KR100991689B1 - Diagnosis for Quantitative Flow Hole Blockage Rate of Steam Generator Using Wide Range Level Measurements and Thermal Hydraulic Instability Analysis - Google Patents

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Abstract

증기 발생기의 열수력적 분석을 수행하여 임계 유로홈 막힘량을 산출하는 제 1 단계; 유로홈 막힘량에 따른 유량 순환율로부터 광역수위 변화량을 산출하여 유로홈 막힘량과 유량 순환률간의 관계를 산출하고 광역수위 변화량과 유로홈 막힘량 간의 상관관계를 도출하는 제 2 단계; 광역수위 계측자료를 분석하고 제 2 단계에서 구한 광역수위 변화량과 유로홈 막힘량 간의 상관관계를 이용하여 광역수위 계측치에 해당하는 실제 유로홈 막힘량을 산출하는 제 3 단계; 및 제 1 단계에서 산출한 임계 유로홈 막힘량과 제 3 단계에서 산출된 실제 유로홈 막힘량을 비교하는 제 4 단계;를 포함하는 증기 발생기 광역수위 계측치를 이용한 관 지지판 유로홈 막힘 진단방법이 제공된다.A first step of calculating a critical flow path groove blockage by performing a thermohydraulic analysis of the steam generator; A second step of calculating a relationship between the flow path groove blocking amount and the flow rate circulation rate by calculating a change in the regional water level from the flow rate circulation rate according to the flow path groove blocking amount and deriving a correlation between the change in the regional water level and the flow path groove blocking amount; A third step of analyzing the global water level measurement data and calculating an actual euro groove blockage amount corresponding to the global water level measurement value by using a correlation between the global water level change amount and the euro groove blockage amount obtained in the second step; And a fourth step of comparing the critical flow path groove blockage amount calculated in the first step with the actual flow path groove blockage amount calculated in the third step. do.

증기 발생기, 열수력적 분석, 유로홈 막힘량, 광역수위, 유량 순환율 Steam generator, thermohydraulic analysis, flow path blockage, wide water level, flow rate circulation rate

Description

증기 발생기 열수력적 불안정성 분석 및 광역수위 계측치를 이용한 관 지지판 유로홈 막힘량의 정량적 진단방법{Diagnosis for Quantitative Flow Hole Blockage Rate of Steam Generator Using Wide Range Level Measurements and Thermal Hydraulic Instability Analysis}Diagnosis for Quantitative Flow Hole Blockage Rate of Steam Generator Using Wide Range Level Measurements and Thermal Hydraulic Instability Analysis}

본 발명은 원자력발전소 증기 발생기의 전열관과 관 지지판 사이의 유로홈이 슬러지 퇴적에 의하여 막히는 정도를 정량적으로 진단할 수 있는 증기 발생기 열수력적 불안정성 분석 및 광역수위 계측치를 이용한 관 지지판 유로홈 막힘량의 정량적 진단방법에 관한 것이다.The present invention relates to the amount of clogging of the pipe support plate flow path groove using the steam generator thermo-hydraulic instability analysis and the global water level measurement, which can quantitatively diagnose the degree of the flow path between the heat pipe and the pipe support plate of the nuclear power plant steam generator due to the sludge deposition. Quantitative diagnostic methods.

도 1은 종래 원자력발전소 내의 증기 발생기의 구조를 도시한 도면이다.1 is a view showing the structure of a steam generator in a conventional nuclear power plant.

도 1에 도시된 바와 같이, 원자력발전소 내의 증기 발생기는 1차측에서 발생된 에너지를 2차측에 전달하는 대형 열교환기로써 직경 수cm, 두께 약 1mm 내외, 길이 수십 m의 금속 관(이하 '전열관'이라 한다) 수천 개가 설치되어 있으며, 이러한 전열관 다발(1)을 지지하는 관 지지판(2)이 여러 개 설치되어 있다. As shown in FIG. 1, a steam generator in a nuclear power plant is a large heat exchanger that transfers energy generated from a primary side to a secondary side, and has a diameter of several centimeters, about 1 mm in thickness, and several tens of meters in length (hereinafter, 'heat pipe'). Thousands are installed, and several pipe support plates 2 are provided to support the heat pipe bundles 1.

도 2는 도 1에서 관 지지판의 유로 홈을 도시한 도면이다.2 is a view showing a flow path groove of the tube support plate in FIG.

도 2에 도시된 바와 같이, 전열관 다발(1) 주변에는 클로버 잎 모양의 구멍을 뚫어 물이나 증기가 잘 흐를 수 있는 유로 홈(3)이 형성되어 있다. As illustrated in FIG. 2, a flow path groove 3 through which a clover leaf-shaped hole is formed may be formed around the heat pipe bundle 1 to flow water or steam well.

그러나 원자력발전소 내의 증기 발생기를 오랫동안 운전하면 금속성분의 산화물인 슬러지가 전열관 표면과 관 지지판 주위에 쌓이게 되며, 특히 슬러지가 전열관 다발(1)과 관 지지판(2) 사이의 유로홈(3)에 많이 쌓여서 고착되면 유체가 흐를 수 있는 구멍 크기, 즉 유로홈(3)의 단면적이 감소하게 된다. However, when the steam generator in a nuclear power plant is operated for a long time, sludge, which is a metal oxide, accumulates around the surface of the heat pipe and the pipe support plate. In particular, the sludge is formed in the flow path groove 3 between the heat pipe bundle 1 and the pipe support plate 2. When stacked and fixed, the hole size through which the fluid can flow, that is, the cross-sectional area of the flow path groove 3 is reduced.

따라서, 이러한 유로홈(3) 막힘이 일정 한계를 초과하면 단상영역(즉, 물)과 이상영역(즉, 물+증기)의 압력 차이가 커져서 이상유동에서 발생할 수 있는 밀도파 불안정성(density wave instability)으로 인해 증기 발생기 내의 수위가 불안정해질 수 있는 문제점이 생긴다. Therefore, if the blockage of the flow path groove 3 exceeds a certain limit, the pressure difference between the single phase region (i.e. water) and the abnormal region (i.e. water + steam) increases, resulting in density wave instability that may occur in the abnormal flow. ) Causes a problem that the level in the steam generator may become unstable.

증기 발생기 열수력 연구결과에 의하면 웨스팅하우스사가 공급하여 국내에 운전중인 모델 F형 증기 발생기는 유로홈의 막힘 정도가 70% 이상으로 진행되면 증기 발생기 열수력적 안정성의 판별지표인 감쇄인자(damping factor)가 양의 방향으로 접근해 열수력적 불안정성이 발생하는 것으로 분석되었으며 수위 불안정 현상이 심하면 안전을 위하여 발전소를 정지하거나 출력을 줄여서 운전해야 하므로 경제적인 손실을 초래한다(도 5 를 참조하면 막힘량이 약 70%가 되면 임계출력이 100%가 된다). According to the steam generator thermal hydraulic research, the model F-type steam generator supplied by Westinghouse Co., Ltd., operating in Korea, has a damping factor that is a indicator of steam generator thermal hydraulic stability when the degree of clogging of the euro groove is more than 70%. ) Is analyzed in the positive direction to generate thermal hydraulic instability. If the water level instability is severe, economical loss occurs because the power plant must be shut down or operated at reduced power (see FIG. 5). At about 70%, the critical output is 100%).

따라서, 슬러지 퇴적에 의한 유로홈의 막힘 정도를 진단할 수 있다면 열수력적 불안정성이 발생할 수 있는 슬러지가 쌓이기 이전에 슬러지를 미리 제거함으로써 수위불안정 현상을 예방할 수 있다.Therefore, if it is possible to diagnose the degree of blockage of the flow path groove due to sludge deposition, it is possible to prevent the water level instability by removing the sludge in advance before the sludge which may generate thermal hydraulic instability.

종래에는 관 지지판에 퇴적된 슬러지 또는 유로홈 막힘 정도를 진단할 수 있는 방법으로 육안검사 방법과 와전류탐상검사 방법이 사용되었다. Conventionally, a visual inspection method and an eddy current inspection method have been used as a method for diagnosing the degree of blockage of sludge or flow path grooves deposited on a tube support plate.

또한 최근 증기 발생기 광역수위 증가율을 이용하여 유로홈 막힘 정도를 추정하는 방법이 개발되었다.Recently, a method of estimating the degree of clogging of the euro grooves has been developed by using the steam generator wide water level increase rate.

육안검사(visual inspection) 방법은 증기 발생기 내부에 작은 카메라가 장착된 장비를 넣어 검사하는 방법으로 슬러지 퇴적 및 홈 막힘 상태를 직접 관찰할 수 있다는 장점이 있으나 복잡한 증기 발생기 내부에서 작동할 수 있는 특별한 장비가 필요하고, 검사에 드는 시간과 비용 부담이 크다는 단점이 있다. Visual inspection is a method of inspecting sludge deposition and groove blockage by inserting equipment with a small camera inside the steam generator, but using special equipment that can operate inside complex steam generators. The disadvantage is that it requires a large amount of time and money for inspection.

또한, 와전류탐상(eddy current test) 검사 방법은 전열관 다발(1)을 이루는 전열관 내부에 탐촉자를 삽입하여 관에 형성된 마모나 균열, 관의 형상 변화를 탐지하는 것이 원래의 목적이나, 최근에는 투과 깊이가 깊은 저주파 와전류 신호의 특성을 분석하여 관 지지판의 슬러지 퇴적 상태를 간접적으로 진단하는데도 사용되고 있다. 증기 발생기 전열관은 주기적으로 와전류탐상검사를 수행하기 때문에 슬러지를 진단하기 위하여 별도의 장비 또는 검사가 필요하지 않다. In addition, the eddy current test method was originally intended to detect abrasion, cracks, or changes in the shape of a tube formed by inserting a probe inside a heat pipe forming the bundle of heat pipes (1). It is also used to indirectly diagnose the sludge deposition of the tube support plate by analyzing the characteristics of the low frequency eddy current signal. Since steam generator tubes perform eddy current inspection periodically, no additional equipment or inspection is needed to diagnose sludge.

그러나 와전류 신호를 분석할 수 있는 기술과 인력이 필요하다는 제한이 있으며 와전류 신호분석 결과의 오차가 크고, 유로 홈이 막힌 정도를 정량화하기 어려울 뿐만 아니라 유로 홈이 많이 막힌 경우에는 와전류탐상 신호의 민감도가 떨어진다는 한계가 있다. However, there is a limitation that requires technology and manpower to analyze the eddy current signal, the error of the eddy current signal analysis result is large, it is difficult to quantify the degree of blockage of the flow path groove, and the sensitivity of the eddy current detection signal when the flow path groove is blocked There is a limit to falling.

최근에는, 관 지지판의 유로 홈이 많이 막히면 증기 발생기의 광역수위(wide range water level; WR) 값이 증가하는 현상이 관찰되었다. Recently, a phenomenon in which a wide range water level (WR) value of a steam generator increases when a large number of flow path grooves of a pipe support plate is blocked is observed.

발전소 운전 중에는 증기 발생기 협역수위(narrow range water level; NR)를 일정하게 유지하므로 계측기에 나타나는 광역수위 값도 변동하지 않아야 하지만 유로홈이 많이 막히면 협역수위가 일정함에도 불구하고 광역수위 측정값이 높아지는 현상이 발생되었다. The Narrow Range Water Level (NR) is kept constant during operation of the power plant, so the wide-range water level value on the meter should not change.However, if the Eurohome is blocked, the wide-range water level will rise even though the Narrow Water Level is constant. This occurred.

도 3은 관 지지판 유로홈 막힘에 의하여 광역수위가 운전년수가 진행됨에 따라 증가하는 경우의 추세를 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing a trend in the case where the regional water level increases as the number of operating years progresses due to clogging of the pipe support plate flow path grooves.

이런 현상을 이용하여 광역수위가 높으면 유로홈이 많이 막혀 있는 상태라는 것으로 추정할 수 있지만 어느 정도 막혀 있는지를 알 수가 없었다. Using this phenomenon, it can be estimated that the high water level is blocked, but the amount of the euro groove is blocked.

최근 들어 이러한 광역수위 증가율을 이용하여 유로홈 막힘 정도를 정성적으로 진단할 수 있는 방법이 개발되었다. Recently, a method for qualitatively diagnosing the degree of clogging of the euro grooves has been developed by using the increase rate of the regional water level.

그러나 이 방법은 유로홈 막힘 정도를 정량화가 어렵고, 광역수위가 선형적으로 증가하지 않을 때에는 선형화에 따른 오차로 인해 유로홈 막힘량에 대한 전반적인 추정 오차가 크다.However, this method is difficult to quantify the degree of flow path blockage, and when the global water level does not increase linearly, the overall estimation error of the flow path blockage amount is large due to the linearization error.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 발전소 운전중 증기 발생기 광역수위 계측치를 기준으로 하여 열수력적 분석을 통해 슬러지 퇴적에 의한 유로 홈 막힘 정도를 진단할 수 있는, 증기 발생기 광역수위 계측치를 이용한 관 지지판 유로홈 막힘 진단 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems, the steam generator wide-level water level measurement that can diagnose the degree of clogging of the flow path groove due to sludge deposition through the thermo-hydraulic analysis on the basis of the steam generator wide-level level measurement during power plant operation. The purpose of the present invention is to provide a method for diagnosing blockage of a groove of a pipe support plate.

본 발명의 일 태양에 따라, 증기 발생기의 열수력적 분석을 수행하여 임계 유로홈 막힘량을 산출하는 제 1 단계; 유로홈 막힘량에 따른 유량 순환율로부터 광역수위 변화량을 산출하여 상기 유로홈 막힘량과 상기 유량 순환률간의 관계를 산출하고 상기 광역수위 변화량과 상기 유로홈 막힘량 간의 상관관계를 도출하는 제 2 단계; 광역수위 계측자료를 분석하고 상기 제 2 단계에서 구한 상기 광역수위 변화량과 상기 유로홈 막힘량 간의 상관관계를 이용하여 광역수위 계측치에 해당하는 실제 유로홈 막힘량을 산출하는 제 3 단계; 및 상기 제 1 단계에서 산출한 상기 임계 유로홈 막힘량과 상기 제 3 단계에서 산출된 상기 실제 유로홈 막힘량을 비교하는 제 4 단계;를 포함하는 증기 발생기 광역수위 계측치를 이용한 관 지지판 유로홈 막힘 진단방법이 제공된다.In accordance with an aspect of the present invention, there is provided a first step of calculating a critical flow path groove blockage by performing a thermohydraulic analysis of a steam generator; A second step of calculating a relationship between the flow path groove blocking amount and the flow rate circulation rate by calculating an amount of change in the regional water level from the flow rate circulation rate according to the flow path groove blocking amount and deriving a correlation between the change of the wide-range water level and the flow path groove blocking amount ; A third step of analyzing a wide-range water level measurement data and calculating an actual flow path groove blockage amount corresponding to a wide-range water level measurement value by using a correlation between the wide-range water level change amount obtained in the second step and the flow path groove blockage amount; And a fourth step of comparing the critical flow path groove blockage amount calculated in the first step with the actual flow path groove blockage amount calculated in the third step. 4. Diagnostic methods are provided.

상기 제 1 단계는 (1-1) 열수력적 분석을 통하여 최소 -50hr-1의 감쇄인자 여유도를 가지고 상기 유로홈 막힘량에 따른 임계출력을 생산하는 단계, 및 (1-2) 상기 임계출력이 100%가 되는 상기 임계 유로홈 막힘량을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.The first step includes (1-1) producing a critical output according to the blockage of the flow path groove with attenuation factor margin of at least -50hr -1 through thermal hydraulic analysis, and (1-2) the threshold Calculating the critical flow path groove blockage amount at which the output is 100%.

상기 제 2 단계는 (2-1) 상기 실제 유로홈 막힘량에 따른 유량 순환율을 계산하는 단계, (2-2) 상기 유량 순환율에 따른 하향 유로의 밀도, 속도, 및 마찰손실에 의한 광역수위 변화량을 계산하는 단계, 및 (2-3) 증기 발생기 열수력 분석을 수행하여 상기 실제 유로홈 막힘량과 상기 광역수위 변화량 간의 상관관계를 도출하는 단계를 포함할 수 있다.The second step is (2-1) calculating the flow rate circulation rate according to the actual flow path clogging amount, (2-2) the wide area due to the density, speed, and frictional loss of the down flow path according to the flow rate circulation rate Calculating a level change amount, and (2-3) performing a steam generator thermal hydraulic analysis to derive a correlation between the actual flow path groove blockage amount and the global level change amount.

상기 제 4 단계는 (4-1) 상기 제 1 단계에서 도출된 상기 임계 유로홈 막힘량과 상기 제 3 단계에서 도출된 상기 실제 유로홈 막힘량을 비교하는 단계, 및 (4-2) 상기 실제 유로홈 막힘량이 상기 임계 유로홈 막힘량보다 작으면 유의수준 미만의 유로홈 막힘량으로 판단하고, 크면 유로홈 막힘으로 수위 불안정이 발생할 유의수준으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.The fourth step is (4-1) comparing the critical flow path groove blockage amount derived in the first step with the actual flow path groove blockage amount derived in the third step; and (4-2) the actual If the flow path blockage is less than the critical flow path blockage, the flow path blockage may be determined to be less than a significant level, and if the flow path blockage is large, the flow path blockage may be determined to be a significant level.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 원자력발전소 증기 발생기 광역수위 계측치 및 열수력적 분석을 이용하여 관 지지판에 슬러지가 퇴적되어 유로홈이 막히는 정도를 정량적으로 진단 및 감시함으로써 수위 불안정 현상을 미리 예방할 수 있다. As described above, according to the present invention, it is possible to prevent water level instability in advance by quantitatively diagnosing and monitoring the degree of blockage of the flow path grooves by using sludge deposited on the pipe support plate by using the nuclear power plant steam generator wide water level measurement value and thermal hydraulic analysis. .

또한, 운전 시간에 따른 유로홈 막힘 추세를 분석하여 슬러지를 제거하는 세 정 시기를 결정하는 데에도 사용할 수 있으며 광역수위 데이터는 발전소에서 생산되어 기록되므로 별도의 장비나 검사 등 경제적인 비용이 필요하지 않다는 장점이 있다.In addition, it can be used to determine the cleaning timing of sludge removal by analyzing the trend of clogging the Euro groove according to the operating time, and because the water level data is produced and recorded at the power plant, there is no need for economic cost such as additional equipment or inspection. There is no advantage.

이하 도면 전반에 걸쳐 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 참조로하는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to like elements. The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings and should be construed in accordance with the technical meanings and concepts of the present invention.

본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있다. The embodiments described in the specification and the configuration shown in the drawings are preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical idea of the present invention, various equivalents and modifications that can be substituted for them at the time of the present application are There may be.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 증기 발생기 광역수위 계측치 및 열수력적 분석을 통한 관 지지판 유로홈 막힘 진단 방법을 나타낸 흐름도이며, 도 5는 유로홈 막힘량에 따른 임계출력(threshold power)을 나타낸 그래프이다.FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of diagnosing a conduit of a pipe support plate flow path groove by using a steam generator wide water level measurement value and a thermohydraulic analysis according to an embodiment of the present invention, and FIG. This is a graph.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유로홈 막힘 진단 방법은, 크게 증기 발생기의 열수력적 분석을 수행하여 임계 유로홈 막힘량을 산출하는 제 1 단계(ST1~ST2); 유로홈 막힘량에 따른 유량 순환율로부터 광역수위 변화량을 산출하여 유로홈 막힘량과 유량 순환률간의 관계를 산출한 다음 광역수위 변화량과 유로홈 막힘량 간의 상관관계를 도출하는 제 2 단계(ST3~ST5); 발전소의 광역수위 계측자료를 분석하고 상기 제 2 단계에서 구한 광역수위 변화량과 유로홈 막힘량 간의 상관관계를 이용하여 광역수위 계측치에 해당하는 실제 유로홈 막힘량을 산출하는 제 3 단계(ST6~ST8); 및 상기 제 1 단계에서 산출한 임계 유로홈 막힘량과 상기 제 3 단계에서 산출된 실제 유로홈 막힘량을 비교하는 제 4 단계를 포함한다.As shown in FIG. 4, the method for diagnosing the flow path groove blockage according to the present invention includes a first step (ST1 to ST2) of largely performing thermal hydraulic analysis of a steam generator to calculate a critical flow path groove blockage amount; The second step of calculating the relationship between the flow path circulation rate and the flow rate circulation rate by calculating the change in the regional water level from the flow rate circulation rate according to the flow path clogging amount, and then deriving the correlation between the change in the regional water level and the flow path blockage amount (ST3 ~ ST5); The third step (ST6 ~ ST8) is to analyze the measurement data of the wide-range water level of the power plant and calculate the actual flow path blocking amount corresponding to the wide-range water level measurement value by using the correlation between the change of the wide-level water level and the flow path blocking amount obtained in the second step. ); And a fourth step of comparing the critical flow path groove blockage amount calculated in the first step with the actual flow path groove blockage amount calculated in the third step.

즉, 상기 제 1 단계에서 임계 유로홈 막힘량을 산출하고 상기 제 2 단계에서 유로홈 막힘량과 광역수위 변화량 간의 상관관계를 도출하며, 상기 제 3 단계에서 발전소의 광역수위 계측자료를 분석하고 광역수위의 측정치에 해당하는 유로홈 막힘량을 산출하고, 상기 제 4 단계에서 상기 제 1 단계에서 산출된 임계 유로홈 막힘량과 상기 제 3 단계에서 얻어진 실제 유로홈 막힘량을 비교하여 그 결과에 따라 증기 발생기의 유지보수 전략을 적절히 수립할 수 있다.That is, the critical flow path groove blockage amount is calculated in the first step, the correlation between the flow path groove blockage amount and the change in the wide-range water level is derived in the second step, and the wide-range water level measurement data of the power plant is analyzed in the third step and The flow path groove blockage amount corresponding to the measured water level is calculated, and the critical flow path groove blockage amount calculated in the first step in the fourth step is compared with the actual flow path groove blockage amount obtained in the third step. A proper maintenance strategy for the steam generator can be established.

여기서, 상기 제 1 단계에서 증기 발생기의 열수력 분석은 증기 발생기를 열수력적으로 모델할 수 있는 설계용 전산코드를 이용하여 수행될 수 있다.Here, the thermal hydraulic analysis of the steam generator in the first step may be performed using a computer code for design that can thermally model the steam generator.

또한 상기 제 3 단계에서 발전소의 광역수위 계측자료는 평가의 신뢰도를 확보하기 위하여 적어도 3주기 이상의 데이터를 이용할 수 있다.In the third step, the global level measurement data of the power plant may use data of at least three cycles or more in order to secure the reliability of the evaluation.

상기 제 1 단계에 대하여 보다 상세히 설명하면, 먼저 유로홈 막힘량에 따른 임계출력을 생산한다(ST1). 이때, 임계출력은 그 이상으로 운전하는 경우 증기 발생기의 열수력적 불안정성이 발생되는 그러한 출력으로서 정의된다.Referring to the first step in more detail, first, the threshold output according to the flow path blockage amount is produced (ST1). The critical output is then defined as such an output where thermal and hydraulic instability of the steam generator occurs when operating above that threshold.

유로홈 막힘량에 따른 임계출력을 생산하는데 필요한 기본 자료는 Surry 2호 기 등 열수력적 불안정성을 경험한 선행 발전소 자료를 이용할 수 있다. The basic data needed to produce critical output according to the amount of clogged euro groove can be obtained from previous power plants that experienced thermal and hydraulic instability, such as Surry Unit 2.

도 5에 도시된 바와 같은 임계출력 계산시에는 보수성을 확보하기 위해서 감쇄인자(damping factor)가 최소 -50 hr-1이상 되도록 고려하였으며 도 5에 최적인 상태(Best Estimate), 상부 제한상태(Upper Bound) 및 하부 제한상태(Lower Bound)를 함께 나타냈다. In calculating the critical output as shown in FIG. 5, the damping factor is considered to be at least -50 hr −1 or more in order to secure conservatism. Bound and Lower Bound are shown together.

다음으로, 임계출력이 100%이 되는 임계유로홈 막힘량을 산출한다(ST2). 도 5를 참조하면 국내 F형 증기 발생기에 적용할 수 있는 임계 유로홈 막힘량은 임계출력이 100%가 되는 유로홈 막힘량으로, 최적 곡선을 이용하는 경우 약 70%임을 알 수 있다.Next, the critical flow path blockage amount at which the critical output becomes 100% is calculated (ST2). Referring to Figure 5, the critical flow path groove blockage amount that can be applied to the domestic F-type steam generator is the flow path groove blockage amount that the critical output is 100%, it can be seen that about 70% when using the optimum curve.

상기 제 2 단계에 대하여 보다 상세히 설명하면, 먼저 유로 막힘량에 따른 유량 순환율을 계산한다(ST3). 증기 발생기 관 지지판에 슬러지가 퇴적되어 유로홈이 많이 막히면 물이 흐를 수 있는 유로 단면적이 감소하여 증기 발생기 내부에서 유체가 순환하는 비율이 떨어지게 된다.Referring to the second step in more detail, first, the flow rate circulation rate according to the passage blockage amount is calculated (ST3). When the sludge is deposited on the steam generator tube support plate and the flow path grooves are blocked, the flow path cross section area through which water can flow is reduced, thereby decreasing the rate of fluid circulation in the steam generator.

다음으로, 유량 순환율에 따른 하향 유로의 밀도, 속도, 및 마찰손실에 의한 광역수위 변화량을 계산한다(ST4). 유량 순환율이 작아지면 하향 유로(downcomer)(4)로 들어가는 유량이 감소하고, 하향 유로 유체 온도가 감소하여 결국은 밀도는 증가하게 되며 하향 유로 유량 속도가 작아지게 된다.Next, the amount of change in the global water level due to the density, speed, and frictional loss of the downward flow path according to the flow rate circulation rate is calculated (ST4). As the flow rate circulation rate decreases, the flow rate entering the downcomer 4 decreases, and the downflow fluid temperature decreases, resulting in an increase in density and a decrease in the downflow flow rate.

다음에, 증기 발생기 열수력 분석을 수행하여 유로홈 막힘량과 광역수위 변화량 간의 상관관계를 도출한다(ST5).Next, a steam generator thermal hydraulic analysis is performed to derive a correlation between the flow path groove blockage amount and the regional water level change amount (ST5).

이때 광역수위는 증기 발생기 상부에 위치하는 광역수위 상부 탭(5)과 하향 유로 하부에 위치하는 광역수위 하부 탭(6) 사이의 압력 차이를 측정하고 이를 수위로 환산하여 나타낸다. In this case, the global water level is measured by converting the pressure difference between the global water level upper tap 5 located above the steam generator and the global water level lower tap 6 located below the downward flow path and converting it into the water level.

여기서, 하향 유로 밀도가 커지면 이로 인한 압력차이가 증가하게 되어 결국 광역수위가 증가한 것처럼 나타나고, 하향 유로 속도가 작아지면 하부의 광역수위 하부탭(6) 위치에서 압력이 커지므로 이 또한 광역수위가 증가한 것처럼 나타나며, 하향 유로에서의 마찰손실이 작아지면 이 또한 광역수위가 증가한 것처럼 나타난다.Here, if the downward flow path density increases, the resulting pressure difference increases, resulting in an increase in the global water level, and as the downward flow path speed decreases, the pressure increases in the lower wide water level lower tap 6 position, which also increases the wide water level. As the friction loss in the downward flow path decreases, this also appears to increase the global water level.

유로홈 막힘량과 광역수위 변화량 간의 상관관계는 다음과 같이 도출될 수 있다.The correlation between the flow path blockage and the regional water level change can be derived as follows.

하기의 [수학식 1]은 증기 발생기 광역수위에 영향을 주는 하향 유로 과냉각 효과를 나타낸 식이며, [수학식 2]는 하향 유로 유체속도 효과를 나타낸 식이며, [수학식 3]은 하향 유로 유동에 의한 마찰 손실 효과를 나타낸 식이다.Equation 1 below shows the downward flow passage supercooling effect that affects the steam generator wide water level, Equation 2 shows the flow velocity effect of the downward flow path, and Equation 3 is caused by the downward flow path. This expression shows the friction loss effect.

Figure 112008068736642-pat00001
Figure 112008068736642-pat00001

여기서, εsub = 하향 유로 과냉각으로 인한 광역수위 측정오차,Where ε sub = wide-range water level measurement error due to downflow overcooling,

Figure 112008068736642-pat00002
= 하향 유로 물의 밀도,
Figure 112008068736642-pat00002
= Density of downward flow of water,

Figure 112008068736642-pat00003
= 운전조건에서 포화수의 밀도,
Figure 112008068736642-pat00003
= Density of saturated water under operating conditions,

Figure 112008068736642-pat00004
= 교정 조건에서 물의 밀도,
Figure 112008068736642-pat00004
= Density of water under calibration conditions,

Figure 112008068736642-pat00005
= 교정 압력에서 포화기체의 밀도,
Figure 112008068736642-pat00005
= Density of saturated gas at calibration pressure,

Figure 112008068736642-pat00006
= 광역수위 범위,
Figure 112008068736642-pat00006
= Wide water range,

Figure 112008068736642-pat00007
= 급수링의 높이를 나타낸다.
Figure 112008068736642-pat00007
= Height of feed ring.

Figure 112008068736642-pat00008
Figure 112008068736642-pat00008

여기서, εfu = 하향 유로 유체속도 변화로 인한 광역수위 측정오차,Where ε fu = wide-range water level measurement error due to the flow velocity of the downward flow path,

Figure 112008068736642-pat00009
= 하향 유로 물의 속도,
Figure 112008068736642-pat00009
= Velocity of the downward flow of water,

Figure 112008068736642-pat00010
= 중력 가속도를 나타낸다.
Figure 112008068736642-pat00010
= Indicates gravitational acceleration.

Figure 112008068736642-pat00011
Figure 112008068736642-pat00011

여기서, εdf = 하향 유로 유동 마찰손실로 인한 광역수위 측정오차,Where ε df = wide-range water level measurement error due to downward flow friction loss,

△pdf = 하향 유로 유동 마찰손실을 나타낸다.Δp df = Downflow flow friction loss.

상기의 [수학식 1], [수학식 2], 및 [수학식 3]을 통해 얻어진 증기 발생기 광역수위에 영향을 끼치는 하향 유로 효과 세 가지를 합하여 광역수위변화량과 유량 순환율 간의 상관관계를 도 6에 도시하였다. The correlation between the regional water level change amount and the flow rate circulation rate is illustrated by adding the three downward flow path effects affecting the steam generator wide water level obtained through Equation 1, Equation 2, and Equation 3. 6 is shown.

보다 상세하게는, 상기의 [수학식 1]은 증기 발생기의 하향 유로 내 유체의 온도가 광역수위의 교정시와는 달라져서 그로 인해 유체의 밀도가 변하여서 생기는 광역수위의 측정오차이고, 상기의 [수학식 2]는 하향 유로 내 유체의 속도가 광역수위의 교정시와 달라져서 그로인해 광역수위 측정을 위한 낮은 위치의 탭 부근 정압이 달라져서 생기는 광역수위 측정오차이며, 상기의 [수학식3]은 하향 유로 내 유체의 유동에 의한 마찰에 의한 손실이 광역수위의 교정시와는 달라져서 그로인한 광역수위 측정오차이다. More specifically, [Equation 1] is a measurement error of the wide-range water level caused by the temperature of the fluid in the downward flow path of the steam generator is different from the calibration of the wide-range water level, and thus the density of the fluid changes. Equation (2) is an error in measuring the water level caused by the change of the static pressure near the tap in the lower position for measuring the water level because the velocity of the fluid in the downward flow path is different from that of the correction of the water level. The loss due to friction due to the flow of the fluid in the flow path is different from that of the calibration of the global water level, which is the wide-range water level measurement error.

이러한 하향 유로 유체 밀도, 속도, 및 마찰손실의 차이는 관 지지판의 유로막힘량에 따라 변하게 되는데 이는 관 지지판 유로홈 막힘량이 커지면 하향 유로로 순환하는 유량이 작아지면서 하향 유로 유량이 작아지기 때문이다. The difference in the flow path fluid density, velocity, and frictional loss of the downward flow path is changed depending on the amount of clogging of the flow path of the pipe support plate because the flow rate circulating into the downward flow path decreases as the flow rate of the pipe support plate flow path groove decreases.

도 6은 이와 같은 하향 유로에 영향을 미치는 세 가지 효과를 합해서 구한 광역수위 변화량을 백분율로 도시하고 있다. FIG. 6 shows the change in the regional water level as a percentage obtained by adding the three effects affecting the downward flow path.

도 6을 참조하면, 광역수위 변화량은 유량 순환율에 선형적으로 변함을 알 수 있고 이를 근거로 최소자승법을 이용하여 아래의 [수학식4]를 얻을 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that the regional water level change is linearly changed in the flow rate of circulation, and based on this, Equation 4 below can be obtained using the least square method.

y = 6.802*x + 7.833       y = 6.802 * x + 7.833

여기서 x는 순환율, y는 광역수위 변화량을 나타낸다.Where x is the circulation rate and y is the global water level change.

도 7은 유로홈 막힘량에 따른 유량 순환율의 관계를 도시하고 있고, 이러한 관계는 증기 발생기 열수력 분석용 전산코드를 이용하여 도출될 수 있다. FIG. 7 illustrates a relationship between flow rate circulation rates according to flow path blockages, and the relationship may be derived using a computer code for steam generator thermal hydraulic analysis.

도 7을 참조하면, 대부분의 슬러지 막힘이, 관 지지판(2) 중 최상부에 위치 한 7번째 관 지지판(이하 'TSP'라 함)에서 발생하는 경우와 7번째 및 6번째에서 막힘이 발생하는 경우를 가정하였고, 이때 7번째 관 지지판(2)에서의 막힘만을 가정했을 때가 더 보수적일 수 있다. Referring to FIG. 7, most of the sludge clogging occurs in the seventh tube support plate (hereinafter referred to as 'TSP') located at the top of the tube support plate 2 and in the case of the seventh and sixth blockages. In this case, it may be more conservative when only the blockage at the seventh tube support plate 2 is assumed.

상기 [수학식4]의 관계를 이용하여 도 7의 유량 순환율을 광역수위 변화량으로 대치하여 다시 그린 그래프가 도 8에 도시되어 있다.A graph drawn again by replacing the flow rate circulation rate of FIG. 7 with the change in the global water level using the relationship of Equation 4 is shown in FIG. 8.

이하, 상기 제 3 단계를 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the third step will be described in more detail.

먼저, 광역수위 변화가 실제 계통신호의 변화가 아닌 계측기 드리프트 변화인지를 평가하는, 즉 측정된 광역수위 변화량에서 계측기 드리프트 영향을 보정한다(ST6). First, it is evaluated whether the wide-range water level change is a change in the measuring instrument drift, not a change in the actual system signal, that is, correcting the effect of the measuring instrument drift on the measured wide-range water level variation (ST6).

다음, 광역수위 변화량은 유로홈 막힘 정도에 따라 커지므로 계측기 드리프트가 보정된 광역수위를 계측한다(ST7).Next, since the global water level change is increased according to the degree of blockage of the flow path groove, the global water level is measured in which the instrument drift is corrected (ST7).

다음으로, 상기 보정된 광역수위의 계측치 및 도 8의 그래프로부터, 계측된 광역수위량에 해당하는 유로홈 막힘량을 얻는다(ST8). Next, the flow path groove blockage amount corresponding to the measured wide-range water level is obtained from the measured value of the corrected wide-range water level and the graph of FIG. 8 (ST8).

예컨대, 만일 어느 증기 발생기가 약 초기 운전시의 수위인 약 60%에서 6%의 광역수위 증가하는 경우, 도 8에 따르면 66%의 광역수위에 해당하는 TSP 유로막힘 약 53~63%에 해당하고, 따라서 이 경우 상기 증기 발생기는 70%이내의 유로막힘에 있음을 알 수 있다.For example, if a steam generator increases the water level of about 60% from the initial level of about 60% to 6%, according to Figure 8 corresponds to about 53-63% TSP flow blockage corresponding to 66% Therefore, in this case, it can be seen that the steam generator is in the passage blockage within 70%.

이하, 상기 제 4 단계를 보다 상세하게 설명하면, 먼저 상기 제 1 단계에서 도출된 임계 유로홈 막힘량과 상기 제 3 단계에서 도출된 실제 유로홈 막힘량을 비교하고(ST9) 실제 유로홈 막힘량이 임계 유로홈 막힘량보다 작으면 유의수준 미만 의 유로홈 막힘량으로 판단하여(ST10), 별다른 조치없이 증기 발생기의 운전을 계속 수행한다.Hereinafter, the fourth step will be described in more detail. First, the critical flow path groove blockage amount derived in the first step is compared with the actual flow path groove blockage amount derived in the third step (ST9). If it is smaller than the critical flow path groove blockage, it is determined that the flow path blockage level is less than the significance level (ST10), and the operation of the steam generator is continued without any action.

그러나 실제 유로홈 막힘량이 도출된 임계 유로홈 막힘량보다 크다면 슬러지에 의한 유로홈 막힘으로 수위 불안정이 발생할 유의수준으로 판정한다(ST11).However, if the actual flow path groove blockage is greater than the derived critical flow path groove blockage, it is determined that the level fluctuation occurs due to blockage of the flow path grooves by the sludge (ST11).

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 원자력발전소 증기 발생기 광역수위 계측치를 이용하여 관 지지판 유로홈 막힘 정도를 진단할 수 있다.As described above, according to the present invention, the degree of blockage of the pipe support plate flow path groove can be diagnosed by using the nuclear power plant steam generator wide water level measurement value.

이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이고 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.The technical spirit of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, but this is only illustrative of the preferred embodiments of the present invention and is not intended to limit the present invention. In addition, it is a matter of course that various modifications and variations are possible without departing from the scope of the technical idea of the present invention by anyone having ordinary skill in the art.

도 1은 종래 원자력발전소 내의 증기 발생기의 구조를 도시한 도면;1 is a view showing the structure of a steam generator in a conventional nuclear power plant;

도 2는 도 1에서 관 지지판의 유로 홈을 도시한 도면;FIG. 2 is a view showing a flow path groove of a pipe support plate in FIG. 1; FIG.

도 3은 관 지지판 유로홈 막힘에 의하여 광역수위가 운전년수가 진행됨에 따라 증가하는 경우의 추세를 도시한 그래프;3 is a graph showing a trend in the case where the global water level increases as the number of operating years progresses due to clogging of the pipe support plate flow path grooves;

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 증기 발생기 광역수위 계측치 및 열수력적 분석을 통한 관 지지판 유로홈 막힘 진단 방법을 나타낸 흐름도;4 is a flow chart illustrating a method for diagnosing a blockage of a pipe support plate flow path groove through a steam generator wide water level measurement value and a thermohydraulic analysis according to an embodiment of the present invention;

도 5는 유로홈 막힘량에 따른 임계출력(threshold power)을 도시한 그래프;5 is a graph showing a threshold power according to the flow path blockage amount;

도 6은 광역수위변화량과 유량 순환율 간의 상관관계를 도시한 도면; 6 is a diagram showing a correlation between a global water level change amount and a flow rate circulation rate;

도 7은 유로홈 막힘량에 따른 유량 순환율의 관계를 도시한 도면; 및 7 is a view showing a relationship between the flow rate circulation rate and the flow path groove blockage amount; And

도 8은 도 7의 유량 순환율을 광역수위 변화량으로 대치하여 다시 그린 그래프.8 is a graph drawn again by replacing the flow rate circulation rate of FIG.

Claims (4)

증기 발생기의 열수력적 분석을 수행하여 임계 유로홈 막힘량을 산출하는 제 1 단계; A first step of calculating a critical flow path groove blockage by performing a thermohydraulic analysis of the steam generator; 유로홈 막힘량에 따른 유량 순환율을 계산하고, 상기 유량 순환율에 따른 하향 유로의 밀도, 속도, 및 마찰손실에 의한 광역수위 변화량을 계산하여 상기 유량 순환율과 상기 광역수위 변화량의 선형관계를 생성 한 후, 상기 선형관계를 이용하여 유로홈 막힘량에 따른 유량 순환율을 상기 광역수위 변화량으로 대치하여 상기 유로홈 막힘량과 상기 광역수위 변화량 간의 상관관계를 도출하는 제 2 단계;The flow rate circulation rate is calculated according to the blockage of the flow path groove, and the change in the regional water level due to the density, velocity, and frictional loss of the downward flow path according to the flow rate circulation rate is calculated. A second step of deriving a correlation between the flow path groove blockage amount and the water level change amount by replacing the flow rate circulation rate according to the flow path groove blockage amount by the linear relationship using the linear relationship; 광역수위 계측자료를 분석하고 상기 제 2 단계에서 구한 상기 광역수위 변화량과 상기 유로홈 막힘량 간의 상관관계를 이용하여 광역수위 계측치에 해당하는 실제 유로홈 막힘량을 산출하는 제 3 단계; 및 A third step of analyzing a wide-range water level measurement data and calculating an actual flow path groove blockage amount corresponding to a wide-range water level measurement value by using a correlation between the wide-range water level change amount obtained in the second step and the flow path groove blockage amount; And 상기 제 1 단계에서 산출한 상기 임계 유로홈 막힘량과 상기 제 3 단계에서 산출된 상기 실제 유로홈 막힘량을 비교하는 제 4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 증기 발생기 광역수위 계측치를 이용한 관 지지판 유로홈 막힘 진단방법.And a fourth step of comparing the critical flow path groove blockage amount calculated in the first step with the actual flow path groove blockage amount calculated in the third step. 4. Diagnosis of the Euro groove blockage. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 단계는,The first step is, (1-1) 열수력적 분석을 통하여 감쇄인자 여유도를 가지고 상기 유로홈 막힘량에 따른 임계출력을 생산하는 단계, 및(1-1) producing a critical output according to the blockage of the flow path groove with attenuation factor margin through a thermohydraulic analysis, and (1-2) 상기 임계출력이 100%가 되는 상기 임계 유로홈 막힘량을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 증기 발생기 광역수위 계측치를 이용한 관 지지판 유로홈 막힘 진단방법.(1-2) A method for diagnosing the conduit of the pipe support plate flow path groove using the steam generator wide area level measurement value, comprising: calculating the critical flow path groove blockage amount at which the critical output becomes 100%. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 단계에서,The method of claim 2, wherein in the second step, 상기 유량 순환율에 따른 하향 유로의 밀도에 의한 광역수위 변화량은 수학식 1로 표시되며, The change in the global water level due to the density of the downward flow path according to the flow rate circulation rate is represented by Equation 1, 상기 수학식 1은
Figure 112010041882132-pat00020
이고, 여기서 εsub는 하향 유로 과냉각으로 인한 광역수위 측정오차,
Figure 112010041882132-pat00021
= 하향 유로 물의 밀도,
Figure 112010041882132-pat00022
= 운전조건에서 포화수의 밀도,
Figure 112010041882132-pat00023
= 교정 조건에서 물의 밀도,
Figure 112010041882132-pat00024
= 교정 압력에서 포화기체의 밀도,
Figure 112010041882132-pat00025
= 광역수위 범위,
Figure 112010041882132-pat00026
= 급수링의 높이를 나타내며,Equation 1 is
Figure 112010041882132-pat00020
Where ε sub is the global water level measurement error due to downflow overcooling,
Figure 112010041882132-pat00021
= Density of downward flow of water,
Figure 112010041882132-pat00022
= Density of saturated water under operating conditions,
Figure 112010041882132-pat00023
= Density of water under calibration conditions,
Figure 112010041882132-pat00024
= Density of saturated gas at calibration pressure,
Figure 112010041882132-pat00025
= Wide water range,
Figure 112010041882132-pat00026
= Height of feed ring, 상기 유량 순환율에 따른 하향 유로의 속도에 의한 광역수위 변화량은 수학식 2로 표시되며,The change in the global water level due to the velocity of the downward flow path according to the flow rate circulation rate is represented by Equation 2, 상기 수학식 2는
Figure 112010041882132-pat00027
이고, 여기서, εfu는 하향 유로 유체속도 변화로 인한 광역수위 측정오차,
Figure 112010041882132-pat00028
= 하향 유로 물의 속도,
Figure 112010041882132-pat00029
= 중력 가속도를 나타내며,Equation 2 is
Figure 112010041882132-pat00027
Where ε fu is the global water level measurement error due to the flow velocity of the downward flow path,
Figure 112010041882132-pat00028
= Velocity of the downward flow of water,
Figure 112010041882132-pat00029
= Gravitational acceleration, 상기 유량 순환율에 따른 하향 유로의 마찰손실에 의한 광역수위 변화량은 수학식 3으로 표시되며,The change in the global water level due to the frictional loss of the downward flow path according to the flow rate circulation rate is represented by Equation 3, 상기 수학식 3은
Figure 112010041882132-pat00030
이고, 여기서, εdf는 하향 유로 유동 마찰손실로 인한 광역수위 측정오차, △pdf = 하향 유로 유동 마찰손실을 나타내는 것을 특징으로 하는 증기 발생기 광역수위 계측치를 이용한 관 지지판 유로홈 막힘 진단방법.Equation 3 is
Figure 112010041882132-pat00030
Where ε df represents a wide-range water level measurement error due to a downward flow path friction loss, Δp df = a downward flow path friction loss. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 제 4 단계는,The fourth step, (4-1) 상기 제 1 단계에서 도출된 상기 임계 유로홈 막힘량과 상기 제 3 단계에서 도출된 상기 실제 유로홈 막힘량을 비교하는 단계, 및(4-1) comparing the critical flow path groove blockage amount derived in the first step with the actual flow path groove blockage amount derived in the third step; and (4-2) 상기 실제 유로홈 막힘량이 상기 임계 유로홈 막힘량보다 작으면 유의수준 미만의 유로홈 막힘량으로 판단하고, 크면 유로홈 막힘으로 수위 불안정이 발생할 유의수준으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 증기 발생기 광역수위 계측치를 이용한 관 지지판 유로홈 막힘 진단방법.(4-2) determining that the actual flow path blockage is less than the critical flow path blockage if the actual flow path blockage is less than the significant flow path blockage; A method for diagnosing blockage of a flow path groove of a pipe support plate using a steam generator wide water level measurement.
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