KR0154771B1 - 작동중인 원자로 용기 헤드의 관통구조물에서의 누출 감지방법 및 장치 - Google Patents

작동중인 원자로 용기 헤드의 관통구조물에서의 누출 감지방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

이 방법과 장치는 작동중인 가압수 원자로 용기의 헤드(1)의 관통구조물(2)에 적용할 수 있다.
이 장치는 두 개스 표본(100, 16, 17:12, 13, 14, 15)을 픽오프하는 이중 순환로와, 픽오프된 두 표본에서 특히 수증기의 함량을 정기적으로 비교하는 측정 어셈블리(18)_를 포함한다. 첫 번째 표본이 가능한 누출(10)이 나타나는 체임버(7)공간으로부터 취한 것이고, 두 번째 표본의 누출에 의하여 직접적으로 영향받는 영역 바깥의 헤드(1) 부근에서 취한 것이다. 어셈블리(18)는 누출이 있는 경우 경보를 발하고 이를 작동 경보와 구분할 수 있도록 한다.
기술과 수단은 또한 체임버(7) 공간을 휩쓰는 유량을 결정하고 픽오프와 감지 시스템을 검사하도록 한다.

Description

작동중인 원자로 용기헤드의 관통구조물에서의 누출 감지방법 및 장치
이 발명은 고온에서 가압수로 채워진 원자로 용기의 헤드(head)에 놓여 있는 누출(leak)의 세기에 대한 감지와 평가에 관한 것이다.
누출은 추적개스를 이용하여 감지하고 평가하며, 추적개스는 조사되고 있는 누출로부터 발생하는 수증기 자체이다.
이 발명의 특히 중요한 한 적용은 가압 원자로 용기 헤드의 관통구조물(penetration)에서의 누출을 감지하는 것이다. 문제의 관통구조물은 제어봉 클러스터(cluster)의 제어봉이 통과할 수 있는 것이다. 이러한 누출을 초기에 감지함으로써 조작자는 안전한 폴백(fall-back) 작동 조건을 도입할 수 있게 된다.
용기 헤드의 관통구조물에서 누출을 감지하는 기술은 이미 알려져 있으며, 열교한기에서 누출을 감지하는 기술로부터 유래되었다. 많은 해결책들은 방사성 트레이셔(tracer)의 희석에 의한 모니터링을 이용한다. 어떤 장치에서 이 해결책은 입자 방사능을 모니터링하는 방법을 이용한다. 어떤 장치에서 이 해결책은 입자 방사능을 모니터링하는 방법을 이용하며, 트레이서의 극대 희석 때문에 높은 감지 문턱치와 적분 시간에 다다른다. 다른 공지의 해법들은 누출의 세기를 직접적으로 나타내도록 할 수 없으며, 본질적으로 정성적이라는 결점을 가지고 있다.
이 발명은 물을 사용하는 원자로 용기 헤드의 관통구조물에서의 누출을 감지하는 방법과 장치를 제공하는 것을 목적으로 하며, 누출의 형태를 신속히 감지할 수 있도록 하면서도, 서로 다른 출력의 원자로에 적용될 수 있는 간단한 수단과 요소(elements)만을 사용한다.
이 발명의 주제는 원자력 발전소 용기 헤드의 관통 구조물에서의 누출을 감지하는 장치로서, 잠재적인 누출이 나타나는 체임버의 공간에 흐르는 공기를, 이 공기가 원자로의 제어봉 클러스터의 제어 기구의 냉각 순환로에서 희식되기 전에, 픽오프(picking off)하는 순환로(circuit)를 포함함을 특징으로 한다.
이러한 목적으로, 이 발명은 잠재적인 누출이 나타나는 체임버가 공기의 흐름에 의하여 휩쓸리고, 누출에 의하여 이러한 휩쓰는 공기에서 추적개스의 수준의 증가가 픽오프에 의하여 감지되는 방법을 제공한다.
제공된 방법에서의 고감도는 누출이 나타나는 체임버의 공간 속에서 픽오프가 수행된다는 사실로부터 나온다. 이러한 픽오프 때문에, 추적개스가 제어봉 클러스터의 제어기구를 냉각하는데 사용되는 공기의 강한 흐름속에서 현격하게 희석되기 전에 추적개스의 측정을 행한다.
이러한 방법을 수행할때에는 산업형 컴퓨터에 의하여 원격 제어되는 장치를 사용한다. 컴퓨터는 이 장치의 다양한 조작 순서를 조정하고, 다양한 센서로부터의 측정치를 처리하며 이 장치의 조작 상태 및 누출의 존재와 그 세기를 진단한다.
이 발명은 또한, 한편으로는 잠재적인 누출이 나타나는 체임버 공간을 통과하는 공기의 휩씀(sweeping)의 유량(flow rate)을 평가하기 위하여 누출을 시뮬레이션할 수 있도록 함으로써 가능한 누출 흐름의 발전을 평가하고 뒤따를 수 있도록 하며, 다른 한편으로는 픽오프와 누출감지 순화로의 올바른 작동을 검사할 수 있도록 한다.
이 발명은 상세하 설명과 특별한 실시예의 뒤에 있는 청구범위를 읽고 도면을 검토함으로써 더욱 잘 이해될 수 있으며, 예를 제한하지 않음으로써만 가능하다.
제1도는 이 발명에 따른 장치의 일실시예를 도시한 것으로서 감지된 잠재적 누출이 나타나는 체임버 공간 내외의 공기의 표본을 픽오프하는 장치이다.
제2도는 제1도의 평면를 나타낸다.
제3도는 이 발명의 다른 실시예로서 제2도와 유사한 도면이다.
제4도는 이 발명의 다른 실시예로서 제1도와 유사한 장치의 도면이다.
제5도는 측정 어셈블리 및 이와 연결된 처리 제어 단위의 흐름도이다.
제6도는 제1도의 장치와 유사한 도면으로서, 이 발명에 따른 누출 시뮬레이터 및 그 수행을 설명하는 도면이다.
제7도는 제6도의 장치와 유사한 도면으로서 이 발명에 따른 누출 시뮬레이터와 그 수행을 설명하는 도면이다.
원자력 시설, 특히 그 환기(ventilation) 및/또는 냉각 순환로의 배치는 그 기술수준에서 널리 알려져 있기 때문에 이 발명과 직간접적으로 관련된 점들에 대해서만 아래에서 상세히 설명한다. 그밖의 점에 대해서는 문제의 기술 분야에서 숙련된 사람이 그가 마주친 특정한 문제와 씨름할 때 현재 유용한 종래의 해답에 의존할 수 있다.
동일한 참조부호는 이하에서 어떤 실시예이거나 또는 다른 실시예이거나에 관계없이 유사한 요소를 규정하는데 사용된다.
제1도는 가압수 원자로의 용기 헤드의 주위, 즉 용기 헤드에 가까이 위치하고 있는 부분을 도시한 것이고 이는 이 발명에 필요한 것이다.
용기 헤드(1)는 관통구조물(2)를 구비하고 있고 상기 관통구조물(2)은 도시되어 있지는 않지만 제어봉 클러스터의 봉을 통과시키며, 그 봉들은 기구(3)에 의하여 제어된다. 환기순환로는 상기 기구(3)를 냉각한다. 이 순환로는 제어기구(3)를 둘러싸고 있는 인클로져(4)로 구성된다. 순환공기는 상기 인클로져(4)의 위에서 그 상부(5)로 흡입되고, 제어기구(3)를 따라 인클로져(4)의 공간으로 다시 내려와 관(6)중 하나로 흡입된다. 관은 하나만 도시하였다. 체임버(7)는 통상 케이싱(casing)의 내부라고 부르며 용기 헤드(1)와 온도 절연판(8,9)으로 둘러싸여 있다. 이 체임버(7)는 관통구조물(2)과 용기 헤드(1)의 상벽 사이의 경계영역 또는 접합영역을 한정하며, 이 발명이 감지하고자 하는 가능한 누출이 나타나거나 출현하는 곳이 이러한 한계영역 또는 접합영역이다.
통상의 작동에서는 봉 클러스터의 제어기구(3)의 환기 순환로는 판(8,9)과 관통구조물(2)의 사이에 존재하는 틈(11)을 통하여 체임버(7)로 공기를 흡입한다. 이러한 틈들(11)은 서로 다르고 관통구조물(2) 주위의 국부 공기 유량은 균일하지 않다.
이 발명에 따른 픽오프 순환로의 기능은 체임버(7)의 공간에 포함되어 있는 공기의 표본을 흡입해내는 것이며, 이 표본은 누출에 의하여 해방된 수증기와 함께 실린다.
픽오프 기술에 의하여 야기되는 어려움 중의 하나는, 수증기가 인클로져(4)에서 그리고 관(6)에서 흐르는 환기 공기의 높은 유량에서 희석되기 전에 공기 표본이 픽오프되어야 한다는 사실에 있다.
이러한 어려움은 공기를 계속적으로 흡입하여 체임버(7)의 공간 내에서 분석하는 특정 배열의 픽오프에 의하여 해결된다. 이러한 흡입은 체임버(7)로 돌출할 튜브(13)가 구비되어 있는 파이프(12)를 이용함으로써 가능하다. 모든 파이프(12)는 공통 다지관(manifold)(14)에서 그룹지어져 있다. 펌프(15)는 체임버(7) 공간으로부터 픽업(pick up)된 공기의 표본추출을 수행한다.
이와 유사하게, 또다른 펌프에 연결되어 있는 또 다른 파이프라인(16)은 원자로 구조물의 격납 용기(100)로부터 공기의 표본을 픽오프한다.
측정 어셈블리(18)는 다지관(14) 및 파이프라인(16) 각각과 바이패스(bypass)로 연결되어 있어 이 다지관(14) 및 파이프라인(16) 쌍에 흐르는 두 개의 표본에 트레이서의 농도차를 측정한다.
누출은 이 두 표본 사이의 농도의 차이가 측정 어셈블리의 정규 측정 불확실도 보다 큰 경우에 감지된다. 이 측정 어셈블리는 잘못된 경보 등을 피하기 위하여 트레이서 감지기의 오기능을 한정 또는 감지하기 위한 개량을 포함한다.
이 측정 어셈블리(18)는 적절하고 적당하며 산업적인 컴퓨터를 포함하는 제어처리단위(19)에 연결되어 있으며, 상기 컴퓨터는 측정과 그 해석에 필요한 전송기(transmitter)와 구동기의 제어 및 명령을 허용한다. 이 단위는 원자로 건물의 격납용기의 외부에 위치하고 있는 것이 좋다.
제2도는 제1도의 평면도이다. 체임버로부터 공기를 픽오프할 수 있게 하는 흡입파이프(12)가 도시되어 있다. 이 파이프들은 공통 다지관(14)과 연결되어 있다. 펌프(15)는 다지관(14)에 포함되어 있는 개스가 수송되도록 한다. 파이프(12)는 온도 절연판(9)의 상부를 구성하며 상기 온도 절연판(9)위에 고정되어 있는 밴드(20)위로 뻗어 있다. 소수의 튜브(13)는 온도절연판만을 통과하며 파이프(12)에 연결되어 있고 체임버(7)에 있는 공기를 픽오프할 수 있게 한다. 이 픽오프 튜브(13)의 적절한 배치는 모든 감지 영역을 균일하게 커버한다. 이러한 픽오프 순환로의 배치는 파이프(12)와 밴드(20)의 부착과 제한된 수의 픽오프 포인트(point) 때문에 간단하고 실행이 편리하다는 본질적인 이점이 있다.
제3도는 체임버로부터 공기를 픽오프하는 순환로의 또다른 실시예의 평면도를 도시하고 있다. 전기한 이점보다 큰 본질적인 이점은 각 관통구조물(2)이 사실상 정사각형으로 배치된 4개의 픽오프 튜브(13)에 둘러싸여 있어 각 관통구조물(2)의 개별적인 모니터링 때문에 누출의 감지가 쉽다는 것이다. 픽오프 튜브(13)는 파이프(12)와 연결되어 있으며, 상기 파이프(12)는 온도 절연 밴드(20)에 고착되어 있고 앞에서 설명한 바와 유사한 방법으로 공통 다지관(14)에 함께 연결되어 있다. 파이프(12)와 튜브(13)의 단면은 단면 유량이 모든 관통구조물(2)에 대하여 균형을 이루도록 되어 있다. 누출을 감지하는 동일한 감도는 이렇게 얻어지며 결함이 있는 관통구조물(2)의 위치와 관계없다.
제4도는 체임버로부터 공기를 픽오프하는 순환로의 또다른 실시예를 도시한 것이다. 이 픽오프에 의해서 생기는 기술적인 난점 중 하나는 이러한 픽오프가 체임버(7) 전체를 통하여 균일해서 누출을 감지하는 기술의 감도가 결함있는 관통구조물(2)의 위치에 크게 의존하지 않아야 한다는 점이다. 이러한 어려움은 픽오프 순환로의 특정 배치에 의하여 해결되며, 도시한 바와 같이 봉 클러스터와 체임버(7)를 제어하는 기구(3)의 환기순환로의 흡입관(6) 사이에 바이패스된 적어도 하나의 슬리브(sleeve)(22)를 설치하는 것으로 이루어진다. 물펌프(water pump) 효과에 의하여 흡입 흐름은 체임버(7)를 차동 압력 센서(24)를 이용하여 조절되어, 체임버(7)는 인클로져(4)보다 아주 조금 낮은 압력 하에 존재하도록 한다. 공기의 흐름은 그러면 인클로져(4)와 체임버(7) 사이에서 역전되고, 체임버(7)를 흐르는 모든 공기는 슬리브(22)에 의하여 흡수된다. 흐르는 공기는 픽오프 다지관(14)이 펌프(15)를 이용하여 표본을 흡입해내는 슬리브(22)로 통과한다. 파이프라인(16)은 펌프(17)에 연결되어 격내용기 인클러져(100)의 순환공기의 표본을 또한 픽오프한다. 측정 어셈블리(18)는 앞에서 지시한 바와 같이 다지관(14)과 파이프라인(16)의 쌍에 바이패스로 연결되어 있고, 이 다지관(14)과 파이프라인(16)에 흐르는 두 표본의 트레이서의 농도차를 측정한다. 센서(75)는 예를 들면 열선전류계(hot wire anemometer)나 피토튜브(Pitot tube) 등으로서 슬리브(22)를 통하여 유량을 결정할 수 있도록 한다. 이 유량을 측정하는 것은 후기할 습도 측정과 결합하여 감지된 누출의 가능한 유량에 대한 평가를 가능하게 한다.
제5도는 측정 어셈블리(18)의 기능 사의 분지(branching)와 관계(connection)를 도시한 것이다. 두 개의 파이프라인(25)은 픽오프 파이프라인(16)과 다지관(14)에 연결되어 있고 삼방 솔레노이드 밸브(three-way solenoid valve)(26)에 연결되어 있으며, 상기 삼방 솔레노이드 밸브(26)의 기능은 다지관(14)과 파이프라인(16)에 흐르는 공기 표본을 필터(27)로 교대로 보내는 것이다. 이 필터의 기능을 수증기 외의 먼지 또는 증기를 제거하고, 필터에 연결되어 있고 평행하게 장착되어 있는 습도감지기(28,29) 또는 습도게의 오염·손상을 피하는 것이다. 절대 압력 센서(30)는 다지관(14)과 파이프라인(16)으로부터 교대로 들어오는 각 표본에서의 수증기 부분압수정을 가능하게 하며, 이는 이 다지관(14)과 파이프라인(16) 사이에 존재하는 압력차가 있는 경우이다.
습도 감지기(28,29)를 통한 전체 유량은 유량계(flow meter)(31)를 이용하여 측정된다. 펌프(32)는 측정 어셈블리(18)을 통하여 흐르는 공기에 필요한 감압을 제공한다. 픽오프 파이프라인(16)과 다지관(14) 유량은 펌프(17,15)에 의하여 각각 제공되며, 유량계(34,33)에 의하여 측정된다. 온도 센서(35)는 표본의 온도를 측정하여 분석하고 감지기들이 그 측정범위 내에서 사용되는 것을 보장할 수 있도록 한다. 온도 센서(36)는 측정 어셈블 리가 위치한 캐비넷(37)에 있는 순환 온도를 측정한다. 이 캐비넷(37)은 온도가 일정하게 유지되고, 어셈블리 회로와 연결하기 위한 적절한 종래의 착탈가능한 커넥터를 구비하고 있다.
습도감지기(28,29), 압력 센서(30), 유량계(31,33,34) 및 온도 센서(35,36)의 측정출력, 솔레노이드 밸브(26)는 측정제어 시스템(38)과 연결되어 있으며, 상기 측정제어 시스템(38)은 컴퓨터(39)와 함께 처리 제어 단위(19)를 구성한다. 이 단위(19)는 제어, 측정, 측정의 해석 및 경보의 제어 기능을 수행한다. 측정 어셈블리(18)와의 관계는 점선으로 도시되어 있다.
트레이서의 농도차 측정의 불확실성은 동일한 감지기에 대해 표본을 교대로 스위치-오버(switch-over)함으로써 매우 감소한다. 이는 농도차를 계산할 때 감지기의 계통오차(systematic error)와 슬로 드리프트(slow drift)를 없앨 수 있도록 한다.
두 표본의 트레이서 농도 측정에서의 차이가 두 감지기의 정규 측정 불확실성보다 클 때, 계통오차의 제거와 절대 압력 수정을 고려하여 단위(19)는 누출의 존재를 가리키고 누출 경보(40)를 트리거(trigger)한다.
이러한 농도차의 측저은 체임버(7)를 통과하는 스위핑 유량에 대한 종래의 지식에 의하여 누출 유량을 계산가능하게 한다. 이러한 스위핑 유량은 이 발명에 의하여 제공되고 아래에 기재되는 기술 중 하나를 이용함으로써 평가될 수 있다.
동일한 농도를 측정하는 두 개의 동일한 감지기의 존재는 그 지시를 비교하여 과도하게 높은 측정차를 감지할 수 있게 한다. 이러한 비정상적인 차이는 최소한 하나의 감지기의 오동작을 나타낸다. 이러한 경우, 시스템 경보(41)가 처리 제어 단위(19)에 의해 발생되어 감지기의 수리 조작이나 교체를 시작한다.
모니터링은 잘못된 누출 경보의 횟수를 최소화하도록 고안된다. 단위(19)는 다음과 같은 제한되지 않은 경우에 정규적으로 측정 체인의 다양한 기능을 모니터링하고 시스템 경보(41)를 트리거한다.
- 유량계(33)에 의하여 측정된 다지관(14)과 파이프라인(16)을 통과하는 과도하게 낮은 공기 흐름
- 유량계에 의하여 측정된 습도계(28,29)를 통한 과도하게 낮은 공기의 흐름
- 습도감지기(28,29)에 의하여 분석되고 센서(35)에 의하여 측정된 공기 표본의 과도하게 낮거나 과도하게 높은 온도
- 온도 센서(36)에 의해 측정된 캐비넷(37)의 온도와, 습도감지기(28,29)중 하나에 의해 측정된 이슬 온도(dew temperature) 사이의 차가 특정 문턱치보다 작은 경우
습도 감지기(28,29)에 의해 측정된 이슬온도와 온도 센서(36)에 의해 측정된 캐비넷(37)의 온도가 매우 가까운 경우에는 단위(19)는 측정된 포화를 나타내는 특정 경부(42)를 트리거한다.
습도 감지기(28,29)의 성능저하는 필터(27)의 존재에 의하여 감소되고 상기 필터는 이러한 감지기들의 오동작을 크게 제한한다. 습도감지기(28,29)의 예로는 냉각 거울(cooled-mirror), 염화리튬(lithium chloride) 또는 용량성 습도제(capacitive hygrometer) 등이 있다.
측정수단은 냉각거울 습도계에 의하여 작동하는 것이 좋다. 특히 거울의 가상적 세척(virtual cleaning) 사이클을 가지는 습도계를 사용하는 것이 가능하며, 이는 그 서비스(service)를 제한하기 위해서이다. 이러한 거울 습도계는 표본수집된 공기의 이슬 온도에 대하여 정확히 지시한다.
제6도는 체임버(7)를 통과하는 공기 흐름을 평가할 수 있는 누출 시뮬레이터를 도시한다. 이러한 평가는 고온정지(hot shutdown)동안 행하여질 수 있고 원자로의 재시동에 선행하며, 픽오프와 누출 감지장치의 작동조건에 가능한 한 가까운 조건으로부터 이득을 얻는다.
이러한 시뮬레이터 장치는 헬륨 등의 추적 개스를 사용하며 질량 분석에 의하여 감지되는 것이 좋다. 이 개스는 무해한 불활성 기체이며 쉽게 이용할 수 있다. 질량분석기를 사용하여 감지하는 것은 매우 동적인 측정 범위를 허용한다.
이 개스를 사용할 때 만나는 본질적인 어려움은 시뮬레이션된 증기 누출의 대표성에 기인한다. 이러한 난점은 농도가 가능한 한 누출로부터 오는 수증기의 농도와 가까운 추적개스 혼합물을 사용함으로써 극복할 수 있다. 예를 들면, 공기(53%)-헬륨(47%) 또는 네온(82%)-헬름(18%)의 혼합물을 사용할 수 있다. 더욱이, 개스 혼합물은 상요된 유량이 앞에서 측정할 것이라고 기재한 최소누출의 농도, 예를 들면 1kg/h와 동일하다. 마지막으로 가능한 한 헤드/관통구조물(½) 경계 영역 또는 접합영역(10)에 가깝게 주입이 수행되며, 이는 누출이 나타나는 장소이다.
사용되는 기술은 다음과 같다.
실린더(43)에 포함되어 있는 추적개스 혼합물의 연속적인 흐름이 질량 유량 조정기(44)를 통하여 체임버(7)로 주입된다. 이 추적개스 혼합물은 침적 인젝터(immersed injector)(50)를 통하여 체임버(7)로 수송되며 상기 인젝터(50)는 헤드/관통구조물 경계 영역(10) 부근에 나타난다. 헬륨은 체임버(7)를 통과하는 휩쓰는 공기와 혼합된다. 제1도, 제2도 및 제3도와 관련하여 기재된 바와 같이 픽오프 순환로는 질량 분석기(45)로 개스가 수송될 수 있도록 한다. 이 질량분석기는 펌프(15,17)의 출력단에서 픽오프 순환로에 의하여 수송된 개스의 헬륨 내용물을 측정할 수 있도록 한다. 다방 밸브(47)은 체임버(7)로부터 채집된 공기 또는 체임버(7)의 외부(100)로부터 채집된 공기로부터의 측정을 가능하게 하며 이는 참고자료로 이용된다. 다지관(14)과 파이프라인(16)쌍에서 측정된 헬륨 농도 비를 계산함으로써 트레이서의 희석도를 계산할 수 있고 이로부테 체임버(7)에 있는 공기가 휩쓰는 국부 유량을 계산할 수 있다.
체임버(7)로 유입된 대부분의 헬륨은 6과 같은 흡입관을 통하여 봉 클러스터의 제어기구(3)의 환기에 의하여 얻어진다. 도시되지 않은 냉각 코일을 통과한 후에 그 속에 포함된 공기와 헬륨은 원자로의 구조물로 재순환한다. 따라서 헬륨은 부분적으로 원자로 구조물에 축적되며 이는 제어기제(3)의 폐순환로 환기 때문이다. 이러한 원자로 구조물에서의 헬륨의 축적은 질량 분석기(45)에 의하여 전달되는 신호를 교정하게 하는 부가적인 측정을 원래의 방법으로 행함으로써 고려된다. 이를 위해서는 완전히 알려진 수준의 헬륨을 포함하는 개스 리저브(gas reserve)(45)와 연결되어 있는 다중밸브(47)과 연결되어 있다. 이 개스 리저브(49)는 단순히 대기 공기일 수 있으며 대기는 백만분의 5.2의 헬륨을 자연적으로 포함하고 있다. 다지관(14), 파이프라인(16) 및 선(48)에서의 헬륨 함량에 대한 계속적인 측정을 함으로써 체임버(7)를 휩쓰는 공기의 국부 유량을 더욱 잘 평가할 수 있다.
서로 다른 휩쓰는 국부 유량은 체임버(7)로의 많은 주입점 등에서 계산될 수 있다. 그리고 국부적으로 측정된 휩쓰는 최대 유량은 측정 어셈블리(18)가 고유 성능을 고려하여 1kg/h의 1차적 수증기 누출을 감지할 수 있다는 것을 검사하는 데에 적용된다.
이러한 기술은 열 절연과 픽오프 순환로의 구성요소의 각 리어셈블리 후에 올바른 작동을 보장하기 위하여 적용될 수 있다. 이러한 이용은 한점에서의 트레이서 혼합물을 주입하는데에 한정되며, 그 점은 휩쓰는 최대 국부 유량이 앞의 테스트동안 측정되는 곳이다.
제7도는 헤드/관통구조물(½) 경계 영역 또는 접합영역(10)에서 가장 가까운 곳에서 체임버(7)로의 수증기의 누출의 시뮬레이터를 부분적으로 도시하고 있다.
가능한 누출이 나타나는 체임버로 수증기를 주입하는 것은 사용된 누출 감지 장치가 이 발명에 따른 습도 감지에 기하고 있는 경우에 특히 좋다. 알려진 유량의 수증기를 이렇게 주입함으로써 감지 장치가 적절히 작동하고 있다는 것, 충분한 감도를 가지고 있다는 것 및 픽오프 시스템이 바르게 작동하고 있다는 것을 동시에 검사할 수 있다.
제1 구성요소는 가열 요소(52)를 사용하여 끓는 점까지 가열된 물을 포함하고 있는 용기(51)로 구성된다. 이에 따라서 발생한 증기의 유량은 유량 조절기(53)에 의하여 조절되어 과열기(55)를 통과한 후에 선(54)를 통하여 체임버(7)로 수송되며 이는 물이 체임버(7)로 유입되기 전에 물이 농축되는 것을 방지하기 위해서이다.
제2 및 제3 구성요소는 체임버(7)로 물을 유입하는데 이용되며 내부에 존재하는 고온을 이용하여 이 물을 증기로 바꾼다.
제2 구성요소는 공기식 분무기 어셈블리(pneumatic atomizer assembly)로서 한편으로는 필터(57)와 압력 조절기(58)를 통과하는 급수기(56)으로 구성되며, 다른 한편으로는 다른 필터(60)와 압력조절기(61)를 통과하는 압축 공기 공급기(59)로 구성된다. 두물관(62)과 공기관(63)은 체임버를 관통하며 특성이 알려진 노즐(64)을 제공한다. 이 노즐은 알려진 유량으로 물을 분무할 수 있게 하며 이는 헤드/관통구조물(½) 경계 영역 또는 접합영역(10) 부근에서 행해진다. 체임버(7) 내부가 충분히 높은 온도일 때에는 물방울이 증기로 바뀐다.
제3 구성요소는 필터(66)와 유량 조절기(67)를 통과하는 물을 포함하는 탱크(65)로 구성된다. 이 물은 카트리지(69)에서 체임버(7)로 관(68)에 의하여 수송된다. 이 카트리지(69)는 주로 방열 흡습성 재료로 이루어지며 그 예로는 소결금속(sintered metal), 유리섬유 또는 고밀도 강선이 있다. 체임버(7)로 존재하는 충분한 고온은 마트리지 표면의 물을 증기로 변환시킨다.
전기한 장치를 이용하여 다음과 같은 방법으로 수행한다.
누출을 감지하는 과정은 아래에서 설명하는 바와 같다.
봉 클러스터 기구(3)의 환기가 작동중이면 체임버(7)의 공간을 통과하는 휩쓰는 공기의 흐름이 셋업(set up)된다.
공기는 흡입 다지관(14)에 설치된 펌프(15)를 계속적으로 이용하여 체임버(7)의 공간으로부터 픽오프된다.
다른 공기 표본(100)은 체임버(7) 공간의 바깥에 있으며 흡입 파이프라인(16)에 장착된 펌프(17)을 계속적으로 이용하여 픽오프된다.
두 경우 모두 픽오프는 낮은 유량(각각 약 3㎥/h)으로 수행된다.
약 100ℓ/h의 표본채집은 펌프(32)에 의하여 수행되어 공기가 습도감지기 또는 습도계(28,29)로 들어가 분석될 수 있도록 한다. 이 공기는 다지관(14)과 파이프라인(16)으로부터 교대로 나온다. 표본채집의 스위치오버는 솔레노이드밸브(26)에 의하여 주기적으로 이루어진다. 이 스위치오버의 주기는 약 20분 정도의 예를 들 수 있다.
제1 단계는 습도계(28,29)에 의하여 전달되는 신호가 안정되기를 기다리는 단계이다. 누출경보(40)은 이 시간동안 발생하지 않는다.
제2 단계에서는 습도계(28,29) 각각에 의하여 전달되는 신호가 주기적으로 기록된다. 측정 평균은 그 후 계산된다. 이러한 값들은 컴퓨터(39)에 의하여 표시된다.
이러한 계산 후, 단위(19)는 먼저 감지 시스템을 검사한다. 시스템 장해 경보(41)는 장비의 올바른 작동에 대한 문턱치가 초과하는 경우 또는 습도계에 의하여 전달된 신호에서의 과도하게 큰 디스패러티(disparity)가 있는 경우에 발생된다. 그러면 컴퓨터(39)는 픽오프 라인중 하나에서 얻어진 측정 평균과 다른 픽오프 라인에서 얻어진 측정평균과 비교한다.
계산된 측정 평균의 차가 특정 문턱치를 초과할 경우, 누출 경보(40)가 단위(19)에 의하여 발생된다.
체임버(7)의 공간에 있는 수증기의 자연 존재는 안정된 지시를 주고 고감도의 측정을 방해하지 않는다. 0.4℃ 정도인 두 파이프라인 사이의 이슬 온도 변화 및 부적당한 조건하의 1kg/h 정도의 체임버의 수증기 누출(체임버(7)의 공간의 높은 휩쓰는 유량 및 높은 순환 이슬온도)을 감지할 수 있다.
누출의 존재는 항상 체임버(7)에서 이루어진 픽오프에서 측정된 수증기의 양의 이 체임버 밖에서 측정된 수증기 함유량에 대한 통계적으로 안정된 증가에 의하여 특징지어진다.
감지된 누출을 평가하기 위한 과정은 아래와 같다.
체임버(7) 공간을 통과하고 슬리브(22)에 의하여 전체적으로 취해지는 휩쓰는 공기의 유량에 대한 지시는 습도계(28,29)에 의하여 전달된 측정과 결합하고 컴퓨터에 표시되어 원자력 설비의 조작자가 가능한 감지된 누출의 발달을 주기적으로 계산하고 모니터링할 수 있도록 한다.
픽오프가 제1도, 제2도 또는 제3도에서 설명한 바와 같이 수행되는 경우, 장비의 각 재시동 시에 누출 시뮬레이션 기술의 사용은 헬륨 또는 수증기를 포함하는 추적 개스 혼합물을 사용하여 체임버(7) 공간을 통과하는 최대 국부 휩쓰는 유량을 평가할 수 있게 한다. 습도계에 의하여 제공된 이러한 평가와 지시는 원자력 설비의 조작자가 감지된 누출의 유량의 최대값을 평가할 수 있도록 한다.
픽오프 및 누출 감지 장치의 바른 작동을 검사를 위하여 아래에 설명된 과정이 주기적으로 행해지는 것이 좋다.
어떻나 픽오프 장치가 사용되는 제안된 누출 시뮬레이션 중 하나는 원자로의 각 재시동 시에 적용된다. 헬륨 또는 수증기를 포함하는 트레이서 개스 혼합물을 감지하고자 하는 누출의 유량에 해당하는 유량으로 체임버(7) 공간으로 주입된다. 첫 번째 경우에는 그러한 감지가 질량 분석기(45)를 이용하여 행해지고 픽오프 시스템으로 올바른 작동이 검사된다. 두 번째 경우에는, 습도 감지기(28,29)를 이용하여 수행되고, 사용되는 픽오프 시스템과 측정 어셈블리(18)의 올바른 작동이 누출의 출현에 해당하는 경부(40)를 트리거함으로써 동시에 검사된다.
컴퓨터를 프로그래밍하는 기술은 잘 알려져 있으며 본 발명의 일부를 형성하지 않는다.
상기한 기재로부터 이 발명이 주는 이득은 명확하며 이 발명이 제공하는 잇점이 이해될 수 있다. 특히 원자력 설비의 작동 원리의 매우 빠른 수정을 허락함으로써 안정성을 가져다 주며, 이는 계획된 폴백(fall-back) 해결책으로 대체되기 위한 것이다.

Claims (15)

  1. 원자로 용기 헤드(1)의 관통구조물(2)에서의 누출감지 장치에 있어서, 가능한 누출(10)이 나타나는 체임버(7)공간을 흐르는 공기를 상기 공기가 원자로의 제어봉 클러스터의 제어기구(3)의 냉각순환로(4,5,6)에서 희석되기 전에 픽오프하는 순환로를 포함함을 특징으로 하는 원자로 용기 헤드(1)의 관통구조물(2)에서의 누출감지 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 픽오프 순환로는 상기 용기 헤드(1)의 온도 절연체(8,9)를 통과하는 흡입튜브(13)를 구비하고 있고, 온도 절연밴드(20)에 고정되어 있으며 공통 다지관(14)를 이용하여 함께 연결되어 있는 파이프(12)를 포함함을 특징으로 하는 원자로 용기 헤드(1)의 관통구조물(2)에서의 누출감지 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 픽오프 순환로는 상기 온도 절연 밴드(20)에 고정되어 있고 실제적으로 각 관통구조물(2)의 주위로 정사각형으로 배열된 다중 흡입 튜브(13)가 제공되어 상기 각 관통구조물(2)에 대한 개별적인 모니터링이 가능한 파이프(12)를 포함함을 특징으로 하는 원자로 용기 헤드(1)의 관통구조물(2)에서의 누출감지 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 픽오프 순환로는 상기 체임버(7) 공간을 상기 봉 클러스터 제어기구(3)의 냉각 순환로(4,5,6)에 연결하여 가능한 누출(10)이 나타나는 상기 공간(7)에 흐르는 모든 공기는 흡입할 수 있도록 하는 최소한 하나의 슬리브(22)를 포함함을 특징으로 하는 원자로 용기 헤드(1)의 관통구조물(2)에서의 누출감지 장치.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 픽오프 순환로는, 서로 연결되어 있고, 가능한 누출(10)이 나타나는 상기 체임버(7) 공간을 상기 봉 클러스터의 제어기구(3)의 상기 냉각 순환로(4,5,6)에 연결하는 하나 또는 그 이상의 다수의 슬리브(22)로 들어가는 흡입 다지관(14) 또는 다수의 픽오프 파이프(12)를 포함함을 특징으로 하는 원자로 용기 헤드(1)의 관통구조물(2)에서의 누출감지 장치.
  6. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 슬리브 또는 슬리브들(22)은 상기 헤드(1)/관통구조물(2) 경계영역을 포함하는 상기 체임버(7) 공간과 상기 봉 클러스터 제어기구(3)를 포함하는 인클로져(4) 공간 사이의 압력차를 차동 압력 센서(24)를 사용하여 맞출 수 있도록 한는 댐퍼(23)를 구비함을 특징으로 하는 원자로 용기 헤드(1)의 관통구조물(2)에서의 누출감지 장치.
  7. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 장치는 누출(10)에 의하여 해방된 수증기의 농도차를 측정하는 어셈블리(18)를 포함하며, 상기 농도차는 상기 헤드의 온도 절연체와 상기 용기 헤드(1)에 의하여 경계지어진 상기 체임버(7) 공간으로부터 픽오프된 공기와 상기 원자로 구조물(100)의 순환공기 사이에서 측정됨을 특징으로 하는 원자로 용기 헤드(1)의 관통구조물(2)에서의 누출감지 장치.
  8. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 측정 어셈블리(18)는 두 공기 표본, 하나는 상기 체임버(7)의 공간으로부터 오고, 다른 하나는 상기 원자로 구조물(100)로부터 온 두 공기 표본에서의 수증기의 농도차를, 평행으로 장착된 동일한 냉각거울 습도계(28,29)로 두 표본을 교대로 통과시킴으로서 측정함으로 특징으로 하는 원자로 용기 헤드(1)의 관통구조물(2)에서의 누출감지 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 측정 어셈블리(18)는 먼지와 수증기가 아닌 다른 증기를 제거하여 두 습도계의 오동작을 피하고 이들에 가해지는 정비작동을 감소시키는 필터를 포함함을 특징으로 하는 원자로 용기 헤드(1)의 관통구조물(2)에서의 누출감지 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 픽오프 다지관(14)과 상기 원자로 구조물(100)에 연결된 상기 참고 파이프라인(16) 사이에 존재하는 압력차가 있는 경우에 수증기 부분압 수정을 허용하는 절대압력 센서(30)을 포함함을 특징으로 하는 원자로 용기 헤드(1)의 관통구조물(2)에서의 누출감지 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 측정 어셈블리(18)는 상기 체임버(7)로부터 픽오프된 공기와 원자로 구조물(100)의 순환공기 사이에 측정된 수증기 농도차가 측정불확실도보다 크자마자 누출(10)을 나타내는 경보(40)를 발생할 수 있는 처리 제어 구성요소(19)와 연결되어 있음을 특징으로 하는 원자로 용기 헤드(1)의 관통구조물(2)에서의 누출감지 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 측정 어셈블리(18)는, 상기 측정치가 비정상적으로 높은 경우 경보를 발생할 수 있는 처리 제어 구성요소(19)에 연결되어 있으며, 상기 경보는 정비 또는 수리 작동이 감지기에 필요하다는 것을 나타냄을 특징으로 하는 원자로 용기 헤드(1)의 관통구조물(2)에서의 누출감지 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 측정 어셈블리(18)는 정온의 누출타이트 캐비넷(37)에서 작동되며, 상기 픽오프 순환로와 이를 연결하는 장착가능한 수단을 구비하고 있음을 특징으로 하는 원자로 용기 헤드(1)의 관통구조물(2)에서의 누출감지 장치.
  14. 가능한 누출(10)이 나타나는 체임버(7) 공간에서 휩쓰는 유량을 평가하는 방법에 있어서, 헬륨을 포함하는 추적개스의 혼합물(43)이 이 공간으로 주입되고, 이 개스의 농도가 상기 체임버(7)로부터 픽오프에 대한 다지관(14)과 원자로의 구조물(100)로부터 픽오프에 대한 파이프라인(16)에 각각 놓인 펌프(15,17)의 출구에서 질량분석기(45)에 의하여 감지되고 측정됨을 특징으로 하는 평가방법.
  15. 가능한 누출(10)이 나타나는 체임버(7)의 공간을 흐르는 공기를 상기 공기가 원자로의 제어봉 클러스터의 제어기구(3)의 냉각순환로(4,5,6)에서 희석되기 전에 픽오프하는 순환로를 포함하는 원자로 용기 헤드(1)의 관통구조물(2)에서의 누출감지 장치의 올바른 작동을 동시에 검사하는 방법에 있어서, 누출(10)이 일어날 위험이 있는 위치 부근(64)에 수증기(56,57,58,59,60,61,62,63)를 주입함으로써 누출의 존재가 시뮬레이션됨을 특징으로 하는 방법.
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