[원자력이야기] 주증기계통의 증기발생기

chosungyun (59)in #kr-science • 8 years ago

안녕하세요 @chosungyun입니다.

오늘은 2차측 발전에 대해 설명하기 위해 먼저 증기발생기에 관해서 설명을 하고 넘어가려고 합니다.
증기발생기에 관한 주된 설명은 사실 이미 했습니다.
원자력이야기-증기발생기
그래서 크게 설명할 내용은 없지만 리뷰도 할 겸 2차측만 조금 더 자세히 설명하겠습니다.

기본적인 발전과정은 1차측의 U튜브관에서 발생하는 열을 증기발생기 동체 내부에 흐르는 2차측의 급수가 흐르면서 열을 빼앗아 급수가 증발되어 증기가 발생합니다.
이 증기가 터빈으로 유입되면서 발전을 하게 됩니다.

증기발생기는 하부에 예열기를 포함하여 하부영역을 예열 영역이라하고 상부를 급수가 증기가 되는 증발영역으로 나눌 수 있습니다.

급수예열기
증기발생기의 열전달 효율을 향상시키기 위한 장치입니다.

급수의 유입은 두가지 경로를 통해 유입이 됩니다.
증기발생기의 상부로 유입되어 증기발생기의 슈라우드의 외측(바깥쪽)에서 아래쪽으로 흐르는 방식과 하부로 유입되어 예열기가 있는 곳에 유입되는 예열급수가 존재합니다.

이 두 경로로 들어오는 급수들이 격리된 것은 아니고 아래쪽으로 유입되는 하향수가 예열급수와 혼합되어 과냉상태로 비등하게 됩니다.
여기서 과냉상태로 비등한다는 말은 포화온도 아래에서 이미 물이 끓어버리는 것을 말하는데 쉽게 이렇게 비등하게 됨으로 습분을 많이 포함하고 있습니다.

그런데 습분을 포함하고 있다는 사실은 발전소의 O&M을 하는데 있어 상당한 부담을 제공합니다.
왜냐하면 고에너지를 가진 물분자가 터빈의 날개를 때리면 터빈의 입장에서는 돌덩어리를 던지는거와 같기 때문입니다.
그래서 만약 습분을 제거 안 해주면 이로 인해 터빈의 날개의 수명이 크게 줄어들게 됩니다.
이러한 이유로 습분분리장치가 존재하게 됩니다.

습분분리장치

습분분리장치는 2단계로 나눠서 증기발생기 증발영역의 상부에 존재합니다.
1단계 습분분리장치는 원통형 습분분리기로 여러 개가 설치되며 각각은 12개의 소용돌이 날개를 가지고 있습니다.
이 날개들이 회전을 하며 물방울들의 유출을 막고 습분분리기로 생성되는 습분은 외측으로 나가 재순환수로 다시 예열영역인 하단에 유입됩니다.
1단계 습분분리장치를 지나고 나면 2단계 습분분리장치를 지나게 됩니다.
2단계 장치는 증기건조기로 고용량의 날개를 사용하며 1단계가 미처 제거하지못한 습분을 제거합니다.
이때 이 두단의 습분분리장치를 모두 지났을 때 증기의 건도는 99.75%이상의 건도를 가지게 됩니다.

급수유입-기화-습분제거의 과정을 통해 결국 이렇게 생성된 증기는 터빈으로 유입됩니다.
이렇게만 있으면 운영은 가능할 겁니다.
하지만, 안전을 위한 장치가 하나 존재합니다.
바로 유량제한기라는 장치입니다.

유량제한기

이 장치는 벤투리 노즐 모양으로 설치되어 주증기 배관이 파열되는 대형 중대사고가 발생하더라도 증기가 흘러 나가는 면적을 70%정도로 감소시켜 배출되는 증기량을 줄이게 되는 장치입니다.
이 장치로 배출 증기량이 줄어들면 증기의 유량률은 줄어들고 내부의 압력 건전성을 위해 원자로건물로 배출되는 증기의 양이 감소되면서 내부의 압력 및 온도의 갑작스러운 증가를 방지합니다.
이렇게 시간을 벌어주면 여러 안전을 위한 설비들이 새로운 급수를 공급하는 방식으로 작동하게 됩니다.

증기발생기취출수계통

안전을 위한 장치 외에 급수의 수질을 개선하는 용도인 취출수계통도 존재합니다.
증기발생기의 급수에는 부식에 의해 혹은 혹시모를 1차측에서의 방사성물질이 노출이 존재할 수 있습니다.
이러한 불순물들이 존재하면 발전에 좋지않기 때문에 이를 제거하는 역할을 하게 됩니다.
작동하는 과정은 조금 차이가 있지만 1차측의 CVCS와 같이 급수의 건전성을 확보하고자 하는 설비라고 생각하시면 됩니다.
작동과정에서는 취출수의 유량을 전체 증기의 0.2%로 추출하며 만약 연속으로 추출한다면 최대 취출수의 유량은 1%에 해당하는 양을 추출하게 됩니다.

이외에도 증기발생기의 내부 상태를 파악하는 여러 계측설비들과 공학적안전설비들이 추가로 설치가 되지만 발전소의 정상운전에 있어서는 위에서 소개한 계통들에 의해 작동을 하게 됩니다.

오늘은 여기까지입니다.
저번에 소개한 증기발생기 내용에서 크게 벗어나는 내용은 없고 리뷰하는 느낌이 더 강한 포스팅이었네요.
그래도 한번더 이를 기억해두고 넘어갈 필요성이 있어 소개한 점 이해 부탁드립니다.
다음 포스팅에서는 터빈으로 넘어가 터빈에 대해 간략히 설명하도록 하겠습니다.
감사합니다!!