KR20230125197A - 패시브 방열 시스템을 모니터링하는 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20230125197A
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KR
South Korea
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heat dissipation
water
tubes
heat exchanger
containment
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Application number
KR1020237020696A
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블라디미르 빅토로비치 베즐레프킨
올레그 페트로비치 크렉투노프
일리야 미하일로비치 콜레스니크
마리나 블라디미로브나 이바노바
알렉세이 알렉세예비치 이그나티에프
알렉산드르 유리에비치 세르게프
Original Assignee
조인트 스탁 컴퍼니 “아톰에네르고프로엑트”
사이언스 앤드 이노베이션스 - 뉴클리어 인더스트리 사이언티픽 디벨롭먼트, 프라이빗 엔터프라이즈
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Abstract

본 발명은 수중 발전 원자로의 격납 쉘 내부에서 패시브 방열 시스템을 모니터링하는 수단에 관한 것입니다. 이 방법에는 개별 파이프 구간의 내부 영역을 육안으로 검사하는 것이 포함되며, 접근이 불가능한 구간의 파이프에 대한 추가 유압 저항은 강제 회로 순환 모드를 조사하여 결정됩니다. 열교환기의 전체 수에 대한 막힌 튜브의 비율을 결정하고 데이터를 처리하여 패시브 방열 시스템의 상태를 결정합니다. 이 기기는 적어도 하나의 냉각수 회로를 포함하며, 전기 발열체가 있는 물로 부분적으로 채워진 가열 탱크, 배출된 물을 모으기 위한 탱크 및 측정 기기를 포함하는 배출 라인을 추가로 포함합니다. 그 기술적 결과는 원자력 발전소 운영의 안전성을 향상시키는 것입니다.

Description

패시브 방열 시스템을 모니터링하는 방법 및 장치
이 기술 솔루션은 원자력 공학 분야, 즉 수중 발전 원자로 (DEVICE FOR MONITORING A PASSIVE HEAT REMOVAL, DMPHR)의 격납용기 내부 체적에서 패시브 방열 시스템에 속하며, 　수중 발전 원자로의 격납용기 내부에서 패시브 방열 시스템의 작동 가능성을 판단하고 원자력 발전소의 비상 상황 발생을 예방하기 위한 것입니다.
자연 열 순환을 사용하는 많은 원자로 격납용기 방열 시스템 설계가 선행 기술에 알려져 있습니다.
러시아 특허 RU 2302674, G21C 9/00, 10.07.2007은 격납용기 아래에 장착된 열교환기를 포함하는 격납용기에서 방열 시스템을 공개합니다. 열교환기 입구와 출구는 격납 쉘을 통과하여 전기 발전기가 있는 터빈, 격납 쉘 아래에 위치한 증기 발생기가 있는 동력 장치 및 장치 안전을 위한 장치로 구성된 폐쇄 유체 회로에 연결되며, 그 중 하나는 수력 장치와 증기 터빈을 갖추고 있습니다. 열교환기는 격납 돔 아래에 설치되며 끝이 격납 벽을 향하고 수압 장치의 안전을 위해 수압 장치를 둘러싸고 있는 C자형 핀 튜브로 연결된 2단 링형 튜브로 설계되어 있습니다.
러시아 연방 특허 RU 85029, G21C 15/18, 20.07.2009에 따른 실용신안에는 격납용기 내부에 위치한 적어도 하나의 열교환기와 격납용기 외부의 열교환기 위에 설치되고 공급 및 회수 배관으로 상호 연결된 냉각수 탱크를 포함하는 냉각수 회로로 구성된 시스템을 공개합니다. 이 시스템에는 또한 저장 탱크에 설치된 증기 수집 장치가 장착되어 있으며 후자에 유압식으로 연결되고 배출 파이프에 연결됩니다.
청구된 발명의 가장 가까운 유사체는 러시아 연방 특허 RU 2595639, G21C 15/00, 27.06.2016에 설명된 시스템입니다. 이 시스템에는 격납 쉘 아래에 열교환기가 장착되어 있습니다. 열교환기 입구와 출구는 격납 쉘을 통과하고 저비점 냉각수 순환을 위해 폐쇄 회로에 연결됩니다. 저비점 냉각수 순환 회로에는 발전기가 있는 터빈, 증기 발생기가 있는 전원 장치 및 전원 장치의 안전을 보장하기 위한 설비가 포함됩니다. 장치 중 하나에는 수압 장치와 증기 터빈이 있습니다. 증기 발생기가 있는 전원 장치와 장치의 안전 설비는 격납 쉘 아래에 있습니다. 열교환기는 격납 돔 아래에 설치됩니다. 열교환기는 C자형 핀 튜브로 연결된 2단 링형 튜브로 설계되었습니다. 튜브의 끝은 격납 벽을 향하고 있으며 장치 안전을 위해 수압 장치를 둘러싸고 있습니다.
청구된 기술 솔루션의 목적은 수중 발전 원자로의 격납 용기 내부에서 패시브 방열 시스템의 작동 가능성을 정확하게 결정하기위한 방법 및 장치를 만드는 것입니다.
이 기술 솔루션의 사용으로 인한 기술적 결과는 수중 발전 원자로 격납용기 내부에서 패시브 방열 시스템의 작동 가능성을 정확하게 결정하고 가속화하여 원자력 발전소의 비상 사태를 예방하고 결과적으로 원자력 발전소 운영의 안전성을 높이고 아날로그 기능을 확장하는 것입니다.
이 기술적 결과는 시스템 모니터링 데이터 처리뿐만 아니라 수중 발전 원자로 격납용기 내부에서 패시브 방열 시스템의 설계 수정을 통해 달성되어 격납용기 내부에서 패시브 방열 시스템을 모니터링할 수 있습니다.
청구된 기술 솔루션의 바람직한 실시예 중 하나에서, 격납용기의 내부 로부터 패시브 방열 시스템을 모니터링하는 방법이 제안되며, 다음과 같은 것을 특징으로 합니다. 시스템에 외부 손상이 있는지 육안 검사, 패시브 방열 회로는 육안 검사를 위해 접근 가능한 부분과 접근 불가능한 부분으로 나눔, 특수 육안 검사 도구를 사용하여 개별 배관 구간의 내부 영역 검사, 강제 회로 순환 모드를 조사하여 접근 불가능한 구간의 배관에서 추가 수압 저항 결정, 열교환기의 총 튜브 수에 대한 막힌 튜브의 비율 결정, 이전 단계에서 얻은 데이터를 처리하고 격납 용기의 내부에서 패시브 방열 시스템의 상태를 결정합니다.
또한 부식 성분의 기여도를 평가할 수 있습니다.
이전 단계에서 얻은 데이터 처리 및 격납 용기내부에서 패시브 방열 시스템 상태 결정은 3D 모델링을 사용하여 수행할 수 있습니다.
격납 장치의 내부에서 패시브 방열 시스템을 모니터링하는 방법을 구현하기 위한 장치는 다음 중 적어도 하나의 냉각수 순환 회로를 포함합니다. 격납 쉘 내부에 배치되고 열 교환 튜브로 연결된 상부 및 하부 수집기를 포함하는 열교환기, 　열교환기에 연결된 상승 및 하강 배관, 격납 쉘 외부에 있으며 다운배관에 연결된 열교환기 위에 위치한 냉각수 저장 탱크, 　상승 파이프 라인에 연결되고 물 저장 탱크에 배치되고 후자에 수압으로 연결되며 전기 발열체가 있는 부분적으로 물로 채워진 가열 탱크가 추가로 포함되어 있다는 증기 다운 장치, 시스템에서 배수되는 물을 받을 수 있는 탱크를 포함한 배수 라인, 측정 기구입니다.
그림 1 - 다양한 추가 수압 저항 값에서 회로의 물 유량에 대한 접근 불가 구간에서의 차압 의존성
그림 2 - 회로의 추가 수압 저항과 "차단" 열 교환 표면의 비율 좌표의 한계 곡선
그림 3 - 계산 영역의 기하학
그림 4 - 계산 영역의 단면(열 교환 튜브의 수직 부분)
그림 5 - 계산 영역의 하단 부분, 열교환 튜브의 번호 매기기
그림 6 - 두 가지 치환 문제에 대한 온도 필드
그림 7 - 두 가지 치환 문제에 대한 온도 필드
그림 8 -두 가지 치환 문제에 대한 속도 필드
그림 9 -시스템의 전체 흐름에 대한 열 교환 튜브의 온도 차이 의존성
아래에서는 기술 솔루션에 대한 다음 설명에서 사용될 몇 가지 용어에 대해 설명합니다.
NPP (원자력 발전소) ―원자로를 사용하여 전기(또한 경우에 따라 열) 에너지를 생산하고 필요한 시설과 장비를 포함하는 원자력 시설입니다.
DMPHR (격납 쉘) -원자력 발전소의 수중 격납용기 내부에서 패시브적으로 열을 제거하는 시스템입니다.
EHRT (emergency heat removal tank) ― 　비상 방열 탱크입니다.
HE (heat exchanger) - 열교환기입니다.
3차원 모델(3D 모델) -물체의 3차원 디지털 이미지입니다. 3D 모델은 특수 3D 모델링 소프트웨어에서 생성됩니다.
이 기술 솔루션에서는 수중 발전 원자로의 격납 내부에서 방열 시스템의 작동 가능성에 대한 정확한 결정을 제공하며 가속화하고 원자력 발전소의 비상 사태를 예방하고 결과적으로 원자력 발전소 운영 중 안전성을 높이고 아날로그의 기능을 확장하는 데 있어 그 사용의 기술적 결과는 　시스템 모니터링 데이터 처리를 사용하고 수중 발전 원자로 격납 내부에서 방열 시스템의 설계 변경을 통해 격납 내부에서 방열 시스템을 모니터링하여 달성할 수 있습니다.
제안된 기술 솔루션에 따르면, 격납 쉘 내부에서 방열 시스템을 모니터링하는 방법은 다음과 같은 작업이 특징입니다.
시스템에 외부 손상이 있는지 육안으로 검사합니다.
HE DMPHR의 성능(즉, 기능 수행 능력)은 일련의 실험과 수치 계산을 통해 처음에 설정됩니다. 시스템 구성 요소의 운송 및 설치로 인해 설계 값과 편차가 발생할 수 있습니다. 예를 들면, HE의 파이프 및 튜브 손상(파손, 걸림) 또는 내부 막힘(막힘, 용접 결함) 등이 있습니다. 또한 시간이 지남에 따라 시스템 구성 요소의 재료 부식으로 인해 시스템 성능이 영향을 받기 시작할 수 있습니다. 이 모든 경우 시스템 성능이 저하될 수 있습니다. 따라서 설치 후 및 시스템 구성 요소 교체와 관련된 수리 작업 후HE DMPHR의 기능을 확인해야 합니다.
순전히 기계적인 원인 외에도 시스템 작동 중에 발생하는 유지보수HE 튜브 내부 표면의 부식 침전물로 인해 시스템의 설계 값과 편차가 발생할 수 있습니다.
시스템의 설계 작동 모드에서 열교환기 튜브의 물에서 격납용기의 증기-가스 매체로의 열 흐름의 열 저항에 대한 부식 구성 요소의 기여도를 평가합니다: 내부와 시스템 요소 표면의 부식 생성물은 주로 적철광 형태입니다: Fe2O3, 설계 수명(60년) 동안 시스템 구성 요소의 표면에 축적된 적철광 층의 두께는 다음과 같습니다: . 적철광의 열 전도성은 본질적으로 이방성입니다. 최소값은 크리스탈의 광축에 평행하게 측정된 열전도도 성분입니다. 그 값은 다음과 같습니다: . 열교환기 튜브 벽 재료의 열전도율은 이고 열교환기 튜브의 벽 두께는 입니다 . . 부식으로 인한 튜브 벽 두께 감소는 보수적으로 무시할 것입니다. 설계 모드에서 물에서 튜브 벽으로의 열 전달 계수와 증기 가스 매체에서 튜브 벽으로의 열 전달 계수는 다음과 같이 보수적으로 추정할 수 있습니다. 및 .
증기 가스 매체에서 물로의 총 열전달 저항은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
적철광 층의 열 저항:
　 시스템의 설계 작동 모드에서 열 흐름에 대한 열 저항에 대한 부식 구성 요소의 기여는 열 저항의 비율로 추정할 수 있습니다.
값의 수치를 대입하면 보수적인 추정치를 얻을 수 있습니다
따라서 설계 수명 동안 부식이 시스템 성능에 미치는 영향은 무시할 수 있습니다.패시브 방열 회로는 육안으로 확인할 수 있는 접근 가능한 부분과 접근 불가능한 부분의 두 부분으로 나눌 수 있습니다.
HE DMPHR의 회로는 육안 제어를 통한 검사를 위해 접근 가능한 부분과 접근 불가능한 부분의 두 부분으로 나눌 수 있습니다.
개별 파이프 구간의 내부 영역은 특수 육안 검사 도구를 사용하여 검사합니다.
외부 손상 여부는 육안 검사로 확인할 수 있습니다. 파이프라인의 일부 구간에서는 특수 육안 검사 장비(이동식 원격 제어 비디오 카메라)를 사용하여 내부 구역을 검사할 수도 있습니다. 이는 탱크의 파이프 절단부에서 카메라가 통과하는 것을 방해하는 일부 장애물(밸브, 급경사)까지의 파이프라인 섹션에 적용됩니다. 육안 검사로 접근할 수 없는 나머지 파이프 라인 구간과 HE 튜브의 경우 내부 영역에 막힘이 없는지 확인하기 위해 다른 조치를 제공해야 합니다.
강제 회로 순환 모드를 조사하여 접근이 불가능한 구간에서 파이프의 추가 유압 저항을 결정합니다.
접근하기 어려운 구간의 파이프에서 추가 (설계 대비) 수압 저항을 결정하기 위해 상대적으로 높은 유속을 가진 회로의 강제 순환 모드를 조사합니다. 순환은 상승하는 파이프의 수직 부분에 공기를 주입하여 생성됩니다.
이 모드에 대한 계산은 보조 저항의 다양한 값에서 이루어집니다. 계산 결과를 바탕으로 한계 곡선(그림 1 참조)에서 결정된 0에서 최대 허용 값(그림 2 참조)까지 추가 수압 저항 ζ의 다양한 값에서 회로 의 유량 대비 접근 불가 구간 에서의 압력 강하를 나타내는 다이어그램 (즉, 공통 축의 그래프 집합)이 그려집니다.
압력 테스트 중에 회로의 유량과 접근이 불가능한 구간의 압력 강하가 측정됩니다. 이러한 종속성 다이어그램을 사용하면 이러한 양의 측정값에 해당하는 평면의 한 지점 및 에서 회로의 추가 유압 저항의 실제 값을 결정할 수 있습니다.
열교환기의 전체 수에 대한 막힌 튜브의 비율을 결정합니다.
열교환기의 전체 수에 대한 막힌 튜브의 비율을 결정합니다.
이는 격납 쉘의 증기-공기 매체와 HE를 통해 흐르는 물 사이의 열 전달을 조사하여 수행됩니다. 열 테스트는 이러한 목적을 위해 특별히 설계된 장비를 사용하여 수행됩니다. HE DMPHR의 물은 파이프를 통해 발열체가 있는 가열 탱크로 흐릅니다. 이 탱크는 시스템이 작동 중일 때 물을 포화 온도까지 가열합니다. 이 가열 탱크의 증기량은 HE DMPHR의 공기량과 연결되어 있습니다. 따라서 HE DMPHR와 가열 탱크의 물량 사이의 배관에서 밸브가 열리면 두 개의 용기가 통신하는 것입니다. 일정한 압력으로 끓여 열교환기로 유입되는 온수의 온도를 안정적으로 유지하는 것이 핵심입니다. 가열 탱크에서 물은 파이프를 통해 HE DMPHR의 리프팅 라인으로 흐릅니다. 두 HE DMPHR 게이트 밸브가 모두 닫히면 HE를 통해 회로 섹션으로 물이 유입됩니다. HE에서 물은 냉각되어 배출 라인으로 흐르고, 이 배출 라인은 HE DMPHR의 다운파이프에 연결됩니다. 배수 라인에서 물은 시스템 피팅룸에 위치한 특수 저장 탱크로 들어갑니다.
따라서 HE의 정상 작동 모드와 비교하여 HE를 통한 물의 이동과 격납 쉘 매체의 열 교환은 모두 반대 방향으로 발생합니다. 즉, 물은 HE를 통해 위에서 아래로 이동하며 격납 쉘의 매체보다 온도가 더 높습니다.
이 모드는 다양한 튜브 수, 즉 HE의 '작동' 표면적의 다양한 비율에 대해 계산됩니다. 계산 결과를 바탕으로 열교환 표면적의 "분리된" 점유율의 상대적 값이 다른 경우(0에서 한계 곡선에서 결정된 최대 허용 값까지)에서 물 유량 에 대한 열교환기의 온도 차이를 보여주는 일련의 다이어그램이 그려집니다 (그림 2 참조).
최대 중대사고 계산은 계산 코드를 사용하여 수행되었습니다. 이러한 계산에서는HE DMPHR 시스템의 작동에 대해 다음과 같은 방해 (즉, 성능 저하) 요인을 모델링했습니다. 1) 시스템 배관이 막히거나 2) 열교환기 튜브의 일부가 막힌 경우가 있습니다. 첫 번째 요인은 순환 회로에 국부적인 수압 저항을 추가하여 모델링하고, 두 번째 요인은일부 열교환기 튜브의"작동을 중단"하여 모델링합니다.
이러한 계산을 기반으로 추가 수압 저항 계수 와 열 교환에서 "꺼진" HE 표면적 의 비율의 좌표에 한계 곡선이 그려집니다.한계 곡선은 중대사고 시 쉘 아래 압력의 한계값에 도달하는 및 값의 집합입니다. 심각한 사고의 결과와 관련하여 한계 곡선은 및 의 모든 값 영역을 허용 가능한 (곡선 아래) 및 허용되지 않는 (곡선 위) 값의 하위 영역으로 나눕니다. - 그림 2 참조.
위 시리즈의 다른 다이어그램은 측정할 매개변수의 다른 값에 해당합니다. 이러한 매개 변수에는 다음과 같은 것이 포함됩니다. 열교환기 입구의 수온, 격납 쉘의 공기 온도, 격납벽 내부 라이닝의 온도 및 방사율, HE 튜브 외부 표면의 온도 및 방사율, 탱크 내 수위 입니다. 밀폐 공간의 상대 습도에 대한 계산 결과의 의존성을 평가한 결과, 이 매개 변수의 영향은 무시할 수 있는 것으로 나타났습니다.
측정 처리 단계에서는 일련의 다이어그램에서 매개변수 값이 측정값에 가장 근접한 다이어그램이 선택됩니다. 이 다이어그램의 곡선을 사용하면 이러한 값의 측정값에 해당하는 및 평면의 한 지점에서 열교환기 표면적의 "분리된" 점유율의 상대적 값, 따라서 차단된 열교환기 튜브의 수를 결정할 수 있습니다.
이전 단계에서 얻은 데이터를 처리하고 격납 쉘 내부에서 패시브 방열 시스템의 상태를 확인합니다.
테스트 중에 얻은 루프 저항 와 "분리된" 열전달 표면 S의 상대값은 한계 곡선과 상관관계가 있어야 합니다 (그림 2 참조). 측정 데이터 처리에서 얻은 이러한 값의 값에 해당하는 지점이 한계 곡선보다 낮으면 시스템이 기능을 수행할 수 있다고 결론을 내릴 수 있습니다.
시스템 성능 측면에서 테스트 결과가 만족스럽지 않은 경우 열화상 카메라로 열교환기 튜브에 대한 추가 검사를 수행할 수 있습니다. 이를 위해 열 테스트 모드(온수가 열교환기를 통해 흐르는 상태)에서 열화상 카메라로 열교환기를 검사하여 상대적으로 열 발생이 적은 부분을 식별합니다. HE 튜브에 이러한 구간이 있으면 튜브를 통한 유체의 자유로운 흐름에 장애물이 있음을 나타냅니다.
이전 단계에서 얻은 데이터를 처리하고 격납 쉘 내부에서 패시브 방열 시스템의 상태를 결정하는 작업은 3D 모델링을 사용하여 수행할 수 있습니다.
예를 들면, HE DMPHR 열교환기 구간의 자유 대류 및 혼합 대류를 사용한 공액 열 전달 시뮬레이션이 설명되어 있습니다.
열교환기(HE) 튜브의 대칭 배열로 인해 계산 영역은 전체1형HE튜브 1개와두 반쪽이 있는　 　2형HE 튜브 2개가 공기로 둘러싸인 세그먼트입니다. 미리 설정된 속도와 온도로HE 튜브의 입구 경계에 물이 공급됩니다. HE 튜브에 물을 공급하는 집열기는 계산되지 않습니다. 계산 영역의 기하학적 구조는 아래 그림 3에 나와 있습니다. 아래 그림 4에는 계산 영역의 단면도도 나와 있습니다.
표 1은 계산 영역의 기본 기하학적 특성을 보여줍니다.
z축 방향으로 계산 영역의 바깥쪽 경계는 아래쪽에서 3구경, 계산 영역의 위쪽에서 8구경씩 떨어집니다.
가열된 물은 설정된 속도와 온도에 따라HE 튜브로 흐릅니다. 물은 중력장에서 강제 흐름과 부력의 작용을 받아z축의 반대 방향(계산 영역의 상단에서 하단으로)으로HE 튜브를 통해 이동합니다. 튜브의 출구 끝에는 과압이 0으로 설정되어 있습니다. 출구 경계에서 역류가 발생하는 경우, 물은 튜브의 출구 단면에서 평균 온도로 유입됩니다.
공기와 강관, 강관과 물 사이의 상경계에는 제4종 경계조건이 설정된다. 이는 상경계에서 온도와 열 유속이 동일함을 의미합니다.
물로 가열된HE의 강철 튜브는 공기를 가열하고, 이는 중력장에서 부력의 작용에 의해z 축 방향으로 상승합니다. 자유 대류로 인해 가열된HE 튜브에서 열이 제거됩니다. 공기에 대한 계산 영역의 입구 및 출구 경계에서 0의 과압 및 공기 온도가 설정되며 주변 Tamb.=30 °C 입니다.
HE튜브의 물 흐름에 대한 두 가지 옵션이 고려됩니다:
물이 계산 영역의 3개 튜브 모두로 흐릅니다.
계산 영역의 튜브 중 하나에 가열된 물이 들어가지 않습니다.
두 번째 옵션은 막힘, 콘덴서 열교환기의 잘못된 설치 및 기타 가능한 오작동 시 HE 튜브의 오작동 가능성을 시뮬레이션 합니다. 두 번째 계산 옵션의 매개변수는 HE튜브의 최대 가능한 고장률이HE DMPHR의 HE 한 개에 있는 총 튜브 수의 25%라는 가정 하에 도출되었습니다. 하나의 HE DMPHR 콘덴서 열교환기에 132개(100%)의 튜브가 있다고 가정하면 HE에 사용할 수 있는 최소 튜브 수는 99개(75%)가 됩니다. 그림 5는 편의를 위해 채택한 계산 영역의 튜브 번호 매기기를 보여줍니다. 계산에서 비활성화된 튜브는 제3호 튜브가 됩니다.
계산에서 변경된 주요 매개 변수는 시스템의 총 유량, 즉 전체HE (132개 튜브)의 유량과HE 튜브 입구의 수온이었습니다. 튜브가 비활성된 옵션에서는 시스템의 총 유량이 일정하게 유지되므로 속도를 계산했습니다. 계산에서HE　 튜브에 대한 입구 온도 Tin는 100 °C로 간주됩니다.
튜브에 대한 유입 속도는 시스템의 총 유량과 튜브 수에서 파생됩니다. 입구 속도는 다음과 같은 공식에서 얻었습니다.
여기서 G는 시스템의 총 유량[kg/s], N은HE 튜브 수, ρin - 물 밀도[kg/m3], S는 유입구 단면적[m2]입니다.복사 열 전달은 　공기 매체와HE의 강철 튜브에서만 고려됩니다. 튜브 내부의 계산된 영역의 경우 방사선은 고려되지 않습니다. HE 튜브의 외부 표면과 계산 영역의 외부 경계의 방사율은 ε=0.8로 가정했습니다.
공기 매체의 초기 조건은 0 속도 필드 및 주변 온도는 Tamb.=30 °C입니다. Tin온도에서 물에 대한 0속도 필드입니다. 　 튜브의 온도는 수성 매체의 Tin로 간주됩니다.
공기 매체의 흐름과 열 전달은 그라쇼프수(Grashof number)에 의해 특징지어지며, 고려되는 모든 공기 흐름 영역의 경우 아치형 대류 난류의 특성 값인 Gr
Figure pct00035
1011의 순서를 갖습니다. 따라서 HE 튜브 주변의 자유 대류 흐름은 난류이며, 확장된 벽 함수를 가진 반경험적 표준 κ-ε 난류 모델을 선택하여 레이놀즈 (Reynolds) 평균 내비어-스토크스 방정식 (Navier-Stokes Equations)을 닫았습니다. 부력은 부시네스크 (Boussinesq) 근사치에서 고려됩니다.
방사선 에너지 전달을 설명하기 위해Surface-to-Surface (S2S, 표면 대 표면 모델)이 선택되었습니다.
결합된 열 전달, 자유 대류 및 혼합 대류의 수치 시뮬레이션을 위해 630만 셀의 비정형 계산 그리드를 구성했습니다.
모든 계산은 고정되지 않은 공식으로 수행되었습니다. 기본 계산에서 시간 간격은 0.5초로 가정했습니다. 나비에-스토크스 및 대류-확산 열전달 방정식은Segregated Flow방법을 사용하여 수행되었습니다. 계산은 공간과 시간에서 샘플링 정확도의 두 번째 차수로 수행되었습니다. 튜브의 출구와HE 튜브 표면의 평균 온도가 일정한 값에 도달하면 문제가 수렴된 것으로 간주했습니다.
아래는HE 100 °C 튜브의 입구 온도와 다양한 질량 유량에 대한 계산 결과입니다. 아래 그림 6-8은 전체 튜브 수가 있는 계산 옵션과 튜브 중 하나에 물이 공급되지 않는 옵션에 대한 속도 및 온도 필드를 보여줍니다. 이는 튜브가 작동하지 않는 경우를 시뮬레이션합니다.
그림 9는 시스템의 물 흐름에 대한 HE 튜브의 온도 차이의 의존성을 보여줍니다. 아래 표 2는 HE 튜브 표면의 비열 유속, 평균 온도 및 HE 튜브 외부 표면의 열 전달 계수를 보여줍니다.
표 2는 시스템의 유량이 증가함에 따라 튜브의 내부 및 외부 표면의 비열유속도 증가한다는 것을 보여줍니다. 그림 9는 시스템의 전체 흐름에 대한 HE 튜브의 온도 차이 의존성을 보여줍니다. 시스템의 유량이 증가함에 따라 입구와 출구 사이의 온도 차이가 감소하는 것을 볼 수 있습니다.
입구의 수온이 100°C인 경우 계산 모델에서 튜브 하나를 분리하면 나머지 튜브의 속도가 증가합니다. 따라서 튜브 출구의 수온이 더 높고 튜브가 꺼진 옵션의 온도 차이가 모든HE 튜브가 작동하는 계산 옵션보다 낮습니다.
입구 온도가 100°C인 경우 두 계산(콘덴서 열교환기가 100% 작동하고 콘덴서 열교환기가HE 튜브 면적의 75%에서 부분적으로 작동하는 경우) 간의 온도 차이는 5°C 정도입니다.
기술된 기술 솔루션의 일 실시예에서, 격납 쉘의 내부로부터의 패시브 방열 시스템은 추가로 다음과 같은 것을 포함합니다.
· 강제 회로 순환 모드를 조사하여 접근 불가능한 구간에서 배관의 추가 수압 저항을 결정하기 위한 다음과 같은 측정 도구를 사용합니다.
· Fluxus ADM F601휴대용 초음파 유량계/ 유량 범위는 0.01-25 m/s입니다. 체적 유량 측정 정확도는 1% RV입니다. 유량계에는 두 가지 설치 옵션이 있습니다.
캘리브레이션 옵션입니다. 이 옵션에서 테스트 중 유량계 설치 위치는 HE DMPHR밸브 실의 다운파이프 직선 구간입니다. 하강 구간을 선택한 이유는 수력 테스트 중에 오르막 구간이 2상 흐름 체계의 영향을 받기 때문입니다. 실제 유량 측정 조건이 표준 설치 요구 사항과 일치하지 않기 때문에(직선 구간 길이 부족), 시스템의 각 루프 (loop)에 대해 이 미터를 사전 캘리브레이션 해야 합니다. 캘리브레이션은 테스트 전에 첫 번째 유량계와 직렬로 설치되지만 필요한 설치 요구 사항이 충족되는 위치에 설치된 두 번째 (기준) 유량계를 사용하여 수행됩니다. 이 위치는 쉘 사이의 공간에 있는 시스템 다운배관 부분입니다. 캘리브레이션 절차는 다음과 같습니다. 압력 테스트 모드에서는 두 계측기를 사용하여 작동 유량 범위의 여러 지점에서 유량을 동시에 측정합니다. 이러한 측정값을 바탕으로 캘리브레이션 곡선을 도출한 다음 테스트 결과를 처리하는 데 사용합니다. 테스트 중 측정을 위해 캘리브레이션된 기기를 캘리브레이션할 때와 동일한 곳 및 위치에 배치합니다. 유량계의 설치 위치는 캘리브레이션 중에 고정하고 마커로 표시해야 합니다. 유량계가 설치된 구간의 형상이 루프마다 다르기 때문에 시스템의 다른 루프에 대한 캘리브레이션 곡선이 다를 수 있습니다.
캘리브레이션이 없는 옵션입니다. 이 옵션에서는 유량계가 쉘 사이의 다운배관 구간, 즉 테스트 중 측정을 위해 측정 (캘리브레이션) 장치를 설치하는 데 사용된 첫 번째 옵션과 동일한 위치에 설치됩니다.
· 1000 l/min (약 0.02 kg/s) 용량의 공기 컴프레서입니다. 컴프레서 사용의 전제 조건은 시스템에 전달되는 공기에 오일 증기와 같은 불순물이 없어야 한다는 것입니다.
· 상기 압축기, 기류 측정 장치 및 기류를 지속적으로 조정하기 위한 밸브를 포함하는 공기 라인입니다. 이 라인은 AA802 게이트 밸브의 수평 바이패스 라인에 있는 피팅에 장착됩니다.
· 순환 회로의 접근 불가능한 영역에서 차압을 측정하기 위한 차압 측정기입니다.
강제 회로 순환 모드를 조사하여 접근이 불가능한 구간에서 파이프의 추가 유압 저항을 결정하기 위한 절차:
1. 시스템의 부속품과 가공선이 열린 상태태로 전환됩니다.
2. 공기 압축기를 켭니다.
3. 공기 라인의 밸브가 열리고 회로의 유량에 해당하는 위치: 로 설정됩니다.
4. 회로의 유량을 모니터링하여 정상 상태에 도달하는 시점을 확인합니다. 정상 상태까지 예상되는 시간은 초입니다.
5. 정상 상태에 도달하면 다음과 같은 것이 측정됩니다. 공기 라인 유량, 회로 물 유량, DMPHR 탱크의 수위, 접근이 불가능한 영역의 압력 강하입니다.
6. 공기 라인의 밸브가 닫힙니다.
7. 공기 압축기가 꺼집니다.
8. 시스템 및 가공선 피팅이 닫힌 상태로 전환됩니다.
B) 열교환기의 총 튜브 수에 대한 막힌 튜브의 비율을 결정하기 위해 HE DMPHR의 설계에는 다음이 포함됩니다.
1) 총 조절 가능한 전력 레벨이 0-75 kW인 전기 발열체로 부분적으로 채워진 가열 탱크입니다. 탱크의 증기량은 파이프라인을 통해 EHRT의 공기량에 연결됩니다. 히터 저수조의 물량은 배관을 통해 HE DMPHR 상승 파이프 게이트의 바이패스에 연결됩니다.
2) 시스템에서 배수된 물을 받기 위한 탱크 및 유량 측정 장비를 포함한 배수 라인입니다. 라인은 시스템의 다운배관에 있는 연결부에 장착됩니다.
3) 수온 측정기 및 물 유량을 지속적으로 조절하기 위한 배수 라인의 밸브입니다.
4) HE 튜브 및 격납 벽의 표면 온도를 직접 측정하는 수단과 함께 상기 표면의 방사율을 결정하는 역할을 하는 고온계입니다.
5) HE 튜브 및 격납벽의 표면 온도를 직접 측정하는 수단입니다.
6) 주요 테스트 결과가 만족스럽지 않은 경우 추가 조사를 위한 열화상 카메라입니다.
열교환기의 총 튜브 수에 대한 막힌 튜브의 비율을 확인하시위한 절차:
1. EHRT와 전기 히터를 연결하는 피팅을 엽니다.
2. 난방 탱크의 수위가 측정됩니다. 레벨이 공칭 값에 가까워지면 전기 가열 요소가 켜집니다. 전기 히터의 총 전력은 75 kW로 설정됩니다.
3. 가열 탱크의 수온은 주기적으로 측정됩니다. 온도가 100℃값에 도달하면 ℃배수 라인 피팅이 열린 상태로 전환됩니다. 배수 라인의 밸브를 배수 라인의 물 유량 0.2 kg/s에 해당하는 위치로 설정합니다.
4. HE의 입구 및 출구 온도를 모니터링하여 정상 상태에 도달하는 시점을 확인합니다. 난방 시작(전기 히터 켜기)에서 정상 상태까지 예상되는 시간은 약 10000÷12000초입니다
5. 정상 상태 도달 시 다음과 같은 매개 변수가 측정됩니다. 물 유량, DMPHR 탱크의 수위 및 온도, HE의 입구 및 출구 수온, 히터 뒤의 수온, 격납 쉘 내 중간 온도, 가열 탱크의 수온 및 수위입니다. 다음과 같은 매개변수도 측정해야 합니다 (섹션 2.5 의 각주 1 참조). HE 튜브의 표면 온도 - 직접(접촉) 측정 및 고온계 측정(비접촉), 격납 벽 표면 온도 - 직접(접촉) 측정 및 고온계 측정(비접촉)입니다.
6. 전기 가열 요소가 꺼집니다.
난방 및 배수 라인 피팅이 닫힌 위치로 전환합니다.
전문가에게는 격납 쉘의 내부 체적에서 패시브 방열 모니터링 시스템 및 그 구현을 위한 장치의 특정이 예시적인 목적으로 여기에 설명되어 있으며, 기술 솔루션의 범위와 본질을 벗어나지 않는 다양한 수정이 허용된다는 것이 분명합니다.

Claims (4)

  1. 격납 쉘 내부에서 패시브 방열 시스템을 모니터링하는 방법으로, 다음과 같은 특징이 있습니다.
    · 시스템의 외부 손상 여부를 육안으로 검사합니다.
    · 패시브 방열 회로는 육안으로 확인할 수 있는 접근 가능한 부분과 접근 불가능한 부분으로 나눔,
    · 원격으로 작동하는 이동식 비디오 카메라를 사용하여 개별 배관 구간의 내부를 검사합니다.
    · 강제 회로 순환 모드를 조사하여 접근이 불가능한 구간의 배관에서 추가 유압 저항을 결정합니다.
    · 열교환기의 총 튜브 수에 대한 막힌 튜브의 비율을 결정합니다
    · 이전 단계에서 얻은 데이터를 처리하고 격납 쉘 내부에서 패시브 방열 시스템의 상태를 확인합니다.
  2. 제1항에 있어서, 부식 성분의 기여도를 평가하는 것을 특징으로 하는 방법입니다.
  3. 제1항에 있어서, 데이터 처리는 3D 모델링을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법입니다.
  4. 다음과 같은 것을 포함하는 적어도 하나의 냉각수 순환 회로를 포함하여 격납 장치의 내부 체적에서 패시브 방열 시스템을 모니터링하는 장치: 격납 쉘 체적 내부에 수용되고 열교환 튜브로 연결된 상부 및 하부 집열기로 구성된 열교환기,열교환기에 연결된 상승 및 하강 배관, 격납 쉘 외부에 있으며 다운배관에 연결된 열교환기 위에 위치한 냉각수 저장 탱크, 상승 파이프 라인에 연결되고 물 저장 탱크에 배치되고 후자에 수압으로 연결되며 전기 발열체가 있는 부분적으로 물로 채워진 가열 탱크가 추가로 포함되어 있는 증기 다운 장치, 시스템에서 배수되는 물을 받을 수 있는 탱크를 포함한 배수 라인, 측정 기구입니다.
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