원자로냉각재계통 일반

▼ 원자로냉각재계통

  원자로냉각재계통 일반

원자로냉각재 계통은 냉각수를 순환시켜서 노심과 내부구조물로부터 열을 제거하고 이 열을 2차(증기 발생)계통으로 전달된다. OPR-1000과 APR-1400 원자로는 2개의 냉각재 회로를 갖고 있다.

원자로냉각재 계통 구성 및 특성

계통의 주요 기기는 원자로용기, 2개의 열전달 유로 (각 회로는 1개의 증기발생기와 2개의 원자로냉각재펌프로 구성), 원자로용기 출구 배관의 하나와 연결된 가압기 등으로 구성 되어있다. 모든 기기는 원자로 건물 내에 위치한다.

또한, 원자로냉각재 계통은 화학 및 체적제어계통 (CVCS), 안전주입계통 (SIS), 정지냉각계통 (SCS), 원자로 냉각재 배기계통, 원자로 냉각재 감압계통(SDS) 등의 부속 계통으로 구성 되어있다.

증기발생기는 원자로냉각재(1차) 계통과 주증기(2차) 계통간의 경계를 형성한다. 증기발생기는 일체형 이코노마이저(Integral economizer)를 가진 U자형 전열관을 갖는 수직 열교환기로서, 원자로 냉각재로부터의 열을 주증기계통으로 전달한다. 증기발생기 전열관과 증기발생기 튜브시트는 원자로냉각재와 2차냉각재와의 혼합을 방지함으로써 원자로냉각재계통을 폐회로 계통으로 만들어 노심으로부터 방사성 물질이 격납건물과 2차 계통으로 누출되는 것을 막는 방호벽의 역할을 한다.

원자로냉각재 계통의 압력은 증기와 물이 열적평형을 이루고 있는 가압기에서 제어된다. 가압기내의 증기는 원자로냉각재의 수축이나 팽창에 의한 압력 변화를 제한하기 위하여 침수형 가열기에 의해 생성되고 가압기 살수에 의해 응축된다.

원자로냉각재의 평균온도는 출력에 비례하고 변하여 이에 따라 원자로냉각재가 팽창 혹은 수축하며 그 결과 가압기수위가 변화된다. 화학 및 체적제어계통의 충전펌프와 유출제어밸브는 가압기를 프로그램된 수위로 유지시키는데 사용된다. 원자로냉각재 계통의 화학성분은 유출수에 의하여 규정된 제한치 내로 유지된다.

원자로용기는 일차 차폐벽 내에 위치한다. 일차 차폐를 포함한 차폐구조물들에 의하여 전출력 운전중 격납건물안과 차폐벽 외부의 선량률이 허용수준으로 감소된다. 원자로 냉각재는 원자로 냉각재 펌프에 의해 강제 순환되는데 원자로 냉각재 펌프의 기능 상실이 발생할 경우 자연 순환에 의해 노심 냉각이 가능하도록 증기 발생기와 원자로 용기사이의 위치차를 두고 설치되어 있다.

원자로냉각재 계통 기능

1. 원자로심으로 부터 발생한 에너지를 증기 발생기로 전달하여 터빈발전기의 전력 생산에 필요한 증기를 생산
2. 원자로 노심으로 부터 생성된 핵 분열성 물질이 대기로 방출되는 것을 방지하는 물리적 방벽을 제공
3. 모든 정상 운전동안 충분한 냉각재를 제공하여 예상되는 과도상태시에도 충분히 핵연료 손상을 방지
4. 요구되는 화학 및 붕산농도제어를 위해 원자로 냉각재를 순환
5. 설계기준사고를 초과한 사고 발생시 원자로 냉각재 계통의 충수 및 방출운전을 수행하기 위해 원자로감압계통(SDS)을 통해 원자로 냉각재를 감압할 수 있는 수단을 제공

원자로 냉각재 유로

원자로 냉각재는 원자로 용기, 증기 발생기, 원자로 냉각재 펌프를 거쳐 순환된다.

원자로 냉각재는 원자로 용기를 통과하면서 원자로 노심의 핵분열 에너지에 의해 가열된 후 증기 발생기에 보내져 2차측 급수와 열 교환을 한 후 원자로 냉각재 펌프에 의해 원자로 용기로 되돌려 보내진다.

주요 구성 기기

원자로 용기(Rector Vessel)

원자로 용기는 탄소강 합금 재질로 표면 부식 방지를 위해 스텐인레스로 피복되어 있으며, 열 에너지 생성을 위한 핵연료 다발, 제어봉, 내부 구조물을 포함하고 있다. 또한 방사선 영향과 고온, 고압의 상태에서도 견딜 수 있도록 설계되어 있다. 원자로 용기는 상, 하부 헤드, 몸통(Shell)으로 3부분으로 구분한다

증기 발생기(Steam Generator)

증기 발생기는 수직 U-tube형 열교환기로서 관내측(Tube Side)에는 1차냉각재가 동체측 (Shell Side)에는 2차급수가 흐르면서 열교환이 이루어지며 원자로 냉각재 각 유로당 1대씩 설치되어 원자로 노심에서 발생된 열을 1차측 냉각재를 통해 2차측 냉각재에 전달하여 터빈 발전기의 구동력을 제공해 주는 증기를 생산해 주는 역할을 한다.

즉, 1,2차측 경계 역할 및 에너지 전달 매체 역할을 하고 있다. 증기발생기는 정상 전 출력운전(Full Power)중 증기발생기내에 설치된 습분분리기 및 증기건조기에 의해 습분함유량을 0.25w/%로 제한한다.

원자로 냉각재 펌프(Reactor Coolant Pump)

원자로 냉각재 펌프는 수직, 단단(Single-Stage), 하부 흡입/측면 배출, 전동기 구동 원심형 펌프로서 발전소 운전중 노심에서 생성된 열을 적절히 제거할 수 있도록 충분한 강제 순환 유량을 제공한다. 또한 발전소 기동시 원자로 냉각재 펌프 운전에 따른 첨가열을 이용하여 원자로 냉각재를 가열시킨다.

원자로 냉각재 펌프에 설치된 관성바퀴(Fly-Wheel)는 전동기의 전원상실시 원자로 냉각재 펌프의 감속시간을 연장시키므로서 노심냉각에 기여하고 있다.

가압기(Pressurizer)

가압기는 수직으로 설치된 원통형 압력용기로서, 냉각재계통 운전압력을 유지하고, 화학 및 체적제어계통과 연결되어 부하변화시, 가열 및 냉각시 또는 운전과도상태 중 냉각재계통의 체적변화를 보상해 준다. 가압기상부에는 안전밸브 3개가 설치되어 과잉 계통압력을 방출하며, 바닥에는 36개의 교체 가능한 침수형 전열기가 설치되어 가압기내의 냉각재 온도를 유지시킨다.