KR910002338B1 - 가압수형 원자로의 누출 탐지 방법 - Google Patents

가압수형 원자로의 누출 탐지 방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

가압수형 원자로의 누출 탐지 방법
제1도는 가압수형 원자로의 1차 회로.
제2도는 원자로 1차 회로와 관련된 용적 및 화학 제어용 회로.
제3도는 누출량 측정을 할 수 있는 시간 주기를 도시한 다이어그램.
제4도는 가압수형 원자로가 작동되는 동안에, 실질적인 누출량과 본 발명의 방법에 의해 측정된 누출량을 비교한 다이어그램.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 용기 2 : 노심
6 : 증기 발생기 10 : 가압기
11 : 전자 가열 소자 12 : 보조 스프레이
14 : 하우징 16 : 열교환 냉각기
17 : 보급 저장 탱크 19 : 공급 펌프
본 발명은 가압수형 원자로 1차 회로에서 누출을 탐지하기 위한 방법에 관한 것이다.
대기압보다 낮은 물로 냉각되는 원자로의 1차 회로는, 원자로 노심을 냉각시키기 위해 대기압보다 낮은 물을 수용하는 상기 원자로의 부분에 상당한다.
상기 1차 회로는 따라서 노심을 둘러싸는 원자로 용기와, 증기 발생기의 1차 부분과, 가압기 및 가압수를 순환시키기 위한 파이프의 내부 용적부를 가지며, 각 증기 발생기를 용기에 각각 연결시키며 회로 각 부분은 증기 발생기 및 용기를 연결시키며 1차 회로의 루우프를 형성하는 파이프 시스템을 구비한다. 또, 1차 회로는 역시 가압수의 용적 및 화학성분을 탐지하기 위한 회로를 포함하는 보조 회로에 연결된다. 1차 회로에 지로로 배치되는 상기 보조 회로는 필요시에는 수량을 측정하면서 보급하여, 1차 회로의 수량을 유지시키며, 냉각수의 화학적 특성, 특히 원자로 작동시에 포함되는 붕소산 함유량을 탐지할 수 있다. 원자로 수의 화학적 특성이 제어되는 동안에, 1차 회로로 배수 또는 주수하는 것이 필요하며, 배수 또는 주수되는 양은 매우 정확한 방법으로 알수 있게 제어되어야 한다.
주수 또는 배수되는 기간외에서는, 용적 및 화학 제어용 회로와는 다른 보조 회로를 1차 회로에 연결시키는 밸브는 닫혀진다. 따라서, 1차 회로를 이론적으로 차단시키고 완전히 밀폐시켜서, 그 결과, 상기 1차 회로에서의 수량은 이론적으로 일정하게 된다. 그러나, 실제로, 원자로 작동중에는, 냉각수 량을 감소되며, 그 결과, 탐지되거나 측정될 수 있는 또는 탐지되지 않는 누출이 필연적으로 나타난다. 탐지되지 않는 누출은 자체적으로 국부화되거나 또는 국부화되지 않을 수도 있다. 국부화되지 않는 경우에는, 상기 누출량의 측정은 특히 힘들다.
매우 심각하고 원자로의 안전 작동에 문제를 야기시키는 순간적인 누출이 되기전에 예방 조치를 하기위해, 1차 회로의 누출률을 아는 것은 매우 중요하다.
폐회로내의 누출을 검출하기 위해 여러가지의 방법이 제의되어 왔다. 예로서, 음향 검출기를 사용하여 회로내의 특정 장소에서 제한된 값보다 더 많은 누출이 존재하는 것을 검출한다. 그러나, 상기 방법은, 회로에 발생되는 전 누출량을 측정할 수 없으며 나타나는 표시는 실제로 정량적이 아니다.
프랑스 공화국 특허출원 제2,214,992호에는, 회로내에 배열되는 팽창 용기내의 수위 제어기 및 폐회로에서의 액체 온도 측정기를 사용하는 방법이 제의되어 왔다. 만약, 팽창 용기내의 준위 변화가 액체의 평균온도 변화와 일치하지 않으면 이것으로부터 준위 변화는 누출에 의한 것으로 추정된다. 따라서, 준위가 액체 평균 온도의 함수인 이미 정해진 준위로될때까지 팽창 용기내에서 액체의 보급이 이행된다. 누출물이 존재하는 것을 검출하는 상기 방법은 그러나 정확한 방법으로 누출물을 정량적으로 측정할 수는 없다.
미합중국 특허출원 제3,712,750호에는 원자로 1차 회로의 냉각 회로에서의 누출을 검출하기 위한 방법이 기술되어 있다. 누출물은 원자로 용기 아래의 배수조내에 모여지며, 모여진 누출액은 원자로 안전 하우징내에서 증발한다. 원자로 하우징내의 공기가 재순환되기 전에 상기 공기내에 존재하는 수증기내에 나타나는 트리튬의 형적이 측정된다. 원자로 하우징 공기내의 방사능도 역시 직접 측정될 수 있다.
누출물이 다소 정량적인 방법으로 정해지는 상기 방법은 그러나 사용하기가 매우 복잡하다.
따라서 본 발명의 목적은 가압수형 원자로의 1차 회로에서의 노출을 탐지하기 위한 방법을 제공하는 것이며, 원자로 노심을 둘러싸는 용기와 대기압하의 물을 순환시키기 위한 파이프관에 의해 독자적으로 용기에 연결되는 최소한 두 증기 발생기와, 가압기와, 대기압의 물을 탐지하여, 보급하기 위한 최소한 하나의 보조 회로 및 1차 회로와 보조 회로에 설치되는 저장 탱크를 구비하며, 상기 탐지 방법은 매우 정확하게 1차 회로로 부터의 전 누출을 정량적으로 결정하며 단지 종래의 쉽게 작동되는 장치로 측정할 수 있다. 상기 목적으로 저장 탱크(20, 17)를 제외한 1차 회로와, 용적 및 화학 감시용 회로의 내부 용적의 구분을 1차 회로의 특성의 함수로서, 원자로의 운전중 소정의 오차 한계에서 용적 요소의 어느곳에서나 물의 압력 및 온도가 동일한 1세트의 용적 소자로 결정되며, 운전로의 운전중 "스텝"으로 불리는 일정시간 간격으로 저장 탱크(20, 17) 각각의 내부의 가압수의 수위를 측정하며, 용적 요소 각각 및 저장 탱크 각각의 내부의 가압수의 압력 및 온도를 측정하며, 저장 탱크 각각 및 용적 요소 각각의 내부의 수량을 측정된 온도, 압력 및 수위의 함수로 산출하며, 1차 회로내의 전 수량을 용적 요소내 및 저장 탱크내의 수량의 가산에 따라 산출하고, 스텝의 배수에 상당하며, 또한 적어도 한 스텝만큼 시간이 차이가 나도록 1차 회로내의 수량의 평균과, 그 연속 시간의 주기에 상당하며 1차 회로의 누설 유량을 표시하는 평균치의 차를 산출한다.
이하 본 발명을 보다 잘 이해하기 위해 첨부된 도면으로 제한되지 않는 본 발명의 실시예를 기술하기로 한다.
제1도는 가압수형 원자로의 1차 회로 루우프를 도시한 것이다. 상기 원자로는 원자로 노심(2)을 둘러싸는 용기(1)를 구비하여 파이프관(3) 및 (4)으로 증기 발생기(6)에 연결되며 1차 펌프(7)는 가압수를 파이프관(3) 및 (4)내에서 화살표(8) 방향으로 순환되도록 한다. 노심을 떠나는 고온 가압수를 받아들이는 파이프관(3)은 원자로의 고온지로를 형성하며, 증기 발생기(6)를 통과한 후의 가압수를 용기(1)로 확실하게 돌아가게 하는 도관(4)의 1차 회로의 냉각지로를 형성한다.
증기 발생기(6)는 내부에 관(9)의 네스트(Nest)를 구비하여 원자력 발전소의 터빈으로 전달되기 전에 가열되어 증발되는 증기 발생기 공급수를 가열하여 가압수를 순환시킨다.
제1도에 도시된 1차 회로의 루우프는 1차 회로의 압력을 제어하기 위한 가압기(10)를 포함한다. 상기 목적으로, 전기 가열 소자(11)가 가압기 하부에 내장되어 있다. 가압기를 보조하는 보조 스프레이(12) 및 장치(13)는 오버 슈트되는 경우에 물을 공칭 압력으로 되게 한다.
제2도는 제1도에 도시된 지로와 동일한 상기 원자로 루우프중의 한 지로로서 원자로에 연결되어 있는 용적 및 화학성분 탐지(VCM)용의 회로를 도시한 것이다.
용적 및 화학성분을 탐지하기 위한 회로의 한 부분은 원자로 안전 하우징(14)의 외부에 있고, 안전 하우징(14)내부에 배열된 부분은 1차 유체가 하우징(14)을 떠나기전에 1차 유체를 냉각 및 가압하기 위한 열교환기(15)를 구비한다.
하우징(14) 외부의 브이 시 엠(VCM) 회로는 열교환기 냉각기(16), 보급 저장 탱크(17) 및 광물 이온 제거 장치(18)를 구비한다. 공급 펌프(19)는 유체를 브이 시 엠 회로 내부로 순환하게 한다.
밸브의 세트는 1차 회로가 작동되지 않을때 브이 시 엠 회로를 1차 회로로 부터 차단되게 한다.
본 발명에 따른 방법을 사용하여, 저장 탱크를 제외한 1차 회로의 전내부 용적을 위해 선택된 용적 요소를 구분하는 것이 요구되며, 상기 용적내의 요소내에서 온도 및 압력은 수량을 연속적으로 산출하기 위해서 충분히 일정하여야 하는 것은 의미가 없어진다.
예로서 3개의 루우프가 내장된, 전력량 900MW인 가압수형 원자로의 1차 회로에서의 온도 및 압력의 분배를 아는 것은 1차 회로 내부에서 19개의 용적 요소를 결정할 수 있게 하며, 용기 내부에서 온도 및 압력은 원자로 작동중 동질로서 일정하게 존재한다. 1차 회로와 연결되는 3개의 저장 탱크에는 계수기를 가질 수 있으며, 이것은 1차 회로로 부터의 국부적인 누출을 수집하기 위한 저장 탱크 및 1차 유출물 처리기용 저장 탱크인, 즉 가압기 보조 저장 탱크(20)(제1도)이다.
제2도에 도시된 보조 브이 시 엠 회로에 관하여, 이것의 내부 용적은 3개의 용적 요소로 구분되며 1차 회로의 용적을 탐지하기 위해 저장 탱크(17)는 계수기를 가진다.
상기 각 용적 요소 또는 저장 탱크에서 물의 온도 및 압력은 원자로소 작동중 일정 간격으로 측정되어진다. 여기서 저장 탱크에 관하여, 상기 저장 탱크에서의 물의 수위가 동일한 일정간격에서 추가로 측정된다.
결국, 압력 및 온도 준위의 측정을 나타내는 신호 및 1차 및 보조 회로에서의 밸브 개폐 상태를 나타내는 신호는 모아져서, 측정되어지는 시간에서 1차 회로에서의 수량을 제거하거나 또는 첨가되는 물의 흐름을 알 수 있게 한다.
상술한 변수의 측정은 저장 탱크내의 수량과 1차 회로의 용적 요소 및 측정되어지는 시간에서 보조 회로의 수량을 계산할 수 있게 한다.
실제로, 압력 및 온도 감지기는 각 용적 요소와 저장 탱크의 영역에서, 각 저장 탱크의 수위 감지기와 함께 배치된다. 상기 감지기는 신호 형태로 측정되는 결과를 중앙 컴퓨터 장치에 전달하여 상기 장치는, 메모리내에 저장된 물을 목록을 사용하여 수량을 결정한다.
여기서 각 정해진 용적내에서 유체형의 물 및 증기형 물인 것을 고려해서 계산해야 한다. 예로서, 가압기의 경우에 있어서는, 대기압하의 물 및 증기가 평형 상태에 있는 내부의 단일 용적으로 고려된다. 물의 용적은 가압기의 하부 및 가압기 상부 물기둥의 원추형 용적을 구비한다.
가압기내의 증기 용적은 가입기내의 전 원추형 용적에서 물기둥에 관련된 용적과 가압기 상부 접시형 스프레이 파이프관의 용적으로 구성되어 있다.
원자로의 용적 및 화학성분을 탐지하기 위한 회로에 있어서, 용적은 1차 회로의 용적에 비해 적고, 그 결과 상기 회로에서의 온도 분산은 경수량 및 누출비의 최종 계산에 영향을 미치지 못한다. 따라서, 상기 브이 시 엠 회로를 단지 3개의 용적 요소로 분리시킨다.
수량을 결정하는 원리는 측정되는 압력 및 온도의 함수로서의 상기 물에 의해 채워지는 용적의 계산에 의한다. 원자로 작동중 용적 요소인 압력 및 온도 T는 다음 공식을 사용하여 얻어진다.
Vi(PiTi)=Vi냉각(1+αi·Ti+Xi·Pi)
여기서
Vi(PiTi) = 원자로 작동 압력 P 및 T에서의 용적요소
Vi냉각 = 냉각될때의 용적 요소
αi= 용적 요소 i의 확장 계수
Xi= 용적 요소 i를 위한 압축 계수
컴퓨터내에 저장되는 물 메모리는 용적 요소 i의 온도와 압력에 관련된 압력 및 온도로서 물의 밀도를 얻을 수 있게 한다. 각 용적 요소로 덮혀있는 수량은 따라서 용적 요소 Vi(PiTi)에 온도 T 및 P에서의 물의 밀도를 곱하므로 계산된다.
원자로 노심 및 증기 발생기와 같은 더 복잡한 부분에서의 온도의 모델화는 용적 요소 i에 관해 적분을 함으로 이행된다. ViP(TiPi)dVi는 Bi(Tav.i, Pi)(Tav.i, Pi)형태의 식을 사용한다.
저장 탱크 및 가입기에 관하여, 물 용적을 정하기 위해 저장 탱크내에서 수위 측정 계산이 행해진다. 수위와 저장 탱크에 의해 둘려싸여지는 용적 사이의 관계는 컴퓨터내에 기억되어 상기 계산이 행해진다. 얻어진 압력, 온도 및 준위의 여러 변수를 가진 주파수는 약간 달라질 수 있으며 계산은 측정 변수로 얻을 수 있는 최대 주파수보다 같거나 또는 약간 높은 주파수 또는 단계에서 이행된다.
상술한 3개의 루우프와 관련된 원자로의 경우에, 단계는 20초 간격이며 컴퓨터는 각 용적 요소 및 저장 탱크내의 수량의 정확한 값을 매 20초마다 얻을 수 있다. 컴퓨터는 수량의 상기 요소의 값을 합산하여 어떤 순간에 존재하는 1차 회로의 전 수량을 알수 있다. 원자로 용기에 있어서, 다음의 용적 요소가 관련된다. 냉각지로로 부터의 주수 용적과 물이 노심내로 전달되기 전에 물에 의해 채워지는 유휴용적으로 구성되는 냉각수 측상의 용기 용적, 물의 통로로 이용되는 노심 용적, 용기 또는 플리넘의 상부 용적, 마지막으로, 고온지로에 관련된 3개의 용적은 상술한 바와 같이 정해진다.
제3도는 시간에 의한 1차 회로에서의 수량을 계산하는 원리를 도시한 것이다.
시간의 크기는 20초 간격 단계로 증가하는 다이어그램의 하부 라인상에 도시되어 있다. 각각의 증분 1,2,…m,m+1,…은 1차 회로에서의 수량 취득값의 순간을 나타낸다.
다이어그램의 상부 라인은 시간 X1,X2,…의 기간을 나타내며, 전 20초 간격의 단계를 나타낸다. 20초 간격의 90단계인 30분 간격은 수량 및 상술된 실시예에서의 원자로에서의 누출비를 결정하기 위해 선택된다.
각 기관 X1,X2,…는 따라서 30분 또는 90단계를 나타낸다.
90단계의 어떤 기간 X 동안에 1차 회로에서의 수량의 전 평균값은 90으로 나누어지는 각 단계에서 결정되는 전 용적의 90개의 값의 합과 동일하다.
평균값의 계산은 연속적인 30분 간격 X1,X2,…뿐만 아니라 한 단계(X11,X12,…) 또는 90단계보다 작은 어떤 단계(Xn1,Xn2,…)에 의해 대체되는 동일한 기간으로도 이행될 수 있다.
평균값의 쌍은 따라서 고정된 간격의 기간인 연속적인 X1,X2,X11,X12,Xn1,Xn2으로 정해진다.
컴퓨터는 두 연속적인 30분 간격 기간 동안의 상기 평균값 사이의 차이를 결정하며, 이것은 어떤 단계에 관련된 주어진 순간에서의 누출 흐름의 값을 제공한다.
다음 단계에서의 누출 흐름의 값은 앞선 기간(X11,및X12)에 관련된 한 단계로 대체되는 기간으로 계산되는 평균값의 차이에 의해 결정된다.
따라서 각 단계의 계산은 90개 단계의 연속적인 두 기간을 계산하는 1차 회로에서의 수량의 평균값 사이의 차이와 동일한 누출 흐름의 값을 계산할 수 있다.
제4도는, 이론적으로 곡선 A로 도시된 급격한 변화가 있는 경우를 도시한 것이며, 곡선 C는 본 발명의 방법에 의해 얻어지는 관련된 누출 흐름의 값을 도시한 것이다.
누출 흐름의 계산된 값은 누출 흐름의 이론적인 새로운 값에 대해 변동하는 값에 평균이 될때까지의 시간까지 점차적으로 증가한다. 실제로, 계산된 결과는 누출 흐름에서의 급격한 변화에 앞서는 기간을 넘어선 용적값을 계산한다.
누출이 새로운 값에서 안정될때, 누출 흐름의 준위는 매우 정확하게 할수 있고, 상술한 경우의 적용에서는 단위 시간당 리터의 차수이며, 3개의 루우프가 내장된 원자로에서는 100L/h 차수의 누출 흐름으로 연속적으로 작동한다.
실제로, 누출의 정확한 변위는 제4도에 A로 도시된 것과 같은 이론적인 곡선에는 따르지 않고 차라리 시간이 진전됨에 따라 곡선 B와 같이 나타난다.
따라서, 본 발명에 따른 방법은 원자로 1차 회로의 전 누출비가 상기 회로에서의 준위, 온도 및 압력 측정과는 다른 측정에는 의존하지 않고 누출을 매우 정확하게 계산할 수 있는 것은 명백하다.
탐지되지 않는 누출은 전 누출값에서 전 누출의 계산에 관련된 기간에서의 탐지되는 누출의 평균값을 감하므로 얻어진다.
본 발명은 상술된 실시예에 제한되지 않으며 반대로 모든 변형된 형태를 구비한다.
따라서 1차 회로의 구분과 모델링의 세분은 상기 1차 회로의 특성 및 여러 부분에서의 물의 온도 및 압력 변위의 함수로서 상술한 것과는 다른 방법으로 할 수 있다.
유사하게, 수량을 계산하기 위해 요구되는 주어지는 균일한 데이타에서, 데이터 획득 단계의 어떤 수에 관련된 상기 수량의 평균 계산을 하기 위한 기간을 설정하는 것이 가능하다.
그럼에도 불구하고, 평균값을 계산하기 위한 기간은, 누출 흐름을 다소 정확하게 산정하기 위해, 어떤 값아래로 떨어지지 않아야 한다.
3개의 루우프가 내장된 원자로의 경우에 상술한 바와 같은 구분 및 계산 과정에서, 10분보다 긴 시간 간격 M을 선택하는 것이 필요하다.
본 발명은, 용적 및 화학성분을 탐지하기 위한 회로인 보조 회로를 하나 또는 더 많이 가져서 상기 보조 회로와 관련된 가압수형 원자로가 어는 타입의 1차 회로에도 적용될 수 있게 한다.

Claims (2)

  1. 원자로 노심을 둘러싸는 용기(1)와, 대기압하의 물을 순환시키기 위한 파이프관에 의해 독자적으로 용기에 연결되는 최소한 2개의 증기 발생기(6)와, 가압기(10)와, 가압수를 탐지하며, 보급하기 위한 최소한 하나의 보조 회로와, 1차 회로와 보조 회로 사이에 설치된 저장 탱크(20, 17)를 가지는 가압수형 원자로의 1차 회로에서의 누출을 탐지하기 위한 방법에 있어서, 저장 탱크(20, 17)를 제외한 1차 회로와, 용적 및 화학 감시용 회로의 내부 용적의 구분을 1차 회로의 특성의 함수로서, 원자로의 운전중 소정의 오차 한계에서 용적 요소의 어느곳에서나 물의 압력 및 온도가 동일한 1세트의 용적 소자로 결정되며, 운전로의 운전중 "스텝"으로 불리는 일정시간 간격으로 저장 탱크(20, 17) 각각의 내부의 가압수의 수위를 측정하며, 용적 요소 각각 및 저장 탱크 각각의 내부의 가압수의 압력 및 온도를 측정하며, 저장 탱크 각각 및 용적 요소 각각의 내부의 수량을 측정된 온도, 압력 및 수위의 함수로 산출하며, 1차 회로내의 전 수량을 용적 요소내 및 저장 탱크내의 수량의 가산에 따라 산출하고, 스텝의 배수에 상당하며, 또한 적어도 한 스텝만큼 시간이 차이가 나도록 1차 회로내의 수량의 평균과, 그 연속 시간의 주기에 상당하며 1차 회로의 누설 유량을 표시하는 평균치의 차를 산출하는 것을 특징으로 하는 가압수형 원자로의 누출 탐지 방법.
  2. 제1항에 있어서, 1차 회로내의 수량을 증가 또는 감소시킬 수 있는 물의 유량을 고려하기 위해, 1차 회로 및 보조 회로의 밸브 개폐 상태를 기록하는 것을 특징으로 하는 가압수형 원자로의 누출 탐지 방법.
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