KR20180133023A - 증기 발생기의 균열 탐지 장치 및 방법 - Google Patents

증기 발생기의 균열 탐지 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 형태에 따른 증기 발생기의 균열 탐지 장치는, 제1 증기 발생기의 냉각재 입구를 통해 유입되는 냉각재의 제1 입측 온도를 측정하는 제1 입측 온도 센서와, 제1 증기 발생기의 냉각재 출구에 구비되며, 제1 증기 발생기의 냉각재 출구를 통해 유출되는 냉각재의 제1 출측 온도를 측정하는 제1 출측 온도 센서와, 제1 입측 온도와 제1 출측 온도간의 제1 편차를 시적분하여 제1 열에너지를 구하는 제1 연산부와, 제2 증기 발생기의 냉각재 입구에 구비되며, 제2 증기 발생기의 냉각재 입구를 통해 유입되는 냉각재의 제2 입측 온도를 측정하는 제2 입측 온도 센서와, 제2 증기 발생기의 냉각재 출구에 구비되며, 제2 증기 발생기의 냉각재 출구를 통해 유출되는 냉각재의 제2 출측 온도를 측정하는 제2 출측 온도 센서와, 제2 입측 온도와 제2 출측 온도간의 제2 편차를 시적분하여 제2 열에너지를 구하는 제2 연산부와, 제1 열에너지 및 제2 열에너지의 차이인 잔류 인자를 구하는 제3 연산부와, 잔류 인자에 기초하여 제1 증기 발생기 및 제2 증기 발생기 중 어느 하나의 균열 유무를 판단하는 균열 판단부를 포함할 수 있다.

Description

증기 발생기의 균열 탐지 장치 및 방법{APPARATUS FOR DETECTING CRACK OF STEAM GENERATOR AND METHOD USING THEREOF}
본 출원은, 증기발생기의 균열 탐지 장치 및 방법에 관한 것이다.
증기 발생기는 원자로에서 발생된 고온열과 냉각재의 순환에 의해 물을 증기로 발생시키는 장치로서, 1차 냉각재와 증기 터빈 작동 유체(2차 냉각재)는 전열관(튜브)과 쉘 측에 각각 물리적으로 분리되어 있다. 하지만, 구조적 결함 및 균열에 의해 두 물질이 접촉이 되면 냉각재 유출 사고라는 심각한 현상으로 이어질 수 있다.
특히 소듐 냉각 고속로의 경우 1차 냉각재로 용융 소듐을 사용하는 데 균열에 의해 두 물질이 접촉하면, 격렬한 화학적 반응이 발생하며, 온도 및 압력이 증가하여 큰 사고로 이어질 수 있다. 이러한 균열에 따른 1, 2차 냉각재 반응에 의해 화재 및 폭발뿐만이 아니라 방사능 물질의 유출이 발생할 가능성이 있으므로, 증기발생기 전열관의 균열은 방지되어야 하고, 항시 모니터링 되어야 한다.
이와 같은 사고를 방지하기 위한 종래의 기술로는 가동중검사(ISI, inservice inspection)인 NDT(Non-Destructive Technology) 기술, 그리고 연속감시(Continuous Monitoring) 방식인 압력계를 이용하거나 기기의 잡음 또는 진동을 이용한 결함 진단 기술 등이 제안되었다.
가동중검사는 주로 주기적인(Scheduled) 검사로 원자로의 가동을 일시 중지한 뒤 검사자에 의해 이루어지는 수동 검사이다. 전열관의 가동중검사는 ASME B&PV와 같은 표준 설계코드를 따르는 체적검사(Volumetric Examination) 방법인데, 이 방법은 와전류검사기법(Eddy Current Testing Technique)이나 자기센서 배열(Magnetic Sensor Array) 등이 적용된다.
상술한 가동중검사는 증기 발생기의 균열 검사를 위해 원전의 가동을 중지시켜야 하며, 운전자의 개입이 필요하다는 문제점이 있다.
증기 발생기의 균열 탐지 기술로는, 예를 들면, 한국공개특허 제2011-0098525호(“증기 발생기 전열관 내경의 원주균열에 대한 ＭＲＰＣ 와전류탐상 검사 방법”, 공개일: 2011년09월01일)이 있다.
한국공개특허 제2011-0098525호(“증기 발생기 전열관 내경의 원주균열에 대한 ＭＲＰＣ 와전류탐상 검사 방법”, 공개일: 2011년09월01일)
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 원전의 가동 중단 없이 균열 판단이 가능하며, 운전자의 개입 없이도 작은 균열에 대한 실시간 모니터링이 가능한 증기발생기의 균열 탐지 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 적어도 2개의 증기 발생기를 구비한 원자력 발전 시스템에 사용되는 증기 발생기의 균열 탐지 장치에 있어서, 제1 증기 발생기의 냉각재 입구에 구비되며, 상기 제1 증기 발생기의 냉각재 입구를 통해 유입되는 냉각재의 제1 입측 온도를 측정하는 제1 입측 온도 센서; 상기 제1 증기 발생기의 냉각재 출구에 구비되며, 상기 제1 증기 발생기의 냉각재 출구를 통해 유출되는 냉각재의 제1 출측 온도를 측정하는 제1 출측 온도 센서; 상기 제1 입측 온도와 상기 제1 출측 온도간의 제1 편차를 시적분하여 제1 열에너지를 구하는 제1 연산부; 제2 증기 발생기의 냉각재 입구에 구비되며, 상기 제2 증기 발생기의 냉각재 입구를 통해 유입되는 냉각재의 제2 입측 온도를 측정하는 제2 입측 온도 센서; 상기 제2 증기 발생기의 냉각재 출구에 구비되며, 상기 제2 증기 발생기의 냉각재 출구를 통해 유출되는 냉각재의 제2 출측 온도를 측정하는 제2 출측 온도 센서; 상기 제2 입측 온도와 상기 제2 출측 온도간의 제2 편차를 시적분하여 제2 열에너지를 구하는 제2 연산부; 상기 제1 열에너지 및 상기 제2 열에너지의 차이인 잔류 인자를 구하는 제3 연산부; 및 상기 잔류 인자에 기초하여 상기 제1 증기 발생기 및 상기 제2 증기 발생기 중 어느 하나의 균열 유무를 판단하는 균열 판단부를 포함하는 증기 발생기의 균열 탐지 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 적어도 2개의 증기 발생기를 구비한 원자력 발전 시스템에 사용되는 증기 발생기의 균열 탐지 방법에 있어서, 제1 증기 발생기의 냉각재 입구를 통해 유입되는 냉각재의 제1 입측 온도, 상기 제1 증기 발생기의 냉각재 출구를 통해 유출되는 냉각재의 제1 출측 온도, 제2 증기 발생기의 냉각재 입구를 통해 유입되는 냉각재의 제2 입측 온도 및 상기 제2 증기 발생기의 냉각재 출구를 통해 유출되는 냉각재의 제2 출측 온도를 측정하는 제1 단계; 상기 제1 입측 온도와 상기 제1 출측 온도간의 제1 편차를 시적분한 제1 열에너지 및 상기 제2 입측 온도와 상기 제2 출측 온도간의 제2 편차를 시적분한 제2 열에너지를 구하는 제2 단계; 상기 제1 열에너지 및 상기 제2 열에너지의 차이인 잔류 인자를 구하는 제3 단계; 및 상기 잔류 인자에 기초하여 상기 제1 증기 발생기 및 상기 제2 증기 발생기 중 어느 하나의 균열 유무를 판단하는 제4 단계를 포함하는 증기 발생기의 균열 탐지 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 2개의 증기 발생기 각각에 대하여 냉각수의 입출측 온도간의 편차를 적분하여 열에너지를 구하고, 각 증기 발생기의 열 에너지의 차이(잔류 인자)에 기초하여 증기 발생기의 균열을 판단하도록 함으로써, 원전의 가동 중단 없이 작은 크기의 균열도 판단이 가능하며, 운전자의 개입 없이도 균열에 대한 실시간 모니터링이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 증기 발생기의 균열 탐지 장치의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 증기 발생기의 균열 탐지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 더욱 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 증기 발생기의 균열 탐지 장치의 전체 구성도로, 본 발명은 적어도 2개의 증기 발생기를 구비한 원자력 발전 시스템에 적용 가능하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 증기 발생기의 균열 탐지 장치는 제1 증기 발생기(10)의 1차 냉각재의 입출측에 구비된 한 쌍의 제1 온도 센서(110a, 110b), 제2 증기 발생기(20)의 1차 냉각재의 입출측에 구비된 한 쌍의 제2 온도 센서(110a, 110b)와, 프로세서 모듈(100)을 포함하며, 프로세서 모듈(100)은 제1 연산부(121), 제2 연산부(122), 제3 연산부(130) 및 균열 판단부(140)를 포함할 수 있다.
본 발명의 이해를 돕기 위해 1차 냉각재를 위주로 설명하나, 제1 증기 발생기(10)의 2차 냉각재의 입출측에 구비된 한 쌍의 온도 센서(15, 17), 제2 증기 발생기(20)의 2차 냉각재의 입출측에 구비된 한 쌍의 제2 온도 센서(16, 18)의 경우에도 동일한 방식으로 적용될 수 있음은 물론이다.
구체적으로, 제1 증기 발생기(10) 측에 구비된 한 쌍의 제1 온도 센서(110a, 110b)는 제1 입측 온도 센서(110a)와 제1 출측 온도 센서(110b)를 포함한다.
한 쌍의 제1 온도 센서(110a, 110b) 중 제1 입측 온도 센서(110a)는 제1 증기 발생기(10)의 냉각재 입구에 구비되며, 제1 증기 발생기(10)의 냉각재 입구를 통해 유입되는 냉각재의 제1 입측 온도를 측정할 수 있다.
또한, 한 쌍의 제1 온도 센서(110a, 110b) 중 제1 출측 온도 센서(110b)는 제1 증기 발생기(10)의 냉각재 출구에 구비되며, 제1 증기 발생기(10)의 냉각재 출구를 통해 유출되는 냉각재의 제1 출측 온도를 측정할 수 있다. 한 쌍의 제1 온도 센서(110a, 110b)에서 측정된 냉각재의 온도는 프로세서 모듈(100) 중 제1 연산부(121)로 전달될 수 있다.
한편, 제2 증기 발생기(20) 측에 구비된 한 쌍의 제2 온도 센서(110a, 110b)는 제2 입측 온도 센서(110a)와 제2 출측 온도 센서(110b)를 포함한다. 한 쌍의 제2 온도 센서(110a, 110b) 중 제2 입측 온도 센서(110a)는 제2 증기 발생기(20)의 냉각재 입구에 구비되며, 제2 증기 발생기(10)의 냉각재 입구를 통해 유입되는 냉각재의 제2 입측 온도를 측정할 수 있다.
또한, 한 쌍의 제2 온도 센서(110a, 110b) 중 제2 출측 온도 센서(110b)는 제2 증기 발생기(20)의 냉각재 출구에 구비되며, 제2 증기 발생기(10)의 냉각재 출구를 통해 유출되는 냉각재의 제2 출측 온도를 측정할 수 있다. 한 쌍의 제2 온도 센서(110a, 110b)에서 측정된 냉각재의 온도는 프로세서 모듈(100) 중 제2 연산부(122)로 전달될 수 있다.
상술한 온도 센서(110a, 110b)는, 예를 들면 열전대(thermocouple)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 제1 연산부(121)는, 하기의 수학식 1에 따라 제1 증기 발생기(10) 측에 구비된 한 쌍의 제1 온도 센서(110a, 110b)로부터 전달받은 제1 입측 온도와 제1 출측 온도간의 제1 편차를 시적분하여 제1 열에너지를 구할 수 있다. 구한 제1 열에너지는 제3 연산부(130)로 전달될 수 있다.
마찬가지로, 제2 연산부(122)는 하기의 수학식 1에 따라 제2 증기 발생기(20) 측에 구비된 한 쌍의 제2 온도 센서(110a, 110b)로부터 전달받은 제2 입측 온도와 제2 출측 온도간의 제1 편차를 시적분하여 제2 열에너지를 구할 수 있다. 구한 제2 열에너지는 제3 연산부(130)로 전달될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, Wk는 k 시간의 제1 또는 제2 열에너지,
Figure pat00002
은 냉각제 유동(mass flow rate), Cp는 비열, Ti,k는 제1 또는 제2 입측 온도, To,k는 제1 또는 제2 출측 온도, k는 이산 시간, △t는 이산 시간의 샘플링 간격(sampling time)이다.
제2 연산부(130)는, 하기의 수학식 2에 따라 위에서 구한 제1 열에너지 및 제2 열에너지의 차이인 잔류 인자를 구할 수 있다. 구한 잔류 인자는 균열 판단부(140)로 전달될 수 있다.
Figure pat00003
여기서, rk는 잔류 인자,
Figure pat00004
는 i번째(제1) 증기 발생기의 제1 열에너지,
Figure pat00005
는 j번째(제2) 증기 발생기의 제2 열에너지이다. 첨자 i, j는 2대의 동일한 독립적인 증기 발생기를 구분하기 위한 첨자이며, 첨자 k는 이산 시간이다.
마지막으로, 균열 판단부(140)는 위에서 구한 잔류 인자에 기초하여 제1 증기 발생기(10) 및 제2 증기 발생기(20) 중 어느 하나의 균열 유무를 판단할 수 있다.
구체적으로, 균열 판단부(140)는 기설정된 판별 시간(kd) 마다 잔류 인자의 절대값과 기설정된 임계치(T)를 비교하며, 잔류 인자의 절대값이 기설정된 임계치(T)를 초과하는 경우 제1 증기 발생기(10) 및 제2 증기 발생기(20) 중 어느 하나에 균열이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 실시 형태에 따라서는 균열 판단부(140)는 가동중 검사(ISI)를 위한 커맨드를 생성할 수도 있다. 상술한 기설정된 판별 시간(kd) 및 기설정된 임계치(T)를 구하는 방법은 후술한다.
또한, 균열 판단부(140)는 기설정된 판별 시간(kd)에서 잔류 인자의 절대값이 기설정된 임계치(T) 이하인 경우에는 이산 시간(k), 제1 편차, 제2 편차, 제1 열에너지, 제2 열에너지 및 잔류 인자를 리셋('리셋 프로세스'라 함)하고, 위의 과정을 반복할 수 있다.
이하에서는 상술한 기설정된 판별 시간(kd) 및 기설정된 임계치(T)를 구하는 방법을 설명한다.
먼저, 2개의 증기 발생기(10, 20)가 건전하다고 가정한다.
수학식 1에서, Wk는 시간 축적의 에너지 항목이므로, 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00006
여기서, Bk +1은 스텝당 열에너지이다.
위의 수학식 3을 하기 수학식 4에 대입하면 하기 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00007
여기서,
Figure pat00008
는 일종의 편차(deviation)로서, 2대의 증기 발생기가 동일한 조건에서 동작하더라고 발생할 수 있는 시간에 따른 변동량이다.
즉, 2대의 증기 발생기가 모두 건전하고, 모든 상태가 동일할 경우
Figure pat00009
가 항상 거의 0의 값을 가지나, 실제로는 약간의 편차가 발생할 수밖에 없다. 이러한 편차는 통계적으로 일정 범위 안에 있을 것이고, 본 발명에서 제안하는 실시간 검사 방법은 시간에 따라 적분하므로,
Figure pat00010
는 중심 극한 정리(Central Limit Theorem)에 의해 0의 평균값과 시그마(σ)의 편차를 갖는
Figure pat00011
~ (0, σ2)의 정규 분포 확률 변수(random variable)로 가정할 수 있다. 따라서, 이 확률 변수에 대한 확률 분포 함수(Probability Distribution Function, PDF)는 하기 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00012
여기서,
Figure pat00013
는 확률분포함수, σ는 편차, x는 확률 변수이다.
잔여 인자(rk)를 위해서는 위의 수학식 5에 따라 k 시간까지 합산하므로, 잔여 인자(rk)는 0의 평균과 k 시간 스텝까지 시그마(σ)가 축적된 편차를 갖게 되므로, rk ~ (0, kσ2)의 확률변수가 되며, 이에 따라 랜덤 워크(Random walk)의 모델로 거동하게 된다. 이에 따라 잔여 인자(rk)의 확률 분포 함수(pdf)는 다음과 같이 수학적으로 표현될 수 있다.
Figure pat00014
여기서,
Figure pat00015
는 확률분포함수, σ는 수학식 5의
Figure pat00016
의 편차(
Figure pat00017
는
Figure pat00018
의 편차임), x는 확률 변수, k는 이산 시간이다.
건전한 두 기의 증기발생기가 작동하고 있고, 기설정된 시점(kd)에서 잔여 인자를 검토할 때, 기설정된 임계치(T)와 비교하게 된다. 여기서 비교의 방법은 확률론적인 방법을 사용하는데, 두 증기발생기가 모두 건전하다 하더라도 이상이 있다고 판단 신호를 주는 오경보 (False Alarming)을 제한하는 최대 오경보율 pFP,max(False Positive Rate)과 오경보가 생길 수 있는 확률을 비교하도록 한다. 이때 최대 오경보율 pFP,max은 시스템의 설계 요구 사항으로 주어지는 값이고, 일반적으로 60년간 세 번의 발생 정도와 같이 매우 작은 값이다. 이에 따라 다음과 같이 기설정된 판별 시간(kd)에 오경보 확률이 설계 요구사항 이하로 되는 조건은 다음 수학식 (7)과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00019
여기서, T는 기설된 임계치, kd는 기설정된 판별 시간, σ는 수학식 5의
Figure pat00020
의 편차(
Figure pat00021
는
Figure pat00022
의 편차), x는 적분 변수, pFP,max는 최대 오경보율이다.
한편, 두 증기발생기 중 한 기에 이상이 생길 때를 두 증기발생기가 모두 건전한 경우와 비슷한 방법으로 수학적 모델링을 전개한다.
여기서 증기발생기 내부 전열관의 작은 손상으로 생기는 균열은 출구에서 미세한 변화를 일으키며, 이 변화는 일정시간 동안에는 비슷하지만, 더 많은 시간이 흐를 경우에는 변화가 줄어들지 않고 더욱 커진다. 이것은 기계 구조에 크랙과 같은 손상(Failure)이 발생하였을 때 자가 치유되지 않는다는 합리적인 가정에 근거한 것이다. 이러한 이상이 발생할 때 새롭게 제안된 항목은 균열에 의해 일어나는 손상 계수 항목 gD(Damage Factor)로 다음과 같이 표현된다.
Figure pat00023
여기서, 손상 계수 항목 gD는 균열 반응 현상을 바탕으로 구할 수 있는 값으로 손상 크기에 따라 미리 정해질 수 있는 값이다. 이에 대한 정량적/정성적 분석 방법은 본 발명에서 포함하지 않는다. 따라서 이상 작동의 증기발생기가 있는 경우 잔여 인자(Residual factor)는 다음과 같이 표현된다.
Figure pat00024
위에서 Bk와 Bk +1의 값의 차이가 크지 않음을 가정하고 k 시간의 함수로 표현하고자 편의상 위와 같이 하였다. 단위 시간당 열에너지 증가분인 Bk는 많은 샘플링 시간을 통해 평균값
Figure pat00025
를 가질 것이고, 따라서 잔여 인자(rk)는 정규분포모델의 가정에 따라서 손상된 증기발생기가 있는 경우
Figure pat00026
의 평균과 kσ2의 분산을 갖는 의 확률변수가 된다. 이것은 rk의 보다 일반적인 표현으로 앞서 두기가 모두 건전할 경우 gD=0이 되므로, 위의 표현이 증기발생기가 모두 건전한 경우와 한 기에 이상이 있는 두 경우를 포함하고 있다.
앞서 두 건전한 증기발생기의 경우와 마찬가지로 확률적인 방법을 이용하여 기기 이상 유무의 판별을 검토한다. 마찬가지로 시점(kd)에서 잔여 인자(rk)를 임계치(T)와 비교하는데, 이때는 잔여 인자(rk)가 임계치(T)보다 높아야 이상 신호를 갖게 되는 것이다. 이러한 이상 신호를 유발하는 손상 확률과 최소 정상 경보율 pTP,min(True Positive Rate)의 확률을 서로 비교하도록 한다. 이때 최소 정상 경보율 pTP,min는 시스템의 설계에서 최소로 만족되어야 할 검출율이며, 일반적으로 99% 이상과 같이 매우 큰 값이다.
이에 따라 다음과 같이 기설정된 시점(kd)에서 정상경보 확률이 설계 요구사항 이상으로 되는 조건은 다음 수학식 (10)과 같이 표현된다.
Figure pat00028
여기서, T는 계산될 임계치, kd는 계산될 시간, σ는 수학식 5의
Figure pat00029
의 편차(
Figure pat00030
는
Figure pat00031
의 편차임), x는 적분 변수,
Figure pat00032
는 열에너지 평균값, pTP,min는 최소 정상 경보율이다.
본 발명에서는 앞서 도출된 수학식 (7) 및 (10)의 부등식을 연립함으로써, 임계치(T)와 판별 시간(kd)를 구할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 2개의 증기 발생기 각각에 대하여 냉각수의 입출측 온도간의 편차를 적분하여 열에너지를 구하고, 각 증기 발생기의 열 에너지의 차이(잔류 인자)에 기초하여 증기 발생기의 균열을 판단하도록 함으로써, 원전의 가동 중단 없이 작은 크기의 균열 판단이 가능하며, 운전자의 개입 없이도 균열에 대한 실시간 모니터링이 가능하다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 증기 발생기의 균열 탐지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 증기 발생기의 균열 탐지 방법을 상세하게 설명한다. 다만, 발명의 간명화를 위하여 도 1에서 기설명된 내용과 중복된 사항의 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 초기화 단계(S201)가 수행될 수 있다.
초기화 단계에서는 이산 시간(k), 제1 편차, 제2 편차, 제1 열에너지, 제2 열에너지 및 잔류 인자를 리셋하고, 수학식 7 및 10에 들어가는 변수들인 편차(σ)와 손상계수항목(gD), 열에너지 평균값(
Figure pat00033
), 최대 오경보율(pFP,max), 최소 정상 경보율(pTP,min)을 구할 수 있다. 편차(σ)와 열에너지 평균값(
Figure pat00034
)은 증기 발생기를 설치한 후, 다수 회에 걸친 입출측 온도 샘플링을 통해 구할 수 있으며, 손상계수항목(gD)은 손상크기에 따라 미리 정해질 수 있는 값이며, 최대 오경보율(pFP,max) 및 최소 정상 경보율(pTP,min)은 시스템의 설계 요구 사항으로 주어지는 값이다.
다음, 제1 증기 발생기(10) 및 제2 증기 발생기(20)의 입출 측에 구비된 한 쌍의 온도 센서(110a, 110b)를 통해 제1 증기 발생기(10)의 냉각재 입구를 통해 유입되는 냉각재의 제1 입측 온도, 제1 증기 발생기(10)의 냉각재 출구를 통해 유출되는 냉각재의 제1 출측 온도, 제2 증기 발생기(20)의 냉각재 입구에 구비되며, 제2 증기 발생기(10)의 냉각재 입구를 통해 유입되는 냉각재의 제2 입측 온도 및 제2 증기 발생기(10)의 냉각재 출구를 통해 유출되는 냉각재의 제2 출측 온도를 측정할 수 있다(S202).
다음, 제1 연산부(121)은, 상술한 수학식 1에 따라 제1 증기 발생기(10) 측에 구비된 한 쌍의 제1 온도 센서(110a, 110b)로부터 전달받은 제1 입측 온도와 제1 출측 온도간의 제1 편차를 시적분하여 제1 열에너지를 구한다.
마찬가지로, 제2 연산부(122)는 하기의 수학식 1에 따라 제2 증기 발생기(20) 측에 구비된 한 쌍의 제2 온도 센서(110a, 110b)로부터 전달받은 제2 입측 온도와 제2 출측 온도간의 제2 편차를 시적분하여 제2 열에너지를 구할 수 있다(S203). 구한 제1 열에너지 및 제2 열에너지는 제3 연산부(130)로 전달될 수 있다.
다음, 제2 연산부(130)는, 상술한 수학식 2에 따라 위에서 구한 제1 열에너지 및 제2 열에너지의 차이인 잔류 인자를 구할 수 있다(S204). 구한 잔류 인자는 균열 판단부(140)로 전달될 수 있다.
마지막으로, 균열 판단부(140)는 위에서 구한 잔류 인자에 기초하여 제1 증기 발생기(10) 및 제2 증기 발생기(20) 중 어느 하나의 균열 유무를 판단할 수 있다(S205 내지 S206).
구체적으로, 균열 판단부(140)는 이산 시간(k)이 기설정된 판별 시간(kd)이 되었는지를 판단한다(S205). 판단 결과, 이산 시간(k)이 기설정된 판별 시간(kd)과 같이 않다면 단계 S208로 진행하여 이산 시간(k)을 '1' 증가시킨 후 단계 S202로 진행한다.
하지만, 단계 S205에서의 판단 결과, 이산 시간(k)이 기설정된 판별 시간(kd)과 동일한 경우에는 잔류 인자(rk)의 절대값이 기설정된 임계치(T)를 초과하는지 판단한다(S206).
잔류 인자(rk)의 절대값이 기설정된 임계치(T)를 초과하지 않는 경우에는 리셋 프로세스(S209)로 진행하여, 이산 시간(k), 제1 편차, 제2 편차, 제1 열에너지, 제2 열에너지 및 잔류 인자를 리셋('리셋 프로세스'라 함)하고, 단계 S202부터 다시 진행할 수 있다.
하지만, 단계 S206에서의 판단 결과, 잔류 인자(rk)의 절대값이 기설정된 임계치(T)를 초과한 경우에는 제1 증기 발생기(10) 및 제2 증기 발생기(20) 중 어느 하나에 균열이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 이후 실시 형태에 따라서는 균열 판단부(140)는 가동중 검사(ISI)를 위한 커맨드를 생성할 수 있다(S207).
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 2개의 증기 발생기 각각에 대하여 냉각수의 입출측 온도간의 편차를 적분하여 열에너지를 구하고, 각 증기 발생기의 열 에너지의 차이(잔류 인자)에 기초하여 증기 발생기의 균열을 판단하도록 함으로써, 원전의 가동 중단 없이 작은 균열 판단이 가능하며, 운전자의 개입 없이도 균열에 대한 실시간 모니터링이 가능하다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
10: 제1 증기 발생기
20: 제2 증기 발생기
110a: 입측 온도 센서
110b: 출측 온도 센서
100: 프로세스 모듈
121: 제1 연산부
122: 제2 연산부
130: 제3 연산부
140: 균열 판단부

Claims (6)

  1. 적어도 2개의 증기 발생기를 구비한 원자력 발전 시스템에 사용되는 증기 발생기의 균열 탐지 장치에 있어서,
    제1 증기 발생기의 냉각재 입구에 구비되며, 상기 제1 증기 발생기의 냉각재 입구를 통해 유입되는 냉각재의 제1 입측 온도를 측정하는 제1 입측 온도 센서;
    상기 제1 증기 발생기의 냉각재 출구에 구비되며, 상기 제1 증기 발생기의 냉각재 출구를 통해 유출되는 냉각재의 제1 출측 온도를 측정하는 제1 출측 온도 센서;
    상기 제1 입측 온도와 상기 제1 출측 온도간의 제1 편차를 시적분하여 제1 열에너지를 구하는 제1 연산부;
    제2 증기 발생기의 냉각재 입구에 구비되며, 상기 제2 증기 발생기의 냉각재 입구를 통해 유입되는 냉각재의 제2 입측 온도를 측정하는 제2 입측 온도 센서;
    상기 제2 증기 발생기의 냉각재 출구에 구비되며, 상기 제2 증기 발생기의 냉각재 출구를 통해 유출되는 냉각재의 제2 출측 온도를 측정하는 제2 출측 온도 센서;
    상기 제2 입측 온도와 상기 제2 출측 온도간의 제2 편차를 시적분하여 제2 열에너지를 구하는 제2 연산부;
    상기 제1 열에너지 및 상기 제2 열에너지의 차이인 잔류 인자를 구하는 제3 연산부; 및
    상기 잔류 인자에 기초하여 상기 제1 증기 발생기 및 상기 제2 증기 발생기 중 어느 하나의 균열 유무를 판단하는 균열 판단부를 포함하는 증기 발생기의 균열 탐지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 균열 판단부는,
    기설정된 판별 시간에서, 상기 잔류 인자의 절대값이 기설정된 임계치를 초과하는 경우 상기 제1 증기 발생기 및 상기 제2 증기 발생기 중 어느 하나에 균열이 존재하는 것으로 판단하는 증기 발생기의 균열 탐지 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기설정된 판별 시간 및 상기 기설정된 임계치는,
    하기의 수학식 1 및 2:
    Figure pat00035
    (1)
    Figure pat00036
    (2)
    을 연립하여 구해지며, T는 기설정된 임계치, kd는 기설정된 판별 시간, σ는 편차, pFP , max는 최대 오경보 확률, gD는 손상계수항목,
    Figure pat00037
    는 열에너지 평균값, pTP,min는 최소 정상 경보율인 증기 발생기의 균열 탐지 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 균열 판단부는,
    상기 기설정된 판별 시간에서, 상기 잔류 인자가 기설정된 임계치 이하이면 상기 제1 편차 및 상기 제2 편차를 리셋하는 균열 탐지 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 냉각재는,
    상기 원자력 발전 시스템에서 사용되는 1차 냉각재 및 2차 냉각재 중 어느 하나인 균열 탐지 장치.
  6. 적어도 2개의 증기 발생기를 구비한 원자력 발전 시스템에 사용되는 증기 발생기의 균열 탐지 방법에 있어서,
    제1 증기 발생기의 냉각재 입구를 통해 유입되는 냉각재의 제1 입측 온도, 상기 제1 증기 발생기의 냉각재 출구를 통해 유출되는 냉각재의 제1 출측 온도, 제2 증기 발생기의 냉각재 입구를 통해 유입되는 냉각재의 제2 입측 온도 및 상기 제2 증기 발생기의 냉각재 출구를 통해 유출되는 냉각재의 제2 출측 온도를 측정하는 제1 단계;
    상기 제1 입측 온도와 상기 제1 출측 온도간의 제1 편차를 시적분한 제1 열에너지 및 상기 제2 입측 온도와 상기 제2 출측 온도간의 제2 편차를 시적분한 제2 열에너지를 구하는 제2 단계;
    상기 제1 열에너지 및 상기 제2 열에너지의 차이인 잔류 인자를 구하는 제3 단계; 및
    상기 잔류 인자에 기초하여 상기 제1 증기 발생기 및 상기 제2 증기 발생기 중 어느 하나의 균열 유무를 판단하는 제4 단계를 포함하는 증기 발생기의 균열 탐지 방법.
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