 베인(32,32' 및 34,34')을 갖는 와류브레이커(vortex breaker)(30)는 메인파이프(18)의 하부영역내가 아니라 메인파이프(18)에 바로 인접하여 있다.
메인파이프(18)로부터 드레인파이프(28)내로 흐르는 유동은, 드레인펌프(32)내에 캐비테이션(caviation)을 생성할 수 있는 와류의 형성을 막으며, 드레인펌프(32)는 메인파이프(18)와 직접적인 유체접촉을 하며 메인파이프(18)의 하부영역과 엇갈린다. 이러한 와류브레이킹작용은 드레인파이프(28)와 드레인펌프(32)내에서 유량을 증가시킨다.
드레인펌프(32)는 도관(28')를 통하여, 셧다운냉각시스템 물냉각기능의 성능을 위하여 그것의 하류로 보조열교환기(34)에 배출한다.
열교환기(34)로부터, 물은 드레인파이프부(28)내의 밸브(36)에 의하여 드레인(38) 또는 파이프부(40)로 보내지며, 여기서 파이프부(40)는, 셧다운 동안 또는 보조열교환기의 성능이 안전을 필요로 할 때와 같은 비상시에 코어를 냉각시키기 위하여 원자로(12)의 입구(26)를 통하여 재 순환하도록 메인파이프 콜드레그(24)에 연결한다.
그리하여 본 발명은 원자력발전소의 효율과 안전성을 증가시키기 위하여 드레인시스템과 셧다운냉각시스템을 제공하는 것이다.
내용 없음.

Claims (10)

  1. 원자력발전소를 위한 드레인시스템에 있어서,
    상부영역과 하부영역을 갖는 냉각제덮개와,
    냉각제를 하부영역으로부터 드레인펌프까지 안내하기 위하여 하부영역에 연결되는 드레인펌프와,
    드레인펌프 내의 와류로 인하여 발생하는 캐비테이션을 최소화시키며 그것에 의하여 드레인파이프와 드레인펌프 내에서 유량을 증가시키기 위하여, 하부영역과 드레인펌프 사이에서 드레인파이프 내에 설치되는 와류브레이커를 포함하는 것을 특징으로 하는 드레인시스템.
  2. 제1항에 있어서, 원자력발전소는 가압수형인 것을 특징으로 하는 드레인시스템.
  3. 제2항에 있어서, 드레인시스템은 원자력발전소의 셧다운냉각시스템의 일부인 것을 특징으로 하는 드레인시스템.
  4. 제3항에 있어서, 냉각제덮개는 원자로로부터 증기발생기까지 냉각제를 안내하는 메인파이프인 것을 특징으로 하는 드레인시스템.
  5. 제4항에 있어서, 메인파이프는 실질적으로 수평한 것을 특징으로 하는 드레인시스템.
  6. 제5항에 있어서, 와류브레이커는 메인파이프의 하부영역내가 아닌 하부영역에 바로 인접하여 드레인펌프 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 드레인시스템.
  7. 제6항에 있어서, 드레인펌프는 도관을 통하여 1차측 및 2차측을 갖는 셧다운냉각시스템 열교환기까지 배출하는 것을 특징으로 하는 드레인시스템.
  8. 제7항에 있어서, 열교환기의 1차측은 도관을 통하여 원자로의 입구와 유체 흐름이 가능하게 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 드레인시스템.
  9. 제8항에 있어서, 드레인밸브는 열교환기와 원자로입구 사이의 도관 내에 제공되는 것을 특징으로 하는 드레인시스템.
  10. 원자력발전소의 셧다운냉각시스템을 위한 드레인시스템에 있어서,
    실제로 수평하고 상부영역과 하부영역을 가지며, 원자로로부터 증기발생기까지 냉각제를 안내하는 메인파이프와, 하부영역으로부터 드레인펌프까지 냉각제를 안내하는 메인파이프의 하부영역에 연결되는 드레인파이프와,
    드레인펌프 내에서 와류로 인하여 발생하는 캐비테이션을 최소화시키며 그것에 의하여 드레인파이프와 드레인펌프 내의 유량을 증가시키도록 하는, 메인파이프의 하부영역과 드레인펌프 사이에서 드레인파이프내에 설치된 와류브레이커를 포함하는 것을 특징으로 하는 드레인시스템.
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