화학 및 체적제어계통

화학 및 체적제어계통은 원자로냉각재계통과 직접 연결되어 있으며 정상운전이나 정지운전 중에 원자로냉각재의 수화학 조건 및 순도를 유지시키고, 온도 변화로 인한 원자로냉각재의 수축 및 팽창 등 냉각재 체적의 변화를 보상하여 적정 체적을 유지시키는 계통으로 다양한 기기들로 구성되어 있다^{^[1]}.

계통 기능

(1) 원자로냉각재 체적제어

원자로냉각재의 온도 변화로 인한 원자로냉각재의 수축 및 팽창과 기타 원자로냉각재 손실 및 증가를 보상함으로써 원자로냉각재계통에서 요구하는 적절한 체적을 유지하는 역할을 한다.

(2) 원자로냉각재 수화학조건 제어

정상운전이나 정지운전 중에 원자로냉각재의 수화학조건 및 순도를 유지시키고, 원자로냉각재계통 내의 불활성기체와 기타 용존기체를 연속적으로 제거하며, 사용된 붕산수를 재사용하기 위한 회수, 저장, 분리 또는 액체방사성폐기물관리계통으로 폐기하는 역할을 한다.

(3) 반응도 제어

원자로냉각재의 온도변화, 노심 연소 및 제논변화 등으로 인한 노심 반응도 변화를 보상하고 정비와 재장전운전을 위한 정지여유도를 제공하기 위하여 원자로냉각재계통의 붕소 농도를 적절히 제어한다.

(4)기타

원자로냉각재계통의 압력제어를 위해 가압기에 보조살수를 제공하며, 원자로냉각재펌프밀봉수 공급, 보조기기에 원자로보충수 공급, 재장전수탱크의 붕산수 공급 및 내용물 여과 등 다양한 역할을 수행한다.

계통 구성

화학 및 체적제어계통은 크게 세 개의 부계통들, 즉, 유출 및 충전 부계통(Letdown and Charging Subsystem), 보충 부계통(Makeup Subsystem), 그리고 붕산재생 부계통(Boron Recovery Subsystem)으로 구성되어 있다.

유출 및 충전 부계통

원자로냉각재계통으로부터 나온 유출수를 재생열교환기 및 유출열교환기로 냉각시키고 유출오리피스와 유출제어밸브를 이용해 감압시켜 정화계통 운전온도 및 압력으로 낮춘다. 유출수는 정화필터에 의해 여과되고 정화이온교환기에 의해 정화되어 체적제어탱크로 살수된다. 체적제어탱크에 저장된 냉각수는 충전펌프를 이용해 원자로냉각재계통으로 공급된다.

보충 부계통

원자로냉각재의 붕소농도를 변화시킨다. 붕산저장탱크에 저장된 붕산수는 붕산보충펌프에 의해 원자로냉각재계통으로 공급되며, 원자로보충수탱크에 저장된 보충수는 원자로보충수펌프에 의하여 공급된다. 보충 부계통 운전방식은 희석운전, 붕산주입운전, 수동운전 및 자동운전 방식이 있다.

붕산재생 부계통

노심주기 동안 정지, 기동, 붕소희석을 위한 주입 및 방출 운전에 따라 체적제어탱크로부터 전환된 유출수를 사용한다. 이 유출수는 정화, 방사성물질 제거, 탈기기 등의 과정을 거쳐 수용탱크로 보내진다. 재생 가능한 원자로냉각재 등급의 물은 원자로배수탱크에 수집되어 처리공정을 거친 후 수용탱크로 보내진다. 수용탱크에 모인 물은 붕산농축기에서 농축되어 붕산저장탱크에 이송되며, 증류수는 재사용을 위해 원자로보충수탱크로 보내진다.

주요 기기

재생열교환기

재생열교환기는 U 자 형태의 튜브들이 내장되어 있으며 수직으로 설치되어 있다. 원자로냉각재계통을 빠져나온 유출수는 튜브 측을 통과하며 쉘 측은 충전수가 통과하여 유출수의 열을 충전수로 전달한다. 이로써 원자로냉각재계통의 열에너지를 보존하며, 충전노즐의 열적 과도현상을 최소화시킨다.

재생열교환기는 정상운전 조건에서 유출수 출구온도를 232.2 °C 이하로 냉각하고, 원자로냉각재계통으로 유입되는 충전수를 최소 55.6 °C 이상 가열하도록 설계된다.

유출열교환기

유출열교환기는 다관원통형 열교환기로서 수평으로 설치된다. 재생열교환기를 빠져나온 냉각재는 튜브 측을 통과하며 쉘 측으로는 기기냉각수가 흘러 유출수를 재생열교환기 출구온도로부터 정화계통의 운전에 적당한 온도로 냉각시킨다.

유출열교환기는 유출수를 재생열교환기의 최고 출구온도로부터 이온교환수지의 최대 허용운전온도까지 냉각시킬 수 있도록 설계된다.

충전펌프

충전펌프는 2대이며 다단원심형 펌프이다. 각각의 펌프는 정비 중 방사능 준위를 최소화하기 위하여 배기와 배수배관이 설치되어 있다.

발전소 모든 운전조건에서 1대의 충전펌프만 가동되며 다른 1대는 대기상태에 있다.

충전펌프

보조충전펌프

1 대의 보조충전펌프는 공랭식의 전동기를 가진 왕복동형 펌프이다. 원자로냉각재계통의 수압시험을 위해 이용되고, 2대의 충전펌프가 모두 사용 불가능할 경우 4대의 원자로냉각재펌프에 밀봉수를 공급하는데 이용된다.

이 펌프는 왕복동형 펌프이므로 전단에는 흡입안정기(suction stabilizer), 후단에는 맥동완충기(pulsation dampener)가 설치된다.

체적제어탱크

체적제어탱크는 원자로냉각재계통으로부터의 유출수를 저장하고 원자로냉각재의 수소농도를 제어하며 충전펌프에 공급되는 원자로냉각재의 저장조 역할을 한다. 체적제어탱크는 보충수의 공급없이 10분 동안 최대 충전유량을 수용할 수 있으며, 충전운전 없이 5분 동안 최대의 유출수를 수용할 수 있다.

체적제어탱크에는 수소 및 질소 기체 공급관과 수소, 질소, 핵분열생성기체를 기체방사성폐기물관리계통으로 배기할 수 있는 배관이 설치되어 있다.

정화이온교환기

2대의 정화이온교환기 각각에는 혼상이온교환수지가 채워져 있으며, 이온교환수지 교체에 필요한 배출배관이 설치되어 있다. 각각의 정화이온교환기는 최대 유출유량을 처리할 수 있으며, 기계적 설계는 서로 동일하다.

1대의 정화이온교환기에 채워진 수지 부피는 유출수에 존재하는 이온성 불순물과 방사성 핵종을 노심주기동안 연속적으로 제거하기에 충분한 양이다. 다른 1대의 정화이온교환기는 원자로냉각재의 리튬 농도를 제어하기 위해서 간헐적으로 사용된다.

붕소제거이온교환기

붕소제거이온교환기는 기계적 설계 면에서 정화이온교환기와 동일하며, 음이온교환 수지 또는 혼상이온교환 수지로 충전되어 있다.

붕소제거이온교환기는 노심주기 말기에 원자로냉각재 내 붕소농도를 감소시키는데 사용되며, 원자로정지 후 화학처리 시 불순물 정화에 이용된다.

정화필터

2대의 정화필터 각각은 유출수에 존재하는 불용성 입자를 제거하는데 사용된다. 각각의 정화필터는 최대 오염상태에서 필터 부품의 허용압력차를 초과하지 않고 최대 유출유량을 통과시킬 수 있다.

정화필터는 필터 운전 중에 고준위 방사성물질이 축적되므로 필터카트리지는 원격교체가 용이하도록 설계된다.

유출오리피스

3개의 유출오리피스가 유출열교환기 하부에 병렬로 설치되며, 운전되는 유출오리피스의 조합에 따라 유출유량을 단계적으로 변화시킬 수 있다.

즉, 3대의 유출오리피스를 모두 운전하면 최대 유출유량을, 2대의 유출오리피스를 운전하면 정상 유출유량을, 1대의 유출오리피스를 운전하면 최소 유출유량을 제공한다. 또한 유출오리피스는 유출수의 압력을 감소시킨다.

유출오리피스

참고문헌

↑ 신고리5,6호기 예비안전성분석보고서, 2013.4.30. 한국수력원자력(주)

이 자료의 최초 작성 : 노 태선(GINIS) tsro1005@naver.com, 등록 : 박 찬오(SNEPC) copark5379@snu.ac.kr

[1] 신고리5,6호기 예비안전성분석보고서, 2013.4.30. 한국수력원자력(주)

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