KR200176691Y1

KR200176691Y1 - 전기화학부식전위 감시를 위한 루프 시험장치

Info

Publication number: KR200176691Y1
Application number: KR2019990022878U
Authority: KR
Inventors: 제갈성; 정한섭; 송혜란
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 1999-10-22
Filing date: 1999-10-22
Publication date: 2000-04-15

Abstract

본 고안은 전기화학부식전위 감시를 위한 루프 시험장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 발전소 보일러의 구조물, 특히 원자력발전소 증기발생기 전열관 재료의 부식 정도를 정량적으로 감시하기 위해 발전소의 부식환경을 모사한 후, 전기화학부식전위(ECP, Electrochemical Corrosion Potential)를 측정 및 감시할 수 있는 루프(loop) 장치에 관한 것이다.

본 고안은 급수탱크 및 보충수탱크에 질소 및 수소 가스를 주입하여 실험수 내의 용존산소 농도와 용존수소 농도를 제어하고, 실험수의 배수 및 충수 방법을 이용해서 하이드라진(hydrazine) 농도를 제어하여 각 요인들의 변화에 의한 전기화학부식전위(ECP) 변화를 감시함을 특징으로 한다.

Description

전기화학부식전위 감시를 위한 루프 시험장치{Loop tester for Electr ochem ical Corrosion Potential Monitoring}

일반적으로 고온 및 고압의 부식 환경을 모사하는 방법으로 오토클레이브 (autoclave)를 많이 사용하는데 오토클레이브에 수화학 조건을 맞춘 용액을 넣은 후, 외부에 부착된 가열기로 온도를 올려서 압력과 온도를 맞춘다. 일정하게 정지된 유체를 가열하게 되면 온도층이 생기는 것을 방지하고, 용액에 포함된 화학조건이 오토클레이브내에서 동일하도록 교반기를 사용하여 용액을 계속적으로 유동하게 만든다. 그러나 이 방법은 발전소의 계통수가 루프형태로 계속 흐르고 화학물질이 외부에서 주입되는 등의 실제 발전소 조건을 만들기 힘들다는 단점이 있고, 전기화학부식전위(ECP)가 유속에 의해서도 영향을 받을 수 있으나 오토클레이브를 사용하여서는 이를 모사할 수 없다는 단점이 있다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 이러한 단점을 보완하기 위한 방안으로 첫째, 발전소 계통수에 의한 구조물 특히, 원자력발전소 증기발생기 전열관 재료(alloy 600)의 전기화학부식전위를 측정하고 감시하기 위하여 발전소 계통수와 동일한 운전 조건(예: 온도, 압력) 및 수화학 조건(예: pH, 전도도)의 실험수를 만들어 계속 루프 내에 순환시킬 수 있고, 둘째, 실험수의 유속에 의한 전기화학부식전위의 변화를 확인할 수 있고, 셋째, 전기화학부식전위에 영향을 미치는 요소인 용존산소 농도 및 용존수소 농도를 가스 분압의 효과를 이용하여 루프(loop) 운전과정에서 제어할 수 있고, 넷째, 발전소 계통수에 주입된 하이드라진의 농도가 열분해에 의해 변화하는데 루프 운전중 지속적인 배수 및 충수를 수행하여 농도를 원하는 값으로 유지할 수 있게 하는 것을 기술적 과제로 삼는다.

도 1은 ECP 감시 Loop 시험장치 구성도.

도 2는 시편전극의 단면도.

도 3은 ECP 감시 셀(cell)의 단면도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1: 급수탱크 2: 보충수탱크

3: 순수정량펌프 4: 보충수펌프

5: 시료탱크 6: 유량계

7: Sensor port 8: Vacuum pump

9: Vacuum chamber 10: 질소(N₂)/수소(H₂) 가스 공급장치

11: 가스 vent line 12: 고압순환수펌프

13: 고압열교환기 14: 예열기

15: Autoclave 16: 기준전극

17: 시편전극 18: ECP 감시 cell

19: 냉각기 20: 압력조절기

21: 냉각수 공급 line 22: 제어판넬

31: Plug Seal 32: Seal Guide

33: Gland Nut 34: 방열판

35: Electrode Holder

41: 기준전극 설치 hole 42a, 42b, 42c: 시편전극 설치 hole

43: 실험수 입구 hole 44: 실험수 출구 hole

45: thermocouple 설치 hole 46: 파열막 설치 hole

본 고안의 전기화학부식전위 측정을 위한 루프 시험장치는 도 1과 같이 구성되어 있다. 이 시험장치는 저압부, 고압부, 제어판넬로 크게 나눌 수 있다.

저압부에는, 실험수를 저장하고 시험 루프에 지속적으로 공급하며 수화학 조건을 정밀하게 변화시킬 수 있는 공간을 제공하는 역할을 하는 급수탱크(1), 급수탱크(1)의 순수가 부족할 경우 공급할 순수를 저장하는 보충수탱크(2), 보충수탱 크(2)로부터 순수를 급수탱크(1)로 이송하는 역할을 하는 순수정량펌프 (3), 외부에서 만들어진 순수를 보충수탱크(2)로 이송하는 역할을 하는 보충수 펌프(4), 급수탱크(1) 및 보충수탱크(2)의 수화학 조건을 변화시키는 화학약품(암모니아수, 하이드라진 용액 및 순수)을 저장하는 3개의 시료탱크(5), 순환수의 유량을 측정하는 유량계(6)와 실험수의 수화학조건을 측정할 각종 계측장치를 지지하고 실험수가 흐를 수 있는 공간을 제공하는 센서포트(sensor port)(7)가 고압부 입,출구에 각각 1개씩 있다. 그리고 급수탱크(1), 보충수탱크(2) 및 루프 내의 공기를 제거하기 위한 진공펌프(8)와 진공챔버(9)가 있고, 급수탱크(1)와 보충수탱크(2)의 순수에서 용존산소를 제거하기 위해 사용되는 질소(N₂) 가스와 용존수소농도 제어를 위해 사용되는 수소(H₂) 가스를 공급하는 질소(N₂)/수소(H₂) 가스 공급장치(10)가 있고 급수탱크(1)와 보충수 탱크(2) 상부의 가스를 외부로 배출하는 배기관(vent line)(11)이 있다.

고압부는 최대 1500psi 이상의 고압이 가해지는 영역으로, 실험에 사용될 순수를 지속적으로 순환하도록 공급하는 고압순환수펌프(12), 나선형의 열교환기로 실험에 사용된 실험수의 잔열을 이용해 저온의 순수를 가열하는 고압열교환기(13), 최고 250℃ 까지 가열할 수 있는 상자형(box type)의 예열기(14), 부착된 가열기를 이용하여 예열된 실험수를 원하는 온도로 상승시키고 펌프에 의한 유동을 완충하기 위한 역할을 하는 오토클레이브(15), 전기화학부식전위를 측정하도록 기준전극(16)과 시편전극(17)를 지지하고 실험수의 온도를 원하는 온도로 상승, 유지하기 위한 공간인 ECP 감시 셀(cell)(18), 고압열교환기(13)를 거치면서 냉각된 실험수를 최종적으로 상온으로 냉각하기 위한 냉각기(19)와 앞쪽(down-stream)의 압력을 대기압으로 일정하게 유지하며 뒷쪽(up-stream)의 압력을 제어하는 후단압력(backpress ure) 제어형의 고압부 압력조절기(20)가 있다. 그리고 냉각기(19)의 실험수를 냉각하는데 사용되는 저압의 냉각수(일반 수돗물)를 공급하는 배관(21)이 연결되어 있다.

각종 기기의 작동/정지 및 가열기의 온도를 제어하는 각종 제어장치가 제어판넬(22)에 설치되어 있다.

이 장치를 이용한 운전조건 및 수질조건의 제어는 다음과 같은 과정으로 한다.

먼저 ECP를 측정하고자 하는 부분인 ECP 감시 셀(18) 내의 온도 및 압력을 온도제어기 및 압력제어기를 이용하여 조절하여 발전소 계통과 동일한 운전조건을 유지하며, 18MΩ·cm 이상의 초순수 실험수를 만들고 암모니아수를 혼합하여 전도도와 pH를 발전소 계통수와 동일하게 유지한다. 유속 또는 유량의 제어는 고압순환수펌프(12)를 이용하는데, 피스톤펌프의 경우, 펌프스트로크를 조절하여 수행한다. 제어 과정에서 지속적으로 유량계의 지시를 확인하며 유량을 조절한다.

용존산소 농도는 밀폐된 공간에서의 액체부와 기체부에서의 가스분압 평형 관계를 이용하여 제어한다. 임의의 순도를 가진 질소 가스를 급수탱크(1)에 주입하면 기체부 중의 산소분압은 질소 가스의 순도와 탱크 내부압력에 따라 결정되고, 액체부의 산소분압은 기체부 산소분압과의 평형 관계에 의해 결정되어 진다. 이 방법으로 용존산소 농도 제어를 수행한다. 용존수소 농도도 유사한 방법으로 제어 가능하며, 질소 가스 대신 수소 가스를 주입하여 제어한다.

하이드라진은 고온에서 열분해에 의해 농도가 감소하거나 물의 비등이 있을 경우에는 액체부에 농축되기도 한다. 이에 따라 실험수를 배수하고 충수하는 양을 조절하거나 고농도 하이드라진 용액을 주입하는 방법으로 하이드라진 농도를 제어한다.

본 고안은 발전소 계통수에 의한 구조물, 특히, 원자력발전소 증기발생기 전열관 재료(alloy 600)의 전기화학부식전위를 측정하고 감시하기 위하여 발전소 계통수와 동일한 조건의 용액을 만들고 발전소 조건과 동일하도록 계통수를 지속적으로 루프내에 순환시킬 수 있다. 전기화학부식전위에 영향을 미치는 요소인 용존산소 농도 및 용존수소 농도를 미세하게 조절할 수 있다. 그리고 유속을 변화시키고, 실험수의 배수 및 충수 방법을 사용하여 하이드라진 농도를 변화시켜 이 요소의 변화에 따른 전기화학부식전위의 변화를 감시할 수 있다.

Claims

발전소 보일러 전열관 재료의 전기화학부식전위를 측정하는 장치에 있어서,

실험수의 저장과 시험 루프에 공급 역할을 하는 급수탱크(1)와, 순수를 저장하는 보충수탱크(2)와, 순수를 이송하는 순수정량펌프(3)와, 순수를 보충수탱크(2)로 이송하는 보충수 펌프(4)와, 화학약품을 저장하는 3개의 시료탱크(5)와, 순환수의 유량을 측정하는 유량계(6)와, 실험수를 측정하고 흐를 수 있는 공간을 제공하는 센서포트(7)와, 상기 수탱크(1)(2) 및 루프의 공기를 제거하기 위한 진공펌프 (8)와 진공쳄버(9)와, 용존산소를 제거용 질소(N₂) 가스와 용존수소농도 제어를 위해 사용되는 수소(H₂) 가스를 공급하는 가스 공급장치(10)와, 배기관(11)으로 구성된 저압부 및;

순수를 순환 공급하는 고압순환수펌프(12)와, 저온의 순수를 가열하는 고압열교환기(13)와, 고온 가열용 예열기(14)와, 오토클레이브(15)와, 기준전극(16)과 시편전극(17)를 지지하고 실험수의 온도를 유지하는 ECP 감시 셀(18)과, 실험수를 냉각하는 냉각기(19)와, 압력을 제어하는 고압부 압력조절기(20)와, 냉각기(19)에 수돗물을 공급하는 배관(21)으로 구성된 고압부 및;

기기의 작동/정지 및 가열기의 온도를 제어하는 제어판넬(22)부로 구성된 것을 특징으로 하는 전기화학부식전위 감시를 위한 루프 시험장치.
제 1항에 있어서, 밀폐된 탱크의 액체부와 기체부의 가스 평형 분압 원리를 이용한, 질소 가스와 수소 가스 주입에 의한 용존산소 농도 및 용존수소 농도 제어와, 이들의 변화에 따른 전기화학부식전위의 변화를 감시하는 것을 특징으로 하는 전기화학부식전위 감시를 위한 루프 시험장치.
제 1항에 있어서, 실험수의 배수 및 충수 방법에 의하여 실험수 내의 하이드라진(hydrazine) 농도를 제어하고 전기화학부식전위의 변화를 감시하는 것을 특징으로 하는 전기화학부식전위 감시를 위한 루프 시험장치.