KR20090022449A - Reduction method of spent resin generated from steam generator blowdown demineralizers of pwr nuclear power plants - Google Patents

Reduction method of spent resin generated from steam generator blowdown demineralizers of pwr nuclear power plants

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KR20090022449A
KR20090022449A KR1020070087805A KR20070087805A KR20090022449A KR 20090022449 A KR20090022449 A KR 20090022449A KR 1020070087805 A KR1020070087805 A KR 1020070087805A KR 20070087805 A KR20070087805 A KR 20070087805A KR 20090022449 A KR20090022449 A KR 20090022449A
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resin
eta
steam generator
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demineralizer
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성기방
박종일
김성환
이재원
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Abstract

A method for reducing spent resin generated in blowdown demineralizer of steam generator of atomic power plant is provided to reduce low-level radioactive waste by increasing a life cycle of resin for a blowdown demineralizer. A blowdown demineralizer is continuously operated after saturation of a water pH adjuster. A life cycle of a resin for the blowdown demineralizer is increased. The water pH adjuster is NH4+ or ETA(Ethanol Amine). A concentration of an outlet of the blowdown demineralizer is Na+, Cl- >= 5ppb. A secondary decision reference concentration of the outlet of the blowdown demineralizer is SO4-2 >= 5ppb, is C.C(Cation Conductivity) >= 0.3us/cm, and is a reference of resin replacing.

Description

원자력발전소 증기발생기의 취출탈염기 발생 폐수지 저감을 위한 방법{Reduction Method of Spent Resin Generated from Steam Generator Blowdown Demineralizers of PWR Nuclear Power Plants}Reduction Method of Spent Resin Generated from Steam Generator Blowdown Demineralizers of PWR Nuclear Power Plants}

본 발명은 원자력발전소 증기발생기의 취출탈염기 발생 폐수지 저감을 위한 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원자력발전소의 2차계통 수질관리 및 방사성물질의 환경배출을 억제하기 위한 탈염기용 수지 사용주기를 대폭 늘려서 이로 인한 저준위 방사성폐기물을 저감할 수 있도록 한 것이며, 이로 인해 제품의 품질과 신뢰성을 대폭 향상시켜 사용자로 하여금 좋은 이미지를 심어줄 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to a method for reducing waste gas from desorption generation of a steam generator of a nuclear power plant, and more specifically, to a secondary system water quality management of a nuclear power plant and a cycle of using a resin for desalting to suppress environmental emissions of radioactive materials. It has been greatly increased to reduce the low-level radioactive wastes caused by this, which greatly improves the quality and reliability of the product so that users can plant a good image.

주지하다시피 고리원자력 발전소 3,4호기는 2차측 부식방지제(pH조절제)인 암모니아를 이용하여 전휘발 방법인 AVT(All Volatile Treatment)(이하 'AVT'라 칭함)로 계통수의 pH를 조절하다가 2000년부터 암모니아보다 성능이 더욱 우수한 것으로 알려진 ETA(Ethanol Amine)(이하 'ETA'라 칭함)로 부식방지제를 변경하였다. 증기발생기내에서 ETA는 암모니아보다 휘발도가 낮고, 염기도가 약하기 때문에 계통수질의 요건이 적정 pH범위를 유지하기 위해서 증기발생기내 ETA 농도가 암모니아 처리방식보다 높여 운전하여야 한다. [아래 표-1. 참조]. As you may know, Units 3 and 4 in Kori Nuclear Power Plant used ammonia, a secondary corrosion inhibitor (pH regulator), to adjust the pH of the plant water using AVT (All Volatile Treatment) (hereinafter referred to as 'AVT'). Since 2013, ETA (Ethanol Amine) (hereinafter referred to as 'ETA'), which is known to perform better than ammonia, has been changed. In the steam generator, ETA has lower volatility and weak basicity than ammonia, so the ETA concentration in the steam generator should be operated higher than the ammonia treatment to maintain the proper pH range. [Table-1 below. Reference].

[표 1] 고리 4호기 AVT 교체전후 2차계통 이온부하 비교[Table 1] Comparison of ion load of secondary system before and after AVT replacement

이에 따라 증기발생기 취출수 계통 탈염기의 양이온 부하는 이전보다 약 2배 정도 증가하였고, 폐수지 발생량도 2배 정도 증가하였다. 증기발생기 취출수 탈염기에서 발생되는 폐수지는 1차측으로부터 2차측으로의 미세 누설로 인한 방사능물질 때문에 자연방사능준위보다는 높고 자체처분기준 방사능 기준치를 대부분 만족한다. 이와 같이 SG 취출수 계통에서 사용한 폐수지는 대부분 자체처분대상 폐기물이지만 환경법 처리기준에 따라 폐수지를 소각했을 경우 방사능물질이 농축되어 소각재의 처리가 용이하지 않다. As a result, the cation load of the steam generator withdrawal system demineralizer increased about 2 times and the amount of waste resin generated increased 2 times. Waste resin from steam generator withdrawal desalter is higher than natural radioactivity level because of radioactive material from primary side to secondary side and meets most of self-disposal standard of radiation. As such, most of the waste resin used in the SG withdrawal system is a waste subject to self-disposal, but when the waste resin is incinerated according to the environmental law treatment standard, the radioactive material is concentrated, so it is not easy to process the incineration ash.

증기발생기 취출탈염기 폐수지 발생량은 암모니아처리 당시에만 매년 전체 폐수지의 65%인 15톤 정도였으나 2차측 부식방지제를 ETA-AVT로 변경한 후 발생량은 20톤 이상으로 더욱 증가되었다. [아래 표-2 참조]. The amount of steam generator blow-out desalination waste resin was about 15 tons, which is 65% of the total waste resin every year at the time of ammonia treatment, but it increased to more than 20 tons after changing the secondary corrosion inhibitor to ETA-AVT. See Table-2 below.

[표 2] 고리 3,4 폐수지 발생현황[Table 2] Development of Waste Resin 3,4

이러한 문제점은 증기발생기 취출탈염기의 이온교환수지가 2차측 수질내의 Na, Cl 등의 불순물이온을 포집하고 대신 수소이온을 내놓는데 기존 이온교환수지 교체판단 기준으로 Na 이온에 대한 탈염기 전. 후단 제염계수(DF : 입구농도÷출구농도)를 적용하였는데 이때 사용하지 않은 새수지에 불순물로 존재하던 Na까지 포괄적으로 제염기준을 적용하여 왔다. 이에 따라 수지의 교체주기가 필요이상으로 짧아져서 SG 취출탈염기 폐수지 발생량이 실제 예상 발생량보다 6배정도 발생하고 있어서 경제성 및 운전성 측면에서 매우 불리하게 작용하고 있었다.The problem is that the ion exchange resin of the steam generator take-off and desorption traps impurity ions such as Na and Cl in the secondary water and instead produces hydrogen ions. The latter stage decontamination coefficient (DF: inlet concentration / outlet concentration) was applied. At this time, the decontamination criteria were applied comprehensively to Na which was present as an impurity in the unused new resin. As a result, the replacement cycle of the resin was shorter than necessary, and the amount of SG take-off and debasement waste resin generated was about 6 times higher than the expected amount, which was very disadvantageous in terms of economic efficiency and operability.

좀더 국내 원전의 기존 SG 탈염기 수지교체기준을 살펴보면, 수지교체 기준은 탈염기내 이온교환수지가 취출수중의 불순물을 더 이상 제거할 수 없어서, 계통 수질을 개선시킬수 없는 시점을 기준으로 한다. 탈염기 수지가 제거능력을 상실했다는 징후로는 경험적으로 Na+ 누설로서 판단하여 왔다. Na+ 누설 이외의 교체기준은 발전소별로 다양한데 이는 수지의 성능저하에 대한 구체적인 평가 자료가 없어 발전소별 경험을 반영하여 자체적으로 설정하거나 타 발전소의 기준을 참고한 것으로 나타났다. [아래 표-3 참조].Looking at the existing SG desalter resin replacement criteria of domestic nuclear power plants, the resin replacement criteria is based on the point that the ion exchange resin in the desalter can no longer remove impurities in the extraction water, so that the system water quality cannot be improved. The indication that the debase resin has lost its ability to remove has been empirically judged as Na + leakage. Replacement criteria other than Na + leakage vary from plant to plant, and there is no specific evaluation data on the resin's performance deterioration. See Table-3 below.

[표 3] 국내 원전별 SG 취출수 탈염기 교체기준[Table 3] SG Extraction Desalter Replacement Standard by Domestic Nuclear Power Plant

표-3의 국내 원전 교체기준에서 보는 바와 같이 SG 취출수 탈염기중 전단탈염기의 경우는 양이온 불순물의 포화여부를 판단할 수 있는 양이온 제염계수기준이 없거나, 있다 하더라도 교체기준값이 다르며, 음이온불순물의 포화여부를 판단할 수 있는 농도기준이 없는 경우도 있다. 후단 탈염기 교체기준은 전단 탈염기에 비해 다양하지만 일관성이 떨어진다.As shown in the domestic nuclear power plant replacement standard of Table-3, in case of shear desalter in SG withdrawal desalter, there is no cation decontamination factor criterion that can determine whether saturation of cationic impurities is present, or even if the replacement criterion value is different, anion impurities In some cases, there is no concentration standard to determine whether Criteria for rear desalter replacement are more varied but less consistent than shear desalters.

이상과 같이 SG 취출탈염기 폐수지는 발생량이 매우 많으며, 그 처리 및 처분에 많은 문제점이 야기되었다.As described above, the SG take-off debase waste resin has a large amount of generation, and many problems have arisen in its treatment and disposal.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 고리 3,4호기의 증기발생기 취출탈염수지의 교체기준을 개선하여 부식방지제로 인한 수지의 성능영향을 배제하고 ETA 포화운전이 가능하도록 소모된 수지정화능력 판단 방법을 제공함을 제1목적으로 한 것이고, 제2목적은 교체주기가 대폭 연장됨에 따라 수지교체과정에서 약품내 존재하는 불순물성분이 2차측의 수질내로 유입기회를 최소화시키는 방법으로 증기발생기 부식조건을 개선시킬 수 있으며, 아울러 ETA 불포화 운전은 많은 폐수지를 발생시켰으나 ETA 포화운전을 가능하게 함으로 인해 폐수지의 발생량을 기존보다 6분의 1로 대폭 감소시켰다. 그리고 이를 위한 본 발명의 제3목적은 증기발생기 취출탈염기 교체기준으로 적용하는 Na 제염계수(DF) ≤ 1 또는 고리 3,4기 이외의 원전에서 적용하는 양이온전도도(C.C)에 의한 교체기준은 새수지 자체에 불순물로 존재하는 Na이온 영향 때문에 계통내 불순물인 Na, Cs 등을 충분히 제거할 수 있는 능력이 있음에도 불구하고 ETA가 수지내 불순물인 Na를 밀어내기 때문에 제염계수값이 교체기준에 도달하여 수지를 교체해야 하는 불합리한 점이 있었던 것을 실제 사용 중인 수지탑의 입구에 유입된 불순물중 선택도가 낮고, 함유량이 가장 높은 Na가 누출되는 시점으로 판단할 수 있는 기준인 탈염기 출구 Na 농도 기준을 계통수질을 적정하게 유지할 수 있는 상한값을 도출하였고 이 값을 교체기준값으로 정하였다. 또한 본 발명의 제4목적은 고리원자력 3,4호기 안전성분석보고서(FSAR)의 증기발생기 취출탈염기 제염계수의 보수성을 확인하고자 방사성물질중 제거특성이 가장 나쁘다고 알려진 Cs으르 이용한 수지 이온교환반응 실험에서도 Cs 교환용량 50% 이하에서는 검출되지 않았으며, 이온교환용량의 70% 까지는 제염계수 10이상을 만족함을 실험적으로 입증하였다. 또한 제5목적은 음이온 수지에도 양이온 수지처럼 Cl-, NO3-, SO4-2 등의 불순물이 포함되어 있는데 음이온수지의 교체기준도 원전 2차측 음이온 관리항목중 가장 선택도가 떨어지는 Cl- 의 탈염기 출구농도로 적용하였다. 또한 제6목적은 Cl- 제염계수(DF) 기준도 Na 이온의 경우와 같이 새 수지 자체에 포함된 불순물성분을 고려할 때 양이온 수지교체기준과 같이 증기발생기 출구 Cl- 농도를 정하여 이온 몰 비율(Molar Ratio)이 일정하도록 하였다. 그 외에도 본 발명의 제7목적은 음이온수지의 성능저하 지표로서 SO4-2 와 양이온 전도도(C.C)가 선정될 수 있으나 양이온 전도도는 여러 음이온과 양이온의 혼합된 전기전도도이므로 음이온수지의 정확한 성능저하 판정기준으로 적용하기는 곤란하나 음이온수지 성능의 감소추이를 확인하기 위한 보조판정기준으로서 SG 수질조건이 만족되는 탈염기 출구의 SO4-2 농도, 양이온전도도(CC)의 기준을 마련하였다. 그리고 제8목적은 탈염기에는 양이온수지와 음이온 수지를 혼합하여 충전하는데, 탈염기의 최대 사용가능 시기는 두 수지의 이온교환능력이 떨어지는 시점이다. 만약 양이온 수지의 불순물 이온 제거능력이 다하면 음이온교환수지의 불순물 제거능력이 충분하더라도 함께 교체, 즉 폐기되어야 한다. 따라서 탈염기내 부피용량이 한정된 상황에서 탈염기의 운전기간을 최대로 하고 발생되는 폐수지를 최소로 하기 위해서는 양이온 수지 및 음이온 수지의 탈염기능 저하 시점을 같게 잡아야 한다. 이를 위해서는 탈염기에서 제거되는 계통수내의 불순물 농도를 고려하여 탈염기내 충전될 양이온과 음이온교환수지의 비율을 고리 원자력 3,4호기의 증기발생기 취출탈염기 수지혼합비를 변경한 원자력발전소 증기발생기의 취출탈염기 발생 폐수지 저감을 위한 방법을 제공한다.The present invention has been made to solve all the problems of the prior art as described above, by improving the replacement criteria of the steam generator take-out desalination resin of Kori 3, 4 to eliminate the performance impact of the resin due to the corrosion inhibitor and saturation ETA operation The first purpose is to provide a method for determining the resin purification capacity consumed to enable this, and the second purpose is to allow the impurities to be introduced into the water quality of the secondary during the resin replacement process as the replacement cycle is greatly extended. By minimizing the method, the steam generator corrosion conditions can be improved, and the ETA unsaturated operation generated a large amount of waste resin, but by reducing the amount of waste resin to one-sixth, the ETA saturation operation was possible. The third object of the present invention for this purpose is to replace the Na decontamination coefficient (DF) ≤ 1 or the cationic conductivity (CC) applied in nuclear power plants other than the ring 3, 4 groups to be applied as a replacement standard for steam generator take-out desalination The decontamination coefficient reaches the replacement standard because ETA pushes out Na, which is an impurity in the resin, despite the ability to sufficiently remove Na, Cs, and other impurities in the system due to the effect of Na ions present as impurities in the new resin itself. The reason why there was an unreasonable point to replace the resin was to use the desalter outlet Na concentration standard, which can be judged as the point at which Na, which has a low selectivity and the highest content, leaks into the inlet of the resin tower in use. The upper limit value for maintaining the system water quality was derived and this value was set as the replacement reference value. In addition, the fourth object of the present invention is a resin ion exchange reaction experiment using Cs, which is known to have the worst removal property among radioactive materials in order to confirm the water retention of the steam generator withdrawal debasement decontamination coefficient of FSAR. In the case of Cs exchange capacity was not detected below 50%, experimentally proved that up to 70% of the ion exchange capacity satisfies the decontamination factor 10 or more. In addition, the fifth objective is that the anion resin contains impurities such as Cl-, NO3-, and SO4-2 like the cation resin, and the replacement criteria for the anion resin is the deionizer of Cl- which is the least selective among the secondary anion management items in nuclear power plants. The exit concentration was applied. In addition, the sixth objective is to determine the ion molar ratio (Molar) by determining the Cl-concentration outlet Cl- concentration as in the cation resin replacement standard, considering the impurity component included in the new resin itself as in the case of Na-ion. Ratio) was made constant. In addition, the seventh objective of the present invention can be selected as SO4-2 and cation conductivity (CC) as an indicator of performance degradation of the anion resin, but since the cation conductivity is a mixed electrical conductivity of several anions and cations, it is determined the exact performance degradation of the anion resin Although it is difficult to apply it as a standard, as a supplementary criterion to confirm the decrease of the anion resin performance, the standard of SO4-2 concentration and cationic conductivity (CC) at the desalter outlet where SG water quality is satisfied is prepared. And the eighth purpose is to charge the demineralizer by mixing a cation resin and an anionic resin, the maximum usable time of the demineralizer is when the ion exchange capacity of the two resins are lowered. If the cation resin is capable of removing impurities, the anion exchange resin should be replaced, that is, discarded, even if it has sufficient impurities. Therefore, in order to maximize the operation period of the demineralizer and to minimize the waste resin generated in a situation where the volume capacity in the demineralizer is limited, the time points for demineralization of the cationic resin and the anionic resin should be equalized. To this end, the ratio of cation and anion exchange resin to be charged in the demineralizer is determined by taking into account the concentration of impurities in the system water removed from the demineralizer. Provided are methods for reducing base generation waste balance.

이러한 목적 달성을 위하여 본 발명은 원자력발전소 증기발생기의 취출수 탈염기를 운전함에 있어 수질 pH 조절제를 포화된 이후 까지 운전함으로 수지 사용기간을 증대시킴을 특징으로 하는 원자력발전소 증기발생기의 취출탈염기 발생 폐수지 저감을 위한 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention increases the resin service life by operating the water quality pH regulator until after saturation in operating the effluent demineralizer of the nuclear power plant steam generator. Provides a way to reduce

상기에서 상세히 살펴본 바와 같이 본 발명은 고리 3,4호기의 증기발생기 취출탈염수지의 교체기준을 개선하여 부식방지제로 인한 수지의 성능영향을 배제하고 ETA 포화운전이 가능하도록 소모된 수지정화능력 판단 방법을 제공한다.As described in detail above, the present invention improves the replacement criteria of the steam generator withdrawal and desalination resins of Kori 3 and 4 to eliminate the performance effects of resins due to corrosion inhibitors, and to determine the consumed resin purification ability to enable ETA saturation operation. To provide.

또한 본 발명은 교체주기가 대폭 연장됨에 따라 수지교체과정에서 약품내 존재하는 불순물성분이 2차측의 수질내로 유입기회를 최소화시키는 방법으로 증기발생기 부식조건을 개선시킬 수 있으며, 아울러 ETA 불포화 운전은 많은 폐수지를 발생시켰으나 ETA 포화운전을 가능하게 함으로 인해 폐수지의 발생량을 기존보다 6분의 1로 대폭 감소시켰다. In addition, the present invention can improve the corrosion condition of the steam generator by minimizing the influx of impurities in the chemicals during the resin replacement process into the water quality of the secondary side as the replacement cycle is greatly extended, and ETA unsaturated operation Although the waste resin was generated, the ETA saturation operation was enabled, which drastically reduced the amount of waste resin produced to one-sixth of the original amount.

본 발명은 또한 증기발생기 취출탈염기 교체기준으로 적용하는 Na 제염계수(DF) ≤ 1 또는 고리 3,4기 이외의 원전에서 적용하는 양이온전도도(C.C)에 의한 교체기준은 새수지 자체에 불순물로 존재하는 Na이온 영향 때문에 계통내 불순물인 Na, Cs 등을 충분히 제거할 수 있는 능력이 있음에도 불구하고 ETA가 수지내 불순물인 Na를 밀어내기 때문에 제염계수값이 교체기준에 도달하여 수지를 교체해야 하는 불합리한 점이 있었던 것을 실제 사용 중인 수지탑의 입구에 유입된 불순물중 선택도가 낮고, 함유량이 가장 높은 Na가 누출되는 시점으로 판단할 수 있는 기준인 탈염기 출구 Na 농도 기준을 계통수질을 적정하게 유지할 수 있는 상한값을 도출하였고 이 값을 교체기준값으로 정하였다. The present invention also applies the replacement criteria based on the Na decontamination coefficient (DF) ≤ 1 or the cationic conductivity (CC) applied in nuclear power plants other than the 3, 4 rings, as impurities in the new resin itself. Despite the ability to sufficiently remove Na, Cs, and other impurities in the system due to the effect of Na ions, the decontamination coefficient reaches the replacement criteria because ETA pushes out Na, which is an impurity in the resin. Maintaining the system water quality properly is based on the desalter outlet Na concentration standard, which can be judged as the point at which Na, which has a low selectivity and the highest content among the impurities flowing into the inlet of the resin tower in use, is unreasonable. The upper limit value was derived and this value was set as the replacement reference value.

또한 본 발명은 고리원자력 3,4호기 안전성분석보고서(FSAR)의 증기발생기 취출탈염기 제염계수의 보수성을 확인하고자 방사성물질중 제거특성이 가장 나쁘다고 알려진 Cs으르 이용한 수지 이온교환반응 실험에서도 Cs 교환용량 50% 이하에서는 검출되지 않았으며, 이온교환용량의 70% 까지는 제염계수 10이상을 만족함을 실험적으로 입증하였다. In addition, the present invention is a Cs exchange capacity in a resin ion exchange reaction experiment using Cs, which is known to have the worst removal property among radioactive materials in order to confirm the water retention of the steam generator withdrawal and debasement decontamination coefficients of the Kori Nuclear Power No. 3 and 4 Safety Analysis Report (FSAR). It was not detected below 50% and experimentally proved that up to 70% of the ion exchange capacity satisfies the decontamination factor of 10 or more.

그리고 본 발명은 음이온 수지에도 양이온 수지처럼 Cl-, NO3-, SO4-2 등의 불순물이 포함되어 있는데 음이온수지의 교체기준도 원전 2차측 음이온 관리항목중 가장 선택도가 떨어지는 Cl- 의 탈염기 출구농도로 적용하였다. In addition, the present invention includes impurities such as Cl-, NO3- and SO4-2 in the anion resin as well as the cationic resin. It was applied at a concentration.

또한 본 발명은 Cl- 제염계수(DF) 기준도 Na 이온의 경우와 같이 새 수지 자체에 포함된 불순물성분을 고려할 때 양이온 수지교체기준과 같이 증기발생기 출구 Cl- 농도를 정하여 이온 몰 비율(Molar Ratio)이 일정하도록 하였다. In addition, in the present invention, the Cl-decontamination coefficient (DF) is also determined by considering the impurity components included in the new resin itself as in the case of Na ions. ) To be constant.

그 외에도 본 발명은 음이온수지의 성능저하 지표로서 SO4-2 와 양이온 전도도(C.C)가 선정될 수 있으나 양이온 전도도는 여러 음이온과 양이온의 혼합된 전기전도도이므로 음이온수지의 정확한 성능저하 판정기준으로 적용하기는 곤란하나 음이온수지 성능의 감소추이를 확인하기 위한 보조판정기준으로서 SG 수질조건이 만족되는 탈염기 출구의 SO4-2 농도, 양이온전도도(CC)의 기준을 마련하였다. In addition to the present invention, SO4-2 and cationic conductivity (CC) may be selected as an indicator of deterioration of the anion resin, but since the cationic conductivity is a mixed electrical conductivity of various anions and cations, the present invention may be applied as a criterion for deterioration of anion resin. Although it is difficult to determine the anion resin performance, the standard of SO4-2 concentration and cationic conductivity (CC) at the desalter outlet where SG water quality is satisfied is established as an auxiliary decision criterion for confirming the decrease of anion resin performance.

더하여 본 발명은 탈염기에는 양이온수지와 음이온 수지를 혼합하여 충전하는데, 탈염기의 최대 사용가능 시기는 두 수지의 이온교환능력이 떨어지는 시점이다. 만약 양이온 수지의 불순물 이온 제거능력이 다하면 음이온교환수지의 불순물 제거능력이 충분하더라도 함께 교체, 즉 폐기되어야 한다. 따라서 탈염기내 부피용량이 한정된 상황에서 탈염기의 운전기간을 최대로 하고 발생되는 폐수지를 최소로 하기 위해서는 양이온 수지 및 음이온 수지의 탈염기능 저하 시점을 같게 잡아야 한다. 이를 위해서는 탈염기에서 제거되는 계통수내의 불순물 농도를 고려하여 탈염기내 충전될 양이온과 음이온교환수지의 비율을 고리 원자력 3,4호기의 증기발생기 취출탈염기 수지혼합비를 변경한 매우 유용한 발명인 것이다.In addition, the present invention is filled with a deionizer mixed with a cationic resin and an anionic resin, the maximum usable time of the demineralizer is the time when the ion exchange capacity of the two resins are low. If the cation resin is capable of removing impurities, the anion exchange resin should be replaced, that is, discarded, even if it has sufficient impurities. Therefore, in order to maximize the operation period of the demineralizer and to minimize the waste resin generated in a situation where the volume capacity in the demineralizer is limited, the time points for demineralization of the cationic resin and the anionic resin should be equalized. To this end, it is a very useful invention in which the ratio of the cation and anion exchange resin to be charged in the demineralizer is changed in the steam generator take-out demineralizer resin mixing ratio of Kori Nuclear Power Nos. 3 and 4 in consideration of the impurity concentration in the plant water removed from the demineralizer.

이하에서는 이러한 효과 달성을 위한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, described in detail with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the present invention for achieving this effect are as follows.

도 1 은 본 발명의 이론을 뒷받침할 이온교환수지 포화 실험장치 모형도.1 is a model diagram of an ion exchange resin saturation experimental apparatus to support the theory of the present invention.

도 2 는 본 발명에 사용한 실제 실험장치 설치 사진.Figure 2 is a photograph of the actual experimental apparatus installation used in the present invention.

도 3 은 본 발명 증기발생기 취출계통수로 포화시킨 수지에서 Cs 선택도 실Figure 3 is a Cs selectivity seal in the resin saturated with the steam generator extraction system of the present invention

험결과 그래프.        Test result graph.

도 4 는 본 발명 수소이온(H+) 포화형 수지에서 ETA+, Na+, NH4+, Cs+ 이온Figure 4 is ETA +, Na +, NH 4 +, Cs + ion in the hydrogen ion (H +) saturated resin of the present invention

의 선택도 실험결과 그래프.        Selectivity experiment results graph.

도 5 는 본 발명 ETA, Na, NH4 포화수지에서 Cs 이온의 선택도 실험결과 그5 is a result of the selectivity experiment of the Cs ion in the ETA, Na, NH 4 saturated resin of the present invention

래프.        Laugh.

도 6 은 본 발명 양이온수지의 ETA-Na 파과곡선을 나타낸 그래프.Figure 6 is a graph showing the ETA-Na breakthrough curve of the cationic resin of the present invention.

본 발명에 적용된 원자력발전소 증기발생기의 취출탈염기 발생 폐수지 저감을 위한 방법은 도 1 내지 도 6 에 도시된 바와 같이 구성되는 것이다.Method for reducing the extraction desalination generating waste resin of the steam generator of the nuclear power plant applied to the present invention is configured as shown in Figs.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.The following terms are terms set in consideration of functions in the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the producer, and their definitions should be made based on the contents throughout the specification.

이하에서는 취출수 탈염기의 pH 조절제인 암모니아 및 ETA의 영향을 고려하지 않는 수지교체기준 기준 근거인 각 이온의 수지교환 실험결과를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the results of the resin exchange experiment of each ion, which is the basis of the resin replacement criterion that does not consider the effects of ammonia and ETA, which are pH adjusting agents of the leachate demineralizer, will be described in detail as follows.

원전 증기발생기 취출수 탈염기가 ETA로 포화되는 시점 이후의 운전가능성과 수지특성을 확인하기 위하여 3가지로 나누어 도1 및 도2와 같이 실험을 수행하였다.In order to confirm the operability and the resin characteristics after the point of steam generator withdrawal from the nuclear power plant saturation with ETA, the experiment was performed as shown in FIGS. 1 and 2.

1) 2차 계통수로 포화시킨 수지의 Cs+ 포집실험1) Cs + collection experiment of resin saturated with secondary system water

2) 고농도 모의시료 교환실험 [ 표 4 참조]2) High concentration simulation sample exchange test [Refer to Table 4]

3) ETA 포화수지의 Cs+ 교환반응 실험3) Cs + exchange reaction of saturated ETA resin

실험방법은 KSM 0119(1993)인 이온교환 수지의 성능 시험방법을 이용하였고, 실험 조건은 다음과 같이 조절하였다.Experimental method was used to test the performance of the ion exchange resin KSM 0119 (1993), the experimental conditions were adjusted as follows.

1) 이온교환 수지량 : 40ml(H+ 형 양이온교환수지, 제조사 : Purolite 사)1) Ion exchange resin amount: 40ml (H + type cation exchange resin, manufacturer: Purolite)

2) 시료량 : 60 리터2) Sample volume: 60 liters

3) 혼합용액 : ETA+ 122.18ppm, Na+ 46ppm, Cs+ 265.8ppm, NH3 34 ppm3) Mixed solution: ETA + 122.18ppm, Na + 46ppm, Cs + 265.8ppm, NH3 34ppm

4) 유 속 : 50ml /분4) Flow rate: 50ml / min

5) 수지층 칼럼 : KSM에서 규정된 20φ 유리관5) Resin layer column: 20φ glass tube specified in KSM

[표 4] 고농도 실험시 이온농도 조건 [Table 4] Ion Concentration Conditions in High Concentration Experiments

도 3은 계통수로 포화된 수지의 Na+와 Cs+ 포집능력을 정성적으로 확인하기 위한 실험결과로서 고리원전 3호기의 2차계통수인 ETA 3,400ppb, 암모니아 230ppb, Na+ 0.3ppb 로 충분히 포화시킨 후 다시 포화된 수지에 모의시료(계통수에 Cs+ 2ppm 추가)를 흘려주었다. 실험 결과는 모의 실험용액 50리터가 모두 소모될 때까지 Cs+는 전혀 누설되지 않아서 Cs+의 제염계수는 매우 크게 나타났고, 실험용 칼럼 출구의 Na 농도는 ETA의 농도증가에 비례하여 서서히 증가하였고 농도는 0.3 ppb에서 3 ppb 까지 증가한 것을 근거로 할 때 제염계수는 약 0.1 정도였다. 3 is a test result for qualitatively confirming the Na + and Cs + trapping ability of the resin saturated with the system water as saturated with ETA 3,400ppb, ammonia 230ppb, Na + 0.3ppb of the secondary system of Kori Nuclear Power Plant No. 3 The simulated sample (adding 2 ppm of Cs + to the system water) was poured into the resin. The results showed that Cs + did not leak at all until 50 liters of the simulated solution had been consumed. The decontamination coefficient of Cs + was very high.The Na concentration at the outlet of the experimental column increased slowly in proportion to the increase of ETA concentration and the concentration was 0.3. The decontamination coefficient was about 0.1 based on the increase from ppb to 3 ppb.

이 실험을 근거로 실험칼럼으로 유입된 Na+ 농도보다 출구의 Na+ 농도가 높은 것은 유입된 Na+가 칼럼을 빠져나오는 것이 아니라 수지자체에 불순물로 존재하는 Na+가 누출되는 것으로 나타났다. Based on this experiment, the higher Na + concentration at the outlet than the Na + concentration inflowed into the experimental column did not indicate that the inflow of Na + exited the column, but the Na + present as impurities in the resin itself.

도 4는 고농도 모의불순물 용액의 교환실험 결과이며, 본 실험에서는 실험수지용량을 줄이고 가상계통이온 농도를 높여서 결과를 얻기 위한 실험시간을 단축하고자 하였다. 이를 위하여 원전 증기발생기 취출탈염기 양이온수지 충전량인 2.5 ㎥ 의 약 8만분의 1에 상당하는 수지용량(30㎖)에 2차 계통에 첨가된 화학물질 농도는 30배 이상으로 하여 수지에 대한 파과관류 실험을 수행하였다. Figure 4 shows the results of the exchange experiment of the high concentration simulated impurity solution, in this experiment was intended to shorten the experiment time to obtain the results by reducing the experimental resin capacity and increasing the virtual system ion concentration. To this end, the chemical capacity added to the secondary system was 30 times higher than the resin capacity (30 ml), which is equivalent to about 1 / 0,000 of 2.5 m3, which is the charge of the steam generator withdrawal and desulfation cation resin of nuclear power plants. The experiment was performed.

먼저 전체 이온들의 수지에 대한 선택도는 다음과 같이 Cs가 가장 큰 것으로 나타났다[도 4 및 도 5]. First, the selectivity of the total ions for the resin was shown to be the largest Cs as follows [Fig. 4 and 5].

∴ 이온선택도 : Cs+ > Na+ > NH4+ > ETA+ > H+∴ Ion selectivity: Cs +> Na +> NH4 +> ETA +> H +

이온들의 수지 교환반응에서 가장 선택성이 좋은 Cs은 공존하는 ETA+, NH4+, Na+에 영향을 받지 않는 것처럼 단일 화학종의 수지 파과곡선인 S자형을 보였다. 이는 수지가 Na+이든 ETA+로 포화되었던 간에 Cs+ 이 가장 강한 이온선택성을 갖기 때문이다. Cs+의 모의농도를 2 meq/ℓ 보다 낮은 1 meq/ℓ으로 실험하면 포화기간은 2배로 증가되어 Cs+ 파과위치가 2배 늘어난 위치에서 나타났다. The most selective Cs in the resin exchange reaction of ions showed the sigmoid, the resin breakthrough curve of a single species, as if not affected by the coexisting ETA +, NH4 +, and Na +. This is because Cs + has the strongest ion selectivity whether the resin is Na + or saturated with ETA +. When the simulated concentration of Cs + was tested at 1 meq / ℓ lower than 2 meq / ℓ, the saturation period was doubled and the Cs + breakthrough site was doubled.

Na 파과곡선의 파과곡선에 의하면 Na+는 ETA+와 암모니아보다 선택성이 커서 ETA나 암모니아보다 늦게 파과가 일어난다. 실험에서 Cs+ 를 사용하지 않는다면 Na의 파과곡선은 Cs의 파과곡선처럼 나타났을 것이나, 방사성 물질에 대한 제염계수의 보수성을 확인하기 위해 실험용액에 주입한 Cs+ 때문에 Na의 파과는 Cs+ 파과보다 먼저 나타났고, Na+ 파과는 Cs+로 인해 밀려난 Na+ 때문에 실험용액 농도 2.0meq/ℓ 보다 높은 2.4 meq/ℓ에서 피크를 보인 후, 입구용액농도로 회귀하였다. 또, Na+ Peak 점의 위치는 Cs+ 농도가 1.0 meq/ℓ(입구농도의 50%)에서 일치하는데, 이는 Na가 Cs+로 인해 밀려나고 있음을 보여준다. The breakthrough curve of the Na breakthrough curve shows that Na + is more selective than ETA + and ammonia, causing breakthrough later than ETA or ammonia. If Cs + was not used in the experiment, the breakthrough curve of Na would appear as the breakthrough curve of Cs, but the breakthrough of Na appeared earlier than the Cs + breakthrough because of Cs + injected into the experimental solution to confirm the conservativeness of the decontamination coefficient for radioactive material. , Na + breakthrough peaked at 2.4 meq / l higher than the experimental solution concentration of 2.0 meq / l due to Na + pushed away by Cs +, and then returned to the inlet solution concentration. In addition, the location of the Na + peak point coincides with a Cs + concentration of 1.0 meq / l (50% of the inlet concentration), indicating that Na is being pushed out by Cs +.

이 현상은 원전 증기발생기가 파손되어 누설될 때, 탈염기를 통과한 오염된 증기발생기 계통수는 탈염기 사용기간에 의존하지 않고 H+ 형 수지처럼 방사성 이온 물질을 제거할 수 있는 능력을 확보하고 있음을 보여준다. 즉, 증기발생기 취출수가 새수지인 H+ 형, ETA+형이든 Na+ 형이든지 관계없이 방사성물질에 대해서는 탈염기 용량에 의해 결정되는 방사성물질을 포집할 수 있다는 실험결과를 얻었다. 또 파과초기의 Na+ 농도 그래프는 위로 약간 볼록한데 이는 수지에 오염된 Na+가 ETA와 NH4+로 인해 용리(Elution)되어 된 양이 시료중의 Na+ 성분과 합쳐진 결과이다.This phenomenon shows that when the power plant steam generator breaks down and leaks, the contaminated steam generator system that passed through the desalting plant has the ability to remove radioactive ions, such as H + resin, without depending on the desalting service life. . In other words, the experimental results show that the steam generator withdrawal water can capture the radioactive material determined by the debase capacity for the radioactive material regardless of the H + type, the ETA + type or the Na + type. In addition, the Na + concentration graph in the beginning of the breakthrough is slightly convex, which is the result of the amount of Na + contaminated with resin eluted by ETA and NH4 + combined with the Na + component in the sample.

ETA+ 파과곡선은 암모니아보다 수지선택성이 조금 약하게 나타났다. 처음에는 4 종류의 화학물질 농도를 모두 동일하게 2.0 meq/ℓ 로 하였으나, ETA와 암모니아의 최종 농도는 2.0 meq/ℓ 미만으로 나타났는데, 이는 10시간 정도의 실험도중 휘발성 암모니아와 ETA가 휘발되어 농도가 조금 감소한 것으로 판단된다. 또, 각 화학종의 파과곡선에서 입구농도의 50% 도달 시간은 (ETA+ + NH4+) : Na+ : Cs+= (1+1)T : 3T : 4T 였다. 이 현상은 ETA+/NH4+ , Na+ 및 Cs+ 간의 이온선택도 값이 커서 나타나는데, Na+ 이나 Cs+ 이 수지칼럼에 유입될 때에는 수지의 이온교환자리에 ETA나 암모니아처럼 선택도가 낮은 이온이 존재하면 Na는 그 자리를 차지하고, 대신에 선택도가 낮은 물질인 암모니아나 ETA를 밀어내기 때문이다. ETA + breakthrough curves showed slightly weaker resin selectivity than ammonia. Initially, all four chemical concentrations were the same at 2.0 meq / l, but the final concentrations of ETA and ammonia were less than 2.0 meq / l, which was volatile ammonia and ETA after 10 hours of experimentation. Seems to have decreased slightly. In addition, in the breakthrough curve of each chemical species, the arrival time of 50% of the inlet concentration was (ETA + + NH4 +): Na +: Cs + = (1 + 1) T: 3T: 4T. This phenomenon is caused by large ion selectivity values between ETA + / NH4 +, Na + and Cs +. When Na + or Cs + enters the resin column, if Na + or Cs + has low selectivity ions such as ETA or ammonia, It takes the place and instead pushes ammonia or ETA, which is a low selectivity material.

ETA를 주입하는 원전에서 NH4+ 는 ETA와 혼합된 NH4+ 를 주입하였거나, 산소제거를 위해 주입한 하이드라진의 분해생성물이다. NH4+ 파과곡선에서 NH4+ 은 ETA보다 누출되는 시점이 약간 늦은데, 이는 ETA보다 수지와의 교환반응이 활발하기 때문에 초기에만 약간 늦게 누출된다. 그러나 전체 파과곡선인 피크농도 발생시기는 NH4+ 가 빠른데, 이는 ETA가 NH4+ 보다 수지와의 결합력이 강해서 Na+나 Cs+에 밀려나는 속도가 늦기 때문으로 판단된다. 즉, 두 이온간의 교환반응에는 반응속도와 화학적 안정성에 의해 교환반응이 결정되기 때문이다. In nuclear power plants injected with ETA, NH4 + is injected with NH4 + mixed with ETA, or is a decomposition product of hydrazine injected for oxygen removal. In the NH4 + breakthrough curve, NH4 + leaks slightly later than ETA, which leaks only slightly later, since the exchange reaction with the resin is more active than ETA. However, the peak breakthrough time, which is the total breakthrough curve, is faster at NH4 + because ETA is more strongly bound to Na + or Cs + than NH4 +. That is, the exchange reaction between the two ions is determined by the reaction rate and chemical stability.

이상과 같이 원전 2차 계통에서 고려할 수 있는 4가지 이온들에 대한 선택도 및 파과곡선 실험을 통하여 ETA 포화운전이 타당하다는 실험 결과를 얻을 수 있었다. As described above, the experimental result that the ETA saturation operation is valid through the selectivity and breakthrough curve experiments for the four ions that can be considered in the secondary system of nuclear power plants can be obtained.

도 5는 ETA+, NH4+ 및 Na+ 및 Na+로 포화된 수지의 Cs+ 포집능력을 확인하기 위한 실험이이며, 신 수지를 2.0 meq/ℓ의 ETA+, NH4+ 및 Na+ 용액으로 미리 충분히 포화시킨 후, 추가로 Cs 2meq/ℓ 를 실험용액에 용해시켜 파과곡선을 얻었다.5 is an experiment for confirming the Cs + trapping ability of the resin saturated with ETA +, NH4 + and Na + and Na +, and the new resin is sufficiently saturated with 2.0 meq / L of ETA +, NH4 + and Na + solution in advance, and further Cs + 2 meq / L was dissolved in the experimental solution to obtain a breakthrough curve.

Cs 파과곡선은 새 수지의 교환반응처럼 S 자형이었다. 단지, H 이온 포화형 수지보다 선택도가 큰 ETA+, NH4+, 및 Na로 인해 파과곡선이 약간 누웠지만 Cs의 제염 계수가 10 정도 되는 시점은 H-형 수지와 비슷하였다. 이는 취출수 탈염기가 Na로 포화되어 교체시점에 이르러서도 Cs를 충분히 제거할 능력을 갖고 있음을 보여준다.The Cs breakthrough curve was S-shaped like the exchange of a new resin. However, the breakthrough curve was slightly lowered due to ETA +, NH4 +, and Na having higher selectivity than the H-ion saturated resin, but the decontamination coefficient of Cs was about 10, similar to that of the H-type resin. This shows that the effluent demineralizer is saturated with Na and has the ability to remove Cs sufficiently even at the point of replacement.

Na 교환반응은 포화곡선에서 보는 바와 같이 실험 초기에 ETA, NH4+ 및 Na+로 충분히 포화시킨 수지를 사용하려던 의도보다는 Na+가 덜 포화 된 것으로 나타났다. 그러나 실험이 진행되면서 주입되는 Na+ 와 Cs+로 밀려난 Na+로 인해 유출 농도가 계속 증가하다가 ETA와 NH4+의 농도가 평형농도에 도달하는 시점에서 피크 값을 갖았다. 이는 Cs의 농도변화가 가장 큰 위치인 Cs+농도 1.0 meq/ℓ 위치보다 먼저 나타나는데 이는 Na+가 ETA+/NH4+와 밀어내는 교환 반응후 탈염기 출구에 나타나기 때문으로 판단된다. 이러한 현상을 바탕으로 ETA+와 NH4+ 교환반응 실험결과에서도 NH4+ 농도가 ETA 농도보다 높게 나타나는데, 수지와의 교환반응 선택도는 NH4+ ≥ ETA 임을 보여준다. 그러나 제거대상 화학종이 Na+와 Cs+임을 고려할 때, ETA나 NH4+ 은 수지에서 제거해야할 부담이 없는 것이다.The Na exchange reaction was found to be less saturated than the intention to use a resin sufficiently saturated with ETA, NH4 + and Na + at the beginning of the experiment as shown in the saturation curve. However, as the experiment progressed, the concentration of effluent continued to increase due to Na + pushed into Na + and Cs +, and peaked at the point when ETA and NH4 + concentration reached equilibrium. This is because the concentration change of Cs appears before the Cs + concentration of 1.0 meq / L, which is the largest position, because Na + appears at the outlet of the desalination after exchanging with ETA + / NH4 +. Based on these phenomena, the NH4 + concentration was higher than the ETA concentration in the ETA + and NH4 + exchange experiments. The exchange selectivity with the resin was NH4 + ≥ ETA. However, given that the species to be removed are Na + and Cs +, ETA or NH4 + does not have to be removed from the resin.

상기한 본원발명의 기술을 구성을 보다 구체적으로 설며하면 다음과 같다.The configuration of the above-described technology of the present invention is described in more detail as follows.

먼저, 본 발명은 원자력발전소 증기발생기의 취출수 탈염기를 운전함에 있어 수질 pH 조절제를 포화된 이후 까지 운전함으로 수지 사용기간을 증대시킬 수 있도록 하게 된다. 이때 상기 수질 pH 조절제는 NH4 + 또는 ETA가 사용됨을 특징으로 하게 된다.First, the present invention is to operate the water quality pH regulator until after saturation in operating the extraction water desalination unit of the steam generator of the nuclear power plant to increase the service life of the resin. In this case, the water pH adjusting agent is characterized in that NH 4 + or ETA is used.

즉, 고리 3,4호기의 2차계통 수질관리는 암모니아-AVT에서 2002년부터 국내외 연구 결과를 바탕으로 ETA-AVT로 전환되었는데, 전환 전후 수질관리 데이터는 다음 표-6 과 같다. 수질항목의 변화내용은 증기발생기내 pH는 9.2에서 9.6으로 증가하였고, 암모니아농도는 1/3로 낮아진 대신 ETA가 약 3,500ppb 로 유지되고 있다. 그 외 대부분의 불순물 농도는 수질관리 변화 전후로 유사한 수준이다.In other words, the secondary system water quality management of Kori Units 3 and 4 has been converted from Ammonia-AVT to ETA-AVT based on domestic and international studies since 2002. The water quality management data before and after conversion are shown in Table 6 below. Changes in the water quality category showed that the pH in the steam generator increased from 9.2 to 9.6, while the ammonia concentration was lowered to 1/3, and the ETA was maintained at about 3,500 ppb. Most other impurity concentrations are similar before and after changes in water quality management.

[표 5] 고리 4호기 2차측 수질기준 및 ETA 처리 전후 수질관리 데이터[Table 5] Secondary Water Quality Standards of Kori Unit 4 and Water Quality Management Data Before and After ETA Treatment

고리 3,4호기 취출탈염기의 ETA 포화운전을 위해서는 이로 인한 주요 수질인자들에 대한 수질영향 평가가 필요하고, 그 평가결과가 다음 표-6의 “SG Steam side and Feedwater AVT Chemistry Guidelines”을 만족하면서, 수질이 합리적으로 달성할 수 있는 목적을 달성할 수 있어야 한다. 이를 위해 각 수질항목에 대한 검토내용 및 결과는 다음과 같다.For the ETA saturation operation of Kori Units 3 and 4, it is necessary to evaluate the water quality of the major water quality factors, and the evaluation results meet the “SG Steam side and Feedwater AVT Chemistry Guidelines” in Table 6 below. At the same time, it should be possible to achieve the purpose that water quality can reasonably achieve. To this end, the review contents and results of each water quality item are as follows.

[표 6] SG Steam side and Feedwater AVT Chemistry GuidelinesTable 6SG Steam side and Feedwater AVT Chemistry Guidelines

1) pH (수소이온 농도)1) pH (hydrogen ion concentration)

원전 2차계통의 배관, 탱크의 재질은 탄소강과 스테인리스 스틸로 이루어졌으며, 철합금의 부식률 최소값 범위는 pH 9.6 이상이다. 그러므로 고리 3,4호기처럼 구리합금이 없는 경우 전체 2차계통의 pH 범위를 pH 9.6 이상으로 유지하는 것이 재질의 전부식(General corrosion)과 침부식(Flow Accelerated Corrosion)을 최소화 할 수 있다. 증기발생기 취출탈염기가 ETA로 포화되어 운전될 경우, 계통의 pH는 제거할 경우보다 더 높아져서 계통에 유익하며, 특히 탈염기 후단 배관인 경우, 이전에는 ETA가 제거되어서 pH가 중성부근이었으나, 포화운전하면 통과되는 ETA가 pH를 높여주어서 탈염기 후단의 pH 취약부분을 개선하는 효과가 있다. The piping and tank materials of the secondary nuclear power plant are made of carbon steel and stainless steel, and the minimum corrosion rate range of iron alloy is pH 9.6 or more. Therefore, in the absence of copper alloys such as rings 3 and 4, maintaining the pH range of the entire secondary system above pH 9.6 can minimize general corrosion and flow corrosion of the material. If the steam generator blow-out desalinater is operated with saturated ETA, the system pH is higher than if it is removed, which is beneficial to the system. Especially in the case of the pipe after the desalinater, the pH was near neutral because the ETA was removed before. When the ETA is passed through to increase the pH has the effect of improving the pH weak part of the desorption end.

즉, ETA포화 운전은 2차측 모든 계통의 pH를 부식율이 최소화되는 영역으로 유지시켜 주기 때문에 포화운전하는 것이 계통재질의 부식방지 운전에 더 좋다. In other words, ETA saturation operation keeps the pH of all secondary systems in a region where the corrosion rate is minimized, so saturation operation is better for corrosion prevention operation of system materials.

2) 양이온 전도도(Cation Conductivity)2) Cation Conductivity

양이온전도도는 수중의 음이온인 Cl-, F-, HSiO2-, SO4-2, 유기산 등의 불순물 농도를 간접적으로 추정할 수 있으며, 특히, 복수기 열교환기의 해수 누설시 Cl- 농도의 갑작스런 증가징후(Spike)를 검출해내는 신속한 방법이다.The cation conductivity can indirectly estimate the impurity concentrations of anions such as Cl-, F-, HSiO2-, SO4-2, and organic acids.In particular, the increase in Cl-concentration in case of seawater leakage in the condenser heat exchanger ( It is a quick way to detect spikes.

고리 4호기의 양이온전도도(C.C)는 2차측 수질기준치(2.0 μmhos/cm) 보다 1/20 수준인 0.1 μmhos/cm 정도인데, 이는 증기발생기 계통수에서 음이온불순물이 낮게 유지되고 있음을 보여준다. ETA 포화운전시 ETA는 탈염기에서 누설되어 농도가 높아지지만 양이온인 ETA는 양이온전도도의 수질에 미치는 영향은 없다. 그러나 ETA 처리시 ETA 열분해 부산물인 유기산(Formic acid, Glycolic Acid) 농도가 약간 증가하여 양이온전전도도(C.C)값이 증가하는 경향을 보인다. 고리 4호기의 양이온전도도(C.C)는 0.09에서 0.1로 다소 증가하였으나, 수질기준치보다 낮게 유지되어서 전체적으로 수질에 미치는 영향은 없다.The cationic conductivity (C.C) of ring 4 is about 0.1 μmhos / cm, which is 1/20 of the secondary water quality standard (2.0 μmhos / cm), indicating that anion impurities are kept low in the steam generator system. In ETA saturation operation, ETA leaks from the demineralizer and increases in concentration, but ETA, which is a cation, does not affect the water quality of cation conductivity. However, the concentration of organic acid (formic acid, glycolic acid), which is a by-product of ETA pyrolysis, increased slightly, resulting in an increase in the cationic conductivity (C.C) value. The cationic conductivity (C.C) of Ring 4 increased slightly from 0.09 to 0.1, but it was kept below the water quality standard, so there was no effect on the overall water quality.

3) 총이온 전도도(Total Ion Conductivity)3) Total Ion Conductivity

총이온 전도도는 수중의 양이온과 음이온의 전도성을 이용해 전체이온함량을 판단하는데 이용하며, 2차 계통수 중에는 pH조절제를 일정농도 이상으로 유지하여야 하기 때문에 총전도도 제한값은 최소값으로 주어진다. 즉, 고리 3,4호기 급수의 총전도도는 2.5μmohs/cm 이상으로 정해졌으며, 이는 ETA가 적절히 주입되고 있는지를 판단하기 위한 것이다. 취출수 탈염기가 ETA로 포화되어 운전하면, ETA약품을 추가로 주입하지 않아도 농도는 유지되므로, 운전 및 수질관리 측면에서는 유리한 것이다. The total ion conductivity is used to determine the total ion content using the conductivity of cations and anions in water, and the total conductivity limit is given as the minimum value because the pH regulator should be kept above a certain concentration in the secondary system water. In other words, the total conductivity of Kori 3, 4 water supply was determined to be 2.5 μmohs / cm or more, which is to determine whether ETA is properly injected. If the effluent demineralizer is operated with saturated ETA, the concentration is maintained even without additional injection of ETA, which is advantageous in terms of operation and water quality management.

4) Na 이온 4) Na ions

원전 2차측 Na는 증기발생기 내부틈새에서 잠복 농축되어 강알카리(pH 10 이상) 환경을 조성하는데, 증기발생기튜브 부식실험 결과에 의하면, 고온에서 강알카리 성분인 NaOH는 입계간(Inter-Granular Attack)부식을 일으킨다. IGA 부식조건은 pH가 10이상으로 높아야 하는데, 이 조건의 Na 최소농도는 표-7 의 NaOH와 pH와의 관계에 의하면 2,300ppb 정도이다. 그러나 고리 3,4호기 SG 수질기준치는 20ppb 이하이며, 고리 4호기 SG 취출수 운전실적에 따르면 Na 농도는 0.2ppb 정도로 제한치보다 100분의 1정도이다. 이는 SG 틈새에서 11만배( 2300ppb÷0.2ppb )로 농축되면 않으면 pH 10을 넘지 않으므로 알카리 부식우려는 없다고 판단된다. 그리고 틈새에서는 Cl-, SO4-2, 유기산등이 공존하므로 Na+의 알카리 영향을 중화시킨다(표 -8 참조). ETA를 포화운전할 경우 수지에 오염된 Na+로 인해 SG 취출탈염기 출구측 Na+ 농도가 약간 증가하는데, 누설된 Na는 콘덴서의 웅축수와 합해져서 희석되며, 이후 CPP 탈염기를 통과할 때 제거된다. 만약 CPP를 부분운전하여 일부 Na도 우회될 경우, 증기발생기에 유입되겠지만 결국에는 다시 취출탈염기에 포집된다. Na on the secondary side of the nuclear power plant is concentrated in the internal space of the steam generator to create a strong alkali (pH 10 or higher) environment. According to the corrosion test results of the steam generator tube, NaOH, which is a strong alkaline component at high temperature, is inter-granular attack. Cause corrosion. IGA corrosion conditions require a pH higher than 10. The minimum Na concentration of this condition is about 2,300 ppb, depending on the relationship between NaOH and pH in Table-7. However, Kori 3, 4 SG water quality standard is less than 20ppb, and according to Kori 4, SG leachate operation results, Na concentration is about 0.2ppb, about 1/100 of the limit. If it is concentrated to 110,000 times (2300ppb ÷ 0.2ppb) in the SG gap, it does not exceed pH 10. Therefore, it is judged that there is no possibility of alkali corrosion. In the gap, Cl-, SO4-2, organic acid, etc. coexist to neutralize the alkali effect of Na + (see Table -8). Saturation of ETA slightly increases the concentration of Na + in the outlet side of the SG take-off demineralizer due to Na + contaminated with resin. The leaked Na is combined with the condenser water of the condenser to be diluted and then removed when passing through the CPP demineralizer. If some Na is bypassed by partial operation of CPP, it will enter the steam generator but will eventually be captured again in the blowout debase.

[표 7] NaOH 농도와 pH 와의 관계[Table 7] Relationship between NaOH concentration and pH

[표 8] Na, Cl 농도와 pH 와의 관계[Table 8] Relationship between Na and Cl concentrations and pH

5) 염산이온( Cl- )5) Hydrochloric acid ion (Cl-)

Cl- 는 Na+와 마찬가지로 증기발생기내 틈새에서 잠복농축 현상을 갖으며, 실험에 의하면 산성(Acidic) 및 산화성(Oxidative) 조건에서 SG 세관인 Alloy 600의 점식(Pitting)을 일으킬 수 있다. 원전 2차측 수질조건인 환원조건 또는 pH 8.5 이상에서는 Cl-로 인한 점식 문제는 없는 것으로 알려져 있다. 고리 3,4호기 수질에서는 환원분위기 조절은 Hydrazine으로 하며, pH 8.5 유지는 ETA와 일부 Ammonia로 조절되고 있다. 즉, 원전에서 수화학 제한치는 20ppb 정도로서 실제 운전수준은 0.3ppb 이므로, Cl- 로 인한 점식 부식은 없다. 즉, 취출수 탈염기를 ETA 포화 운전하더라도 계통의 Cl 농도에 미치는 영향은 없으며, ETA 포화운전으로 인해 계통에 주입하는 ETA 약품이 줄어들고 약품의 불순물인 Cl이 계통내 유입을 억제할 수 있다. 즉, ETA 포화운전이 계통수질의 Cl- 농도를 더욱 감소시킬 수 있다.Cl-, like Na +, has a latent concentration phenomenon in the crevices of the steam generator and, according to experiments, can cause pitting of Alloy 600, an SG tubular, under acidic and oxidative conditions. It is known that there is no viscosity problem due to Cl- at the reducing condition or the pH of 8.5 or higher which is the secondary water quality condition of the nuclear power plant. In ring 3 and 4 water quality, reducing atmosphere is controlled by hydrazine, and pH 8.5 maintenance is controlled by ETA and some ammonia. In other words, the hydrochemical limit in nuclear power plants is about 20 ppb and the actual operating level is 0.3 ppb, so there is no point corrosion caused by Cl-. That is, even if the effluent desalter is operated in saturated ETA, there is no effect on Cl concentration of the system, and the ETA saturation operation reduces the amount of ETA chemicals injected into the system, and Cl, which is an impurity of the chemical, can suppress the inflow into the system. That is, the ETA saturation operation can further reduce the Cl- concentration of the system water.

6) 황산이온6) sulfate ion

SO4-2는 Cl-처럼 증기발생기내 틈새에서 잠복현상을 보이며, 1,000ppb 이상에서 Alloy 600의 국부부식을 가속화시킨다. 이로 인해 원전 수화학 제한치는 1,000ppb보다 1/50인 20ppb이며, 실제 운전실적은 0.3ppb 수준을 보여준다. 그러므로, SO4-2 의 수질은 제한치 범위내로 운영되고 있으므로 부식우려는 없으며, 탈염기를 ETA로 포화이후 운전하여도 계통 주입되는 ETA 약품량이 줄어져서 약품 불순물의 SO4-2 유입을 방지할 수 있다. 즉, 탈염기 ETA 포화운전이 계통수질의 SO4-2 농도 감소에 기여하여 계통수질 개선 측면에서 긍정적이다. SO4-2 is latent in crevices in the steam generator like Cl- and accelerates local corrosion of Alloy 600 above 1,000 ppb. As a result, the nuclear hydration limit is 20 ppb, which is 1/50 of 1,000 ppb, and actual operating performance is 0.3 ppb. Therefore, since the water quality of SO4-2 is operated within the limits, there is no risk of corrosion, and even if the desalting unit is operated after saturation with ETA, the amount of ETA chemical introduced into the system is reduced, thereby preventing SO4-2 inflow of chemical impurities. In other words, the desalting ETA saturation operation contributes to the reduction of SO4-2 concentration in the system water quality, which is positive in terms of system water quality improvement.

7) 용존산소 (Dissolved Oxygen)7) Dissolved Oxygen

산소는 금속재질과 반응하여 안정한 산화물을 형성하여 원래 재질의 특성을 손상시키므로 엄격히 관리된다. 그러나 수질관리 측면에서 용존산소는 탈염기의 이온교환 반응과 무관하므로 ETA 포화운전으로 인한 영향성은 없다. 오히려 탈염기 수지 교체시 계통으로 공기가 유입되는데, 교체주기가 길어지면 유입 기회가 줄어들므로 용존산소 저감측면에 긍정적이다. Oxygen is strictly controlled because it reacts with metal to form a stable oxide, which impairs the properties of the original material. However, in terms of water quality management, dissolved oxygen is not related to the ion exchange reaction of the demineralizer and thus has no effect due to the ETA saturation operation. On the contrary, air is introduced into the system when the demineralizer resin is replaced. The longer the replacement cycle, the less chance there is for inflow.

이상과 같이 고리 3,4호기의 2차계통 수질에 대한 주요 7가지 수질항목 검토결과, 취출탈염기의 ETA포화운전을 함으로서 오히려 신규 ETA에 포함된 불순물 유입을 방지하여 계통내 불순물 농도를 저하시키며, ETA 사용량을 저감하여 계통운전에 긍정적인 것으로 나타났다.As a result of reviewing the seven major water quality items for the secondary system water quality of Kori Units 3 and 4, the ETA saturation operation of the blow-out desalter prevents the inflow of impurities contained in the new ETA and lowers the concentration of impurities in the system. In addition, it was found to be positive for the system operation by reducing the amount of ETA used.

그리고 고리원자력 3,4호기 안전성분석보고서(FSAR)의 증기발생기 취출탈염기 제염계수의 보수성을 확인하고자 방사성물질중 제거특성이 가장 나쁘다고 알려진 Cs으로 이용한 수지 이온교환반응 실험에서도 Cs 교환용량 50% 이하에서는 검출되지 않았으며, 이온교환용량의 70% 까지는 제염계수 10이상을 만족하였다. In addition, in order to confirm the water retention of the steam generator withdrawal and debasement decontamination coefficient of the Kori Nuclear Power Plant No. 3 and 4 Safety Analysis Report (FSAR), the Cs exchange capacity was less than 50% in the resin ion exchange reaction experiment using Cs, which is known to have the worst removal property among radioactive materials. Was not detected, and up to 70% of the ion exchange capacity satisfies the decontamination factor of 10 or more.

또한 증기발생기 취출탈염기 제거용량은 설계기준인 1% 핵연료 손상을 가정시 연료 외부로 누설되는 용해성 양이온 총량보다 25 배의 제거능력을 확보하고 있고, 이런 경우 실제 제염계수는 매우 커서 FSAR의 제염계수 조건인 100을 충분히 만족시킬 수 있었다.In addition, the steam generator withdrawal and desalination removal capacity has 25 times the removal capacity of the total amount of soluble cations leaking to the fuel, assuming 1% nuclear fuel damage, which is a design criterion.In this case, the decontamination coefficient of FSAR is very large. The condition 100 was fully satisfied.

따라서 기존 운전방식으로는 2차계통 급수에 약품주입 펌프를 이용하여 증기발생기내에 ETA 및 암모니아를 주입하여 증기발생기 및 2차 계통수의 pH를 조절하였고, 일부 ETA 및 암모니아는 증기발생기 하부 취출 배관을 통해 배출되었으며, 배출된 ETA 등은 탈염기에서 포집되었다. 포집된 ETA 또는 암모니아로 탈염기가 포화되면 더 이상 계통수내 불순물인 Na, Fe 혹은 Cs 이온 등을 제거할 수 없다고 잘못 판단하여 교체하여왔는데, 본 발명을 통해 약품주입계통을 통해 주입된 ETA 혹은 암모니아로 포화된 탈염기를 계속해서 운전하여 실제 계통수내 불순물인 Na, Fe 등의 불순물로 포화되기 까지 운전할 수 있게 되었다.Therefore, in the conventional operation method, ETA and ammonia were injected into the steam generator by using a chemical injection pump in the secondary system feed water to adjust the pH of the steam generator and the secondary system water, and some ETA and ammonia were discharged through the lower part of the steam generator. The discharged ETA was collected in the desalter. When the debase is saturated with the collected ETA or ammonia, it has been wrongly determined that Na, Fe, or Cs ions, etc., which are impurities in the plant water, cannot be removed anymore, but have been replaced with ETA or ammonia injected through the chemical injection system. Saturated demineralizers were operated continuously until they were saturated with impurities such as Na and Fe which are actual impurities in the plant water.

또한 본 발명은 상기 수질 pH 조절제를 이용한 탈염기 출구의 농도는 Na+, Cl- ≥ 5 ppb 임을 특징으로 하는 원자력발전소 증기발생기의 취출탈염기 발생 폐수지 저감을 위한 방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for reducing the desalination generating waste resin of the steam generator of the nuclear power plant, characterized in that the concentration of the demineralizer outlet using the water quality pH regulator is Na +, Cl-≥ 5 ppb.

그리고 본 발명은 상기 수질 pH 조절제를 이용한 탈염기 출구의 보조판정 기준 농도는 SO4 -2 ≥ 5 ppb 로 하여 수지교체 판단 기준의 근거로 함을 특징으로 하는 원자력발전소 증기발생기의 취출탈염기 발생 폐수지 저감을 위한 방법을 제공하게 된다.In the present invention, the secondary determination reference concentration of the desalter outlet using the water quality pH adjusting agent is SO 4 -2 ≥ 5 ppb, and is based on the resin replacement judgment standard. It will provide a way to reduce the risk.

더하여 본 발명은 상기 수질 pH 조절제를 이용한 탈염기 출구의 보조판정 기준 농도는 양이온전도도(C.C)≥ 0.3㎲/㎝ 로 하여 수지교체 판단 기준의 근거로 함을 특징으로 하는 원자력발전소 증기발생기의 취출탈염기 발생 폐수지 저감을 위한 방법을 제공한다.In addition, in the present invention, the auxiliary determination standard concentration of the desalter outlet using the water quality pH adjusting agent is based on the resin replacement judgment standard based on the cation conductivity (CC) ≥ 0.3㎲ / cm. Provided are methods for reducing base generation waste balance.

이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.This will be described in more detail as follows.

즉, 원전 2차계통 탈염기 성능과 관련된 기존 정보에서는 취출수 탈염기의 Na 누설 현상에 대해 국내외에서는 Na+ 선택도는 수소이온(H+)보다 크지만 암모니아와 ETA 보다는 낮다고 알려져 왔다. 미국의 전력연구원(EPRI)에서 발행된 보고서[TR-107199]에서와 같이 ETA로 포화될 경우, Na는 ETA보다 수지에 대한 선택도가 떨어져서 ETA로 인해 밀려나오다가 파과시점에서 피크를 보인다(도 6 참조). 이후부터 수지의 Na+ 포집능력은 상실되며, 탈염기 입구로 유입된 Na는 곧바로 출구로 나온다고 이해되었다. In other words, the existing information related to the performance of the secondary system demineralization of nuclear power plants has been known that the Na + selectivity is higher than that of hydrogen ions (H +) but lower than that of ammonia and ETA. When saturated with ETA, as shown in a report published by the US Electric Power Research Institute (EPRI) [TR-107199], Na has a lower selectivity to the resin than ETA, pushed out by ETA, and shows a peak at breakthrough (Fig. 6). Since then, the Na + trapping capacity of the resin is lost, and it is understood that Na entering the demineralizer inlet immediately exits.

본 발명은 증기발생기 취출탈염수지의 교체기준을 부식방지제로 인한 수지의 성능영향을 배제하고 ETA 포화운전이 가능하도록 소모된 수지정화능력 판단 방법을 다음과 제공하는 데 본 발명의 목적이 있는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method for determining the consumed resin purifying capacity so that the ETA saturation operation can be performed without removing the performance influence of the resin due to the corrosion inhibitor as a replacement standard of the steam generator take-out demineralized resin.

기존 판정기준 : SG 취출탈염기 입, 출구 Na DF(제염계수) ≤ 1 Existing criteria: SG withdrawal demineralization inlet and outlet Na DF (decontamination factor) ≤ 1

개선 판정기준 : SG 취출탈염기 출구 Na+, Cl- ≥ 5 ppb Criteria for improvement: SG withdrawal debase exit Na +, Cl- ≥ 5 ppb

(보조 판정기준 : SO4-2 ≥ 5 ppb, C.C ≥ 0.3㎲/㎝ )(Secondary criteria: SO 4 - 2 ≥ 5 ppb , CC ≥ 0.3㎲ / ㎝)

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 증기발생기 취출탈염기 교체기준으로 적용하는 Na 제염계수(DF) ≤ 1 또는 고리 3,4기 이외의 원전에서 적용하는 양이온전도도(C.C)에 의한 교체기준은 새수지 자체에 불순물로 존재하는 Na이온 영향 때문에 증기발생기 수질이 좋은 경우에도 교체해야 하는 불합리한 점이 있었다.In order to achieve the above object, the present invention provides a replacement standard based on a cationic conductivity (CC) applied to a nuclear power plant other than Na decontamination coefficient (DF) ≤ 1 or rings 3 and 4, which is applied as a replacement standard for steam generator take-out desalination. Due to the effects of Na ions present as impurities in the new resin itself, there was an unreasonable need to replace the steam generator even if the water quality is good.

이런 문제점을 해결하는 방법으로서 실제 사용 중인 수지탑의 입구에 유입된 불순물중 선택도가 낮고, 함유량이 가장 높은 Na가 누출되는 시점으로 판단할 수 있는 기준인 탈염기 출구 Na 농도가 5 ppb 이상 기준[출구 Na 농도 : 5 ppb]을 양이온수지의 교체기준으로 적용하였으며, 근거 도출과정은 다음과 같다.As a solution to this problem, the desalter outlet Na concentration, which is a criterion that can be judged as the point at which Na, which has a low selectivity and the highest content among the impurities flowing into the inlet of the resin tower, is used, is based on 5 ppb or more. [Outlet Na concentration: 5 ppb] was applied as a replacement standard for the cation resin.

국내 원전의 SG 취출탈염기 수지의 교체기준 설정은 탈염기 수지가 계통수중의 유해한 불순물을 제거할 수 없는 상태로 규정한다. SG 취출 탈염기 수지는 혼상이므로 양이온과 음이온 수지로 구성되어 있으므로 각각에 대한 개선방법을 검토하였다.The replacement criteria for SG take-off demineralization resins of domestic nuclear power plants is defined as the condition that demineralization resins cannot remove harmful impurities in the system water. Since the SG extraction debase resin is a mixed phase, it is composed of a cation and an anion resin.

○ 양이온 수지 교체기준 ○ Cationic Resin Replacement Criteria

양이온 수지에서 제거되어야 하는 2차계통 불순물중 가장 제거가 어려운 이온은 Na이기 때문에 Na에 의한 교체기준은 양이온 수지의 성능저하에 의한 교체기준을 포괄하는 것이다. Na에 의한 교체기준 설정이유는 다음과 같다. 계통에서 Na의 농도가 증가하는 경우, 특히 SG 수질중 Na 증가는 해수 누설, ETA 등 약품의 불순물, Na 함량이 높은 오염된 수지로부터 누출, 잠복된 SG 세관틈새의 누출(Hideout & Return), 수지의 제염계수 저하(주로 Channeling 현상 ) 등이 원인이 될 수 있다. 이런 이유로 인해, SG 취출탈염기의 Na 제염계수로서 수지성능을 판단하는 기준으로 삼아 왔는데, 증기발생기 취출수 Na누출은 오염된 Na 때문이었으므로, 탈염기 수지의 고유 제거능력이 상실되지 않았는데, 기준을 잘못 정하여 교체한다는 것은 교체된 새 수지가 ETA 약품을 소모하여, 화학약품 주입량을 증가시키게 되고, 약품중 불순물들이 증기발생기로 더욱 유입을 촉진하는 것이 된다.Since the most difficult ions of secondary system impurities to be removed from the cationic resin are Na, the replacement criteria by Na encompasses the replacement criteria due to deterioration of the cation resin. The reason for setting replacement criteria by Na is as follows. In the case of increasing Na concentration in the system, the increase in Na in SG water, in particular, may lead to seawater leakage, impurities from chemicals such as ETA, leaks from contaminated resins with high Na content, leaks of hidden SG tubules, and resins. The decontamination coefficient of the membrane (mainly channeling phenomenon) may be the cause. For this reason, the Na decontamination coefficient of SG take-off debasement has been used as a criterion for judging resin performance. Since the leakage of steam generator withdrawal was due to contaminated Na, the intrinsic removal capacity of the debase resin was not lost. Improper replacement means that the replaced new resin will consume ETA chemicals, increasing the chemical injection volume and further introducing impurities into the steam generator.

본 발명과정에서 새로 밝혀진 사항인 양이온 수지가 ETA 보다 Na를 잘 포획하며, 계통수에 pH 조절을 위해 주입된 ETA로 양이온수지가 포화된 시기에 Na의 누설은 계통수내에 포함된 불순물인 탈염기 입구로 유입된 Na가 아니라 수지에 오염된 Na로부터 유래하고, 양이온 불순물은 수지에 포집된 ETA 또는 이전부터 수지내에 존재하던 Na를 밀어내기 때문에 탈염기 수지교체 기준은 이러한 현상을 종합적으로 고려하여 설정되어야 하며, 다음 사항을 원칙으로 정하였다. The cationic resin, which is newly discovered in the process of the present invention, captures Na better than ETA, and when the cationic resin is saturated with ETA injected to adjust pH in the plant water, the leakage of Na is introduced into the demineralization inlet, which is an impurity contained in the plant water. Since the cationic impurities push out ETA collected in the resin or Na previously existed in the resin, not Na introduced, the debase resin replacement criteria should be set in consideration of this phenomenon. In principle, the following points were established:

가) 2차계통수중의 pH 조절제인 ETA는 탈염기에서 제거대상으로 여기지 않는다. 즉 계통수와 함께 순환시킨다.A) ETA, a pH regulator in the secondary system water, is not considered to be removed from the demineralizer. It circulates with the tree.

나) 새 수지에 존재하는 Na 누출은 수지포화시기와 관계가 없으므로 이로 인한 누설영향부분은 탈염기 교체기준에서 배제하되 계통수의 Na 농도관리 차원에서 고려한다. B) Na leakage in the new resin is not related to the saturation time of the resin. Therefore, the effect of leakage is excluded from the desalter replacement criteria, but should be considered in terms of the Na concentration control of the tree.

다) 불순물 제거과정은 능동적인 과정이어야 한다. 외부 유입으로 인해 계통내 불순물 유입이 갑자기 증가하더라도 시간이 경과되면 계통수 순환량에 비례하여, 불순물은 탈염기에서 제염계수에 따라 자연적으로 감소된다. 여러 이온에 대한 선택도 실험에서 입증된 바 있으며, Na의 제염계수는 10이상이지만 보수적으로 10으로 정하여 평가한다. C) Impurity removal should be an active process. Even if the influx of impurities in the system increases suddenly due to external inflow, the impurities naturally decrease with the decontamination factor in the desalting machine in proportion to the flow rate of the tree water over time. The selectivity of various ions has been demonstrated in the experiment. The decontamination coefficient of Na is above 10 but is evaluated conservatively as 10.

위의 원칙을 고려하면서 원자력발전소 운전과정중 정지단계, 기동단계 및 출력단계마다 정해진 수질관리 기준이 있는데[표 기동시 불순물 제거, 누설된 해수의 SG 유입방지, SG 세관 파단시 1차 냉각재방사능물질 제거 등의 능력이 확보되어야 한다. Taking into account the above principles, there are water quality management standards set for each of the stop, start and output stages during the operation of the nuclear power plant. [Cleaning of impurities during start-up, prevention of SG inflow of leaked seawater, and primary coolant radioactive material when SG customs are broken. Capabilities such as removal should be secured.

[표 9] 원자력발전소 출력 상태별 증기발생기 수질 기준[Table 9] Steam Generator Water Quality Standards by Nuclear Power Plant Output Status

위 조건을 바탕으로 SG 취출수 탈염기의 양이온수지 후단 수질기준을 다음과 같은 방법으로 정하였다.Based on the above conditions, the water quality standard of the cationic resin of the SG withdrawal demineralizer was determined as follows.

가) 수질기준이 가장 높은 기동 또는 정지시 SG 취출수 수질 기준인 Na 농도 100ppb 이하조건과 정상 운전시 조치개시 2단계 농도 제한값인 Na 100 ppb 이하조건에서 Na의 제염계수 10을 고려한 농도는 10ppb 이하를 만족A) Concentration considering the decontamination factor of Na is 10ppb or less under conditions of Na concentration of 100ppb or less, which is the SG withdrawal water quality standard at the highest start or stop, and Na 100ppb or less, which is the two-step concentration limit for normal operation. Satisfy

나) 출력 30% 이상 운전조건에서 탈염기 출구 Na 농도제한치는 증기발생기 수질 제한치인 20ppb의 제염계수 10을 만족하는 농도값 2 ppb 및 ETA 포화시 불순물로 존재하는 Na 누설로 인한 농도값인 3 ppb을 더한 값인 Na 5ppb 이하를 만족 B) At the output condition of 30% or more, the desalter outlet Na concentration limit is 2 ppb, which satisfies the decontamination factor 10 of 20 ppb, the steam generator water quality limit, and 3 ppb, which is the concentration value due to Na leakage as impurities during saturation of ETA. Satisfies Na 5 ppb or less

[ Na 최대누설농도 3ppb 근거 : 미국 전력연구원(EPRI) 보고서(NP-7380 Figure B-3)를 참조함 ] [Na maximum leakage concentration 3ppb Basis: refer to EPRI report (NP-7380 Figure B-3)]

위 두 방법중 엄격한 수질기준은 Na 농도가 5 ppb 이하이므로 양이온수지 교체 개선안은 SG 취출탈염기의 출구 Na 농도를 5 ppb이상으로 선정하였다.Among the above two methods, the strict water quality standard is less than 5 ppb, so the improvement of cation resin replacement was selected as the exit Na concentration of SG take-off demineralizer above 5 ppb.

나. 음이온 수지 교체기준 I. Anion Resin Replacement Criteria

음이온 수지에도 양이온 수지와 같이 Cl-, NO3-, SO4-2 등의 불순물이 포함되어 있는데, 음이온수지의 교체기준도 원전 2차측 음이온 관리항목중 가장 선택도가 떨어지는 항목을 출구에서 감시하는 것이 보편적으로 타당하다.Like the cationic resin, the anion resin contains impurities such as Cl-, NO 3- , and SO 4 -2, and the replacement criteria for the anion resin also monitors the least selective items among the secondary anion management items in the nuclear power plant. Is universally valid.

음이온수지에 대한 이온의 선택성 크기는 여러 실험결과를 정리한 자료에 의하면 다음과 같다.The selectivity of ions for anion resins is as follows according to the data of several experiments.

음이온 선택성 순서 : OH- < F- < Cl- < Br- < NO3- < I- < SO4-2Anion-selective sequence: OH- <F- <Cl- <Br- <NO3- <I- <SO 4 -2

음이온 수지에서도 Cl-, NO3-, SO4-2 등의 주요 불순물이 양이온수지처럼 포함되어 있으므로 교체기준도 여러 음이온 중 원전 2차측 관리항목에서 가장 선택도가 낮은 Cl-의 탈염기 출구농도를 선정하는 것이 타당하다. 제염계수 기준은 양이온수지의 Na 와 같이 오염된 Cl 수지로 인해 제염계수가 낮게 측정될 수 있다. 교체 기준은 계통수의 존재비가 양이온인 Na와 비례하도록 Cl-의 수지탑 출구농도를 5 ppb 이상으로 하는 것이 표-8의 Na와 Cl의 농도와의 관계에서 보는 바와 같이 두 이온으로 인한 계통수의 pH 변화가 가장 적기 때문이다.In the anion resin, the main impurities such as Cl-, NO 3 -and SO 4 -2 are included as the cation resin, so the replacement criteria also indicate the de-mineralization outlet concentration of Cl- which has the lowest selectivity in the secondary control items of nuclear power plants. It is reasonable to select. The decontamination coefficient criterion can be measured to have a low decontamination coefficient due to contaminated Cl resin such as Na of the cationic resin. The replacement criterion is that the pH of the phylogenetic tree caused by the two ions, as shown in relation to the Na and Cl concentrations in Table 8, is that the outlet concentration of Cl- is 5 ppb or more so that the abundance of the phylogenetic tree is proportional to the cation Na. Because change is the least.

그 외에 원전의 증기발생기 계통수에서 대부분 검출되는 SO4-2 는 선택도가 다른 음이온들에 비해 커서 음이온수지에 잘 제거되지만 간혹 양이온수지의 파편물이 증기발생기에 유입 후 분해되어서 검출된다. 그러므로 황산이온을 탈염기의 교체기준으로 판단하는 것은 Cl- 이온에 비해 타당성이 떨어진다.In addition, SO4-2, which is mostly detected in the steam generator system of nuclear power plants, is more removed than anion resin due to its selectivity compared to other anions, but sometimes the debris of the cation resin is decomposed after being introduced into the steam generator. Therefore, the determination of sulfate ion as a replacement standard for demineralizer is less valid than that of Cl- ion.

그러나 대부분의 원전에서 수지유입으로 인한 증기발생기 수질저하를 염려하여 SO4 농도를 관리하므로, 별도로 탈염기 제염 기준으로 설정한다. 그럼에도 불구하고 수지 교체기준으로 설정한다면, 다른 이온농도 제한값과 같이 취출탈염기 출구의 SO4-2 농도를 5 ppb 이상으로 하였다. 이 값의 근거는 계통수질관리 기준치가 Na와 Cl 과 동일하기 때문이다.However, in most nuclear power plants, SO4 concentration is managed in consideration of water quality degradation caused by resin inflow, so it is set as a desaltering decontamination standard separately. Nevertheless, if it was set as a resin replacement criterion, the SO4-2 concentration at the outlet of the blow-out debasement was set to 5 ppb or more like other ion concentration limits. The reason for this value is that the system quality control standard is the same as Na and Cl.

그 밖의 음이온 농도를 감시할 수 있는 수질인자가 양이온 전도도(C.C)이다. C.C는 음이온 불순물인 Cl-, F-, HSiO3-, SO4-2, 유기산 등의 총 농도 변화를 보여 주는데, 전에는 양이온 전도도값이 수중불순물 변화를 감시하는데 좋은 지표였다.Another water quality factor that can monitor anion concentrations is cation conductivity (CC). CC shows the change in the total concentration of anion impurities such as Cl-, F-, HSiO 3- , SO 4 -2 and organic acids. Previously, the cation conductivity value was a good indicator for monitoring water impurities.

그러나 미량불순물을 정확하게 분석할 수 있는 최근에는 음이온수지의 성능 판정을 탈염기 전.후단 농도를 직접 측정하여 판단하는 것이 타당하므로, C.C는 온라인 감시를 위해 수질변화 추이를 판단하는 데 활용하고, 수지판정기준은 참고만 하는 것이 합리적이다. 만약 SG 취출수의 수지교체기준으로 선정한다면, 취출수 계통의 수질 제한치인 0.3uS/cm 값 이상이 타당하다. 이 값의 근거는 [표 Ⅵ-2]와 같이 2차 계통내에 존재할 수 있는 각종 불순물(Cl-, HSiO3-, SO4-2, 유기산) 농도가 5ppb 정도일 때 이론적으로 계산한 전도도이다.However, in recent years, it is reasonable to directly determine the performance of anion resin by measuring the concentration before and after the debasement to accurately analyze trace impurities, so CC can be used to determine the trend of water quality change for online monitoring. It is reasonable to refer to the criteria only. If the SG effluent is selected as a resin replacement criterion, a value of 0.3 uS / cm or more, which is the water quality limit of the effluent system, is valid. Based on this value, various impurities that may be present in the secondary system as shown in Table Ⅵ-2] - is a (Cl-, HSiO 3, SO 4 -2, an organic acid), the concentration of the conductivity calculated theoretically when the order of 5ppb.

[표 10] 불순물 이온농도에 대한 양이온전도도 계산표[Table 10] Cationic Conductivity Calculation Table for Impurity Ion Concentration

또한 본 발명은 상기 수질 pH 조절제를 이용한 탈염기의 수질혼합비율을 양이온수지 부피량대 음이온수지 부피량을 1 대 1로 조절하여 수지사용 기간을 증대함을 특징으로 하는 원자력발전소 증기발생기의 취출탈염기 발생 폐수지 저감을 위한 방법을 제공한다.In another aspect, the present invention is characterized in that the water mixing ratio of the demineralizer using the water pH adjuster to adjust the cation resin volume to anion resin volume 1 to 1 to increase the resin service period of the nuclear power plant steam generator take-out debase It provides a method for reducing the generated waste balance.

그리고 본 발명은 상기 수질 pH 조절제를 이용한 탈염기의 수질혼합비율을 양이온수지 부피량대 음이온수지 부피량을 3 대 1로 조절하여 수지사용 기간을 증대함을 특징으로 하는 원자력발전소 증기발생기의 취출탈염기 발생 폐수지 저감을 위한 방법을 제공한다.The present invention is characterized in that the water mixing ratio of the demineralizer using the water pH adjuster is adjusted to cation resin volume to anion resin volume of 3 to 1 to increase the resin service period. It provides a method for reducing the generated waste balance.

이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.This will be described in more detail as follows.

즉, 탈염기의 이온교환수지는 양이온을 제거하는 수지와 음이온을 제거하는 수지가 혼합되어 있다. 사용 기간은 통과하는 계통수의 이온농도에 반비례하는데, 계통수중의 양이온과 음이온의 비율이 차이나는 경우에는 이온교환능력이 먼저 포화되는 수지의 용량 즉, 계통수중에 많이 포함된 이온농도에 의해 결정된다. 그래서 계통수중의 양이온 농도와 음이온 농도비에 따라 수지를 충전하므로서 포화시점이 거의 동시에 도달하도록 하여 이용율을 최대화하고 있다. That is, the deionizer ion exchange resin is mixed with a resin for removing cations and a resin for removing anions. The period of use is inversely proportional to the ion concentration of the plant water passing through it. If the ratio of cations and anions in the plant water differs, the ion exchange capacity is determined by the capacity of the resin that is saturated first, that is, the ion concentration contained in the plant water. So, by filling the resin according to the ratio of cation concentration and anion concentration in the system water, the saturation point is reached almost simultaneously to maximize the utilization rate.

전에는 취출수 탈염기의 수지배합비를 pH 조절제인 ETA와 암모니아를 양이온 부하로 여겨 수지 배합비를 결정하였는데, 이들 ETA와 암모니아를 이온부하로 여기지 않을 경우, 새로이 혼합비율이 설정되어야 한다. 이를 위해 국내 발전소 운전 자료를 근거로 하여 이온교환수지의 혼합비를 계산하였다. 그리고 ETA 환경에서 분해생성물인 유기산에 의한 영향을 고려하였다.Previously, the resin blending ratio of the extraction water demineralizer was regarded as the cation loading of ETA and ammonia as pH adjusters. When the ETA and ammonia were not regarded as ionic loads, a new mixing ratio had to be set. For this purpose, the mixing ratio of ion exchange resin was calculated based on the data of domestic power plant operation. In addition, the effects of organic acid, which is a degradation product, are considered in the ETA environment.

발전소에서는 수질기준치를 준수하므로, 기준치 값 이내에서 운전하므로 관련 기준치 또는 제한치를 사용하였다. 기준치가 없는 경우에는 측정결과보다 보수적인 최대값 또는 5배정도 보수적인 값으로 가정하였다.(예 : 유기산의 농도는 연구보고서 “고리 1호기 ETA 적용연구” 분석값의 약 5배 값 )Since the plant complies with the water quality standard, it operates within the standard value, so the relevant standard value or limit value is used. In the absence of a reference value, it is assumed to be a conservative maximum or five times more conservative than the measured results. (For example, the concentration of organic acid is approximately five times that of the research report “Applied to Ring 1 ETA.”).

계산결과, ETA 부하를 고려하면 양이온 총 부하는 115 x 10-9 eq/ℓ정도이며, 고려하지 않을 때는 3.78x 10-9 eq/ℓ 정도이다.The calculations show that the total cation load is about 115 x 10 -9 eq / l, considering the ETA load, and about 3.78x 10 -9 eq / l when not considered.

또 음이온 부하는 강도 ETA 와 상관없이 3.67 x 10-9 eq/ℓ 이다. 유기산의 농도를 보수적으로 5배로 하면, 7.80x 10-9 eq/ℓ 정도이다.The anion load is 3.67 x 10 -9 eq / l regardless of the intensity ETA. When the concentration of the organic acid is conservatively 5 times, it is about 7.80 × 10 −9 eq / L.

이런 조건에서 ETA 부하 고려시 양이온 수지와 음이온 수지의 필요한 비율은 30 : 1 이며, ETA를 고려하지 않으면, 1 : 2 정도 된다.Under these conditions, the required ratio of cationic resin and anionic resin is 30: 1 when considering ETA load, and about 1: 2 when ETA is not considered.

계산상으로, ETA를 고려하지 않게 되면 음이온수지가 양이온 수지의 2~3배 정도 더 필요한 것으로 나타났다. Computationally, if ETA is not considered, anion resin is needed 2 ~ 3 times more than cation resin.

ETA를 무시한 이온강도에 의한 수지배합 비율은 다음과 같다. The ratio of resin mixture by ionic strength ignoring ETA is as follows.

양이온수지 : 음이온수지 = 1 : 2 Cationic resin: Anionic resin = 1: 2

그러나 실제 운전환경에서는 양이온 물질의 이온강도를 다소 보수적으로 고려하여야 한다. 이는 ETA와 암모니아는 순수한 물의 H이온 보다 이온강도와 수지선택성이 강하고, Na나 금속성이온보다 수지선택도가 약하더라도 양이온 수지에 포집된 이온들을 밀어내는 용리작용(elution)을 갖기 때문이다.However, in actual operating environments, the ionic strength of cationic materials should be considered somewhat conservatively. This is because ETA and ammonia have stronger ionic strength and resin selectivity than H ions of pure water, and have elution to push out ions trapped in the cationic resin even though the resin selectivity is weaker than Na or metallic ions.

그리고 음이온인 유기산은 다른 비불순물과 달리 휘발성이 강해서, 증기와 함께 복수기를 거쳐 복수탈염기(CPP)에서 제거되는 비율이 더 크다. 이런 현상을 고려하게 되면, 계산 값보다 실제 양이온의 수지 비율은 더 높아져야 한다. 이러한 ETA의 용리현상을 고려하여, 용리 인자를 2~6 배로 할 경우에는 반대로 양이온수지가 음이온수지보다 1~3배 필요하다. 따라서 다음과 같이 SG 취출 탈염기의 수지배합비율은 양이온 수지 대 음이온 수지 = 1~3 : 1 이 양.음이온 수지의 최적배합비율로 제시하였다.And, unlike other impurities, the organic acid as an anion is highly volatile, and has a higher rate of removal from the plural demineralizer (CPP) through a condenser together with steam. Considering this phenomenon, the actual cation resin ratio should be higher than the calculated value. In consideration of the elution of ETA, when the elution factor is 2 to 6 times, on the contrary, the cation resin is 1 to 3 times higher than the anion resin. Therefore, the resin blending ratio of the SG take-off demineralizer is presented as the optimum blending ratio of cation resin to anion resin = 1 to 3: 1.

[표 11] 계통수 수질에 대한 이온부하[Table 11] Ion Load on Plant Water

[표 12] 계통수 이온부하에 대한 이온교환 수지 소요량Table 12 Ion Exchange Resin Requirement for System Water Ion Load

○ 양이온교환수지 사양○ Cation exchange resin specification

- Grade : AMBERLITE IRN-77 동등품 기준, Ionic Form : H+ , -Grade: AMBERLITE IRN-77 equivalent, Ionic Form: H +,

총 교환능 : 1.8 eq/ℓTotal exchange capacity: 1.8 eq / ℓ

○ 음이온 사양○ anion specifications

- Grade : AMBERLITE IRN-78 동등품 기준, Ionic Form : OH, -Grade: AMBERLITE IRN-78 equivalent, Ionic Form: OH,

총 교환능 : 1.2 eq/ℓTotal exchange capacity: 1.2 eq / ℓ

원전의 증기발생기 취출탈염기 최적 수지혼합비를 다음과 같이 제시하였다. The optimum resin mixing ratio of the steam generator blow-out debaseper of nuclear power plant is presented as follows.

기존 혼합비 : 양/음이온수지 혼합비 10 : 1 Existing Mixing Ratio: Positive / Anionic Resin Mixing Ratio 10: 1

개선 혼합비 : 양/음이온수지 혼합비 1~3 : 1 Improvement Mixing Ratio: Positive / Anionic Resin Mixing Ratio 1-3: 1

한편 본 발명은 상기의 구성부를 적용함에 있어 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다.On the other hand, the present invention may be variously modified and may take various forms in applying the above configuration.

그리고 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.And it is to be understood that the invention is not limited to the specific forms referred to in the above description, but rather includes all modifications, equivalents and substitutions within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It should be understood that.

본 발명 원자력발전소 증기발생기의 취출탈염기 발생 폐수지 저감을 위한 방법의 기술적 사상은 실제로 동일결과를 반복 실시 가능한 것으로, 특히 이와 같은 본원발명을 실시함으로써 기술발전을 촉진하여 산업발전에 이바지할 수 있어 보호할 가치가 충분히 있다.The technical idea of the method for reducing the extraction and desalination generation waste balance of the steam generator of the nuclear power plant of the present invention can actually repeat the same result, and in particular, by implementing the present invention, it can contribute to industrial development by promoting technological development. It is well worth protecting.

Claims (7)

원자력발전소 증기발생기의 취출수 탈염기를 운전함에 있어 수질 pH 조절제를 포화된 이후 까지 운전함으로 수지 사용기간을 증대시킴을 특징으로 하는 원자력발전소 증기발생기의 취출탈염기 발생 폐수지 저감을 위한 방법.A method for reducing the blow-out desalination generation wastewater of a nuclear power plant steam generator, characterized by increasing the service life of the nuclear power plant steam generator by operating the water quality pH regulator until after saturation. 제 1 청구항에 있어서,According to claim 1, 상기 수질 pH 조절제는 NH4 + 또는 ETA임을 특징으로 하는 원자력발전소 증기발생기의 취출탈염기 발생 폐수지 저감을 위한 방법.The water quality pH adjusting agent is NH 4 + or ETA, characterized in that the method for reducing the outgoing debase generation waste resin of the steam generator steam generator. 제 1 또는 제 2 청구항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 수질 pH 조절제를 이용한 탈염기 출구의 농도는 Na+, Cl- ≥ 5 ppb 임을 특징으로 하는 원자력발전소 증기발생기의 취출탈염기 발생 폐수지 저감을 위한 방법.The concentration of the demineralizer outlet using the water quality pH adjusting agent is Na +, Cl- ≥ 5 ppb, characterized in that the method for reducing the extraction desalination generating waste resin of the steam generator steam generator. 제 1 또는 제 2 청구항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 수질 pH 조절제를 이용한 탈염기 출구의 보조판정 기준 농도는 SO4 -2 ≥ 5 ppb 로 하여 수지교체 판단 기준의 근거로 함을 특징으로 하는 원자력발전소 증기발생기의 취출탈염기 발생 폐수지 저감을 위한 방법.Auxiliary determination standard concentration of the demineralizer outlet using the water pH adjuster is SO 4 -2 ≥ 5 ppb, which is based on the resin replacement judgment criteria. Way. 제 1 또는 제 2 청구항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 수질 pH 조절제를 이용한 탈염기 출구의 보조판정 기준 농도는 양이온전도도(C.C)≥ 0.3㎲/㎝ 로 하여 수지교체 판단 기준의 근거로 함을 특징으로 하는 원자력발전소 증기발생기의 취출탈염기 발생 폐수지 저감을 위한 방법.Auxiliary determination reference concentration of the demineralizer outlet using the water quality pH adjusting agent is cation conductivity (CC) ≥ 0.3 kW / cm, and is based on the resin replacement judgment criteria. Method for abatement. 제 1 또는 제 2 청구항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 수질 pH 조절제를 이용한 탈염기의 수질혼합비율을 양이온수지 부피량대 음이온수지 부피량을 1 대 1로 조절하여 수지사용 기간을 증대함을 특징으로 하는 원자력발전소 증기발생기의 취출탈염기 발생 폐수지 저감을 위한 방법.Reducing deodorization generation waste resin of the nuclear power plant steam generator characterized in that the resin usage period is increased by adjusting the water mixing ratio of the demineralizer using the water quality pH adjusting agent to 1 to 1 volume of cation resin to volume of anion resin. Way for you. 제 1 또는 제 2 청구항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 수질 pH 조절제를 이용한 탈염기의 수질혼합비율을 양이온수지 부피량대 음이온수지 부피량을 3 대 1로 조절하여 수지사용 기간을 증대함을 특징으로 하는 원자력발전소 증기발생기의 취출탈염기 발생 폐수지 저감을 위한 방법.Reducing deodorization generation waste resin of the nuclear power plant steam generator characterized in that the resin usage period is increased by adjusting the water mixing ratio of the demineralizer using the water quality pH adjusting agent to 3 to 1 volume of cation resin to volume of anion resin. Way for you.
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