KR102527023B1 - 블로다운 및 배수 시스템이 구비된 2중 회로 원자로 증기 발생 장치 - Google Patents

블로다운 및 배수 시스템이 구비된 2중 회로 원자로 증기 발생 장치 Download PDF

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안드레이 빅토로비치 쉐스타코프
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조인트 스탁 컴퍼니 “아톰에네르고프로엑트”
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Abstract

퍼지(방출) 및 배수 시스템을 갖춘 2중 회로 원자로의 증기 발생 장치는 기존 방출 확장기가 없는 폐쇄 루프로 구현되며, 증기 발생기에서 작동 매체의 최대 압력을 위해 설계되었다. 퍼지수는 통합 라인에 결합되어 재생 열교환기에서 냉각된 후 방출 및 드레인 애프터 쿨러에서 냉각되고 기밀 보호 용기 뒤에서 배출된다. 기밀 보호 용기 외부에서 증기 발생기(SG; steam generator) 내 작동 매체의 최대 압력을 위해 설계된 퍼지수의 특수 정수 시스템에 정제를 위해 공급된다. 세척 후 퍼지수는 기밀 보호 용기로 돌아가고, 재생 열교환기를 통해 각 증기 발생기의 공급 파이프라인으로 되돌아간다. 본 발명의 기술적 결과는 증기 발생기 퍼지수(방출수) 유량의 증가로, 상당한 편차가 있어도 수화학적 체제의 정규화가 가속화되고 결과적으로 각 증기 발생기 및 증기 발생 플랜트의 서비스 수명이 증가하고, 기계실의 장비와의 통신이 없기 때문에 시스템의 자율성을 갖춘 2차 회로로 정화된 방출수를 회수하기 위한 에너지 손실이 감소한다.

Description

블로다운 및 배수 시스템이 구비된 2중 회로 원자로 증기 발생 장치
본 발명은 에너지 기술 분야에 관련되어, 러시아형 가압 수형 원자로 및 수평 증기 발생 설비와의 원자력 발전소에서의 이중 회로 원자로로 사용할 수 있다.
본 발명에 대한 설명서는 다음과 같은 용어가 사용된다.
- "고온" 헤더: 1차 냉각재 회로로부터의 냉각재가 포함되어 있는 증기 발생기의 헤더이다;
- "저온" 헤더: 1차 냉각재 회로를 통해 증기 발생기에서 나오고, 메인 순환 펌프의 흡수 라인까지 통과하는 헤더이다;
- 헤더 "주머니(포켓)": 1차 냉각재 회로의 헤더, 증기 발생기의 바닥 내면 사이에 나타나 퍼지 운전의 질을 저하하는 데드 존(dead zone)이다;
- "고온" 바닥: "고온" 헤더 측에 위치된 증기 발생기 바닥이다;
- "저온" 바닥: "저온" 헤더 측에 위치된 증기 발생기 바닥이다;
- "소금" 영역("salt" compartment): "저온" 바닥으로부터 보일러 물에 가장 높은 농도의 용해된 염을 갖는 증기 발생기의 내부 용적의 영역이다;
- 특수 수처리(active water treatment) 시스템(정수 시스템): 이온 발생 형태의 부식 생성물 및 불순물로부터 증기 발생기의 방출수를 정화하도록 설계된 필터 시스템이다. 　
VVER 타입(가압수형 원자로, PWR)의 이중 회로 원자로를 구비한 원자력 발전소(NPP)에서는 원자로 장치를 정상적으로 기능시키기 위해, 다수의 기술적 시스템이 필요하다. 그 중에의 한 가지는 일차 냉각재 회로와 이차 냉각재 회로를 가지는 증기 발생기이다. 그것은 한편으로는 원자로로부터 취득한 열로부터 증기를 발생시키며, 이는 증기 터빈의 작동 유체로서 사용되어 전기를 생산한다. 다른 한편으로 지속적으로 원자로 노심에서 열제거를 제공한다. 증기 발생 장치의 작동 시 일차 냉각재 회로는 증기 발생기를 통해 펌프로 보내지고 그래서 본 장치에 대한 설계 및 작동에 대한 요구 사항이 엄격하다. 특히, 증기 발생 장치는 보호 쉘(containment dome) 내부에 배치되며, 기밀성을 확보하기 위하여 보호 용기(밀봉격납용기:보호 기밀 용기)를 관통하는 다양한 생산 라인을 위해 필요한 덕트의 수를 최소화하는 것이 필요하다.
특히, 원자력 발전소의 신뢰성은 이차 냉각재 회로의 수(水) 화학 환경(WC:water chemistry)의 체제에 의존한다. 수 화학 환경을 해치면, 증기 발생 설비의 주요부인 증기 발생기의 초기 고장으로 연결될 우려가 있다. 즉 신뢰성과 수명을 크게 저하시키게 된다. 원자력 발전소의 신뢰성은 특히 이차 냉각재 회로의 수 화학 환경(WC:water chemistry)의 체제에 의존한다. 수 화학 환경을 해치면, 증기 발생 설비의 주요부인 증기 발생기의 초기 고장으로 연결될 우려가 있다. 즉 신뢰성과 수명을 크게 저하시키게 된다. 증기 발생기의 고유하고 안전한 동작을 확보하려면, 파이프의 열 전달면과 증기 발생기의 용기에서 부식성 보일러수 불순물이 집중되어서 이루어진 퇴적물을 적시에 제거할 필요가 있다. 동시에 증기 발생기의 개별 존에서 이들의 불순물이 고 농도가 되면 증기 발생기의 용접 조인트 및 열 전달 파이프의 부식 균열 발생으로 연결될 가능성이 있다. 증기 발생기로부터의 바람직하지 않은 불순물의 제거는 퍼지 방법(연속 및 주기적 송풍 등)으로 수행된다.
4 개의 동일한 증기 발생기를 포함하는 PWR 원자로-1000 반응기를 사용하는 증기 발생 장치가 있다. 증기 발생기는 증기 헤더와 급수 헤더에 연결된 수평 드럼의 형태로 작성된 하우징으로 구성되어 있다. 증기 발생기에는 일차 냉각재 회로와 퍼지 조인트의 입력( 「고온」 ) 및 출력( 「저온」 )의 수직 파이프 헤더가 포함되어 있다. 증기 발생기에서는 정규의 염 모드(normal salt mode)를 확보하기 위해, 지속적 및 정기적인 퍼지가 실행된다(비특허문헌 1: Nigmatullin I.N., Nigmatullin B.I. 원자력 장치: 대학교 교과서, M., Energoatomizdat, 1986, p.120-122).
하반면이 있는 수평 하우징, 「고온」 및 「저온」 일차 냉각재 회로 열전달 헤더, 그것과 증기 발생기 사이에 포켓으로 실행된 염(소금) 컴파트먼트, 증기 헤더, 퍼지와 드레인 시스템을 구비한 이중 회로 원자로의 증기 발생장치가 있다. 열 전달은 일차 냉각재 회로에서 「고온」 헤더에 들어간다. 열을 증기 발생기의 물에 부여하고 냉각한 후, 「저온」 헤더를 통해 주요 순환 펌프의 흡수 라인으로 나온다. 증기 발생기에 급수가 공급된다. 건조한 증기는 증기 헤더를 나온 후, 증기 도관을 통하여 터빈에 공급된다. 증기 발생기의 퍼지 시스템은 독립된 지속적 및 정기적인 퍼지를 실행하기 위해 각 증기 발생기의 2개의 개별 퍼지 수압 파이프라인으로 구성된다. 그러나 개별 증기 발생기의 퍼지 영향은 제외된다. 지속적인 퍼지의 선택은 염 컴파트먼트에서 실행된다. 정기적(주기적) 퍼지의 선택은 「고온」 및 「저온」 헤더 포켓(주머니) 및 하우징 하반면으로부터의 퍼지 라인에서 실행된다. 각 증기 발생기의 지속적 및 정기적으로 퍼지 헤더가 퍼지 확장기의 연결 파이프에 삽입될 때까지 개별적인 형태로 실행되고 기밀 용기의 외측에 분리된다. 각 증기 발생기는 드레인 배관(파이프라인)에 연결된 개별 배관에 연결된다. 그 후 모든 증기 발생기의 드레인 배관은 단일 드레인 헤더에 결합되어 기밀 용기에서 취출하여 드레인 냉각기로 보내진다(비특허문헌 2: B.I.Lukasevich, N.B. Trunov 및 기타. "원자력 발전소를 위한 PWR 원자로 증기 발생기", M.: IKC "Academkniga", 2004, p.83-86).
상기의 증기 발생 장치의 단점은 퍼지 익스팬더(방출 팽창기)의 필요가 있는 것이다. 그것은 공기 배출장치의 파라미터까지의 저하를 확보한다. 그러나 익스팬더, 즉 이차 냉각재 회로에 자분하는 퍼지수 용기 후퇴에 에너지 손실이 증가한다. 또 하나는 수화학 환경의 규격화 시간을 증가시키는 퍼지수의 불충분한 경비이다. 또 하나는 부가적인 기밀 저하에 의해 운전 성능을 저하하는 지속적 및 정기적인 퍼지 헤더 및 드레인 헤더의 기밀 용기의 외측에 개별적으로 분리된다. 그리고 기기실과의 기술적 관련의 필요성 및 시스템 작업이 기기실의 기기에 의존하는 것이다. 왜냐하면 익스팬더로부터의 증기 방전이 공기 배출 장치의 증기 헤더에 실행되고 처리된(treated) 퍼지수가 공기 배출장치 또는 기기실의 드레인 익스팬더로 되돌려지기 때문이다.
수화확 모드를 유지하고 물을 배수하도록 설계된 증기 발생기의 퍼지(방출) 및 드레인하는 시스템이 알려져 있다(http://www.stroitelstvo-new.ru/nasosy/paroturbinnaya-ustanovka.shtml).
이 시스템은 연속적 방출(퍼지) 및 주기적(정기적) 방출의 조합으로 작동하며, 슬러지 및 부유 물질이 증기 발생기에서 제거된다.
증기 발생기에서 방출된 물은 팽창기(퍼지 익스펜더)로 공급되고, 재생 퍼지 열교환기, 애프터 쿨러(후부 냉각기) 및 펌프 세정 시스템을 통해 터빈 저압 히터에 공급된다. 배수 모드에서 증기 발생기의 물은 드레인 배관을 통해 드레인 저수조로 방출된다. 그 다음에 드레인 저수조의 수위가 올라가면 세정을 위해 정화 시설로 이동된다.
본 기술 결정의 단점은 방출 팽창기(퍼지 익스펜더)를 통해서 탈기 장치 파라미터에 대한 압력을 감소시킬 필요성이다. 그의 결과로 방출 팽창기에서 증기의 배출이 탈기 장치의 증기 수집기(증기 헤더)로 수행되기 때문에, 방출 수량을 2차 냉각제 회로로 복귀시키기 위한 에너지 손실 증가, 기계실과의 기술 연결 및 시스템실 장비에 대한 시스템의 의존성 및 방출수의 흐름이 불충분할 뿐만 아니라 수화학의 규격화 시간을 증가시킨다.
청구된 발명에 의해 해결될 기술적 과제는 높은 작동 신뢰성 및 자원을 갖는 이중 회로 원자로의 증기 발생 장치를 제공하는 것이다.
처리된 방출수(blowdown water)를 2차 회로로 되돌리기 위한 에너지 손실의 동시 감소와 함께 방출수의 유량 증가로 인한 2차 회로 수화학(WC)의 정상화 시간 단축 및 증기 발생 장치의 자체 지속 작동을 보장하는 것이다.
기술적 문제 및 기술적 결과가 이하에 의해 결정된다.
퍼지(방출) 및 드레인 시스템을 구비한 이중 회로 원자로(dual circuit reactor)의 증기 발생 설비는 하우징 하반면을 구비한 수평 하우징, 일차 냉각재 회로 포켓 및 염 컴파트먼트가 있는 고온 및 저온 헤더를 구비한 보호 기밀 용기에 넣은 4개의 동일한 증기 발생기를 포함한다. 각 증기 발생기가 증기 헤더, 급수 공급 파이프라인, 하우징 하반면 및 일차 냉각재 회로 헤더의 포켓 및 염 컴파트먼트로부터의 퍼지(방출)의 파이프라인에 결합된다. 그리고 각 증기 발생기의 모든 퍼지의 파이프라인은 보호 기밀 용기에서 인출되어, 증기 발생기의 처리된 퍼지수의 배출 파이프라인을 구비한 특별 정수 시스템에 결합된 재냉각 퍼지수의 배출 파이프라인을 구비한 퍼지 및 드레인 냉각의 재냉각기에 결합된 배출 파이프라인의 재생 열전달기 입구에 결합된 증기 발생기의 공통(common) 퍼지 헤더에 결합되는 동일한 증기 발생기의 퍼지 헤더에 결합된다.
증기 발생기의 정화된 방출수(퍼지수)를 배출하는 배관에 3 개 펌프를 설치해야 한다. 그것은 주펌프, 예비펌프 및 수리 펌프이다.
도 1은 실시 형태에 따른 퍼지 및 드레인 시스템을 구비한 이중 회로 원자로의 증기 발생 설비를 간략하게 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시 형태를 도 1을 참조하여 설명한다.
방출 및 드레인 시스템이 있는 이중 회로 원자로 증기 발생장치는 보호 기밀 용기에 넣어진 4개의 동일한 증기 발생기(1)를 포함한다(나머지 3개의 발생기는 도면에 나타나 있지 있다). 각 증기 발생기가 증기 헤더(5), 제1, 제2, 제3, 제4 급 수 공급 파이프라인(6, 7, 8, 9)에 따라 하우징 하반면부 및 일차 냉각재 회로 (12)의 고온 헤더 포켓(2), 저온 헤더 포켓(3) 및 염 컴파트먼트(10)으로부터의 퍼지(방출, 배출)용 파이프라인에 결합된다. 각 증기 발생기의 모든 퍼지 파이프라인은 증기 발생기의 단일 퍼지 헤더(13, 14, 15, 16)에 결합되고, 증기 발생기(1)의 공통 퍼지 헤더(17)에 통합된다. 증기 발생기의 공통 퍼지 헤더(17)는 재생 퍼지 열전달기(18) 입구에 접속되고, 그 배출 파이프라인(19)은 드레인 냉각 및 퍼지의 재냉각기(20)에 연결된다. 퍼지 및 드레인 냉각의 재냉각기(20)의 퍼지수의 배출 파이프라인(21)은 보호 기밀 용기(22)의 외부로 인출되고 특별 정수 시스템(23)에 연결된다. 특별 정수 시스템(23)의 증기 발생기의 처리된 퍼지수의 배출 파이프라인(24)에 가동, 대기, 수리 등의 펌프(25)가 설치되어 있다. 그 펌프의 압력관(26;파이프라인)은 보호 기밀 용기(22)를 통과하여 나와 재생 열전달기(18) 내의 파이프와의 사이에 형성된 공간 입구에 접속된다.
발명의 구현
삭제
증기 발생 장치는 다음과 같이 작동된다. 1차 냉각재 회로로부터의 냉각재는 각 증기 발생기(1)의 "고온" 헤더(3)로 공급되고, 증기 발생기(1)의 물에 열을 배출하여 냉각한다. 그 다음에 "저온" 헤더(2)를 통해서 주 순환 펌프로 공급된다(도면에 표시되지 않음). 각 증기 발생기(1)는 급수 공급 파이프라인(6,7,8 및 9)을 통해 1 번, 2 번, 3번 및 4번 증기 발생기(1)로 급수를 공급시킨다. 건조된 증기는 각 증기 발생기(1)의 증기 헤더(5)에서 증기를 배출시킨다. 그 다음에 증기 파이프라인을 통해 터빈(도시 생략)으로 공급된다.
퍼지는 부식 생성물, 염 및 슬러지의 가장 가능성이 높은 곳에서 보일러수의 일부를 지속적 및 정기적으로 회수하는 데 있다. 각각의 증기 발생기(1)의 염 컴파트먼트(염용 색션)(4)으로부터의 퍼지 파이프라인(10), 하우징의 하반면부으로부터의 퍼지 파이프라인(11) 및 헤더 포켓(2 및 3)으로부터의 파이프라인(12)을 통해, 연속적 및 주기적 방출수의 흐름(퍼지)이 실행되고, 그 후에 연속적 및 주기적 방출수의 흐름이 증기 발생기(1)의 퍼지 헤더(13, 14, 15 및 16)를 통해 단일 수집기로 결합되어 증기 발생기(1)의 공통 퍼지 헤더(17)에서 정화한다. 연속적 방출의 주요 흐름은 하우징의 "저온" 바닥에 위치한 염 컴파트먼트(4)로부터 퍼지 파이프라인(10)을 통해 이루어진다. 증기 발생기의 주기적 방출은 염 컴파트먼트(4)로부터 그리고 하우징의 하반면부로부터의 퍼지 파이프라인(11) 및 헤더 포켓(2 및 3)으로부터의 파이프라인(12) 양측 모두를 통해 수행된다. 정상적인 작동에서, 증기 발생기의 주기적 방출은 언제든지 4 개의 증기 발생기 중 하나의 소비를 증가시킴으로써 주기적으로 수행된다. 공통 헤더(17)를 통해서 방출 흐름은 재생 퍼지 열전달기(18)의 파이프라인으로 공급된다. 거기에 방출 흐름은 냉각되어 배출 파이프라인(19)을 통해서 퍼지 및 드레인 냉각의 재냉각기(20)의 애프터 쿨러로 공급된다. 그 다음에 예비 냉각된 퍼지수의 파이프라인(21)을 통해 특별 정수 시스템(23)으로 이동한다. 특별 정수 시스템은 부식 생성물 및 용해된 불순물에 대한 2차 회로의 수화학 체제를 유지하면서 부식 생성물 및 이온 형태의 불순물로부터 정화시킨다. 증기 발생기의 정화된 퍼지수의 배출 파이프라인(24)에 설치된 정화된 방출수 펌프(25)는 압력관(26)을 따라 냉각되고 정화된 방출수(퍼지수)를 재생 퍼지 열전달기(18)의 배관 사이에 공급한다. 여기서는 증기 발생기(1)의 공통 헤더(17)를 통해 재생 퍼지 열전달기(18)의 배관으로 유입되는 방출수를 냉각시키는 중에 열교환에 의해 가열된다. 각 증기 발생기(1)의 정화된 방출수(퍼지수)는 공통 공급 파이프라인(27)과 정화된 방출수 공급 파이프라인(28,29,30 및 31)을 통해 보충수로서 해당 증기 발생기의 공급 파이프라인(6,7,8,9)으로 공급된다. 그리고 공급 파이프라인(6,7,8,9)을 따라 제1, 제 2, 제3, 제4 증기 발생기(1)에 급수가 공급된다.
드레인은 다음과 같이 진행된다. 정지된 증기 발생기(1)에서, 증기 발생기(1)의 작동 매체는 하우징의 하반면부로부터 퍼지 파이프라인(11)을 통해 그리고 헤더 포켓(2 및 3)으로부터 파이프라인(12)을 통해, 단일 퍼지(방출) 헤더(13) 및 증기 발생기를 방출하기 위한 공통 퍼지 헤더(17)를 통해 재생 퍼지 열전달기(18)로, 그리고 배출 파이프라인(19)을 통해 배출 순환된다. 재생 퍼지 열교환기(18)는 퍼지 및 드레인 냉각의 재냉각기(20)의 포스트 쿨러(post-cooler)로 공급되어 여기서 냉각되고, 추가 냉각된 방출수는 출구 파이프라인(21)을 통해 4개의 증기 발생기 드레인 배출 파이프라인(32)으로 유입된다. 그 다음에 증기 발생기의 배수 탱크(33)에 공급되고 거기에서 자동 펌프(34)로 증기 발생기(35)의 방출관으로 재활용 또는 후속 폐기를 위해 펌핑된다.
증기 발생기의 방출수 펌프(25)는 특별 정수 시스템(23)에서 정화 처리된 후 정화된 방출수(퍼지수)를 급수 공급 파이프라인(6, 7, 8, 9)의 시스템을 통해 증기 발생기(1)로 복귀시키도록 설계되며, 이때 예비 및 수리 펌프가 제공될 수 있다.
재생 퍼지 열전달기(18)는 특별 정수 시스템(23)에 공급된 방출수(퍼지수)의 초기 냉각 및 파워 유닛의 시동 중, 전력 작동 중 및 냉각 중 등의 다양한 작동 모드에서 특별 정수 시스템(23)에서의 정화 처리 후 정화된 방출수의 후속 가열을 위해 설계된다.
퍼지 및 드레인의 재냉각기(20)는 전원에서의 파워 유닛의 작동 중, 냉각 중 및 시동 중에 특별 정수 시스템(23)에 공급되는 증기 발생기의 퍼지수를 재냉각하기 위한 것이다. 정지된 전원 유닛에서는 퍼지 및 드레인의 재냉각기(20)는 증기 발생기로부터 배출된 매체를 냉각시키도록 설계된다.
이상과 같이 제안된 기술적 해결 수단에서는 증기 발생기의 퍼지 및 드레인 시스템은 폐회로로 구현되어 있다. 그것은 퍼지수의 전체 정화 사이클로 퍼지수의 고압력을 유지하고 증기 발생기의 급수에 부가적인 물로서 퍼지수를 사용하는 것을 가능하게 한다. 따라서 이차 냉각재 회로로의 퍼지수의 귀환에 걸리는 에너지 손실이 저하된다. 증기 발생기의 퍼지수 소비를 140 t/h까지 증가시킴으로써 이차 냉각재 회로의 수화학 환경의 규격화 시간이 낮아진다. 개선된 이차 냉각재 회로의 수화학 환경이 증기 발생기의 실용 수명을 증가시킨다. 따라서 모든 증기 발생 설비의 실용 수명도 증가한다. 다양한 기술적 라인의 봉쇄 안내 감소는 그 기밀성 레벨을 증가시킨다. 또한 기기실과의 기술적 관련이 없는 것은 증기 발생 설비를 자주적으로 작동시킨다.

Claims (3)

  1. 각각의 증기 발생기에 포켓(pocket) 및 염 컴파트먼트(salt compartment)가 구비된 1 차 회로의 온수헤더 및 냉수헤더가 장착되어 있으며,
    상기 각각의 증기 발생기가 증기 헤더, 급수 배관 및 블로다운 배관에 연결되어 있으며, 상기 각각의 증기 발생기가 염 컴파트먼트, 상기 증기 발생기의 하부 및 상기 1 차 회로 헤더 포켓들부터 부설된 블로다운 배관들에 연결되어 있으며,
    상기 각각의 증기 발생기의 상기 블로다운 배관들이 상기 증기 발생기의 단일 블로다운 헤더로 통합된 후 재생식 열교환기의 인입관에 연결된 공통 블로다운 헤더로 통합되어 있으며, 상기 재생식 열교환기의 배출관이 블로다운 애프터 쿨러(후부 냉각기)에 연결되어 있으며,
    상기 블로다운 애프터 쿨러의 배출관이 보호용 밀봉격납용기부터 외부로 부설된 정수 시스템에 연결된 것으로서,
    상기 보호용 밀봉격납용기 내부에 위치하고 동일한 수평적 배열 구조의 상기 증기 발생기 4 대 및 상기 재생식 열교환기 배관 사이 공간의 출구 파이프가 각각의 상기 증기 발생기별 정화된 블로다운 워터를 공급하기 위한 배관들 및 정화된 블로다운 워터를 공급하기 위한 공통 배관을 통해 증기 발생기들의 급수 배관에 연결되어 보호용 밀봉격납용기 내부로 도입되어 있으며, 상기 재생식 열교환기의 상기 배관 사이 공간에 연결된 수압관이 추가적으로 구비된 정화된 블로다운 워터 펌프 1 대 이상에 연결된 상기 증기 발생기의 정화된 블로다운 워터 배출관이 장착된 상기 정수 시스템을 포함하고 있는 블로다운 및 배수 시스템이 구비된 이중 회로 원자로 증기 발생 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 블로다운 애프터 쿨러의 배출관이 상기 보호용 밀봉격납용기 외부에서 배수탱크에 연결된 상기 증기 발생기 배수관을 포함하는 것을 특징으로 하는 블로다운 및 배수 시스템이 구비된 이중 회로 원자로 증기 발생 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 증기 발생기의 상기 정화된 블로다운 워터 배출관에 주펌프, 예비펌프 및 수리용 펌프로 구성되는 3대의 펌프가 장착된 특징으로 하는 블로다운 및 배수 시스템이 구비된 이중 회로 원자로 증기 발생 장치.
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