격납건물살수계통 일반

개요

격납건물 살수계통(containment spray system)은 격납건물 능동 열제거계통이다. 격납건물 살수계통은 원자로냉각재 압력경계 또는 격납건물 내부에서의 주증기 및 주급수계통의 배관파단 같은 설계기준사고 발생시 격납건물 내부로 방출된 핵분열 생성물, 특히 요오드 및 기타 방사성 물질을 제거하기 위한 격납건물 대기로 용액(붕산수 등)을 살수공급하는 기기계통으로서, 발전소 외부로의 방사선 누출을 최소화 시키며 가연성 기체의 국부적 침적을 방지하기 위해 격납건물 대기를 혼합시키고, 사고 후 안전주입 모드와 재순환모드 운전 동안 격납건물 대기의 열에너지를 제거함으로써 격납건물 내부의 온도와 압력을 감소시켜 격납건물을 안정적으로 보호하는 기능을 한다.

우리나라 가압경수로 원전에 설치된 격납건물 살수계통은 핵연료 재장전수 탱크(IRWST) 및 격납건물 재순환 집수조, 2대의 격납건물 살수펌프, 2대의 격납건물 살수 열교환기, 2개의 독립된 주 살수 및 보조 살수 모관 등으로 구성되어 있다.

APR-1400 발전소에는 비상원자로건물살수계통(ECSBS)이 설치되어 있다. 이 계통은 원자로건물 살수펌프2대, 정지냉각펌프 3대 및 또는 IRWST의 사용이 불가능한 경우와 같은 설계기준사고 이상의 사고 발생시 원자로 건물 살수계통의 대체수단으로 사용된다. ECSBS 기동을 위한 외부 물은 전용 소방차에 의해 원자로보충수탱크, 탈염수저장탱크, 청수탱크, 원수탱크로부터 공급된다.

구성기기

격납건물 살수펌프

격납건물 살수펌프는 핵연료 재장전수탱크 또는 격납건물 재순환 집수조에서 취수하여 살수하게 된다. 살수펌프는 격납건물 살수 열교환기와 살수모관 및 각 살수 노즐을 통하여 격납건물 대기로 살수용액을 방출하도록 되어 있다. 주 살수모관은 살수되는 물방울이 대기의 핵분열물질을 흡수하는 시간을 최대화하고 증기와 공기가 대기에서 열적 평형을 이룰 수 있도록 하기 위하여 격납건물의 상부에 설치되며, 보조 살수모관은 환형지역(2차 차폐벽과 격납건물 외벽사이), 운전층 하부의 격실과 운전층 상부의 주 살수 노즐에 의해 살수된 영역의 대기혼합을 최대화할 수 있도록 운전층 하부에 설치되어 있다. 살수에 의한 증기의 응축으로 격납건물의 온도 및 압력이 감소되도록 한다.
2대의 격납건물 살수펌프는 유도전동기에 의해 구동되는 수직형, 단상, 원심형 펌프이다. 펌프의 밀봉손상시 유량손실을 최소화하도록 유량 제한기가 설치되어 있다. 

격납건물 살수 열교환기

격납건물 살수 열교환기는 사고시 또는 사고동안 격납건물 대기로부터 열을 제거하기위해 사용된다. 각 열교환기는 사고 후 24시간이내에 격납건물 대기 압력을 최대 압력의 50% 이하로 감소시키도록 설계되어 있다. 

격납건물 살수 계통 열교환기는 안전주입계통, 안전감압 그리고 환기계통이 원자로 냉각재계통의 급수 및 배수를 위해 사용될 때 사고 후 운전동안 원자로건물내 재장전수 저장탱크(IRWST) 냉각을 위한 정지냉각 열교환기에 대해 보조역할을 한다.

살수모관 및 노즐

격납건물 살수노즐은 주 살수노즐과 보조 살수노즐로 구성되어 있다. 주 살수노즐은 격납건물 상부에 위치한 살수 모관에 설치되어 있으며 열전달 면적을 증가시키기 위하여 살수용액을 물방울 형태로 격납건물에 살포하도록 되어 있다. 보조 살수노즐 및 모관은 격납건물 대기의 혼합능력을 향상 시키고 수소기체가 국부적으로 집적되는 것을 방지하기 위하여 운전층 하부의 140 ft에서 120 ft사이의 환형지역 (2차 차폐벽과 격납건물 외벽사이), 운전층 하부의 격실과 운전층 상부의 주살수 노즐에 의해 살수된 영역에 설치되어 있다.

IRWST(원자로건물내 재장전수 저장탱크)

IRWST(Incontainment Refueling Water Storage Tank)는 원자로건물 살수계통용 붕산수 공급 안전등급이다. IRWST는 원자로건물 내부구조의 필수부분이다.(APR-1400 이전의 경수형 발전소는 RWST라 하며, 원자로 건물 외부에 설치되어 있다). IRWST는 붕산수와 직접 닿는 것을 방지하기 위해 스테인레스강관을 표면에 사용한 강화 콘크리트 구조물이다.

사고후 물은 원자로건물 배기관을 통해 HVT(Holdup Volume Tank)로 간다. 원자로 건물내에 존재할 수 있는 부스러기 조각들은 이 물을 통해 HVT로 이동한다. 직경이 어느 이상으로 큰 입자들은 HVT 입구에 있는 수직 오물걸름망을 통해 걸러져 HVT로 들어가는 것이 방지된다.

격납건물 재순환 집수조

격납건물 내에 해당 계열의 안전 주입계통과 격납건물 살수계통에 공급하기에 충분한 용량의 재순환 집수조가 두개 설치되어 있다. 이 재순환 집수조는 원자로 수조(Reactor Cavity)를 제외하면 격납건물 내에서 가장 낮은 곳이다. 이는 설계기준 사고가 발생하면 격납건물내로 방출되는 냉각재가 이 재순환 집수조에 우선 모이도록 하고 공학적 안전설비계통의 각 펌프가 재순환 운전시 충분한 유효 흡입수두를 갖도록 하기 위함이다.

정상시의 격납건물 배수가 이 재순환 집수조로 유입됨을 방지하기 위해 재순환 집수조의 입구주변은 바깥쪽으로 경사를 이루게 하였다. 정상시의 격납건물 배수는 정상 집수조(Containment Normal Sump)에 집수된다. 재순환 집수조의 입구는 철망(Grating), 트래쉬 랙(Trash Rack) 및 여과망(Inner Filter)으로 보호되어 있어 이물질의 유입을 방지한다. 여과망 눈금크기는 집수조로 0.09inch 지름 이상의 입자가 유입됨을 방지할 수 있도록 설계하였는데 이는 고압 안전주입 펌프와 격납건물 살수펌프를 보호하기 위함이다.