KR20130077609A - 증기발생기와 튜브시트 - Google Patents

Abstract

본 발명의 원자력 발전소의 핵증기공급계통을 구성하는 증기발생기의 일 실시예는, 증기발생기의 외관을 형성하는 본체; 고온의 1차측 냉각재가 공급되어 상기 본체 내부에서 유동되는 복수개의 전열관; 상기 전열관을 지지하는 튜브시트; 상기 본체 내부에서 상기 전열관의 1차측 냉각재와 열교환하여 증기화되는 2차측 냉각재를 상기 본체 내부에서 구획하는 분리판을 지지하는 스테이 실린더; 및 상기 스테이 실린더가 상기 튜브시트에 연결되도록 하는 스테이 캡;을 포함하고, 상기 스테이 캡과 튜브시트가 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

증기발생기와 튜브시트{STEAM GENERATOR AND TUBESHEET}

본 발명은 증기발생기에 설치되는 전열관을 지지하고 1차측과 2차측 압력경계를 이루는 튜브시트(tube-sheet)와, 이차측 분리판(secondary divider plate)을 지지하기 위한 스테이 실린더가 용접되어 튜브시트 중앙에 접합되는 스테이 캡(stay-cap)을 일체로 제작한 증기발생기의 튜브시트에 관한 것이다.

증기발생기는 원자력 발전소의 증기 공급 계통의 설비로서, 터빈과 발전기를 구동시키는 증기를 생산한다. 또한, 원자로에서 발생하는 열에너지를 열교환을 통해 제거하는 기능을 한다.

도 1은 일반적인 원자력 발전소의 구조를 보여준다. 도 1을 참고하면, 일반적으로 원자력발전소의 1차계통은 원자로(10), 증기발생기(20), 냉각제 순환펌프, 가압기 등으로 구성된다. 여기서, 원자로(10) 내부에는 제어봉(11) 및 연료집합체가 구비되어 있으며, 원자로 내부에서 발생하는 열에너지는 1차측 냉각재(12)를 통해 원자로 외부로 열교환 된다. 상기 1차측 냉각제는 배관(13,14)을 통해 증기발생기를 통과하여 순환된다.

여기서 증기발생기(20) 내부에는 상기 1차측 냉각재와 열교환되는 2차측 냉각재(21)가 공급된다. 2차측 냉각재는 고온 고압의 1차측 냉각재와 열교환하여 증기화된다. 상기 증기발생기에서 생성된 증기는 배관(22)을 통해 터빈측으로 보내어져 발전기를 구동시켜 전기에너지를 생성한다.

여기서 상기 냉각재들(12,21)은 폐순환을 한다. 즉, 1차측 냉각재(12)와 2차측 냉각재(21)는 폐쇄된 경로로 순환된다. 따라서, 1차측 냉각재와 2차측 냉각재는 증기 발생기 내부에서 직접 접촉되지 않고 분리되어 순환된다.

증기발생기는 외관을 형성하는 쉘 내부에 원자로에 공급되었던 방사성 유체인 1차측 냉각재가 밀폐되어 순환될 수 있는 전열관 다발들이 구비되어 있다. 상기 전열관 다발들은 1차측 냉각재와 2차측 냉각제를 분리시키는 튜브시트를 관통하고 있다. 도 2에는 일반적인 증기발생기의 튜브시트(25)를 보여준다. 도 2의 튜브시트는 전열관이 관통되어 결합될 관통공이 형성되기 전의 상태를 보여준다.

보다 상세하게는 상기 1차측 냉각재는 증기발생기의 하부에 구비된 유입구를 통해 증기발생기 내부에 유입되어, 튜브시트를 관통한 전열관을 통해 2차측 냉각재와 열교환 후 튜브시트를 관통하여 유출구로 배출된다.

한편, 증기발생기의 내부에는 2차측 냉각재를 분리하는 분리판이 구비된다. 이러한 분리판은 스테이 실린더에 용접되어 증기발생기 내부에서 지지된다. 상기 스테이 실린더는 상기 튜브시트 상부에 용접에 의해 장착되어 지지된다. 이 때, 상기 스테이 실린더는 스테이 캡(26)이라는 부품에 용접되고, 스테이 캡(26)이 튜브시트(25) 상부에 용접되어, 스테이 실린더를 튜브시트에 결합시킨다.

여기서, 상기 튜브시트(25)와 스테이 캡(26)은 각각 단조제작된다. 그 후 상기 튜브시트와 스테이 캡은 용접에 의해 결합된다. 도 2에는 이러한 튜브시트와 스테이 캡이 용접에 의해 접합된 부분(A)을 보여준다.

종래의 일반적인 증기발생기의 경우, 튜브시트 단조품과 스테이 캡 단조품을 별도로 제작하여 용접으로 접합시키기 때문에, 형상과 두께 차이에 의한 용접 잔류응력으로 인한 용접결함이 발생될 수 있다. 이는 용접부에 대한 비파괴 검사에서 용접결함이 검출될 수 있다. 그에 따라 보수 용접(재용접, 재열처리)을 수행함으로서 용접부 수정작업에 많은 시간과 노력이 투입되는 문제점을 가진다.

또한, 용접부의 상태를 원자력 발전소의 가동 중 초음파 탐상검사를 수행하여 지속적으로 검사해야 한다. 그에 따라 검사자의 방사능피폭 가능성이 있는 문제점을 가질 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것이다.

본 발명은 튜브시트와 스테이 캡을 일체로 단조 제작함으로써, 용접불량에 따라 투입되었던 시간과 노력이 감소시키고 제작 시간을 단축시킬 수 있는 증기발생기와 튜브시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 원자력 발전소의 핵증기공급계통을 구성하는 증기발생기의 일 실시예는, 증기발생기의 외관을 형성하는 본체; 고온의 1차측 냉각재가 공급되어 상기 본체 내부에서 유동되는 복수개의 전열관; 상기 전열관을 지지하는 튜브시트; 상기 본체 내부에서 상기 전열관의 1차측 냉각재와 열교환하여 증기화되는 2차측 냉각재를 상기 본체 내부에서 구획하는 분리판; 상기 분리판을 지지하는 스테이 실린더; 및 상기 스테이 실린더가 상기 튜브시트에 연결되도록 하는 스테이 캡;을 포함하고, 상기 스테이 캡과 튜브시트가 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 튜브시트와 스테이 캡은 일체로 단조(forging)제작된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스테이 실린더는 상기 튜브시트와 일체로 형성된 스테이 캡에 용접 결합된 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 원자력 발전소의 핵증기공급계통을 구성하는 증기발생기의 튜브시트의 일 실시예는, 상기 튜브시트는 스테이 실린더를 연결시키는 스테이 캡이 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 튜브시트는 단조(forging)제작된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 구성에 의해 다음과 같은 효과를 가진다.

본 발명은 종래의 튜브시트 단조품과 스테이 캡 단조품의 용접결합을 제거하고 일체로 단조 제작함으로써, 용접불량에 따라 투입되었던 시간과 노력이 감소되고 제작 시간이 단축되는 효과를 가진다.

또한, 본 발명은 용접결합부분이 없어짐에 따라 원자력 발전소의 가동 중 검사시 초음파 탐상검사 수행을 하지 않을 수 있게 되어서 검사자의 방사능피폭 가능성을 줄이는 효과를 가진다.

도 1은 원자력발전소의 개략도.
도 2는 종래의 증기발생기의 튜브시트를 보여주는 개략도.
도 3은 본 발명의 증기발생기의 개략도.
도 4는 본 발명의 증기발생기의 일체형 튜브시트의 개략도.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 증기발생기의 개략도를, 도 4는 본 발명의 증기발생기의 일체형 튜브시트의 개략도를 각각 보여준다.

도 3을 참고하면, 본 발명의 원자력 발전소의 핵증기공급계통을 구성하는 증기발생기의 일 실시예는, 증기발생기의 외관을 형성하는 본체(100), 고온의 1차측 냉각재가 공급되어 상기 본체 내부에서 유동되는 복수개의 전열관(150), 상기 전열관을 지지하는 튜브시트(130), 상기 본체 내부에서 상기 전열관의 1차측 냉각재와 열교환하여 증기화되는 2차측 냉각재를 상기 본체 내부에서 구획하는 분리판을 지지하는 스테이 실린더(140) 및 상기 스테이 실린더가 상기 튜브시트에 연결되도록 하는 스테이 캡(132)을 포함하여 구성된다.

상기 본체(100) 또는 쉘은 원통형 구성으로 내부에 전열관 등의 장치가 장착될 수 있는 수용공간을 제공한다. 상기 본체 또는 쉘의 내부에는 1차측 냉각제와 2차측 냉각재의 열교환이 이루어질 수 있는 공간을 형성하는 슈라우드(110)가 구비되어 있다. 상기 슈라우드 내부에는 상기 복수개의 전열관의 수직한 부분을 지지하는 지지판(160)이 구비된다.

상기 슈라우드(110) 내부에는 원자로에 공급되었던 방사성 유체인 1차측 냉각재가 밀폐되어 순환될 수 있는 전열관(150) 다발들이 구비되어 있다. 도 3에서는 하나의 전열관만 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것으로 복수개의 전열관들이 다발로 구비된다.

원자로에서 나온 1차측 냉각재는 증기발생기의 하부에 구비된 유입구(121)를 통해 본체 내부에 유입되어, 튜브시트(130)를 관통한 전열관(150)을 통해 2차측 냉각재와 열교환 후 튜브시트를 관통하여 유출구(122)로 배출된다. 따라서, 상기 튜브시트에는 전열관이 관통할 관통공이 형성되어 있다.

상기 지지판(160)은 원판형상의 부재로 다수개의 관통공이 형성되어 있으며, 상기 관통공으로 전열관들이 관통하고 있다. 상기 슈라우드 내부에서 상기 지지판들은 수직방향으로 따라 복수개가 구비되어 있다. 그에 따라, 상기 전열관들은 상기 지지판에 의해 수직한 부분들이 지지된다.

한편, 상기 2차측 냉각재는 슈라우드 내부에서 증기화된 후, 습분분리기(181)을 통해 증기에 함유된 습분을 제거한다. 또한, 습분건조기를 통해 다시 한번 증기에 함유된 습분을 제거하여, 99% 이상의 건도를 지닌 증기를 출구노즐(170)을 통해 배출한다.

상기 스테이 실린더(140)는 상기 슈라우드 내부에서 상기 전열관의 1차측 냉각재와 열교환하여 증기화되는 2차측 냉각재를 상기 본체 내부에서 구획하는 분리판(미도시)를 지지하는 구성이다. 상기 스테이 실린더(140)는 스테이 캡(132)을 통해 상기 튜브시트(130)에 안정적으로 연결된다.

도 4에는 본 실시예의 튜브시트(130)를 보다 상세하게 보여준다. 도 4의 튜브시트는 전열관(160)이 관통되어 결합될 관통공이 형성되기 전의 상태를 보여준다.

도 4를 참고하면, 상기 스테이 캡(132)과 튜브시트 몸체(131)는 일체로 형성되어 하나의 튜브시트를 구성하고 있다. 즉, 상기 튜브시트 몸체(131)와 스테이 캡(132)은 일체로 단조(forging)제작된다.

그에 따라, 상기 스테이 실린더(140)는 상기 스테이 캡이 일체형으로 형성된 튜브시트(130)에 직접 용접 결합될 수 있다. 한편, 상기 튜브시트에는 전열관이 관통할 관통공이 추후에 형성되고, 상기 튜브시트는 본체 내부에 장착될 것이다.

상기 구성의 측면은 종래의 튜브시트 단조품과 스테이 캡 단조품의 용접결합을 제거하고 일체로 단조 제작함으로써, 용접불량에 따라 투입되었던 시간과 노력을 감소시키고 제작 시간을 단축하는 효과를 가진다.

또한, 상기 구성의 측면은 용접결합부분이 없어짐에 따라 원자력 발전소의 가동 중 검사시 초음파 탐상검사 수행을 하지 않을 수 있게 되어서 검사자의 방사능피폭 가능성을 줄이는 효과를 가진다.

이상 첨부도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 그러한 실시예 및/또는 도면에 제한되는 것으로 해석되어서는 아니되고 후술하는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여 결정된다. 그리고 특허청구범위에 기재되어 있는 발명의 당업자에게 자명한 개량, 변경, 수정 등도 본 발명의 권리범위에 포함된다는 점이 명백하게 이해되어야 한다.

100 : 본체 110 : 슈라우드
121 : 유입구 122 : 유출구
130 : 튜브시트 132 : 스테이 캡
140 : 스테이 실린더 150 : 전열관
160 : 지지판 170 : 출구노즐
181 : 습분분리기 182 : 습분건조기

Claims (5)

1. 원자력 발전소의 핵증기공급계통을 구성하는 증기발생기에 있어서,
   증기발생기의 외관을 형성하는 본체;
   고온의 1차측 냉각재가 공급되어 상기 본체 내부에서 유동되는 복수개의 전열관;
   상기 전열관을 지지하는 튜브시트;
   상기 본체 내부에서 상기 전열관의 1차측 냉각재와 열교환하여 증기화되는 2차측 냉각재를 상기 본체 내부에서 구획하는 분리판을 지지하는 스테이 실린더; 및
   상기 스테이 실린더가 상기 튜브시트에 연결되도록 하는 스테이 캡;을 포함하고,
   상기 스테이 캡과 튜브시트가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는,
   증기발생기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 튜브시트와 스테이 캡은 일체로 단조(forging)제작된 것을 특징으로 하는,
   증기발생기.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 스테이 실린더는 상기 튜브시트와 일체로 형성된 스테이 캡에 용접 결합된 것을 특징으로 하는,
   증기발생기.
   
4. 원자력 발전소의 핵증기공급계통을 구성하는 증기발생기의 튜브시트에 있어서,
   상기 튜브시트는 스테이 실린더를 연결시키는 스테이 캡이 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는,
   증기발생기의 튜브시트.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 튜브시트는 단조(forging)제작된 것을 특징으로 하는,
   증기발생기의 튜브시트.
   

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