KR20070046469A - 정지 및 저출력시 냉각재 상실 비정상 대응운전지침서개발방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원자력발전소에서 정지 및 저출력운전시 원자로 냉각재 상실사고 발생시 발전소를 원활히 운전하기 위해 비정상 대응지침서를 개발하고, 이 지침서를 통해 발전소의 안정성을 이룸과 더불어 노심비등을 방지하기 위한 지침서를 개발하여 발전소에 적용하기 위한 방법을 제공하기 위한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 지침서 개발의 절차와 단계로서 노심노출 및 노심가열 분석, 저온과압사고 예상시나리오 분석, 가압기 압력 방출밸브 고착개방 분석, 운전원 조치시간에 따른 분석을 사용하여 최적의 대응지침서 개발함으로써 발전소의 비정상 사고 발생시 사고완화를 효율적으로 수행하여 안전성을 향상시킬 수 있다.

Description

정지 및 저출력시 냉각재 상실 비정상 대응운전지침서 개발방법{Response operation guideline of loss of coolant accident at shutdown and low power operation}
도 1은, 본 발명에 따른 비정상 지침서 체계구축을 위한 평가 흐름도이다.
본 발명은 발전소의 정지운전중 냉각재 상실사고가 발생했을 때 비정상 대응지침서 개발방법에 관한 것으로, 특히 비정상사고가 발생했을 때 운전원이 대응하고 조치를 취할 경우 사용하기 위한 문서로서 비정상 대응지침서를 개발하기 위해 구체적인 개발방향 및 절차 등을 상세히 기술한 비정상 대응지침서 개발방법에 관한 것이다.
보통, 비정상 대응지침서를 개발하기 위한 사고해석은 비정상 운전절차서의 다양한 초기사상, 원전계통의 작동 및 운전원 조치와, 그리고 계통 내 이상유동 등에 대한 복잡한 현상들을 최적으로 분석해야 한다.
그러나, 기존의 비정상 운전지침서는 보수적 안전해석 방법론을 사용하므로 기존의 비정상 운전절차서에는 실질적인 과보수성이 내재되어 있으며, 결과적으로 비상운전 조건에서 실질적인 원전 안전성 및 운전 여유도 확보에 제한성을 갖는다.
따라서, 비정상시 운전 안전성을 향상시키기 위해서는 최적해석 체계의 구축 및 적용이 필수적이다.
이러한 문제점은 최적 안전해석 코드체계를 적용하고, 최적 원전계통 모델링 및 최적 운전원 조치 모델링에 의해 분석함으로써 이러한 취약성을 보완한다.
또한, 정지운전중 사고의 효과적인 대처로 원전의 안전성을 향상시키기 위해, 정지 및 저출력 모드를 대상으로 하여 포괄적인 비정상 운전체계를 개발할 필요가 있다.
종래의 비정상 지침서 개발을 위한 해석 방법으로는, 다양한 사고 거동분석에 의한 체계적 지침서 개발 방법이 아니라, 특정한 사고에만 적용이 가능한 특정사고중심의 절차서이며, 보수적 안전해석에 따른 분석결과에 따라 운전지침 및 절차가 결정되어 실제 사고결과와는 차이가 있기 때문에 문제가 되고 있다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 원자력발전소에서 정지 및 저출력운전시 원자로 냉각재 상실사고 발생시 발전소를 원활히 운전하기 위해 비정상 대응지침서를 개발하고, 이 지침서를 통해 발전소의 안정성을 이룸과 더불어 노심비등을 방지하기 위한 지침서를 개발하여 발전소에 적용하기 위한 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명은 지침서 개발의 절차와 단계로서 노심노출 및 노심가열 분석, 저온과압사고 예상시나리오 분석, 가압기 압력 방출밸브 고착개방 분석, 운전원 조 치시간에 따른 분석을 사용하여 최적의 대응지침서 개발함으로써 발전소의 비정상 사고 발생시 사고완화를 효율적으로 수행하여 안전성을 향상시키는 비정상 대응지침서를 개발하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 비정상 지침서를 개발하는 단계로서 노심노출(Core Uncover) 및 노심가열(Core Heat-up) 최적분석에 의해 운전원 조치가 없는 경우, 냉각재 상실사고 발생시 원자로 냉각재 계통 내의 열수력학적 거동(Thermal Hydraulic Behavior) 평가를 채택하는 것을 특징으로 한다.
또한, 가압열 충격상태의 여유도를 평가하기 위해 각 사고별 고온관 온도 대 원자로 냉각재 계통 압력변화를 기술지침서 제한곡선과 여유를 평가하여 저온과압 보호계통 성능과 운전전략의 적절성 분석을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 파열 크기별 노심노출 및 노심가열의 거동을 분석하기 위해 사고 발생 후 운전원 조치로 안전주입이 시작된다고 가정하고 핵연료 피복재의 최대온도가 피복재 온도 허용기준을 만족함을 확인하여 운전원 조치 요구시간을 결정하는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 운전원 조치 허용시간 평가항목은 사고의 초기단계인 사고 인지시간, 사고 진단시간 및 운전원 조치 소요시간과, 운전원이 수동조치를 시작하여 안전기능 종료까지의 시간으로 이루어지고, 운전원 조치 요구시간을 비교하는 단계를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
(실시예)
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
도 1은 발전소의 정지운전중 냉각재 상실사고인 비정상 정지 및 저출력 상태 발생시 비정상 대응지침서 개발방법에 따른 비정상 지침서 체계구축을 위한 평가 흐름도를 나타낸 것으로, 상기 비정상 대응지침서는 사고완화 기능을 위한 점검항목과 이에 필요한 행위로 이루어진다.
도 1에 도시한 바와 같이, 제1단계(S1)는 최적분석코드에 관한 단계로, 시뮬레이션은 RELAP코드를 이용하여 발전소 시뮬레이션을 통해 수행된다.
상기 코드는 원자로 냉각재 계통, 2차 냉각재 계통, 제어봉 제어계통 등의 상세내용을 포함하고 있으며, 최적해석을 위해 사용된다.
제2단계(S2)는 발전소 계통 모델링 단계로, 1차 계통의 원자로 냉각재 루프의 비대칭 현상 모의를 위해 1차측 루프를 루프1, 루프2, 루프3과 같이 3개로 모델링 한다.
상기 각각의 루프는 고온관, 증기발생기의 전열관, 펌프 흡입관, 원자로 냉각재 펌프 및 저온관으로 구성된다.
그리고, 가압기와 밀림관은 루프2와 연결되어 있으며, 원자로 용기, 증기발생기, 루프, 가압기 및 밀림관 등의 금속 질량을 모델링 하였다.
제3단계(S3)는 저온과압 보호계통 모델링 단계로, 원전 저온운전중 발생할 수 있는 과압사고는 압력용기의 취성파괴(Fracture Toughness)를 일으킬 수 있는 위험성이 존재하므로, 발전소는 압력용기 취화압력 한계의 초과를 방지하기 위해 다중성의 가압기 압력 보호밸브와 잔열 제거계통 입구 안전방출 밸브를 모델링 한 다.
제4단계(S4)는 안전주입 감량기준 적용 단계로, 제4단계에서는 안전주입 유량 감량시 원자로 냉각재 계통 압력이 포화압력 이하로 떨어져 계통 내에 기포가 발생하고, 노심 냉각효과를 저하시키는 등 악영향을 미칠 수도 있기 때문에, 주어진 사고에 따른 적절한 안전주입 감량을 위해 발전소의 비상 노심 냉각계통의 펌프별로 계통의 과냉각을 유지시킬 안전주입 감량기준을 적용한다.
노심 잔열이 원자로 냉각재 계통 냉각시점에서 이미 감소되었고, 안전주입 작동 설정치 압력 근처까지 원자로 냉각재 압력이 감압되었으므로 소형 냉각재 상실사고 진전에 따른 핵연료 피복재 온도는 더 이상 증가하지 않는 상태에서 허용기준을 만족하기 때문에, 원자로 냉각재 계통을 냉각하기 시작한 이후에는 원자로 냉각재 펌프 정지기준이 적용되지 않으므로, 제5단계(S5)에서는 원자로 냉각재 펌프 정지기준을 적용할 수 있게 한다.
제6단계(S6)는 해석유형 선정단계로, 노심노출(Core Uncover) 및 노심가열(Core Heat-up) 분석은 운전원 조치가 없는 경우로, 냉각재 상실사고 발생시 원자로 냉각재 계통 내의 열수력학적 거동(Thermal Hydraulic Behavior)을 파악하기 위한 해석유형이다.
한편, 저온과압 분석은 저온과압 보호계통 작동중 파열사고 발생 후 격리시 운전원 조치의 적절성을 평가하기 위한 해석유형이고, 가압기 압력 방출밸브 고착개방 분석은 가압기 압력 방출밸브 고착개방 사고시 운전원 조치를 분석하기 위한 분석유형이다.
또한, 운전전략에 따른 분석은 운전모드 3 또는 4에서 1인치 또는 3인치 고온관/저온관 파열사고로서 사고 발생 이후 운전원 조치로 적절한 보충수 공급과 냉각 및 감압 등이 수행된 분석유형이다.
제7단계(S7)는 시나리오 분석단계에 관한 것이다.
상기 제7단계(S7)의 시나리오 분석단계에 있어서 그 분석방법은 첫째, 비정상 지침서 점검항목 및 필요행위를 나타낸 이하의 [표 1]과 같이 정지운전중 냉각재 상실사고 발생시 최적의 운전절차를 수립하기 위해 정지운전중 냉각재 상실사고에 대한 비정상 운전지침서에 기초해서 최적 안전해석코드를 사용하여 정지운전중 냉각재 상실사고 분석을 수행한다.
둘째, 노심노출 및 노심가열 분석, 가압열 충격 분석, 가압기 압력 방출밸브 고착개방 분석 및, 운전모드 3,4에서 고온관 및 저온관 소형 냉각재 상실사고시 운전 전략에 따른 분석을 수행한다.
셋째, 고온관 및 저온관 파열크기에 따른 냉각재 상실사고 분석을 통해 노심노출 및 노심가열 시간을 계산하여 운전원 조치시간을 평가한다.
넷째, 가압열 충격(Pressurized Thermal Shock) 분석은, 고온관 파열후 파단부위가 조기에 차단된 경우로 원전 저온 운전중 발생할 수 있는 가압열 충격을 완화시키기 위해 설치된 저온과압 보호설비의 역할 및 운전원 조치의 적절성을 평가한다.
다섯째, 가압기 압력 방출밸브 고착개방 분석시에는 2대 충전/안전주입 펌프를 이용해서 원자로 냉각재 계통에 냉각수를 공급하여 가압기 수위 및 원자로 냉각 재 계통 과냉각도가 안전하게 유지되는지 확인한다.
여섯째, 절차서를 바탕으로 수행된 운전전략에 따른 분석에 있어서는, 운전모드4에서 1인치 저온관 또는 고온관 파열사고, 운전모드 3에서의 1인치 고온관 파열사고시 안전주입 감량기준으로 사용된 과냉각도 기준은 안전주입 재기동을 요구하지 않고, 저온과압 열충격도 발생하지 않아서 안전주입 감량기준으로 적합함을 확인한다.
다만, 3인치 저온관 파열사고시 2대의 안전주입 유량을 주입하더라도 원자로 냉각재 계통 과냉각도의 회복은 매우 느리게 진행됨으로, 원자로 냉각재 계통을 충분히 감압하여 저압 안전주입 유량이 공급되면 냉각이 원활히 진행됨을 확인한다.
일곱째, 가압열 충격상태의 여유도를 평가하기 위해, 각 사고별 고온관 온도 대 원자로 냉각재 계통 압력변화를 기술지침서 제한곡선과 여유를 평가하여 저온과압 보호계통 성능을 분석하기 위해 수행된 분석을 제외하고는 저온과압 보호설비 개방 설정치와 여유가 있음을 확인한다.
[표 1]
점검 항목 필요행위
안전주입 점검 안전주입 감량, 안전주입 정지, 재기동
잔열 제거계통 점검 저압 안전주입 전환, 정지, 재기동
과냉각도 점검 감압, 충수
증기발생기 수위 점검 급수 증가, 감소
원자로 냉각재 펌프 점검 정지, 재기동
온도 점검 잔열 제거 기동, 정지, 절차서 종결
계속해서, 제8단계(S8)는 운전원 조치 요구시간 허용기준에 따른 분석단계로, 파열 크기별 노심노출 및 노심가열의 거동을 분석하기 위해 사고 발생 후 운전 원 조치로 안전주입이 시작된다고 가정하고 수행하여 핵연료 피복재의 최대온도가 피복재 온도 허용기준인 1204℃(2200℉)를 만족함을 확인하여 운전원 조치 요구시간을 결정한다.
제9단계(S9)는 운전원 조치 허용시간 종합분석단계로, 원전조건에 대해 초기단계인 사고 인지시간, 사고 진단시간과 운전원 조치시간, 수동조치를 시작하여 안전기능 종료까지의 시간으로 상기 제8단계의 운전원 조치 요구시간보다 작아야한다.
마지막으로, 제10단계(S10)는 비정상 대응운전지침서 체계 구축단계에 관한 것이다.
상기 비정상 대응운전지침서 체계 구축은 첫째, 원전의 성능해석 결과, 열수력학적 거동 평가결과, 노심 비등시간 및 노심노출시간을 지침서에 반영한다.
둘째, 계통 및 기기에 대한 평가를 수행하여 절차서에 반영한다.
셋째, 설정치 분석, 계측기 불확실도를 분석해서 최적의 설정치를 계산하여 절차서에 적용한다.
넷째, 운전 편의성을 고려한 운전경험을 조사분석하여 운전중 안전성 확보할 수 있도록 지침서 체계를 구축한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 보수적 해석이 아닌 최적 과도해석을 통해 비정상 지침서의 설정치의 적절성을 평가하고, 단계별 운전전략을 수립하여 최적의 지침서를 개발할 수 있는 방안을 제시하여 개발된 비정상 지침서는 어떠한 과도상태에서도 비정상 상대의 사고완화에 효율적으로 대처할 수 있고, 최적으로 발전소를 복구할 수 있는 절차를 제공하며, 사고 상황에 대한 초기대응을 효율적으로 대처하기 위해 비정상 지침서의 초기 대응체계를 구체화 함과 더불어 체계화 할 수 있다.

Claims (1)

  1. 노심노출 및 노심가열 최적분석에 의해 운전원 조치가 없는 경우, 냉각재 상실사고 발생시 원자로 냉각재 계통 내의 열수력학적 거동 평가를 채택하는 단계와,
    가압열 충격상태의 여유도를 평가하기 위해 각 사고별 고온관 온도 대 원자로 냉각재 계통 압력변화를 기술지침서 제한곡선과 여유를 평가하여 저온과압 보호계통 성능과 운전전략의 적절성 분석을 수행하는 단계,
    파열 크기별 노심노출 및 노심가열의 거동을 분석하기 위해 사고 발생 후 운전원 조치로 안전주입이 시작된다고 가정하고, 핵연료 피복재의 최대온도가 피복재 온도 허용기준을 만족함을 확인하여 운전원 조치 요구시간을 결정하는 단계 및,
    운전원 조치 허용시간 평가항목은 사고의 초기단계인 사고 인지시간, 사고 진단시간 및 운전원 조치 소요시간과, 운전원이 수동조치를 시작하여 안전기능 종료까지의 시간으로 이루어지고, 운전원 조치 요구시간을 비교하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 정지 및 저출력시 냉각재 상실 비정상 대응운전지침서 개발방법.
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