KR20010076566A - 원자로의 정지냉각 시스템 - Google Patents

원자로의 정지냉각 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원자로의 정지냉각 시스템에 관한 것으로, 정지냉각 펌프 및 열교환기를 거처 원자로 정지시 상온정지상태로 유지시키기 위한 정지냉각계통에 있어서, 정지냉각 펌프(110)의 출력수를 그 펌프의 입력단으로 재순환시키도록 펌프재순환용 오리피스(131) 및 열교환기(130)를 연결하여 펌프의 재순환 운전계통을 구성하고, 상기 정지냉각 펌프(110)의 앞단에 연결된 밸브(SI-4)의 앞단에 상기 펌프의 고장시 정지냉각수를 격납용기 살수계통(CSS)으로 보내기위한 살수계통 연결밸브(SI-5)를 설치하며, 상기 격납용기 살수계통(CSS)으로부터 상기 정지냉각 열교환기(120)의 앞단으로 냉각수를 유입시키기 위한 살수계통 연결밸브(SI-9)를 설치하여 살수계통과 상호 보완적 작용을 수행하도록 구성하며, 재장전수조(IRWST)로부터 유입받는 냉각수를 상기 살수계통 연결밸브(SI-5)와 연결하고, 상기 정지냉각 열교환기(120)의 출력단에 있는 오리피스(121)의 출력을 밸브(SI-14, SI-15)를 통해서 상기 재저장수 수조(IRWST)로 연결하여 정지냉각모드가 아닌 정상 운전중에도 최대용량 시험을 수행할 수 있도록 구성하고, 정지냉각계통의 냉각수를 화학 및 체적계통의 필터 및 이온교환기 앞단에 있는 최종 유량 조절부의 앞단으로 체크밸브를 통해 연결하여 정화처리운전을 하도록 용수 정화 라인을 연결 구성한 것을 특징으로 한다.

Description

원자로의 정지냉각 시스템{Design Improvement of Shutdown Cooling System}
본 발명은 원자로의 정지냉각 계통수의 정화 방법에 관한 것으로, 특히 정지냉각 계통의 열교환기를 통과한 냉각수를 화학 및 체적 제어계통의 유출열교환기 후단에 유입되게 정지냉각 계통수의 정화라인을 변경하여 정화를 위해 통과하지 않아도 되는 구성기기들을 통과하지 않게되므로써 기기들의 수명을 연장할 수 있도록 한 원자로의 정지냉각 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 원자로의 정지냉각 계통은 발전소 정상정지나 사고시 증기발생기 및 급수 계통과 연계하여 원자로 냉각재 계통의 온도를 고온정지 상태에서 상온정지 및 재장전운전 상태로 감소시키기 위해서 사용되는 계통이다. 원자로 냉각재의 온도를 감소시키는 초기단계에는 증기발생기를 이용하여 원자로의 잔열을 제거하나 원자로 냉각재 계통의 온도와 압력이 낮아져 증기발생기의 잔열제거능력이 효과적이지 못할때는 원자로 냉각재의 열을 기기 냉각수 계통으로 전달하기 위하여 정지냉각계통을 사용한다.
도 1은 종래 원자로의 정지냉각계통도로서, 원자로(1)에서 증기발생기(2), 펌프(3)를 통하여 다시 원자로(1)로 재순환되는 1차계통에 있어서, 상기 원자로(1)에서 증기발생기(2)로 순환되는 용수를 정지냉각계통(10)으로 유입받고, 충수 운전을 위해 용수저장수조(RWST)로부터 용수를 유입받아 정지냉각 펌프(11) 및 정지냉각 열교환기(12)를 거쳐 상기 원자로(1)로 재순환시키도록 구성되고, 상기 정지냉각 열교환기(12)에서 원자로(1)로 주입되는 용수는 용수 정화 라인으로 화학 및 체적제어계통(20)으로 유입시켜 용수 정화를 수행하도록 되어 있다.
도 2는 종래 정지냉각 계통 용수의 정화처리를 위한 화학 및 체적제어 계통도로서, 원자로(1)로부터 재생열교환기(21), 유출열교환기(22), 압력 및 유량조절부(23), 전단밸브(24), 최종유량조절부(25), 필터 및 이온교환기(26), 충전펌프(27)를 통해서 다시 원자로(1)로 순환시키도록 이루어진다. 이와같은, 화학 및 체적제어 계통(20)에 있어서, 상기 정지냉각계통(10)의 용수 정화라인을 재생열교환기(21)의 후단에 연결하여 유출열 교환기(22)로 유입되도록 구성된다.
그런데, 이와같은 종래 정지냉각계통은, 정지냉각 펌프(11)의 안전성을 보장하기 위한 수단이 없고, 정지냉각 계통의 전압력이 약 600Psig정도로서 노심 잔열제거를 위한 다른 계통과의 연계 작동이 없으며, 냉각재 용수 정화를 위해서 화학 및 체적 제어계통으로 유입되는 라인이 화학 및 체적 제어계통(20)의 유출열 교환기(22) 전단에 유입되도록 구성되어 있어서, 정화처리를 위한 이온교환기에 도달하기 전에 유출열 교환기 및 압력/유량 조절 밸브등 많은 수의 밸브들과 구성기기들을 통과해야 한다. 이 경우 유체의 유로가 복잡해지고 유로상에 배치되어 있는 구성기기들(밸브등)이 필요없는 운전을 수행하게 되어 유체의 흐름에 따른 손상 및 피로누적, 부식등 기기들의 건전성을 유지하기가 어려워진다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 정지냉각계통의 기능상실에 대비한 주변계통과의 상호 기능보완을 위한 계통으로 연결함과 아울러 정지냉각계통의 내부 건전성을 확보할 수있도록 설계함을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 정지냉각 계통수의 용수정화라인을 화학 및 체적제어계통의 유출열 교환기 후단에 연결하여 불필요한 기기나 밸브를 통과하지 않고 용수 정화처리를 할 수 있도록 함으로써 기기의 수명 및 건전성을 향상시키도록 한다.
이러한 본 발명은, 첫째 정지냉각 계통의 설계압력을 증가시킨다. 기존의 원자로 정지냉각 계통의 압력은 600 psig정도인데, 이를 900 psig 400℉로 증가시킴으로써, 설계압력이 원자로 냉각재 계통의 정상운전압력보다 낮은 SCS의 기기들에 대하여 intersystem LOCA시 배관파단의 확률을 줄이기 위함이다.
둘째, 정지냉각계통과 격납건물 살수계통의 상호이용이 가능하도록 계통연결을 한다. 정지냉각계통이나 격납건물 살수계통의 기능상실에 대비하여 정지냉각계통과 격납건물 살수계통 사이에 호환성을 부여하기 위해서 양계통간 펌프의 성능에 호환성을 부여하고 계통간 적절한 연결라인을 설치한다.
셋째, 부분충수 운전의 신뢰성을 향상시키기 위하여 고온관 수위측정수단 개선과, 운전수위설정, 잔열제거기능 복구절차 등을 규정하여 신뢰성 향상을 꾀한다.
넷째, 격납 건물내에 기존의 원자로 드레인 탱크(RDT)보다 용량이 훨씬 큰 IRWST르 설치하고 이를 정지냉각계통에 연결함으로써 원자로가 출력 운전중인 상황에서도 SCS 펌프가 전유량 조건에서 주기적으로 시험될수 있도록 한다.
다섯째, 정지냉각계통의 용수 정화라인을 화학 및 체적 제어 계통의 유출열 교환기 후단에 연결하여 유출열교환기를 포함하는 기기들의 건전성을 향상시키도록 한다.
도 1은 종래 원자로의 정지냉각 계통도.
도 2는 종래 정지냉각 계통 용수의 정화처리를 위한 화학 및 체적제어 계통도.
도 3은 본 발명에 의한 원자로의 정지냉각 계통도.
도 4는 본 발명에 의한 정지냉각 계통의 용수 정화라인 연결을 보인 화학 및 체적 계통의 계통도.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
100 : 정지냉각계통 110 : 정자냉각펌프
120 : 냉지냉각 열교환기 121, 131 : 오리피스
130 : 정지냉각 펌프 열교환기 200 : 화학 및 체적제어 계통
210 : 재생열교환기 220 : 유출열교환기
230 : 압력 및 유량조절부 240 : 전단밸브
250 : 최종유량조절부 260 : 필터 및 이온교환기
본 발명은, 원자로 1차계통(SC LINE)의 냉각수와 저장수조(IRWST)로부터 밸브를 통해 유입되는 냉각수를 펌핑하는 정지냉각 펌프(110)와, 상기 정지냉각펌프(110)의 냉각수를 밸브들(SI-7, SI-8)을 통해 입력받아 열교환하여 밸브(SI-11), 오리피스(121) 및 밸브(SI-12)를 통해 격납건물 내부의 안전주입노즐(DVI)로 보내는 정지냉각 열교환기(120)로 이루어지는 정지냉각계통에 있어서, 상기 정지냉각 펌프(110)에서 나오는 냉각수를 그 펌프의 입력단으로 재순환시키도록 펌프재순환용 오리피스(131) 및 열교환기(130)를 연결하여 펌프의 재순환 운전계통을 구성하고, 상기 정지냉각 펌프(110)의 앞단에 연결된 밸브(SI-4)의 앞단에 상기 펌프의 고장시 정지냉각수를 격납용기 살수계통(CSS)으로 보내기위한 살수계통 연결밸브(SI-5)를 설치하며, 상기 격납용기 살수계통(CSS)으로부터 상기 정지냉각 열교환기(120)의 앞단으로 냉각수를 유입시키기 위한 살수계통 연결밸브(SI-9)를 설치하여 살수계통과 상호 보완적 작용을 수행하도록 구성하며, 재장전수조(IRWST)로부터 유입받는 냉각수를 상기 살수계통 연결밸브(SI-5)와 연결하고, 상기 정지냉각 열교환기(120)의 출력단에 있는 오리피스(121)의 출력을 밸브(SI-14, SI-15)를 통해서 상기 재저장수 수조(IRWST)로 연결하여 정지냉각모드가 아닌 정상 운전중에도 최대용량 테스트 모드를 수행할 수 있도록 구성하며, 상기 정지냉각 열교환기(120)의 출력단에 있는 오리피스(121)의 출력단에서 분기시켜 밸브(SI-13)를 통해서 화학 및 체적계통의 필터 및 이온교환기 앞단으로 보내어 정화처리를 하도록 연결시키는 용수 정화 라인을 구성한다. 그리고, 압력 조절을 위해서 격납건물 내부에서 정지냉각계통으로 유입되는 라인에 압력방출밸브(SI-20)를 설치하여 설정압력 이상일 때 홀드업 볼륨탱크로 정지냉각계통의 증기나 가스를 방출하여 정지냉각계통의 압력을 900 psig 이하로 유지할수 있도록 구성한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 의한 원자로의 정지냉각 계통도이다.
원자로 1차계통(SC LINE)으로부터 정지냉각을 위한 냉각수를 격납건물내의 밸브(SI-1, SI-2)를 통한후 격납건물 내부의 전동밸브(SI-3) 및 수동밸브(SI-4)를 통해서 정지냉각 펌프(SCS PUMP1)(110)로 연결하고, IRWST로부터 밸브(SI-6)를 통하여 격납용기 살수계통(CSS)과 연결함과 동시에 그 격납용기 살수계통(CSS)을 밸브(SI-5)를 통해서 상기 정지냉각 펌프(110)의 전단에 있는 수동밸브(SI-4)의 앞단에 연결하며, 상기 정지냉각펌프(110)의 출력단을 압력과 유량조절을 위한 오리피스(131)를 통한후 펌프 재순환 운전을 위한 열교환기(130)를 거쳐 그 정지냉각 펌프(110)의 앞단으로 재순환연결하고, 상기 정지냉각펌프(110)의 출력단을 체크밸브(SI-7), 수동밸브(SI-8)을 통한 후 정지냉각 열교환기(120)에 연결하고, 그 정지냉각 열교환기(120)의 출력단을 전동밸브(SI-11)를 통하여 압력 및 유량 조절을 위한 오리피스(121)를 통한후 전동밸브(S1-12)를 통해서 격납건물 내부의 체크밸브(SI-16 ∼ SI-18)을 통해서 안전주입노즐(DVI)을 통해 원자로에 주입되도록 연결하고, 상기 오리피스(121)의 출력단에서 분기시켜 전동밸브(SI-13)를 통해서 용수 정화 라인으로 화학 및 체적제어계통으로 연결함과 아울러 전동밸브(SI-14,SI-15)를 통해서 격납건물 내부의 저장수조(IRWST)에 연결하며, 상기 정지냉각열교환기(120)의 출력단에 있는 전동밸브(SI-11)의 출력단을 전동밸브(SI-10)를 통해서 상기 정지냉각 열교환기(120)의 입력단으로 재순환시키고, 상기 정지냉각 열교환기(120)의 후단에 있는 오리피스(121) 후단에서 전동밸브(SI-19)를 통해서 상기 정지냉각펌프(110)의 전단에 있는 수동밸브(SI-4)의 앞단으로 재순환유로를 구성하고, 정지냉각계통의 압력을 제어하기 위해 상기 격납건물내부의 1차계통으로부터 냉각수를 유입받는 전동밸브(SI-2)의 후단에서 분기시켜 압력에 의해 자동으로 개폐되어 홀드업 볼륨탱크(HVT)로 연결하는 압력제어밸브(SI-20)으로 구성된다.
그리고, 상기의 정지냉각게통과 동일한 구성으로 1차계통의 제2라인(SC LINE2)에 연결된 정지냉각계통이 구성되어 2조의 정지냉각계통이 설치된다.
도 4는 본 발명에 의한 정지냉각 계통의 용수 정화라인 연결을 보인 화학 및 체적 계통의 계통도이다.
화학 및 체적제어계통의 재생열교환기(210), 유출열교환기(220), 유량조절 및 압력조절부(230), 전단밸브부(240), 최종 유량조절부(250)를 통해서 필터 및 이온교환기(260)로 연결되는 계통에 있어서, 본 발명의 정지냉각계통(100)의 용수정화라인을 상기 전단밸브(240)의 후단에서 상기 최종유량조절부(250)의 앞단에 연결하여 구성된다.
즉, 종래에는 재생열교환기(210)과 유출열교환기(220) 사이에 정지냉각계통의 용수정화라인이 연결되었으나, 본 발명은 필터 및 이온교환기(260)의 앞단에 있는 최종 유량조절부(250)의 앞단에 정지냉각계통(100)의 용수 정화라인을 연결한것이다.
이와같이 구성된 본 발명은, 원자로 냉각재의 온도를 감소시키는 초기단계에는 증기발생기를 이용하여 원자로의 잔열을 제거하나 원자로 냉각재 계통의 온도와 압력이 낮아져 증기발생기의 잔열제거능력이 효과적이지 못할때는 원자로 냉각재의 열을 기기냉각수 계통으로 전달하기 위하여 정지냉각계통을 작동시킨다. 즉, 정지냉각계통은 발전소의 정지시 고온정지상태에서 상온정지상태로 유지시키기 위해서 작동된다.
1차계통(SC LINE)의 냉각수를 정지냉각펌프(110)를 통한후 정지냉각 열교환기(120)에서 열교환하여 원자로를 냉각시키도록 보내게 된다.
본 발명의 정지냉각계통은 Intersystem LOCA방지를 위해 기기의 단일고장에 의해 계통이 과압되는 사고가 발생하지 않도록 원자로냉각재 계통과 연결된 배관에 차단밸브(SI-1, SI-2)를 설치하였고, 설계압력과 온도는 900 psig/ 400℉로 설정하고 있다. 또한, 원자로 용기의 저온과압(LTOP) 현상에 의한 손상을 방지하기 위하여 정지냉각계통의 흡입배관에 과압방지를 위한 스프링작동 밸브(SI-20)를 설치하여 일정압력이 유지도록 조절하게 된다. 이러한 압력조절은 주제어반에서 정지냉각계통의 격리밸브를 제어하여 원하는 압력과 온도를 유지하도록 한다. 이는 정지냉각계통 열교환기의 입/출구 온도, 펌프의 입/출구 압력, 유량, 저유량경보 등의 설계기준을 정하고, 이는 원격정지반에서 원격제어하도록 함으로써 이루어진다.
또한 본 발명의 정지냉각계통는 격납건물 살수계통과 상호보완적 이용이 가능하도록 정지냉각 펌프(110)의 앞단에서 연결밸브(SI-5)를 통해서 격납건물 살수계통(CSS)로 정지냉각계통의 냉각수를 보낼 수 있도록 구성하고, 상기 격납건물 살수계통(CSS)으로부터 정지냉각 열교환기(120)의 앞단으로 냉각수가 유입되도록 연결밸브(SI-9)를 설치하여 구성한다. 따라서, 잔열제거에 사용되는 펌프가 고장 또는 사용불능의 상태가 되었을 때 격납건물 살수 펌프가 잔열제거기능을 할 수 있도록 하며, 또한,정지냉각펌프도 경우에 따라서는 격납건물 살수펌프의 기능을 할 수 있도록 두 계통에 호환성을 부여하여 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 정지냉각펌프(110)의 신뢰성과 안정성을 높이기 위해서 정지냉각펌프(110)의 재순환운전 계통을 연결하였다. 즉, 정지냉각펌프(110)와 병렬로 오리피스(131)를 통한 열교환기(130)를 설치하여 펌프를 보호하기 위한 재순환운전이 가능하도록 구성된다.
또한, 부분 충수운전의 신뢰성을 향상시키기 위해서 격납건물 재장전수조(IRWST)로부터 냉각수를 충수 할 수 있도록 구성하고, 아울러 IRWST로 배수시킬수 있도록 연결밸브를 구성하였다. 이에따라 부분충수의 신뢰성을 높일수 있고, 냉각재 유실로 인한 냉각 기능 저하시 IRWST로부터 냉각수를 보충받아 저지냉각계통을 동작시킬 수 있게 되고, 원자로가 출력 운전중인 상황에서도 정지냉각펌프가 전유량 조건에서 주기적으로 시험될수 있게 된다. 이는 IRWST를 채용하여 수조의 용량이 커지기 때문에 정지냉각 계통을 IRWST와 연결하여 정지냉각펌프와 정지냉각 열교환기를 거치는 계통을 운전시켜 원자로가 출력 운전중인 상황에서도 전유량 조건하에서 펌프를 주기적으로 시험할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 정지냉각계통의 계통수를 정화처리하기 위해 화학 및 체적제어계통(200)으로 냉각수를 보내는데, 이는 열교환기(120)의 후단에서 밸브 및 오리피스(121)를 거친후 분기되어 밸브(SI-13)를 통해서 화학 및 체적제어계통(200)으로 출력되어 냉각수 정화계통을 운전하게 된다. 화학 및 체적계통에서는 도 4에 도시된 방과 같이, 본 발명의 정지냉각계통(100)으로부터 정화처리를 위해 출력되는 냉각수를 필터 및 이온교환기(260)의 앞단에 있는 최종 유량조절부(250)의 앞단에 체크밸브를 통해 연결하였다. 즉, 화학 및 체적제어계통(200)의 재생열교환기(210), 유출열교환기(220), 압력 및 유량조절부(230), 전달밸브(240)를 통한후, 정지냉각계통(100)의 용수정화라인을 연결하여 최종유량조절밸브(250)를 거친후 필터 및 이온교환기(260)로 공급되도록 구성한다. 이에따라 종래에는 재생열교환기(210)의 후단에 정지냉각계통의 용수정화라인을 연결하여 유출열교환기(220), 압력 및 유량조절부(230), 전달밸브(240)를 통한후 최종유량밸브(250)를 통하여 필터 및 이온교환기(260)에 입력되었으나, 본 발명은 직접 필터 및 이온교환기(260) 앞단의 최종 유량조절밸브(250)에 연결되므로, 유출력교환기(220), 압력 및 유량조절밸브(230) 및 전달밸브(240)는 정지냉각계통(100)의 냉각수 정화처리를 위한 일을 하지 않아도 되므로 기기의 수명을 연장시킬수 있고 건전성을 향상시킬 수 있게 된다. 이는 정지냉각계통(100) 계통압력을 증가시키고, 아울러 펌프 보호를 위한 재순환계통에 의해 열교환이 가능하고, 오리피스를 통해 유량 및 압력이 조절되어 화학 및 체적제어계통으로 용수정화라인이 연결되므로 직접 최종 유량조절밸브(250)에 연결하여 필터 및 이온교환기(260)로 유입되게 하는 것이 가능 해진다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 정지냉각계통은, 첫째 정지냉각 계통의 설계압력을 900 psig 400℉로 증가시킴으로써, intersystem LOCA의 확률을 줄일 수 있고, 정지냉각계통과 격납건물 살수계통의 상호이용이 가능하며, 부분충수 운전의 실뢰성을 향상시키고, IRWST를 정지냉각계통에 연결함으로써 원자로가 출력 운전중인 상황에서도 SCS 펌프가 전유량 조건에서 주기적으로 시험될수 있고, 정지냉각계통의 용수 정화라인을 화학 및 체적 제어 계통의 필터 및 이온교환기 전단의 유량조절밸브에 연결하여 유출열 교환기를 포함하는 기기들의 건전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 원자로 1차계통(SC LINE)의 냉각수와 저장수조(IRWST)로부터 밸브를 통해 유입되는 냉각수를 펌핑하는 정지냉각 펌프(110)와, 상기 정지냉각펌프(110)의 출력수를 밸브들(SI-7, SI-8)를 통해 입력받아 열교환하여 밸브(SI-11), 오리피스(121) 및 밸브(SI-12)를 통해 격납건물 내부의 안전주입노즐(DVI)로 보내는 정지냉각 열교환기(120)로 이루어지는 정지냉각계통에 있어서,
    상기 정지냉각 펌프(110)의 출력수를 그 펌프의 입력단으로 재순환시키도록 펌프재순환용 오리피스(131) 및 열교환기(130)를 연결하여 펌프의 재순환 운전계통을 구성하고,
    상기 정지냉각 펌프(110)의 앞단에 연결된 밸브(SI-4)의 앞단에 상기 펌프의 고장시 정지냉각수를 격납용기 살수계통(CSS)으로 보내기위한 살수계통 연결밸브(SI-5)를 설치하며, 상기 격납용기 살수계통(CSS)으로부터 상기 정지냉각 열교환기(120)의 앞단으로 냉각수를 유입시키기 위한 살수계통 연결밸브(SI-9)를 설치하여 살수계통과 상호 보완적 작용을 수행하도록 구성하며,
    재장전수조(IRWST)로부터 유입받는 냉각수를 상기 살수계통 연결밸브(SI-5)와 연결하고, 상기 정지냉각 열교환기(120)의 출력단에 있는 오리피스(121)의 출력을 밸브(SI-14, SI-15)를 통해서 상기 재저장수 수조(IRWST)로 연결하여 정지냉각모드가 아닌 정상 운전중에도 최대용량 시험을 수행할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 원자로의 정지냉각 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 정지냉각계통의 냉각수를 정화처리하기 위해,
    상기 정지냉각 열교환기(120)의 출력단에 있는 오리피스(121)의 출력단에서 분기시켜 밸브(SI-13)를 통한후, 화학 및 체적계통의 필터 및 이온교환기 앞단에 있는 최종 유량 조절부의 앞단으로 체크밸브를 통해 연결하여 정화처리운전을 하도록 용수 정화 라인을 연결 구성한 것을 특징으로 하는 원자로의 정지냉각 시스템.
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