KR790001198B1 - 원자력 증기 발생장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

원자력 증기 발생장치

제 1 도는 본 발명을 구체적으로 도시한 모듀울(modular) 증기발생기의 측단면도,

제 2 도는 본 발명의 다른 한 행태를 구체적으로 도시한 열교환기의 측면도,

제 3 도는 원자로 압력용기의 급수 관입(貫入)장치 측단면도,

제 4 도는 본 발명의 다른 행태를 도시한 원자로 압력 용기의 일부 측면도이다.

본 발명은 원자력 장치에 관한 것으로, 특히 가압수(加壓水)형 원자로 시스템중의 2차 냉각제 계통(the secondary coolant system)에 관한 것이다.

모듀울 증기발생기(modular steam generator)를 원자로 압력용기내에 장치하여 이 증기발생기(또는 열교환기)의 크기를 감소시키고 또한 이들의 증기발생기와 관계되는 보조장치의 수를 감소시킨 원자력 장치는 이미 알려져 있다.

이와같이 이미 알려진 장치에 있어서는, 비교적 작은 여러개의 증기발생기가 원자로의 압력용기내에 장치되어 있다. 또한 이들 각 열교환기에서는, 원자로심(core)으로부터 열을 뺏은 가압 열수(熱水)가 그 열을 2차 냉각제에 전달하게 되며 이 2차 냉각제는 원자력발전소에서 발전을 위하여 사용되는 터어빈등을 돌리는 증기로 변하게 된다.

전형적으로, 이와같은 원자력증기 발생장치(nuclear steam generator)는 압력용기를 가지고 있는데 이것은 핵연료봉들이 한개의 격자로 조립되어 있는 핵분열성 물질의 원자로심을 함유하고 있다.

또한 이 핵연료봉 격자는 1차 냉각제가 흐르는 원자로심내의 통로가 된다. 이들 모듀울 열교환기 또는 증기발생기들은 압력용기내의 원자로심 상측에 위치하고 있다. 이 1차 냉각제 또는 원자로심 냉각제는 이들 통로를 따라서 원자로심과 증기발생기를 순환하게 된다. 따라서, 2차 냉각제의 유입구와 증기배출구를 이 압력용기내에 형성시켜 이 2차 냉각제가 모듀울 증기발생기 내부로 유입케하는 반면 증기는 이 모듀울 증기발생기의 외부로 배출케 하여야 한다.

이들 모듀울 증기발생기들은 분리교체가 가능한 여러개의 튜우브묶음으로 되어 있으며 1차 냉각제는 이를 이루는 각 튜우브들의 외부(外部)를 통과하여 흐른다. 한편 2차 냉각제는 이들 각 튜우브내를 흐르면서 물에서 증기로 그 상태를 바꾸게 된다. 이들 증기발생기들은 압력용기내의 원자로심 위에서 한개의 환상(環狀) 고리형태를 이루고 있다.

원자로 압력용기내에 위치하고 있는 모듀울 증기발생기 있어서는, 이들의 증기발생기에 고압하에 보내지는 비교적 찬 공급수가 공급수 유입관을 통하여 매우 두꺼운 원자로 압력용기벽을 경유케 된다. 그러나 이 냉각공급수는 원자로 압력용기의 뜨거운 벽에 위험한 열왜력(熱歪力: thermal stress)이 발생하게 할 수 있다.

또한, 이 공급수 유입관은 1차 냉각제사이를 통과시켜서, 공급수가 증기발생기의 각 튜우브묶음을 이루는 개개의 튜우브내로 유입되기 전에 1차 냉각제로 부터 열을 흡수하도록 해야 한다. 그러나, 이들 공급수유입관 내부에서의 어떠한 증기의 발생도 결국 모듀울 증기발생기 내부에서의 증기와 물의 불안정한 상태를 유발한다.

2차 냉각제 계통에서 문제가 되는 또 하나의 것은 이 냉각제를 위한 유입 및 유출도관에 있다. 예를 들어, 증기관 또는 증기도관에 갈라지거나 또는 단절된 부분이 있는 경우에는 이들 균열 및 단절로 부터 고온고압의 증기가 분출되면서 관전체를 요동시키게 한다. 이 2차 냉각제가 증기발생기에 처음 유입되는 상태에 있을지라도 매우 높은 온도와 높은 압력상태에 있으며 이것을 대기중에 내놓게 되는 경우에는 높은 온도의 증기로 변한다. 따라서 이와같은 문제점을 해결하기 위한 장치가 매우 필요하게 된다.

본 발명에 의하여 위에 기술한 바와같은 모든 문제들을 거의 해결할 수가 있다. 대표적인 예를 들자면, 공급수유입관을 보호판으로 둘러싸서 보호하고 이를 관판(棺板: tube sheet)을 관통삽설한 후 공급수유입헤드챔버와 연통시킨 것이다. 공급수 유입관의 보호판은 관내부에서 증기가 발생되는 것을 방지하며 또한 이에 따라 증기발생내에서의 증기와 물의 불안정 상태를 감소시킨다는 것을 알게 되었다.

이 계통에 있어서의 또 한가지 새로운 점은, 원자로 압력용기를 위한 공급수 유입 관입장치(penetration apparatus: 貫入裝置)를 가지고 있는 것이며 이것은 열에 의하여 유도된 왜력(歪力)으로부터 원자로 압력용기의 내벽을 보호한다. 이 장치는 압력용기의 외부에 있는 공급수 유입관, 이 공급수유입관의 단부에 형성된 플랜지(flange), 압력용기의 표면으로 부터 돌출되되 그 단부에 플랜지를 형성하고 있는 니플(nipple), 플랜지상에 형성되어 압력용기를 관통하고 있는 튜우브 및 압력용기와 튜우브 사이에 형성된 환상공간에 삽입되어 있는 반사 단열성의 라미네이숀(lamination)으로 된 스리이브(sleeve)등을 가지고 있다. 또한 새로운 점은 이들 플랜지들 사이에 삽입되되 중앙부에 구멍(orifice)을 형성하고 있는 플레이트와 이 플레이트에 고정되어 있되 압력용기를 관통하여 돌출되어 있는 열보호판 등을 가지고 있는 것이다. 이 관입장치는 압력 용기를 열로 보호하는 것외에 급수관내에서 비등이 일어나는 것을 미리 방지함으로서 흐름의 안정성을 도모한다.

또한 새로운 점은 압력용기의 외벽에 인접한 곳에서 궤한 벤드접속(return bend connection)에 의하여 서로 접합되어 있는 한쌍의 2차 냉각제 유입 또는 유출관을 가지고 있는 것이다. 또한, 한개의 "티이(tee)"가 궤한벤드 부재(部材)를 유입 또는 유출분기관에 연결하고 있다. 궤한벤드접속은 이들 관들중의 어느 한개의 결함이 발생할지라도 일정한 위치를 벗어나는 것을 방지하는 효과를 겸하고 있다.

모듀울 증기발생기와 함께 도시한 본 발명의 한예를 제 1 도에 도시하였으며 이 장치에서는, 관판(101)과 증기유출헤더(header)(102)를 관통하고 있는 보호된 급수유입관(100)을 가지고 있는데 이것은 유입관판(104)와 급수헤더(105)사이에 형성되어 있는 급수유입챔버(103)과 연통되고 있다. 보호판(106)은 내부에 동심(同心)상으로 위치하고 있는 급수관(107)내에서의 증기가 발생되는 것을 방지한다. 이와같이 함으로서 모유울 증기발생기내에서의 유체의 흐름과 증기발생에 있어서의 불안정성을 제어하게 된다.

또한 이 도면에 도시되어 있는 바와같이, 보호판(106)은 관판(101)과 (104)의 표면부에 형성되어 있는 요부(凹部)에 삽입 고정되어 있으며 반면에 급수관(107)은 이들 양관판에 형성되어 있는 관통부(pene-tration)에 삽입되어 이들 관판에 용접등의 방법으로 견고하게 고정되어 있다. 또한 이외의 것으로는 스페이서 그리드(spacer grid)(108)이 형성되어 있는 것인데, 이들 그리드는 1971년 12월 13일자로 Flex S. Jabsen씨에 의하여 출원된 미국특허출원 제207,255호에 한 예로 설명되어 있는 종류의 그리드로서 이들은 증기발생기를 이루는 관들을 향하여 내측으로 돌출되어 있는 탄성저지구(detent)(109)들을 가지고 있으며 이들은 매우 빠른 유속(流速)에서도 관이 흔들리지 않도록 증기발생기 튜우브들을 충분한 힘으로 고정하고 있다.

따라서, 예를들면, 종래의 증기발생기들에 있어서는, 관외부에서의 유체의 유속은 매초당 5피이트(feet)로 제한되었으며 유속이 매우 빠를때에는 관의 진동이 일어나 관을 손상시키게 되며 또한 일반적으로 증기발생기의 수명을 단축시키는 결과가 되었다. 그러나 이와같은 스페이서 그리드에 의하여는 매초당 최하 3피이트로 부터 15피이트 이상의 유속으로 증가시켜도 진동이 많이 일어나지 않고 또한 증기발생기의 수명을 단축시키지 않게 된다.

위에서 언급된 Jabsen씨의 미국특허출원에서 설명되어 있는 열교환기는 본 발명에 의하여 보다 경제적으로 제조될 수가 있다.

본 발명의 또 한가지 예를 제 2 도에 도시하였다.

여기서 대표적으로, 증기매니포울드(111)은 원자로 압력용기의 내벽(112)에 직접 부착되어 있다. 그러나, 공급수매니포울드(113)은 모듀울 증기발생기(114)에서 떨어져 있다. 코일상의 공급수 매니포울드관(110)은 매니포울드(113)과 모듀울 증기발생기(114) 사이에 위치하고 있으며 이는 관(110)이 모듀울 증기발생기(114)와 내측 증기매니포울드(115) 및 압력용기 사이에서 서로 다른 팽창을 할 수 있게 한다.

그러나, 압력용기에 인접되어 있는 모듀울 증기발생기(114)는 다른 어떤 지지판에 의한 것 보다도 내측 증기매니포울드(115)를 형성하고 있는 튜우브들에 의하여 많이 지지되고 있음을 주의하여야 한다.

제 3 도에 도시되어 있는 바와같이, 원자로 압력용기(117)의 외부에 있는 급수관(116)은 이 용기를 통과시켜 담수

를 모듀울 증기발생기에 공급하도록 하여야 한다. 내부로 급수되는 물은 높은 열로 가열된 두꺼운 벽의 압력용기에 비하여 비교적 온도가 낮기 때문에 유입관을 흐르는 물이 끓게하는 위험뿐 아니라, 이 온도가 낮은 물의 유입관과 접해있는 부분과 또한 간격을 두고 있는 부분의 열팽창이 서로 다르므로 용기벽내에 강한 열왜력이 발생할 위험이 있다.

따라서 이와같은 위험에 대처하기 위하여, 본 발명에 의한 공급수관 관입장치(120)에서는 유체기밀크램프(fluid-tight clamp)(121), 예로서, 그레이록 크램프(Grayloc Clamp)를 갖게하여 이것이 압력용기(117)의 외면에 형성된 니플(122)에 급수관(116)을 연결시키게 하였다. 이 니플(122)는, 압력용기에 요입부(123)을 형성시킨 다음 여기에 인코넬(inconel) 합금으로 된 "퍼들 웰드"(puddle weld)(124)를 채워 넣고 핏팅(125)를 용접등과 같은 방법으로 이 "퍼들 웰드"(124)의 단부(126)에 접합시켰다. 또한 핏팅(125)는 압력용기(117)에 형성된 관입부(penetration: 貫入部)(130)을 관통하는 긴 튜우브(127)을 가지고 있다. 이 튜우브(127)은 "퍼들 웰드"(124)의 단부(126)에 접합되어 있는 핏팅(125)의 내측에서 부터 관입부(130)을 통하여 압력용기(117)의 내벽까지 연장되어 있다.

또한 이 튜우브(127)은 관입부(130)과 동심적(同心的)으로 삽입되어 있으면서 이 관입부(130)의 표면과 간격을 형성하고 있다. 스리이브(131)은 단열성 금속박(metal foil)을 몇겹으로 적층한 바와같은 단열성물질로 되어 있으며 관입부(130)과 튜우브(127) 사이에 형성된 환상공간에 삽입되어 있다. 이 스리이브(131)은 압력용기(117)의 내벽으로 부터 그 외벽면을 약간 지나게 연장시켜 핏팅(125)에 형성된 요입부(132)에 공간을 남게하여 압력용기와 공급수 사이에 단열효과가 있게 하였다. 핏팅(125)는 압력용기의 외측벽면 외부에서 플랜지(133)으로 끝을 맺고 있다. 비록 이 플랜지(133)과는 대칭적이긴 하나, 플랜지(134)를 급수관(116)의 단부에 형성시켜 플랜지(133)과 일직선상에 있게 하였다. 이들 플랜지(133)과 (134)의 사이에는 급수관(116) 및 튜우브(127)과 중심이 같으면서 구멍(136)을 가지고 있는 시일(seal)(135)를 삽입시켜 이들 플랜지가 서로 분리되도록 하였다. 이 구멍(136)은 공급수가 보다 안정성있게 유입되게 한다는 것을 알게 되었다.

관형의 열보호판(137)은 이 구멍(136)의 요면에 고정되어 있고 이것은 튜우브(127)과 동심상에 위치하면서 이 튜우브를 관통하여 압력용기(117)의 내벽을 지나 돌출되어 있다. 급수관 관입장치(120)은 직경축소단부(140)으로 부터 그 내측에 위치하는 압력용기의 내단에서 끝을 맺으며 이 직경축소단부(140)은 공급관(141) 단부를 업셋(upset)하여 형성시킨다.

이와같이 함으로서, 열보호판(137)에 의하여, 공급되는 물이 급수관내에서 비등하는 것을 방지하여 물이 안정되게 흐를 수 있게 하는 압력 용기의 급수관입장치가 형성된다. 또한 이 열보호판은 구멍(136)에 의한 물의 흐름의 안정성을 상호 도모하게 된다. 또한 본 발명의 이와같은 우수성은 관입장치(120)과 급수관(116)을 서로 결합시키는 크램프(121)에 의하여 더욱 증진하게 된다.

이 크램프는 관을 검사하거나 또는 대체할 필요가 있을때 비교적 용이하게 떼어낼 수가 있다. 따라서 모듀울 증기발생기에 있어서는, 종래의 많은 도관 및 파이프를 용접하여 형성시킨 장치에 비하여 검사 및 예방정비에 드는 비용이 매우 적을뿐 아니라 고장율도 적게 된다. 이와 비슷한 관입장치가 사용될 수 있는데 이것은 1차 공급수에 대한 내부식성을 높이기 위하여 압력용기(117)의 전내면을 인코넬(inconel), 스테인레스강 또는 기타 적당한 금속으로 피복하여야 된다. 또한 이 경우에 있어서, 관입부(130)의 표면을 내부식성의 금속피복물로 역시 피복하여야 한다.

도면 제 4 도에서는, 2차 증기배출도관(142)가 만곡관(143)으로 서로 연결되어 있다.

이 만곡관(143)을 통과한 물과 합류된 물을 분기관(145)과 연결된 "T"관(144)를 통하여 흐르게 된다. 이와같이 함으로서 본 발명의 특징의 하나인 안전성이 증가된다. 예를들면, 어느관에 결함이 생겼을 때에는, 일반적으로 고압증기가 분출되면서 이 결함이 이 관을 요동시키게 된다. 그러나, 만곡관(143)에 결합된 관중 어는 한개가 결함이 생겼을 경우에는, 결함이 없는 나머지 관은 이 결함이 있는 관이 제멋대로 요동하는 것을 억제할 것이며, 이에 따라 결함이 있는 관에 의하여 발생하는 위험을 경감시키게 된다. 급수분기관과 연결되는 어떤 만곡관을 사용하여도 위와 비슷한 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

Claims (1)

1. 도시하고 본문에 상술한 바와 같이, 증기유출헤더와 급수헤더에 관판(管板)을 각각 결합시켜 증기챔버와 급수유입챔버를 형성시키되 다수의 증기발생튜우브를 이들 관판에 삽입시켜 증기챔버와 급수유입챔버를 서로 연통케하고 증기챔버관판을 관통하여 급수유입챔버에 연결한 급수관을 이들 관판에 삽입고정시킨 보호판으로 보호하고 코일상의 공급수 매니포울드관을 공급수매니포울드와 모듀울 증기발생기 사이에 위치시켜서 된 원자력 증기발생장치.

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