KR20190073829A - 원자력발전소 중대사고 발생시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 주증기 계통 - Google Patents

원자력발전소 중대사고 발생시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 주증기 계통 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제염수를 포함하는 제염수조; 및 증기 발생기와 터빈을 연결하는 주증기 배관으로부터 주증기 안전밸브를 통해서 제염수조를 연결하는 연결 배관을 포함하며, 상기 주증기 안전밸브는 3방향 밸브로 구성되어 설계기준 사고시에는 발생하는 증기를 대기로 방출하며, 중대사고 발생시에는 증기를 제염수조로 이송하는 것을 특징으로 하는 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 원자력발전소 주증기 계통을 제공한다. 본 발명에 따른 주증기 계통은 중대사고시 고온의 증기로 기인한 증기 발생기 세관파단 사고를 포함하는 격납건물 우회사고 발생시 방사성 물질의 대기방출을 저감할 수 있는 효과가 있다.

Description

원자력발전소 중대사고 발생시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 주증기 계통{Main steam system that reduces the release of radioactive material to the atmosphere under severe accident}
원자력발전소 중대사고 발생시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 장치에 관한 것이다.
후쿠시마 원전 사고 이후 세계 각국은 개량형 경수로뿐 아니라 이미 가동중인 원전에 대해 중대사고에 대처 능력을 확보하도록 규제를 강화하고 있다. 우리나라도 2016년 6월 중대사고에 대한 규제가 법제화 되었다(중대사고가 법적 사고관리 대상임을 규정). 중대사고 법제화에서는 Cs-137의 방출량이 100 TBq 이상인 사고의 누적빈도가 10-6/Rx-year미만이 되도록 요구하고 있다. 따라서 중대사고 진행 중 방사성 물질의 방출을 최소화 하는 것이 규제 요건을 만족시키는 것뿐 아니라, 일반 대중의 건강 보호와 환경오염을 최소화하기 위해 필수적이다.
중대사고 진행 중 방사성 물질의 방출을 막기 위한 가장 중요한 조치는 격납건물의 건전성을 확보하는 노력이다. 이를 위해 가동 중 및 신규건설 원전에 대해 후쿠시마 사고 이후 이동형 디젤 발전기, 방수 수문 설치, 여과 배기설비 설치 등 다양한 후속 조치가 진행된 바 있으며 이들 조치를 통해 원전의 안전성이 대폭 향상되었다. 하지만 중대사고 기인사건으로서 증기 발생기 세관 파단사고(Steam Generator Tube Rupture: SGTR) 또는 저압 경계부 냉각재 상실사고(ISLOCA)가 일어나는 경우 격납건물의 건전성이 확보되어도 방사성 물질이 격납건물을 우회하여 대기로 직접 방출되기 때문에 원자로 안전 측면에서 중요한 쟁점으로 여전히 남아 있다.
이런 사고의 발생을 예방하려는 노력도 중요하지만, 만약에 우회 사고가 발생했을 때 적절히 대처할 수 있는 방안을 수립하는 것이 원자로 안전 측면에서 중요하다.
(미)USNRC는 격납건물 우회사고 특히 중대사고 기인 증기 발생기 파단사고에 대해 관심을 가지고 지속적으로 연구를 수행하였다. 이들 연구 결과에 의하면 중대사고 진행 중 고온, 고압의 증기 등에 의해 증기 발생기 파단사고 (예: Temperature Induced SGTR: TI-SGTR)가 발생할 수 있는 것이 알려졌으며, 관련해서 중대사고의 조건에서 가동 원전에서 증기 발생기 파단 가능성에 대한 열수력 해석, 구조 건전성 평가 등의 연구가 이루어졌다.
이상을 반영하여, 최근 미국에서 수행된 SOARCA (State-of-the-Art Reactor Consequence Analysis) Project (NUREG-1935, 2012/11)에서는 중대사고 (유사경위 합산 그룹별) 시나리오 선정용 노심손상빈도(CDF)로 우회사고는 일반사고에 비해 1/10 작은 1.0E-07/ry 값이 사용되었다. 특히, SOARCA Project는 발생가능성이 현저히 낮은 조기 원자로손상모드(Alpha Mode Containment Failure, DCH(Direct Containment Heating) 등)는 제외시킨 반면 TI-SGTR 및 ISLOCA는 대상사고로 선정하였다. 국내에서도 한국수력원자력이 최근 시작한 SOARCA Project의 Level 2 PSA를 통해 동일한 우회사고 시나리오(TI-SGTR, ISLOCA 등)의 상세모델 개발 및 최적분석을 기대하고 있다.
중대사고 기인 증기 발생기 세관 파단사고(SGTR), 저압 경계부 냉각재 상실사고(ISLOCA) 등의 격납건물 우회 사고가 발생하였을 경우 주변 환경의 대기로 방사성 물질이 직접 방출되므로 이를 획기적으로 저감하여 인체에 대한 건강 위협과 환경오염을 최소화하는 것이 원자력 발전의 대중 수용성을 확보하는데 필수적이다. 현재는 이러한 사고에 대처하고 방사성 물질을 저감시키는 설비가 존재하지 않는다. 따라서 격납건물 우회 사고에 대한 적절한 사고 관리 전략과 더불어 혁신적인 대처 설비의 개발이 원전 중대사고 대처 능력 강화를 위해 필수적이라고 할 수 있다.
이에, 본 발명자들은 원자력발전소 중대사고 발생시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 장치에 대하여 연구하던 중, 주증기 계통으로 방사성 물질이 그대로 침투하여 대기로 방출되는 것을 방지할 수 있는 주증기 계통을 개발하였으며, 중대사고시 고온의 증기로 기인한 증기발생기 세관파단 사고를 포함한 격납건물 우회사고 발생시 방사성 물질의 대기방출을 저감할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.
중대사고 기인 증기 발생기 세관 파단사고(SGTR), 저압 경계부 냉각재 상실사고(ISLOCA) 등이 발생하면, 가압기 저수위 등의 신호에 의해 원자로가 정지된다. 이후, 자동으로 LOCA 및 이차측 고방사능 신호 또는 수동으로 신호 발생 이전 운전원 조치로 주증기 격리밸브(MSIV)가 작동하여 파손 증기 발생기를 터빈 발전기로부터 격리시킨다.
이후 건전한 증기 발생기(급수 및 응축기(condenser) 또는 대기 방출밸브(ADV, 피동계통이 아님에 유의)를 이용해 1차 계통을 냉각시키게 된다. 여기서, 격리에 성공하였지만 파단된 증기 발생기의 압력은 주증기 격리밸브(MSIV) 전단에 위치한 주증기 안전밸브(MSSV)를 통해 대기환경으로 배출된다.
이러한 방사성 물질 직접 방출을 방지하기 위해, 주증기 격리밸브(MSIV)에 형성된 우회 밸브를 이용하여 외부환경 대신 응축기로 안전하게 압력을 배출하는 비상운전절차서의 변경이 최근에 이루어진 바 있다. 그러나 우회밸브는 안전등급(safety grade)이 아니므로 중대사고 환경(예로, 중대사고 기인 증기 발생기 세관(14) 파단사고(SGTR)의 경우, 1차 계통에서 전달되는 고온, 고압 환경)에서 성능이 보장되지 않기에 중대사고관리지침서(SAMG)에서는 이러한 절차의 수행이 어렵고, 또한, 주증기 안전밸브(MSSV)가 고착 개방(stuck-open)된 경우에는 외부환경으로의 방사성 물질의 방출이 불가피하다.
이상으로부터, 다양한 사고 경위를 고려할 때 가장 최악의 경우는 증기 발생기의 고착 개방된 주증기 안전밸브(MSSV)를 통하여 방사성 물질이 방출되는 경우일 것이다. 특히, 증기 발생기가 고갈된 경우 제염이 거의 이루어지지 않고 대기로 직접 방출되기 때문에 이 경우의 방사성 물질 방출이 가장 심각한 경우이다. 따라서 고갈된 증기발생기로부터 방사성 물질의 제염 성능이 매우 중요하다.
본 발명의 목적은 상기에서 언급한 바와 같이, 주증기 안전밸브(MSSV) 고착 개방 사고 경위에서 방사성 물질의 대기로의 방출을 억제하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 방사성 물질을 포함하는 증기의 방출량이 많을 경우 제염수조의 온도 상승 및 비등 발생으로 인해 제염 성능이 저하되는 것을 방지하여 우수한 제염 성능을 발휘하는 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
제염수를 포함하는 제염수조; 및
증기 발생기와 터빈을 연결하는 주증기 배관으로부터 주증기 안전밸브를 통해서 제염수조를 연결하는 연결 배관을 포함하며,
상기 주증기 안전밸브는 3방향 밸브로 구성되어 설계기준 사고시에는 발생하는 증기를 대기로 방출하며, 중대사고 발생시에는 증기를 제염수조로 이송하는 것을 특징으로 하는 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 원자력발전소 주증기 계통을 제공한다.
또한, 본 발명은
제염수를 포함하는 제염수조; 및
증기 발생기와 터빈을 연결하는 주증기 배관으로부터 연결 밸브를 통해서 제염수조를 연결하는 연결 배관을 포함하며,
상기 연결 밸브는 3방향 밸브로 구성되어 주증기 안전밸브 전단 또는 후단에 위치하고,
설계기준 사고시에는 발생하는 증기를 대기로 방출하며, 중대사고 발생시에는 증기를 제염수조로 이송하는 것을 특징으로 하는 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 원자력발전소 주증기 계통을 제공한다.
나아가, 본 발명은
제염수를 포함하는 제염수조; 및
증기 발생기와 터빈을 연결하는 주증기 배관으로부터 연결 밸브를 통해서 제염수조를 연결하는 연결 배관을 포함하며,
상기 연결 밸브는 3방향 밸브로 구성되어 대기 방출밸브 전단 또는 후단에 위치하고,
설계기준 사고시에는 발생하는 증기를 대기로 방출하며, 중대사고 발생시에는 증기를 제염수조로 이송하는 것을 특징으로 하는 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 원자력발전소 주증기 계통을 제공한다.
또한, 본 발명은
제염수를 포함하는 제염수조; 및
증기 발생기와 터빈을 연결하는 주증기 배관으로부터 2 개 이상의 연결 밸브를 통해서 제염수조를 연결하는 연결 배관을 포함하며,
상기 연결 밸브는 3방향 밸브로 구성되어 주증기 안전밸브 전단, 주증기 안전밸브 후단, 대기 방출밸브 전단 및 대기 방출밸브 후단으로 이루어지는 위치 중 두 곳 이상에 위치하고,
상기 연결 밸브를 이용하여 설계기준 사고시에는 발생하는 증기를 대기로 방출하며, 중대사고 발생시에는 증기를 제염수조로 이송하는 것을 특징으로 하는 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 원자력발전소 주증기 계통을 제공한다.
나아가, 본 발명은
증기 발생기와 터빈을 연결하는 주증기 배관으로부터 주증기 안전밸브 또는 연결 밸브를 통해서 격납건물 또는 여과배기장치를 연결하는 연결 배관을 포함하며,
주증기 안전밸브와 연결되는 경우, 상기 주증기 안전밸브는 3방향 밸브로 구성되어 설계기준 사고시에는 발생하는 증기를 대기로 방출하고, 중대사고 발생시에는 증기를 격납건물 또는 여과배기장치로 이송하며,
연결 밸브와 연결되는 경우, 상기 연결 밸브는 3방향 밸브로 구성되어 주증기 안전밸브 전단 또는 후단; 대기 방출밸브 전단 또는 후단;에 위치하며, 설계기준 사고시에는 발생하는 증기를 대기로 방출하고, 중대사고 발생시에는 증기를 격납건물 또는 여과배기장치로 이송하는 것을 특징으로 하는 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 원자력발전소 주증기 계통을 제공한다.
또한, 본 발명은
원자력발전소 중대사고 발생시 증기 발생기 내부에서 배출되는 방사성 물질을 포함하는 혼합 기체를 주증기 배관과 연결된 연결 배관을 통해 제염수를 포함하는 제염수조로 이송시키는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 제염수조로 이송시킨 혼합 기체를 제염하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 제염된 혼합 기체를 제염수조의 배출구를 통해 배출하는 단계(단계 3)를 포함하는 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 주증기 계통은 고온의 증기로 기인한 증기 발생기 세관 파단 사고를 포함하는 격납건물 우회사고 발생시 방사성 물질의 대기방출을 저감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 원자력발전소 1차 계통 및 주증기 계통의 일례를 나타낸 모식도이고;
도 2 내지 도 9는 본 발명에 따른 주증기 계통의 일례를 나타낸 모식도이다.
본 발명의 일 측면에서
제염수(131)를 포함하는 제염수조(130); 및
증기 발생기(13)와 터빈을 연결하는 주증기 배관(110)으로부터 주증기 안전밸브(121)를 통해서 제염수조(130)를 연결하는 연결 배관(120)을 포함하며,
상기 주증기 안전밸브(121)는 3방향 밸브로 구성되어 설계기준 사고(DBA)시에는 발생하는 증기를 대기로 방출하며, 중대사고 발생시에는 증기를 제염수조(130)로 이송하는 것을 특징으로 하는 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 원자력발전소 주증기 계통(100)이 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서
제염수(131)를 포함하는 제염수조(130); 및
증기 발생기(13)와 터빈을 연결하는 주증기 배관(110)으로부터 연결 밸브(113)를 통해서 제염수조(130)를 연결하는 연결 배관(120)을 포함하며,
상기 연결 밸브(113)는 3방향 밸브로 구성되어 주증기 안전밸브(121) 전단 또는 후단에 위치하고,
설계기준 사고시에는 발생하는 증기를 대기로 방출하며, 중대사고 발생시에는 증기를 제염수조(130)로 이송하는 것을 특징으로 하는 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 원자력발전소 주증기 계통(100)이 제공된다.
나아가, 본 발명의 또 다른 측면에서
제염수(131)를 포함하는 제염수조(130); 및
증기 발생기(13)와 터빈을 연결하는 주증기 배관(110)으로부터 연결 밸브(113)를 통해서 제염수조(130)를 연결하는 연결 배관(120)을 포함하며,
상기 연결 밸브(113)는 3방향 밸브로 구성되어 대기 방출밸브(111) 전단 또는 후단에 위치하고,
설계기준 사고시에는 발생하는 증기를 대기로 방출하며, 중대사고 발생시에는 증기를 제염수조(130)로 이송하는 것을 특징으로 하는 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 원자력발전소 주증기 계통(100)이 제공된다.
더욱 나아가, 본 발명의 다른 측면에서
제염수(131)를 포함하는 제염수조(130); 및
증기 발생기(13)와 터빈을 연결하는 주증기 배관(110)으로부터 2 개 이상의 연결 밸브(113)를 통해서 제염수조(130)를 연결하는 연결 배관(120)을 포함하며,
상기 연결 밸브(113)는 3방향 밸브로 구성되어 주증기 안전밸브(121) 전단, 주증기 안전밸브 후단, 대기 방출밸브(111) 전단 및 대기 방출밸브 후단으로 이루어지는 위치 중 두 곳 이상에 위치하고,
상기 연결 밸브(113)를 이용하여 설계기준 사고시에는 발생하는 증기를 대기로 방출하며, 중대사고 발생시에는 증기를 제염수조(130)로 이송하는 것을 특징으로 하는 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 원자력발전소 주증기 계통(100)이 제공된다.
이때, 종래 주증기 계통(20)의 일례를 도 1의 모식도에 나타내었고, 본 발명에 따른 주증기 계통(100)의 일례를 도 2 내지 도 9의 모식도를 통해 나타내었으며,
이하, 도 1 내지 도 9의 모식도를 참조하여, 본 발명에 따른 주증기 계통(100)에 대하여 상세히 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 종래 원자력발전소의 주증기 계통(20)은 1차 계통(10)의 격납건물(11) 내부에 위치하는 증기 발생기(13)에서 생성된 증기를 터빈(미도시)으로 수송하는 기능을 수행하는 일련의 구조물을 말한다. 주증기 배관(30), 대기 방출밸브(31, atmospheric dump valve: ADV), 주증기 안전밸브(32. main steam safety valve: MSSV), 주증기 격리밸브(33, main steam isolation valve: MSIV), 터빈 우회밸브(turbine bypass valve) 및 주증기 공동관(common header) 등으로 구성되어 있다.
각 증기 발생기에 연결된 1-2 개의 증기 노즐을 통하여 공급되는 증기는 각 밸브(ADV, MSSV, MSIV)를 거쳐 터빈 건물에서 하나의 주증기 공동관에 모여 고압 터빈으로 보내진다. 주증기 공동관에는 터빈 우회배관이 연결되는데, 터빈의 급작스런 정지 또는 급격한 출력감발 시 잉여증기를 복수기 혹은 대기로 직접 보낼 수 있게 되어 있으며, 총 8 개 정도의 배관으로 나누어져 있다. 각각의 배관에는 터빈 우회밸브가 달려 있다.
주증기 안전밸브(32)는 주증기 계통(20)의 과도한 압력을 방지할 수 있도록 각 증기 배관마다 4-5 대씩 설치될 수 있다. 모든 밸브의 총 방출용량은 전출력운전 시의 증기 유량에 해당하도록 충분히 크게 설계되어 있다. 주증기 격리밸브(33)는 주증기 배관(30)이 파손됐을 때 증기 방출에 따른 원자로 냉각재계통의 과도한 냉각을 방지하기 위하여 증기 발생기(13)를 격리시키는 역할을 한다. 대기 방출밸브(31)는 증기 발생기가 격리되었거나 터빈정지와 동시에 복수기의 기능이 상실되었을 때 잉여증기를 대기로 직접 방출하여 원자로 냉각재계통을 냉각시킬 수 있게 되어 있다. 주증기 안전밸브는 스프링작동 밸브로 증기압력이 설정값에 도달하면 순차적으로 자동 개방된다. 대기 방출밸브는 주제어실 또는 원격정지반에서 수동으로 조작할 수 있다.
이와 같이, 기존에는 중대사고 기인 증기 발생기 세관(14) 파단사고 등의 사고 발생시 주증기 격리밸브는 닫히고, 주증기 안전밸브가 고착된 상황이 발생할 수 있다. 이러한 주증기 안전밸브가 고착된 상황에서 일차 냉각재의 방사성 물질이 그대로 대기로 방출되게 된다.
이때, 본 발명에서는 도 2 내지 도 9에 모식도로 나타낸 바와 같이, 본 발명에서는 제염수(131)를 포함하는 제염수조(130); 및 증기 발생기(13)와 터빈을 연결하는 주증기 배관(110)으로부터 주증기 안전밸브(121) 또는 연결 밸브(113)를 통해서 제염수조를 연결하는 연결 배관(120);을 포함하는 주증기 계통(100)을 제공한다.
상기 주증기 안전밸브(121) 또는 연결 밸브(113)는 3방향 밸브로 구성되어 설계기준 사고시에는 발생하는 증기를 대기로 방출하며, 중대사고 발생시에는 증기를 제염수조(130)로 이송함으로써 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시킬 수 있다.
구체적인 일례로, 상기 중대사고는 증기발생기 세관 파단사고(steam generator tube rupture : SGTR) 또는 저압 경계부 냉각재 상실사고(ISLOCA) 등의 격납건물 우회 사고일 수 있다.
또한, 일례로 상기 연결 배관(120)은 제염수조(130)에 연결되는 말단부에 노즐(122)을 포함한다. 상기 노즐은 제염수조 하단부에 배치되는 것이 바람직하고, 더욱 상세하게는 상기 노즐이 제염수조 내부에 위치하는 제염수(131)에 몰입되는 것이 바람직하다. 일례로, 도 2의 모식도에 나타낸 바와 같이, 연결 배관(120) 말단부가 제염수 내부로 몰입될 수 있고, 도 7의 모식도에 나타낸 바와 같이, 연결 배관이 제염수조 하단부와 연결될 수 있다.
상기 제염수조(130)는 상단부에 연결되어 제염수(131)에 용해되지 않은 증기를 외부로 방출하는 배출구(132)를 포함하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 제염수(131)에 용해되지 않은 증기는 일부 방사성 물질을 포함할 가능성이 있다. 따라서, 바람직하게는 상기 배출구(132)를 통해 직접적으로 대기로 방출하는 것이 아닌, 격납건물(11) 내부에 위치하는 핵연료 재장전 수조(15, IRWST) 또는 외부에 위치하는 여과배기장치(160)로 방출할 수 있다.
구체적인 일례로, 상기 주증기 계통(100)은 제염수조(130)의 배출구(132)와 격납건물(11)을 연결하는 제1 방출 배관(140)을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 주증기 계통을 통해 1차적으로 제염이 진행된 증기를 다시 격납건물 내부로 주입하여 대기로의 방사성 물질의 방출을 더욱 억제할 수 있다. 특히, 격납건물 내부 핵연료 재장전 수조(15)와 연결함으로써 한번 더 방사성 물질을 제염하는 효과를 얻을 수 있다.
상기 제1 방출 배관(140)은 격납건물(11), 특히 격납건물 내부 핵연료 재장전 수조(15)로부터 제염수조(130)로의 유체의 역류를 방지하기 위한 체크 밸브를 포함할 수 있다.
또한, 일례로 상기 주증기 계통(100)은 제염수조(130)의 배출구(132)와 여과배기장치(160)를 연결하는 제2 방출 배관(150)을 포함할 수 있다. 1차 계통 외부에 설치된 여과배기장치로 증기를 방출함으로써 격납건물(11) 내부 압력 증가를 방지할 수 있고, 추가적인 제염 효과를 기대할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 주증기 계통(100)은 제염수조(130) 외부를 둘러싸며 제염수조를 냉각시키는 냉각조(133)를 포함할 수 있다.
본 발명에서 제시하는 주증기 계통(100)에 포함된 제염수조(130)는 외부 냉각이 가능한 냉각조(133)를 포함하는 것이 바람직하다. 만약, 제염수조 내부의 압력이 높아지는 경우 증기가 충분히 응축되지 않아 동하중이 발생할 수 있고, 이러한 동하중에 의해 제염수조가 파손될 위험이 발생한다. 이를 방지하기 위해 제염수조 내의 압력과 온도를 감소시키는 것이 바람직하고, 본 발명에서 제시하는 냉각조를 통한 외부 냉각으로 제염수조 내의 압력과 온도를 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 제염수조(130)의 배출구(132)를 여과배기장치(160)와 연결하는 경우 여과배기장치의 설계 압력은 약 10 기압 정도이므로 제염수조 내의 압력을 5-10 기압 이내로 떨어뜨리는 것이 바람직하다.
상기 냉각조(133)는 제염수조(130) 외부에 설치되며, 수조 형태일 수 있다. 또한, 상기 냉각조에 냉각핀을 설치하여 외부 냉각 성능을 향상시킬 수 있으며, 소방수 등으로 채워질 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서
증기 발생기(13)와 터빈을 연결하는 주증기 배관(100)으로부터 주증기 안전밸브(121) 또는 연결 밸브(113)를 통해서 격납건물(11) 또는 여과배기장치(160)를 연결하는 연결 배관(120)을 포함하며,
주증기 안전밸브(121)와 연결되는 경우, 상기 주증기 안전밸브는 3방향 밸브로 구성되어 설계기준 사고시에는 발생하는 증기를 대기로 방출하고, 중대사고 발생시에는 증기를 격납건물(11) 또는 여과배기장치(160)로 이송하며,
연결 밸브(113)와 연결되는 경우, 상기 연결 밸브는 3방향 밸브로 구성되어 주증기 안전밸브(121) 전단 또는 후단; 대기 방출밸브(111) 전단 또는 후단;에 위치하며, 설계기준 사고시에는 발생하는 증기를 대기로 방출하고, 중대사고 발생시에는 증기를 격납건물(11) 또는 여과배기장치(160)로 이송하는 것을 특징으로 하는 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 원자력발전소 주증기 계통(100)이 제공된다.
상기 주증기 계통(100)을 통해 고온의 증기로 기인한 증기 발생기 세관파단 사고를 포함하는 격납건물 우회사고 발생시 방사성 물질을 포함하는 증기를 격납건물(11), 특히 격납건물(11) 내부에 위치하는 핵연료 재장전 수조(15)로 이송시키거나, 여과배기장치(160)로 이송시킴으로써 방사성 물질의 대기방출을 저감할 수 있다.
또한, 본 발명은
원자력발전소 중대사고 발생시 증기 발생기 내부에서 배출되는 방사성 물질을 포함하는 혼합 기체를 주증기 배관과 연결된 연결 배관을 통해 제염수를 포함하는 제염수조로 이송시키는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 제염수조로 이송시킨 혼합 기체를 제염하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 제염된 혼합 기체를 제염수조의 배출구를 통해 배출하는 단계(단계 3)를 포함하는 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 방법에 대하여 각 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 방법에 있어서, 단계 1은 원자력발전소 중대사고 발생시 증기 발생기 내부에서 배출되는 방사성 물질을 포함하는 혼합 기체를 주증기 배관과 연결된 연결 배관을 통해 제염수를 포함하는 제염수조로 이송시키는 단계이다.
상기 단계 1은 원자력발전소 중대사고 발생시, 특히 증기 발생기 내부에서 배출되는 방사성 물질을 포함하는 증기 등의 혼합 기체를 처리하고자 하며, 이를 위해 상기 혼합 기체를 주증기 배관과 연결된 연결 배관을 통해 제염수조로 이송시킨다.
구체적으로, 본 발명에서 제시하는 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 방법은 전술한 바와 같은 주증기 계통(100)에서 수행될 수 있다.
본 발명에서 제시하는 주증기 계통은 주증기 배관(110)과 연결되는 연결 배관(120)을 포함하고, 상기 주증기 배관과 연결 배관은 주증기 안전밸브(121) 또는 연결 밸브(113)를 통해 연결될 수 있다.
상기 주증기 안전밸브(121) 또는 연결 밸브(113)는 3방향 밸브로 구성될 수 있으며, 이를 통해 중대사고 발생시에 문제되는 방사성 물질 포함 혼합 기체를 제염수조(130)로 이송시킬 수 있다.
또한, 상기 단계 1의 원자력발전소 중대사고는 증기발생기 세관 파단사고(steam generator tube rupture : SGTR) 또는 저압 경계부 냉각재 상실사고(ISLOCA) 등의 격납건물 우회 사고일 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1에서 제염수조로 이송시킨 혼합 기체를 제염하는 단계이다.
상기 단계 2에서는 제염수조로 이송시킨 혼합 기체를 제염한다.
구체적인 일례로, 상기 단계 2에서의 제염은 혼합 기체 중 수증기의 응축 처리, 방사성 물질의 제염 처리 및 수소 제거 처리를 포함할 수 있다. 상기 단계 1에서 이송된 혼합 기체 중 수증기는 응축시키고, 핵분열 생성물은 제거하며, 수소를 제거하여 폭발 가능성을 낮추는 것이다.
또한, 상기 단계 2를 수행하고 난 후, 제염된 혼합 기체를 냉각하고, 압력을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 냉각 및 압력 조절은 제염수조 외부를 둘러싸며, 상기 제염수조를 냉각시키기 위한 냉각조를 이용하여 수행될 수 있다.
제염수조(130) 내부의 압력이 높아지는 경우 증기가 충분히 응축되지 않아 동하중이 발생할 수 있고, 이러한 동하중에 의해 제염수조가 파손될 위험이 발생한다. 이를 방지하기 위해 상기 단계 2를 수행하고 난 후, 제염수조 내의 압력과 온도를 감소시키는 것이 바람직하고, 상기 냉각조를 통한 외부 냉각으로 제염수조 내의 압력과 온도를 감소시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 방법에 있어서, 단계 3은 상기 단계 2에서 제염된 혼합 기체를 제염수조의 배출구를 통해 배출하는 단계이다.
상기 단계 3에서는 제염수조를 통과하여 제염된 혼합 기체를 배출구를 통해 배출한다.
구체적인 일례로, 상기 단계 3의 배출은 격납건물 내부에 위치하는 핵연료 재장전 수조(IRWST)로 배출될 수 있다.
또 다른 일례로, 상기 단계 3의 배출은 여과배기장치로 배출될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 주증기 계통과 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 방법에 대하여 구체적인 일례를 살펴보았으며, 앞서 설명된 장치 및 방법 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 일례는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
100 : 주증기 계통
111 : 대기 방출밸브
112 : 주증기 격리밸브
113 : 연결 밸브
120 : 연결 배관
121 : 주증기 안전밸브
122 : 노즐
130 : 제염수조
131 : 제염수
132 : 배출구
133 : 냉각조
140 : 제1 방출 배관
150 : 제2 방출 배관
160 : 여과배기장치

Claims (20)

  1. 제염수를 포함하는 제염수조; 및
    증기 발생기와 터빈을 연결하는 주증기 배관으로부터 주증기 안전밸브를 통해서 제염수조를 연결하는 연결 배관을 포함하며,
    상기 주증기 안전밸브는 3방향 밸브로 구성되어 설계기준 사고시에는 발생하는 증기를 대기로 방출하고, 중대사고 발생시에는 증기를 제염수조로 이송하는 것을 특징으로 하는 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 원자력발전소 주증기 계통.
  2. 제염수를 포함하는 제염수조; 및
    증기 발생기와 터빈을 연결하는 주증기 배관으로부터 연결 밸브를 통해서 제염수조를 연결하는 연결 배관을 포함하며,
    상기 연결 밸브는 3방향 밸브로 구성되어 주증기 안전밸브 전단 또는 후단에 위치하고,
    설계기준 사고시에는 발생하는 증기를 대기로 방출하며, 중대사고 발생시에는 증기를 제염수조로 이송하는 것을 특징으로 하는 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 원자력발전소 주증기 계통.
  3. 제염수를 포함하는 제염수조; 및
    증기 발생기와 터빈을 연결하는 주증기 배관으로부터 연결 밸브를 통해서 제염수조를 연결하는 연결 배관을 포함하며,
    상기 연결 밸브는 3방향 밸브로 구성되어 대기 방출밸브 전단 또는 후단에 위치하고,
    설계기준 사고시에는 발생하는 증기를 대기로 방출하며, 중대사고 발생시에는 증기를 제염수조로 이송하는 것을 특징으로 하는 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 원자력발전소 주증기 계통.
  4. 제염수를 포함하는 제염수조; 및
    증기 발생기와 터빈을 연결하는 주증기 배관으로부터 2 개 이상의 연결 밸브를 통해서 제염수조를 연결하는 연결 배관을 포함하며,
    상기 연결 밸브는 3방향 밸브로 구성되어 주증기 안전밸브 전단, 주증기 안전밸브 후단, 대기 방출밸브 전단 및 대기 방출밸브 후단으로 이루어지는 위치 중 두 곳 이상에 위치하고,
    상기 연결 밸브를 이용하여 설계기준 사고시에는 발생하는 증기를 대기로 방출하며, 중대사고 발생시에는 증기를 제염수조로 이송하는 것을 특징으로 하는 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 원자력발전소 주증기 계통.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중대사고는 증기발생기 세관 파단사고(steam generator tube rupture : SGTR) 또는 저압 경계부 냉각재 상실사고(ISLOCA)인 것을 특징으로 하는 원자력발전소 주증기 계통.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연결 배관은 제염수조에 연결되는 말단부에 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력발전소 주증기 계통.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 노즐은 제염수조 하단부에 배치되는 것을 특징으로 하는 원자력발전소 주증기 계통.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제염수조는 상단부에 연결되어 제염수에 용해되지 않은 증기를 외부로 방출하는 배출구를 포함하는 원자력발전소 주증기 계통.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 주증기 계통은 제염수조의 배출구와 격납건물을 연결하는 제1 방출 배관을 포함하는 원자력발전소 주증기 계통.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 방출 배관은 격납건물로부터 제염수조로의 유체의 역류를 방지하기 위한 체크 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력발전소 주증기 계통.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 주증기 계통은 제염수조의 배출구와 여과배기장치를 연결하는 제2 방출 배관을 포함하는 원자력발전소 주증기 계통.
  12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주증기 계통은 제염수조 외부를 둘러싸며 제염수조를 냉각시키는 냉각조를 포함하는 원자력발전소 주증기 계통.
  13. 증기 발생기와 터빈을 연결하는 주증기 배관으로부터 주증기 안전밸브 또는 연결 밸브를 통해서 격납건물 또는 여과배기장치를 연결하는 연결 배관을 포함하며,
    주증기 안전밸브와 연결되는 경우, 상기 주증기 안전밸브는 3방향 밸브로 구성되어 설계기준 사고시에는 발생하는 증기를 대기로 방출하고, 중대사고 발생시에는 증기를 격납건물 또는 여과배기장치로 이송하며,
    연결 밸브와 연결되는 경우, 상기 연결 밸브는 3방향 밸브로 구성되어 주증기 안전밸브 전단 또는 후단; 대기 방출밸브 전단 또는 후단;에 위치하며, 설계기준 사고시에는 발생하는 증기를 대기로 방출하고, 중대사고 발생시에는 증기를 격납건물 또는 여과배기장치로 이송하는 것을 특징으로 하는 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 원자력발전소 주증기 계통.
  14. 원자력발전소 중대사고 발생시 증기 발생기 내부에서 배출되는 방사성 물질을 포함하는 혼합 기체를 주증기 배관과 연결된 연결 배관을 통해 제염수를 포함하는 제염수조로 이송시키는 단계(단계 1);
    상기 단계 1에서 제염수조로 이송시킨 혼합 기체를 제염하는 단계(단계 2); 및
    상기 단계 2에서 제염된 혼합 기체를 제염수조의 배출구를 통해 배출하는 단계(단계 3)를 포함하는 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 단계 2의 제염은 혼합 기체 중 수증기의 응축 처리, 방사성 물질의 제염 처리 및 수소 제거 처리를 포함하는 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 단계 2를 수행하고 난 후, 제염된 혼합 기체를 냉각하고, 압력을 조절하는 단계를 포함하는 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 냉각 및 압력 조절은 제염수조 외부를 둘러싸며, 상기 제염수조를 냉각시키기 위한 냉각조를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 단계 3의 배출은 격납건물 내부에 위치하는 핵연료 재장전 수조(IRWST)로 배출되는 것을 특징으로 하는 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 단계 3의 배출은 여과배기장치로 배출되는 것을 특징으로 하는 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 방법.
  20. 제14항에 있어서,
    원자력발전소 중대사고는 증기발생기 세관 파단사고(steam generator tube rupture : SGTR) 또는 저압 경계부 냉각재 상실사고(ISLOCA)인 것을 특징으로 하는 사고시 방사성 물질의 대기방출을 저감시키는 방법.
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