순환수계통 저유량을 동반한 증기발생기 세관누설시 운전전략 연구

Abstract

원자력발전소는 증기발생기 세관의 건전성을 확보하기 위해 계획예방정비 중 정밀검사를 수행하고 세관의 손상 및 감육정도에 따라 관막음(Plugging)과 슬리빙(Sleeving) 작업을 하지만 출력운전 중 증기발생기 세관이 누설된다면 대기환경으로의 방사능물질 방출 가능성은 증가한다. 발전소 출력운전 중 증기발생기 세관 누설증상이 보인다면 절차에 따라 1,2차측 출력을 감발하면서 복수기로 증기를 덤프 시켜야 하며 복수기는 1차측의 모든 에너지를 수용할 수 있어야 한다. 하지만 복수기로의 증기덤프가 가능하기 위해서는 2가지 필수조건이 우선되어야 한다. 6대의 순환수펌프 중 4대가 운전 중이어야 하며 복수기압력은 127 mmHga 이하로 유지되어야 한다. 만약 발전소 운전모드 3(RCS 저온관 온도 177℃이상) 이상조건에서 순환수펌프의 전원공급계통 고장, 밀봉수 유량 불만족 등으로 운전 중인 펌프 3대가 정지되는 비정상과 증기발생기 세관누설이 동시에 진행된다면 복수기로의 증기덤프는 불가능하므로 대기환경으로의 증기덤프를 선택할 수 밖에 없다. 따라서 방사능물질에 의한 대기환경 오염의 가능성을 줄이고자 복수기 증기덤프에 관련된 입력신호 및 연동로직(interlock) 을 개선하고자 했다. 해수온도 25℃ 이상에서 순환수펌프 3대만 운전되면 복수기 고압력에 의해 터빈이 정지되며, 원자로는 가압기 고압력으로 인해 정지된다. 하지만 3대의 순환수펌프로 운전만으로도 1차측 에너지를 흡수할 수 있을 정도로 복수기 압력이 충분히 낮게 유지된다면 증기발생기 세관이 누설되더라도 복수기로의 증기덤프를 허용하여 환경으로의 방사능물질 방출가능성을 줄일 수 있다. 첫째, 해수온도 17℃ 기준, 100% 출력운전 중 순환수펌프 3대 운전조건에서는 복수기 진공도가 70mmHga 이하에서 유지되므로 복수기 운전이 가능하도록 해수온도를 입력신호로 추가하였다. 둘째, 원자로가 정지되면 1분 이내에 1차측 출력이 급감발되어 1% 이내로 감소되며 그 정도의 에너지를 수용할 수 있는 복수기의 진공도는 순환수펌프 3대만으로도 충분하기 원자로 정지신호를 입력신호로 추가하였다. 또한 시뮬레이터를 통한 모의시험 중 순환수펌프 5대 운전 중 2대가 정지된 이후 복수기 압력상승이 있었지만 운전원에 의해 원자로출력급감발계통 (Rx Power Cutback System)이 수동으로 동작되어 1,2차측 출력이 40% 이하로 급감발되었으며 순환수 저 유량으로 인한 복수기 압력상승은 상쇄되는 방향으로 작용하여 안정상태가 유지되었다. SGTL/SGTR(SG Tube Leak/SG Tube Rupture) 과 LOOP(Loss Of Offsite Power) 라는 2가지 시나리오를 동시에 진행하면서 세관 누설량에 따라 원자로 출력을 수동으로 감발 및 정지하였으며 진단절차서에 따라 SGTR 비상절차서를 수행했다. 원자로가 정지된 이후에도 복수기로의 증기덤프가 가능했으므로 운전원(operator)의 심적부담은 줄어들었다. 해수온도 조건과 원자로 정지를 고려하여 순환수펌프 운전댓수에 대한 연동로직(intelock)을 개선한 결과 복수기로의 증기덤프가 가능했고 복수기의 압력상승은 제한적임을 확인하였다. 증기발생기 세관누설이 진행되는 상황에서 복수기로의 증기덤프가 불가능하다면 대기환경으로의 증기덤프를 선택할 수 밖에 없고 방사능물질에 의해 대기환경이 오염될 가능성이 높아진다. 국내 표준형원전이 이미 2번의 증기발생기 세관누설을 경험했고, 기타 노형들이 소외전원상실(Loss Of Offsite Power)을 수회 경험했다. 최근의 지진, 태풍, 폭설, 폭우 등 기후환경변화를 고려한다면 소외전원상실(Loss Of Offsite Power)의 가능성은 커질 수 밖에 없다. 이 두 가지의 시나리오가 동시에 발생하여 복수기로의 증기덤프가 불합리하게 차단되지 않도록 관련 입력신호와 연동로직(interlock)을 개선한 결과 대기환경으로의 방사능물질 누출 가능성을 줄일 수 있었다.