KR20090032374A - 냉각재 상실 사고시 운전원 조치 제한시간을 결정하기 위한분석방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 냉각재 상실 사고시 운전원 조치 제한시간을 결정하기 위한 분석방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 원자력발전소에서 원자로 냉각재 상실사고 발생시 발전소를 정상상태로 복구하기 위해 운전원이 조치를 취할 때 그 제한시간을 결정하는 방법을 제공하는 데 있다.
이를 위해 본 발명은 대형 및 소형 냉각재 상실사고에 대한 위험도를 분석하고, 냉각재 상실사고에 대한 위험도에 따라 방향을 설정하는 분석 기본 범위 및 방향 설정 단계와, 냉각재 상실사고에서 파단직경, 잔열의 크기 및 파단위치에 대한 분석을 통해 극한의 유형을 선정하는 분석의 극한 유형 설정 단계와, 냉각재 상실사고 발생에 대한 초기 조건인 가압기 수위와 발전소 정지 이전의 노심출력을 수립하는 정상 상태의 초기 사고조건을 수립하는 정상상태의 사고조건 수립 단계와, 냉각재 상실사고 발생에 대한 초기 조건을 조절하여 과도 상태의 사고조건을 수립하는 과도 상태의 사고조건 수립 단계와, 냉각재 상실사고 발생시 극한 유형에 대한 운전원이 냉각재상실사고의 증상을 확인하고 수동으로 안전주입을 작동하는 운전원의 대응시간을 분석하는 운전원 조치 대응시간 분석 단계와, 냉각재 상실사고 발생시 발전소 안전운전을 고려하여 연료가열 이전에 안전주입수가 노심으로 공급되도록 하기 위하여 운전원의 조치 대응 제한 시간을 결정하는 운전원 조치 대응 제한 시간을 결정 단계 및 운전원 조치 대응 제한 시간 결정된 결과를 바탕으로 원전 적용성 확인 검증을 분석하기 위해 파단크기의 영향분석, 노심잔열 영향분석, 파단위 치 영향분석을 통해 확인 검증하는 주요변수 영향 분석 단계를 포함하는 냉각재 상실 사고시 운전원 조치 제한시간을 결정하기 위한 분석방법을 개시한다.
원자로, 냉각재, 상실사고, 운전원, 제한시간
Description
본 발명은 냉각재 상실 사고시 운전원 조치 제한시간을 결정하기 위한 분석방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 원자력발전소에서 원자로 냉각재 상실사고 발생시 발전소를 정상상태로 복구하기 위해 운전원이 조치를 취할 때 그 제한시간을 결정하는 방법에 관한 것이다.
일반적인 냉각재 상실 사고시 운전원 조치 제한시간을 결정하기 위한 분석방법은 운전원이 조치를 수행하는데 필요한 시간 제한기준을 결정하기 위하여 원자력발전소의 설계기준 사고시 안전관련 기능을 수행하는데 필요한 운전원 조치의 제한시간이 적절함을 결정하고 검증하는 분석적 방법론을 제공한다. 이 제한시간 기준을 늘려줌으로서 과도한 운전원 부하를 피하고자 하는 것이다. 이 기준에서는 안전관련 계통 설계 및 설계기준사고시의 안전해석을 위한 안전 대응시간 여유도가 포함된다. 이 기준의 제한시간은 안전관련 운전원 조치에 대한 신뢰성을 부여하기 위하여 발전소 운전에서 만족해야하는 기준이다.
그러나 종래의 냉각재 상실 사고시 운전원 조치 제한시간을 결정하기 위한 분석방법은 보수적 안전해석 방법론을 사용하므로 기존의 운전원 조치 제한시간에는 보수성이 내재되어 있으며, 결과적으로 운전원이 조치를 취함에 있어 조치할 시간적 여유가 짧아 운전원이 효과적인 운전원 조치를 취하지 못하였다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 원자력발전소에서 원자로 냉각재 상실사고 발생시 발전소를 정상상태로 복구하기 위해 운전원이 조치를 취할 때 그 제한시간을 결정할 수 있는 냉각재 상실 사고시 운전원 조치 제한시간을 결정하기 위한 분석방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 냉각재 상실 사고시 운전원 조치 제한시간을 결정하기 위한 분석방법은 대형 및 소형 냉각재 상실사고에 대한 위험도를 분석하고, 상기 냉각재 상실사고에 대한 위험도에 따라 방향을 설정하는 분석 기본 범위 및 방향 설정 단계와, 상기 냉각재 상실사고에서 파단직경, 잔열의 크기 및 파단위치에 대한 분석을 통해 극한의 유형을 선정하는 분석의 극한 유형 설정 단계와, 상기 냉각재 상실사고 발생에 대한 초기 조건인 가압기 수위와 발전소 정지 이전의 노심출력을 수립하는 정상 상태의 초기 사고조건을 수립하는 정상상태의 사고조건 수립 단계와, 상기 냉각재 상실사고 발생에 대한 초기 조건을 조절하여 과도 상태의 사고조건을 수립하는 과도 상태의 사고조건 수립 단계와, 상기 냉각재 상실사고 발생시 극한 유형에 대한 운전원이 냉각재상실사고의 증상을 확인하고 수동으로 안전주입을 작동하는 운전원의 대응시간을 분석하는 운전원 조치 대응시간 분석 단계와, 상기 냉각재 상실사고 발생시 발전소 안전운전을 고려하여 연료가열 이전에 안전주입수가 노심으로 공급되도록 하기 위하여 운전원의 조치 대응 제한 시간을 결정하는 운전원 조치 대응 제한 시간을 결정 단계 및 상기 운전원 조치 대응 제한 시간 결정된 결과를 바탕으로 원전 적용성 확인 검증을 분석하기 위해 파단크기의 영향분석, 노심잔열 영향분석, 파단위치 영향분석을 통해 확인 검증하는 주요변수 영향 분석 단계를 포함할 수 있다.
상기 정상 상태의 사고조건 수립 단계에서는 무부하 조건과 전출력조건에서 가압기 수위 설정치를 결정하고, 원자로냉각재 계통 재고량 측면의 보수성을 고려하여 가압기 수위를 결정하며, 발전소 정지 이전의 노심출력은 정상출력에서 출력증강과 출력측정 불확실도를 고려하여 수립할 수 있다.
상기 과도 상태의 사고조건 수립 단계에서는 소외전원, 원자로냉각재펌프, 증기배관, 보조급수펌프 및 축압기의 동작을 과도 상태의 사고 발생 상태를 고려하여 수립할 수 있다.
상기 과도 상태의 사고조건 수립 단계에서는 파손되지 않은 저온관으로 공급되는 고압안전주입 및 저압안전주입 유량은 압력에 따른 최소유량으로 노심에 충수되고, 파손된 저온관으로 공급되는 유량은 바로 격납용기로 흘러내리며, 가압기의 수위가 감소하고 고온관 과냉각도가 상실됨에 따라 운전원이 사고를 인지하고 운전원 조치 시간이 경과한 후 안전주입이 시작하는 단계일 수 있다.
상기 운전원 조치 대응시간 분석 단계에서는 가압기 수위 감소와 과냉각 상실의 징후가 안전주입 수동 작동의 기준이 될 수 있다.
상기 운전원 조치 대응 제한 시간을 결정 단계에서는 안전주입 시작시점을 달리하여 분석한 결과를 바탕으로 피복재온도에 대한 냉각재상실사고 발생시 운전 원이 안전운전을 고려하고 연료가열 이전에 안전주입수가 노심으로 공급되도록 운전원의 대응 시간을 결정할 수 있다.
상기 분석의 극한 유형 설정 단계이후에 상기 분석의 극한 유형 설정 단계에서 선정된 파단직경, 잔열의 크기 및 파단위치가 다른 유형일 때 적용가능한지 여부를 분석하여 만족기준을 수립하는 극한유형의 분석결과의 만족기준 수립단계를 더 포함할 수 있다.
상기 주요변수 영향 분석 단계이후에 정지운전 중 냉각재상실사고에서 온도 제한치를 초과하지 않도록 하는 안전주입 작동을 위한 운전원 조치시간을 결정하고 검증하는 운전원 조치대응 제한시간 결정 및 적용 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분석 기본 범위 및 방향 설정 단계에서는 소형 냉각재상실사고에서 기준시간 이내에 운전원이 안전주입을 작동시켰을 때, 최대 피복재온도의 제한치인 1477.6K를 초과하지 않는다는 것을 입증할 수 있다.
상기 분석의 극한 유형 설정 단계에서는 0.1524m 직경의 저온관 소형 냉각재상실사고를 극한유형으로 선정할 수 있다.
상기 운전원 조치 대응 제한 시간을 결정 단계에서는 안전주입 시작시점을 달리하여 분석한 결과를 바탕으로 발전소 안전운전을 고려하고 연료가열 이전에 안전주입수가 노심으로 공급되도록 하기위하여 운전원 조치시간 제한치를 15분으로 제한하기로 결정할 수 있다.
상기 주요변수 영향 분석 단계에서는 운전원 조치 대응 제한 시간 결정 결과를 바탕으로 원전 적용성을 확인 검증하는 분석단계로 파단크기의 영향분석, 파단 위치 영향분석, 노심잔열 영향분석을 통해 확인 검증을 함으로서 발전소에 여러 운전조건이 달라질 경우에도 적용가능하다는 것을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 냉각재 상실 사고시 운전원 조치 제한시간을 결정하기 위한 분석방법은 최적 안전해석 코드체계를 적용하고, 최적 원전계통 모델링에 의해 분석함으로써 운전원 조치 제한시간을 늘려줌으로서 원자력발전소에서 원자로 냉각재 상실사고 발생시 과도한 운전원 부하를 줄여주는 효과가 있다. 이 기준의 제한시간은 안전관련 운전원 조치에 대한 신뢰성을 부여하기 위하여 발전소 운전에서 만족해야하는 기준으로서 다음사항을 고려함으로서 그 효과를 증대시켰다.
첫째, 정지운전중 대형 냉각재상실사고에 의한 위험도가 낮기 때문에 현재의 냉각재상실사고 분석이 의해 비상노심냉각계통의 설계의 적절성을 확인할 수 있는 근거로 충분하며 소형 냉각재상실사고에 대한 열수력분석에 대한 것으로서 소형 냉각재살사고 증상을 확인한 후 15분 이내에 운전원이 안전주입을 작동시켜 1477.6K의 제한치가 소형 냉각재상실사고 후 초과하지 않는다는 것을 입증한다.
둘째, 정지운전중 냉각재상실사고시 소형 냉각재상실사고 징후를 운전원이 확인하고 조치를 취함에 있어 25분이 소요될 경우에도 사고를 완화 할 수 있다는 것을 알 수 있으나 정지운전중 소형 냉각재상실사고를 위한 비정상 대응지침서에서 발전소 안전운전과 연료가열 이전에 안전주입수가 원자로냉각재계통으로 공급되도 록 하기위하여 운전원 조치시간 제한치를 15분으로 제한함으로서 연료의 안전성을 더 높인다.
셋째, 파열 직경, 잔열의 크기 및 파단위치 등 다른 유형의 냉각재상실사고 분석을 수행하여 위에서 개발된 운전원 조치시간이내에 안전주입을 작동시킨다면 소형냉각재상실사고가 완화될 수 있다는 것을 확인함으로써 운전원조치 제한시간은 어떠한 유형에서도 적용가능하다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 원전 냉각재 상실사고시 운전원조치 제한시간 결정방법을 도시한 순서도가 도시되어 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 원전 냉각재 상실사고시 운전원조치 제한시간 결정방법은 최적사고해석코드 선정 단계(S1), 발전소 계통 모델링 입력 단계(S2), 분석 기본 범위 및 방향 설정 단계(S3), 분석의 극한유형 설정 단계(S4), 극한유형의 분석결과의 만족기준 수립 단계(S5), 정상상태의 사고조건 수립 단계(S6), 과도상태의 사고조건 수립 단계(S7), 운전원 조치 대응시간 분석 단계(S8), 운전원 조치대응 제한시간 결정 단계(S9), 주요변수 영향 분석 단계(S10) 및 운전원 조치대응 제한시간 결정 및 적용 단계(S11)를 포함한다.
상기 최적사고해석코드 선정 단계(S1)에서는 최적코드를 이용하여 발전소 시뮬레이션을 통해 수행되고, 코드는 원자로 냉각재 계통, 2차 냉각재 계통, 안전주입계통, 증기발생기 등의 상세내용을 포함하고 있으며, 최적해석을 위해 사용된다.
상기 발전소 계통 모델링 입력 단계(S2)에서는 1차 계통의 원자로 냉각재 루프의 모의를 위해 1차측 루프를 루프1, 루프2, 루프3과 같이 3개로 모델링 한다. 상기 각각의 루프는 고온관, 증기발생기의 튜브, 원자로 냉각재 펌프, 및 저온관으로 구성된다. 그리고 가압기와 밀림관은 루프2와 연결되어 있으며, 원자로 용기, 증기발생기, 가압기 및 연결관 등을 모델링 한다.
상기 분석 기본 범위 및 방향 설정 단계(S3)에서는 대형 및 소형 냉각재 상실사고에 대한 위험도를 각각의 운전모드에서 분석하고, 상기 냉각재 상실사고에 대한 위험도에 따라 방향을 설정하는 단계이다.
| 운전모드 | 명칭 | 반응도 조건 (keff) | %정격 열출력 | 원자로 냉각재 평균 온도 |
| 1 | 출력 운전 | ≥ 0.99 | > 5% | 해당 없음 |
| 2 | 기동 | ≥ 0.99 | ≤ 5% | 해당 없음 |
| 3 | 고온 대기 | < 0.99 | 해당 없음 | ≥ 176.7℃(350℉) |
| 4 | 고온 정지 | < 0.99 | 해당 없음 | 176.7℃(350℉) >Tavg> 93.3℃(200℉) |
| 5 | 저온 정지 | < 0.99 | 해당 없음 | ≤ 93.3℃(200℉) |
| 6 | 핵연료 재장전 | 해당 없음 | 해당 없음 | 해당 없음 |
표1에서는 운전모드1 내지 운전모드6의 명칭, 반응도 조건, 정격 열출력 및 원자로 냉각재 평균온도를 정의한다.
발전소의 비상노심냉각계통은 전출력 운전 상태에서 원자로냉각재 주배관이 파열되었을 때, 운전원이 즉각적으로 안전계통을 작동하지 않고서도 사고완화를 할 수 있도록 설계된다. 이때, 분석을 통하여 운전모드1,2에서 발생하는 냉각재상실사고의 결과를 수용하는지 여부를 판단한다. 그리고 운전모드4에서는 고압안전주입펌프 한대는 저온상태에서 원자로냉각재계통의 가압의 가능성을 방지하기위해 작동불능상태로 유지한다. 출력상태의 비상노심냉각계통의 정상적인 배열상태가 축압기 격리상태인 운전모드3과 운전모드4에서 차단되기 때문에 정지운전 중 냉각재상실사고에 대한 안전성문제가 대두되었다. 이에 따라 발전소의 비상노심냉각계통의 설계가 적절하다는 것을 입증하기위해 정지운전 중 냉각재상실사고 프로그램을 소형과 대형냉각재상실사고로 나누어 수행하였다. 그 결과 운전모드 3과 4에서 대형 냉각재상실사고에 의한 위험도가 낮기 때문에 현재의 냉각재상실사고 분석에 의해 비상노심냉각계통의 설계의 적절성을 확인할 수 있는 근거로 충분하다는 결론이 수립되었다. 상기 정지운전 중 냉각재상실사고의 두 번째는 소형 냉각재상실사고에 대한 열수력분석에 대한 것으로서 소형 냉각재살사고 증상을 확인한 후 15분 이내에 운전원이 안전주입을 작동 시킨다면, 최대 피복재온도가 미국 NRC 비상노심냉각계통 성능규정(10CFR50.46)의 제한치인 1477.6K를 소형 냉각재상실사고 후 초과하지 않는다는 것을 입증하는 것이다.
상기 분석의 극한유형 설정 단계(S4)에서는 상기 냉각재 상실사고에서 파단직경, 잔열의 크기 및 파단위치에 대한 분석을 통해 극한의 유형을 선정한다. 소형 냉각재상실사고 중에 파단직경 0.1524 m의 파단은 가장 큰 파단사고이며 파단크기에서 최대 극한유형이 된다. 그러므로 저온관의 직경이 0.1524m인 소형 냉각재상실사고를 극한유형으로 선정하고 10CFR50.46의 제한치인 1477.6K를 초과하지 않도록 안전주입을 작동시키는 운전원조치에 대해 분석시험을 수행한다. 파열 직경, 잔열의 크기, 파단위치 등 다른 유형의 냉각재상실사고 분석을 수행하여 위에서 개발된 운전원 조치시간이내에 안전주입을 작동시킨다면 소형냉각재상실사고가 완화될 수 있다는 것을 확인한다.
상기 극한유형의 분석결과의 만족기준 수립 단계(S5)에서는 상기 분석의 극한 유형 설정 단계에서 선정된 파단직경, 잔열의 크기 및 파단위치가 다른 유형일 때 적용가능한지 여부를 분석하여 만족기준을 수립한다. 일반적으로 파단직경이 줄어들 때 파단유량이 감소하며 노심노출은 더 늦게 일어난다. 그러므로 파단직경이 줄어들게 될 경우에는 운전원은 안전주입 수동작동을 위한 조치에 더 많은 시간적 여유를 가질 수 있다. 소형 냉각재상실사고 중에 파단직경 0.1524 m의 파단은 가장 큰 파단사고이며 파단크기에서 최대 극한유형이 될 수 있다. 반면에 저온관 파단은 원자로냉각재계통에 공급되는 유량과 노심을 통과하는 유량 측면에서 더욱더 위험하다. 저온관 파단에서 파단된 저온관으로 공급되는 안전주입유량은 격납용기로 바로 나간다. 파손되지 않은 저온관으로 공급되는 안전주입유량의 일부는 노심을 통과하지 않고 파손부위로 바로 우회한다. 고온관 파단에서는 파단된 고온관으로 공급되는 안전주입유량은 격납용기로 흘러나가지 않는다. 고온관으로 공급되는 안전주입유량은 파손부위로 흘러나가기 이전에 노심을 통과한다. 이러한 여러 운전원조치시간에 대해 피복재 최고온도가 10CFR50.46의 제한치인 1477.6K를 초과하지 않는지 분석한다. 그 다음순서로 결정된 운전원 조치시간이 다른 소형 냉각재상실사고 즉, 파손크기, 파손위치, 초기 잔열수준이 변할 때 적용할 수 있는 지 분석한다.
상기 정상상태의 사고조건 수립 단계(S6)에서는 냉각재 상실사고 발생에 대한 초기 조건인 가압기 수위와 발전소 정지 이전의 노심출력을 수립한다. 초기 열수력 조건은 운전모드 4와 축압기가 격리된 운전모드 3의 운전조건을 포괄하도록 결정한다. 초기 원자로냉각재계통 압력은 축압기 격리 압력인 7 MPa로 가정한다. 고온관 온도는 압력이 7 MPa에서 최고로 예상되는 온도인 491.5K로 가정한다. 가압기 수위설정치는 무부하 조건에서 22% 전출력에서 58%까지 유지한다. 원자로냉각재계통 재고량 측면의 보수성을 고려하여 가압기 수위는 22%로 결정한다. 발전소 정지 이전의 노심출력은 정상 출력의 106.5%로 가정한다. 이는 4.5%의 출력증강과 2%의 출력측정 불확실도를 고려하여 가정한 것이다. 잔열은 무부하 고온관 온도 566.5K에서 491.5K까지 27.8℃/HR의 냉각률로 냉각할 때 계산된 것이다. 이러한 냉각을 하는데 2.7시간이 소요되지만 보수적으로 2.5시간을 가정한다. 2.5시간에 해당하는 초기 잔열은 ANS 5.1-1979 잔열 모델에 의해 결정된다.
상기 과도상태의 사고조건 수립 단계(S7)에서는 냉각재 상실사고 발생에 대한 초기 조건을 조절하여 과도 상태의 사고조건을 수립한다. 소외전원 상실은 사고 시작시점에 일어나는 것으로 가정한다. 이때, 원자로냉각재펌프가 정지되며 증기배관은 격리된다. 그리고 급수는 사고 시작시점에 차단된다. 반면에 보조급수펌프가 비상부스에서 전원을 받아 기동된다. 그러나 보수적 관점에서 보조급수는 공급되지 않는다고 가정한다. 축압기는 초기조건의 가정에 따라 차단된다. 한 계열의 안전주입은 사고동안 이용가능하다고 가정한다. 파손되지 않은 저온관으로 공급되는 고압안전주입 및 저압안전주입 유량은 압력에 따른 최소유량으로 노심에 충수되고 파손된 저온관으로 공급되는 유량은 바로 격납용기로 흘러내리는 것으로 가정한다. 그리고 가압기 수위가 감소하고 고온관 과냉각도가 상실됨에 따라 운전원이 사고를 인지하고 운전원 조치시간이 경과한 후 안전주입이 시작된다.
상기 운전원 조치 대응시간 분석 단계(S8)에서는 냉각재 상실사고 발생 시 극한 유형에 대한 운전원이 냉각재상실사고의 증상을 확인하고 수동으로 안전주입을 작동하는 운전원의 조치 대응시간을 분석한다. 상기 정지운전 중 냉각재상실사고에서 10CFR50.46의 기준인 1477.6K를 초과하지 않는 범위내의 안전주입 작동을 위한 운전원 조치시간을 결정하기 위하여 극한유형에 대해 분석한다. 여기서 운전원은 냉각재상실사고의 증상을 확인하고, 수동으로 안전주입을 작동한다. 저온관에서는 파단이 발생된 후에는 원자로냉각재계통의 압력이 급격히 감소한다. 이때, 가압기는 20초경에 급격히 배수되고 고갈된다. 고온관에서는 냉각재는 플레싱에 의해 감압이 멈추는 100초경에 포화상태에 도달한다. 이때, 증기발생기 압력은 원자로냉각재계통으로부터의 열전달에 의해 600초까지는 계속 증가한다. 이러한 기간동안 파단유량은 거의 액체상태이고, 파단유로의 중간부위에서는 기포율이 증가한다. 유로는 500초경에 슬러그형에서 층화형으로 변화한다. 그리고 파단루프의 중간 부위의 루프씰이 제거되어 600초경에 파단증기유량이 증기생성량보다 많아진다. 원자로냉각재 압력은 파단 유로의 루프씰이 제거되기 전에는 2.5MPa에서 유지된다. 이러한 것은 노심에서 생성된 증기가 파단루프를 통해 방출되는 것을 루프씰이 차단해서 압력이 감소하는 것을 방지하기 때문이다. 루프씰이 제거된 후에는 노심에서 생성된 증기가 마음대로 방출되기 때문에 원자로냉각재 압력은 내려간다. 이때, 노심 평균 액적율과 하부 플레넘 액적율은 안전주입이 시작되기 전까지는 감소한다. 이러한 가압기 수위 감소와 과냉각 상실의 징후가 안전주입 수동 작동의 기준이 된다. 이러한 가입기 수위 감소와 과냉각 상실의 징후는 둘 다 100초경에 일어난다. 안전주입이 작동되지 않는 경우를 제외하고 안전주입은 700초, 1000초, 1300초, 1600초에 시작한다. 안전주입이 수동 작동된 후 고압안전주입의 안전주입수가 충수될 뿐 저압 안전주입수는 압력이 높기 때문에 충수되지 않는다. 그러나 1600초에 유입되는 경우는 압력이 많이 감소된 상태이기 때문에 저압안전수도 유입된다. 고압안전주입수가 충수됨에 불구하고 파단유량이 더 많기 때문에 노심 액적율과 하부 플레넘 액적율은 감소한다. 원자로냉각재계통 압력이 저압안전주입펌프 차단수두 아래로 감소할 때까지는 안전주입유량과 파단유량이 거의 같기 때문에 노심액적율과 하부 플레넘 액적율은 일정하게 유지된다. 이러한 기간동안에는 노심에 냉각수가 존재하고 잔열을 제거한다. 3200초 이후에는 저압안전주입수가 공급되기 때문에 노심의 액적율은 급격히 증가하여 전 노심이 냉각수로 채워지게 된다.
상기 운전원 조치대응 제한시간 결정 단계(S9)에서는 상기 냉각재 상실사고 발생시 발전소 안전운전을 고려하여 연료가열 이전에 안전주입수가 노심으로 공급되도록 하기 위하여 연료온도 분석결과를 바탕으로 운전원의 조치 대응 제한 시간을 결정한다. 연료피복재온도는 안전주입을 작동하기 전인 1200초경에 증가하기 시작하고, 1300초경에 안전주입을 시작하고 난후에는 피복재 온도증가는 멈춘다. 냉각재상실사고에서 파단에 의한 유출기간 중, 최대 피복재온도는 596.6K이다. 안전주입을 더 빨리 시작하는 경우에는 피복재온도가 더 이상 상승하지 않는다. 저압안전주입수가 공급되어 노심 액적율이 증가하기 시작하는 3665초경에는 재관수(reflooding)되어 피복재최대온도는 656.8K에 도달한다. 상기 노심이 재관수되었을때, 노심은 저압안전주입수로부터 점차적으로 채워지는 과정에서, 연료피복재 온도가열이 시작되기 이전에는, 증기유량이 노심의 증기생성율 저하로 인해 감소한다. 그리하여 3700초경에 하부 노심영역의 액적량은 감소하고 노심상부 액적율은 감소한다. 상부노심의 피복재온도는 재관수 피복재최대온도까지 상승한다. 전체 노심이 냉각수로 채워지고 난후 계산은 5000초에 종료한다. 안전주입 시작시점을 달리하여 분석한 결과, 최대 피복재온도는 926K이므로 10CFR50.46의 제한치 1477.6K보다도 상당한 마진을 가짐을 알 수 있다. 정지운전 중 냉각재상실사고시 소형 냉각재상실사고 징후를 운전원이 확인하고 조치를 취함에 있어 25분이 소요될 경우에도 사고를 완화 할 수 있다는 것을 알 수 있다. 그러나 정지운전중 소형 냉각재상실사고를 위한 비정상 대응지침서에서 발전소 안전운전을 고려하고 연료가열 이전에 안전주입수가 원자로냉각재계통으로 공급되도록 하기위하여 운전원 조치시간 제한치를 15분으로 제한하기로 결정한다.
상기 주요변수 영향 분석 단계(S10)에서는 상기 운전원 조치 대응 제한 시간 결정된 결과를 바탕으로 원전 적용성 확인 검증을 분석하기 위해 파단크기의 영향분석, 노심잔열 영향분석, 파단위치 영향분석을 통해 확인 검증한다. 상기 주요변수 영향 분석 단계(S10)는 파단크기 영향분석 단계(S10a), 잔열크기 영향분석 단계(S10b) 및 파단위치 영향분석 단계(S10c)를 포함한다.
상기 파단크기 영향분석 단계(S10a)에서는 운전원 조치 대응 제한 시간 결정 결과를 바탕으로 파단의 크기를 영향 분석한다. 극한 유형의 안전주입을 위한 운전원 조치시간 평가결과로 15분의 운전원 조치시간이 절차서에 적용되는 것은 보수적 관점에서 결정된 것이다. 극한 유형을 제외한 다른 파단크기의 유형 평가를 통해 안전주입을 위한 운전원 조치시간 15분의 타당성을 평가한다. 극한 유형보다 더 작은 파단크기의 냉각재상실사고에 대해, 기 결정된 운전조치시간으로 사고완화가 될 수 있는지 평가한다. 파단크기는 저온관 연결배관 크기와 일치하는 직경 0.0508m, 0.0762m, 0.1062m이다. 더 작은 파단크기의 냉각재상실사고에서는 파단유량이 상대적으로 더 작기 때문에 초기 원자로냉각재계통 압력 및 고온관 과냉각은 극한유형(파단크기 직경 : 0.1524 m)보다 천천히 감소한다. 그리하여 더 적은 냉각재상실사고의 증상은 더 늦게 나타나기 때문에 안전주입수도 극한유형보다 더 늦게 주입된다. 또한 더 적은 크기의 냉각재상실사고에서의 원자로냉각재계통 압력은 더 적은 파단유량으로 인해 저압안전주입 차단수두보다 더 높게 유지되기 때문에 사고기간 동안 고압안전주입펌프에 의해서만 안전주입이 공급된다. 노심평균 액적율은 안전주입유량보다 파단유량이 더 크기 때문에 지속적으로 감소함에도 불구하고 노심잔열을 제거할 수 있을 정도로 높게 유지되고 연료피복재온도는 분석기간 동안 증가하지 않는다. 극한 유형의 분석에서 결정된 운전원 조치시간을 적용할 경우 더 적은 크기의 냉각재상실사고시에도 사고완화가 가능함을 알 수 있다.
상기 잔열크기 영향분석 단계(S10b)에서는 운전원 조치 대응 제한 시간 결정 결과를 바탕으로 잔열의 크기를 영향 분석한다. 극한 유형보다 더 작은 잔열은 원자로냉각재계통 압력을 더 낮게 유지할 수 있다. 발전소 정지 2.4시간 경과 후 잔열은 35.4 MWth이다. 더 낮은 원자로냉각재계통 압력은 파단유량을 감소시켜 원자로 재고량의 상실을 완화한다. 동시에 감소된 파단유량은 원자로냉각재계통 압력을 높게 유지시켜서 원자로냉각재계통으로 주입되는 안전주입수를 줄어들게 한다. 더 낮은 잔열이 원자로냉각재 재고량 제어에 모호한 영향을 미치기 때문에 기결정된 운전원 조치시간이 더 낮은 잔열에서도 사고완화를 위해 적용 가능한지를 평가한다. 여기서 평가된 잔열은 4시간에 해당하는 31.3 MWth이며 이값은 운전모드 4를 포괄한다. 더 낮은 잔열은 원자로냉각재계통과 증기발생기의 압력을 극한 유형보다도 더 낮게 유지시킨다. 사고 전반부는 원자로냉각재계통 압력의 작은 차이로 인해 두 가지 경우의 파단유량이 비슷하다. 그래서 노심 액적율은 둘 사이에 큰 차이가 없다. 반면에 사고 후반부는 더 낮은 잔열이 원자로냉각재계통 압력을 극한 유형에 비해 약간 낮게 유지시켜 저압안전주입을 더 빨리 주입시킨다. 그래서 노심 평균 액적율은 더 빠르게 회복되며 재관수 피복재온도는 극한 유형에 비해 더 낮다. 극한유형에서 결정된 안전주입을 위한 운전원 조치시간은 더 낮은 잔열이 발생하는 경우에서도 적용가능하다는 결론에 도달할 수 있다.
상기 파단위치 영향분석 단계(S10c)에서는 운전원 조치 대응 제한 시간 결정 결과를 바탕으로 파단의 위치를 영향 분석한다. 파단이 저온관이 아닌 다른 위치에서 일어날 경우 파단유량과 안전주입 유량이 다르기 때문에 열수력 거동도 저온관 파단에 비해 다르게 나타난다. 그리하여 기 결정된 안전주입 운전원 조치시간이 고온관에서 일어나는 소형 냉각재상실사고에도 적용가능한지 평가한다. 파단위치와 안전주입유량을 제외하고는 극한유형과 동일한 초기조건을 사용하여 분석한다. 고온관 파단 냉각재상실사고에서는 격납용기로 바로 흘러내리는 안전주입 유량은 없다. 초기 열수력 거동은 파단유량에 의해 좌우되기 때문에 두 가지 경우에서 700초 근처에서 평형상태가 끝날 때까지 초기 원자로냉각재계통과 증기발생기 압력은 비슷하다. 이러한 유형에서는 극한유형의 분석과는 달리 노심에서 생성된 증기가 파단부를 통해 방출되는데 있어서 루프씰 제거가 필요치 않고 루프저항이 극한유형에 비해 더 적기 때문에 파단유량이 더 많아지게 되며 결국에는 노심 액적율과 원자로냉각재계통 압력을 더욱더 감소시킨다. 안전주입이 990초에 운전원에 의해 주입되고 나서 노심 액적량이 저압과 고압 안전주입에 의해 회복되어 잔열을 제거한다. 연료 피복재온도는 599.3K의 재관수 최고치에 도달하고 난 후 점점 줄어들어 평형상태를 유지한다. 사고의 후반부에서는 극한 유형과는 달리 원자로냉각재계통 압력이 저압안전주입펌프의 차단수두보다도 더 높기 때문에 저압안전주입수는 거의 노심으로 공급되지 않는다. 그래서 원자로용기 수위는 끝까지 회복되지 않는다. 노심수위를 복구하기위해 추가적인 운전원 조치가 요구된다. 그러나 노심에서 발생하는 잔열은 고압안전주입수와 파단유량에 의해 충분히 제거될 수 있기 때문에 기결정된 운전원 조치시간은 고온관에서 발생하는 소형 냉각재상실사고에 대해서도 사고완화 할 수 있다는 결론에 도달한다.
상기 운전원 조치대응 제한시간 결정 및 적용 단계(S11)에서는 정지운전 중 냉각재상실사고에서 10CFR50.46의 1477.6K의 온도 제한치를 초과하지 않도록 하는 안전주입 작동을 위한 운전원 조치시간을 결정하고 검증한다. 안전주입 작동 시간 분석에서 0.1524m 직경의 저온관 파단을 극한유형으로 결정했으며 수동 안전주입시간에 따라 분석을 수행한다. 냉각재상실사고의 징후를 확인한 후 25분에 안전주입을 작동할 경우에도 10CFR50.46의 1477.6K의 제한치는 상당한 마진을 가진다. 그러나 발전소 안전운전을 고려하여 유출 단계중 연료가열 시작 전에 안전주입수를 공급하기위하여 운전원 안전주입 작동 시간을 냉각재 상실 징후 확인 후 15분으로 결정한다. 안전주입 작동시간의 적용성 평가에서는 기결정된 운전원 작동시간을 다른 유형의 냉각재상실사고에 대해 적용할 수 있는지 평가한다. 분석의 다른 유형은 파단크기, 초기 잔열 수준, 파단위치이다. 모든 적용성 분석에서 최고 피복재온도는 극한 유형의 분석에서보다 낮다. 이러한 결과는 극한유형이 정지운전중 냉각재상실사고를 포괄하며 기결정된 안전주입 작동시간이 소형 냉각재상실사고를 완화하는데 적용할 수 있다는 것을 보여주는 것이다. 15분의 운전원조치시간은 냉각재상실사고시 기준으로 적용된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 냉각재 상실 사고시 운전원 조치 제한시간을 결정하기 위한 분석방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원전 냉각재 상실사고시 운전원조치 제한시간 결정방법을 도시한 순서도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
S1; 최적사고해석코드 선정 단계
S2; 발전소 계통 모델링 입력 단계
S3; 분석 기본 범위 및 방향 설정 단계
S4; 분석의 극한유형 설정 단계
S5; 극한유형의 분석결과의 만족기준 수립 단계
S6; 정상상태의 사고조건 수립 단계
S7; 과도상태의 사고조건 수립 단계
S8; 운전원 조치 대응시간 분석 단계
S9; 운전원 조치대응 제한시간 결정 단계
S10; 주요변수 영향 분석 단계
S11; 운전원 조치대응 제한시간 결정 및 적용 단계
Claims (12)
- 대형 및 소형 냉각재 상실사고에 대한 위험도를 분석하고, 상기 냉각재 상실사고에 대한 위험도에 따라 방향을 설정하는 분석 기본 범위 및 방향 설정 단계;상기 냉각재 상실사고에서 파단직경, 잔열의 크기 및 파단위치에 대한 분석을 통해 극한의 유형을 선정하는 분석의 극한 유형 설정 단계;상기 냉각재 상실사고 발생에 대한 초기 조건인 가압기 수위와 발전소 정지 이전의 노심출력을 수립하는 정상 상태의 초기 사고조건을 수립하는 정상상태의 사고조건 수립 단계;상기 냉각재 상실사고 발생에 대한 초기 조건을 조절하여 과도 상태의 사고조건을 수립하는 과도 상태의 사고조건 수립 단계;상기 냉각재 상실사고 발생시 극한 유형에 대한 운전원이 냉각재상실사고의 증상을 확인하고 수동으로 안전주입을 작동하는 운전원의 대응시간을 분석하는 운전원 조치 대응시간 분석 단계;상기 냉각재 상실사고 발생시 발전소 안전운전을 고려하여 연료가열 이전에 안전주입수가 노심으로 공급되도록 하기 위하여 운전원의 조치 대응 제한 시간을 결정하는 운전원 조치 대응 제한 시간 결정 단계; 및상기 운전원 조치 대응 제한 시간 결정된 결과를 바탕으로 원전 적용성 확인 검증을 분석하기 위해 파단크기의 영향분석, 노심잔열 영향분석, 파단위치 영향분석을 통해 확인 검증하는 주요변수 영향 분석 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징 으로 하는 냉각재 상실 사고시 운전원 조치 제한시간을 결정하기 위한 분석방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 정상 상태의 사고조건 수립 단계에서는 무부하 조건과 전출력조건에서 가압기 수위 설정치를 결정하고, 원자로냉각재 계통 재고량 측면의 보수성을 고려하여 가압기 수위를 결정하며, 발전소 정지 이전의 노심출력은 정상출력에서 출력증강과 출력측정 불확실도를 고려하여 수립하는 것을 특징으로 하는 냉각재 상실 사고시 운전원 조치 제한시간을 결정하기 위한 분석방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 과도 상태의 사고조건 수립 단계에서는 소외전원, 원자로냉각재펌프, 증기배관, 보조급수펌프 및 축압기의 동작을 과도 상태의 사고 발생 상태를 고려하여 수립하는 것을 특징으로 하는 냉각재 상실 사고시 운전원 조치 제한시간을 결정하기 위한 분석방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 과도 상태의 사고조건 수립 단계에서는 파손되지 않은 저온관으로 공급되는 고압안전주입 및 저압안전주입 유량은 압력에 따른 최소유량으로 노심에 충수되고, 파손된 저온관으로 공급되는 유량은 바로 격납용기로 흘러내리며, 가압기의 수위가 감소하고 고온관 과냉각도가 상실됨에 따라 운전원이 사고를 인지하고 운전 원 조치 시간이 경과한 후 안전주입이 시작하는 단계인 것을 특징으로 하는 냉각재 상실 사고시 운전원 조치 제한시간을 결정하기 위한 분석방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 운전원 조치 대응시간 분석 단계에서는 가압기 수위 감소와 과냉각 상실의 징후가 안전주입 수동 작동의 기준이 되는 것을 특징으로 하는 냉각재 상실 사고시 운전원 조치 제한시간을 결정하기 위한 분석방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 운전원 조치 대응 제한 시간 결정 단계에서는 안전주입 시작시점을 달리하여 분석한 결과를 바탕으로 피복재온도에 대한 냉각재상실사고 발생시 운전원이 안전운전을 고려하고 연료가열 이전에 안전주입수가 노심으로 공급되도록 운전원의 대응 시간을 결정하는 것을 특징으로 하는 냉각재 상실 사고시 운전원 조치 제한시간을 결정하기 위한 분석방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 분석의 극한 유형 설정 단계이후에상기 분석의 극한 유형 설정 단계에서 선정된 파단직경, 잔열의 크기 및 파단위치가 다른 유형일 때 적용가능한지 여부를 분석하여 만족기준을 수립하는 극한유형의 분석결과의 만족기준 수립단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 냉각재 상실 사고시 운전원 조치 제한시간을 결정하기 위한 분석방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 주요변수 영향 분석 단계이후에정지운전 중 냉각재상실사고에서 온도 제한치를 초과하지 않도록 하는 안전주입 작동을 위한 운전원 조치시간을 결정하고 검증하는 운전원 조치대응 제한시간 결정 및 적용 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 냉각재 상실 사고시 운전원 조치 제한시간을 결정하기 위한 분석방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 분석 기본 범위 및 방향 설정 단계에서는 소형 냉각재상실사고에서 기준시간 이내에 운전원이 안전주입을 작동시켰을 때, 최대 피복재온도의 제한치인 1477.6K를 초과하지 않는다는 것을 입증하는 것을 특징으로 하는 냉각재 상실 사고시 운전원 조치 제한시간을 결정하기 위한 분석방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 분석의 극한 유형 설정 단계에서는 0.1524m 직경의 저온관 소형 냉각재상실사고를 극한유형으로 선정하는 것을 특징으로 하는 냉각재 상실 사고시 운전원 조치 제한시간을 결정하기 위한 분석방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 운전원 조치 대응 제한 시간 결정 단계에서는 안전주입 시작시점을 달리하여 분석한 결과를 바탕으로 발전소 안전운전을 고려하고 연료가열 이전에 안전주입수가 노심으로 공급되도록 하기위하여 운전원 조치시간 제한치를 15분으로 제한하기로 결정하는 것을 특징으로 하는 냉각재 상실 사고시 운전원 조치 제한시간을 결정하기 위한 분석방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 주요변수 영향 분석 단계에서는 운전원 조치 대응 제한 시간 결정 결과를 바탕으로 원전 적용성을 확인 검증하는 분석단계로 파단크기의 영향분석, 파단위치 영향분석, 노심잔열 영향분석을 통해 확인 검증을 함으로서 발전소에 여러 운전조건이 달라질 경우에도 적용가능하다는 것을 확인하는 것을 특징으로 하는 냉각재 상실 사고시 운전원 조치 제한시간을 결정하기 위한 분석방법.
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| KR1020070097559A KR20090032374A (ko) | 2007-09-27 | 2007-09-27 | 냉각재 상실 사고시 운전원 조치 제한시간을 결정하기 위한분석방법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020070097559A KR20090032374A (ko) | 2007-09-27 | 2007-09-27 | 냉각재 상실 사고시 운전원 조치 제한시간을 결정하기 위한분석방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| KR20090032374A true KR20090032374A (ko) | 2009-04-01 |
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ID=40759204
Family Applications (1)
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| KR1020070097559A KR20090032374A (ko) | 2007-09-27 | 2007-09-27 | 냉각재 상실 사고시 운전원 조치 제한시간을 결정하기 위한분석방법 |
Country Status (1)
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| KR (1) | KR20090032374A (ko) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101104894B1 (ko) * | 2009-10-27 | 2012-01-12 | 한국수력원자력 주식회사 | 열수력 안전해석코드를 이용한 원자로 노심 평가방법 |
| KR101146949B1 (ko) * | 2009-10-30 | 2012-05-22 | 한국수력원자력 주식회사 | 원자력발전소 주급수 배관 파단시 원자로건물 외부 부격실 침수 최적분석 방법 |
| KR20180061501A (ko) * | 2016-11-29 | 2018-06-08 | 한국수력원자력 주식회사 | 비상노심냉각계통 조건부 신호 설계방법 |
| KR20200027750A (ko) | 2018-09-05 | 2020-03-13 | 주식회사 세웅 | 사고 유형과 그에 대한 조치 기능 및 전력 소모 방지 기능을 갖춘 고소작업차와 그 방법 |
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-
2007
- 2007-09-27 KR KR1020070097559A patent/KR20090032374A/ko not_active Application Discontinuation
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