원자력시설내 공기중 삼중수소제거 시스템 구축 방안

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2009년도 춘계 학술발표회 논문집 대한방사선방어학회

288 _ http://www.karp.or.kr

주광태 ․ 김서열 ․ 유보종 ․ 박영환 고려공업검사(주)

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중심어 (keyword) : 삼중수소, 상대습도, 노점온도, 포화수증기량, 유도공기중농도

서 론

월성원자력발전소와 같은 가압중수로형 원자로는 가동시 계통에서 발생하는 삼중수소의 생성량이 상대 적으로 많으므로 설계개념에서부터 시설 및 주변환경 에 대한 영향을 고려한 중수증기회수설비가 초기부터 설치·운영되고 있다. 가동년수에 따라 계통수내 삼중 수소농도가 지속적으로 증가하므로 시설내 삼중수소 농도를 일정수준 이하로 유지하기 위한 중수증기회수 설비의 성능 유지는 필수적이다. 다만 설비의 특성상 유입 공기의 습도에 영향을 받으므로 원자로건물내로 공급되는 공기는 ACU설비를 이용하여 외부환경에 의 한 습분공급을 적극적으로 차단함으로써 적정 삼중수 소농도를 유지하고 있다.

최근에 삼중수소에 의한 피폭의 영향을 저감하기 위한 정책의 일환으로 월성원자력 부지내 삼중수소제 거설비(TRF)가 가동됨으로써 계통수내 삼중수소농도 기준으로 감속재는 3.7E+02 MBq/g 이하, 냉각재는 3.7E+01 MBq/g 이하를 유지할 수 있을 것으로 예상 된다. 따라서 계통운전에 의한 작업자의 내부피폭은 기존 대비 약 1/2 수준으로 감소할 것으로 전망되나 1차계통정비와 같은 비정상 조건하에서 공기중 삼중 수소농도의 영향 및 저감화는 여전히 검토 대상이다.

삼중수소제거설비의 분류 및 정의

시설내 삼주수소제거와 관련한 계통 및 설비는 크게 간접설비와 직접설비의 2가지로 분류할 수 있다.

표 1. 설비 분류별 종류 및 특징

분 류 설비명 특 징

직접설비

Vapor Recovery •시설내 공기중

³

H 제거

•출구노점: >-50 ℃ TRF •1차 계통수내

³

H 제거 이동형

³

H 제거기 •협소지역내 공기중

³

H 제거

간접설비 ACU •흡착로터식

•출구노점 : -40 ℃

ACU(Air Control Unit)가 대표적인 간접설비에 해당하며 삼중수소의 제거에 직접 관여하지 않으나 시설내 공급되는 공기중 수분의 양을 극도로 저감함 으로써 Vapor Recovery 설비의 중수증기 회수성능을 극대화하는데 큰 역할을 담당한다.

직접설비는 냉각재 및 감속재 중수계통내 삼중수소 제거시설인 TRF(Tritium Removal Facility)와 앞서 언급한 Vapor Recovery 설비, 그리고 국지적인 불특 정 환경에서 사용하는 이동형 삼중수소제거설비로 분 류할 수 있다.

그림 1. 삼중수소 제거시스템 개요도

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2009년도 춘계 학술발표회 논문집 대한방사선방어학회

대한방사선방어학회_ 289

TRF시설은 가장 적극적인 삼중수소제거시설로 액

상촉매교환을 이용하여 1차 계통수내에 존재하는 삼 중수소를 기체형태로 분리후 농축 및 초저온증류공정 을 거쳐 안전하게 저장하는 과정을 포함한다.

Vapor Recovery 설비는 습분 흡착식 공기건조형 태로 계통운전시 건물내에 존재하는 중수증기를 회수 함으로써 중수의 저등급화를 방지하고 삼중수소농도 를 일정수준 이하(약 2 DAC)를 유지하도록 설계되어 있다. 상기한 설비는 계통설비로써 고정형태이며 설비 의 유지보수를 위한 작업시 국지적으로 발생하는 공 기중 삼중수소의 제거는 이동형 제거설비를 이용하며 설비의 형태 및 제거방법은 지역 및 작업의 특성에 따라 유동적으로 적용한다.

시스템 구축 방안

표 1 및 그림 1에서와 같이 삼중수소제거설비는 상호 유기성 있게 관계하고 있으며 삼중수소제거시스 템은 상기한 3가지 고정형설비와 유기적으로 적용 가 능한 이동형설비를 효과적으로 적용함으로써 달성할 수 있다. 이동형 설비는 건물내 정기 및 비정기적 정 비상황에서 지역 및 계통의 특성, 작업방법에 따라 설 비의 적용방법을 달리해야 한다. 적용형태에 따라 표 2와 같이 크게 2가지로 분류할 수 있다.

표 2. 이동형 삼중수소제거기의 분류 및 특징

분 류 종 류 특 징

3

H제거형

탈 염 수 조 방 식

•구조 간단, 사용 편의성 높음

•액체폐기물 다량 발생

•장시간 가동시 증발에 의한 역확산 가능성

흡 착 식 건 조

재 생 방 식

•안정화 시간 소요

•출구노점 -40 ℃ 이상

•중수 회수후 승급 가능

3

H 확 산

차 단 형 밀 폐 가 습 방 식

•작업장 밀폐방식

•상대습도 99 %이상 유지

•작업장내·외부 차단효과 큼

현장에서는 중수증기가 탈염수조를 통과할 때 물분 자교환에 의해 고용되는 방식을 이용한 이동형제거설 비가 활용되고 있으며 최근 흡착식 제거기의 도입도 일부 적용되는 추세에 있다. 다만 흡착식 또한 로터식

및 타워방식 등 조합 형태에 따라 다양하게 구성가능 하며 접근성, 이동성, 정비 용이성, 소형화 등을 고려 할 때 히터재생 타워방식의 적용이 타당할 것으로 판 단된다. 다만 설비가 다소 복잡하고 정지후 정상 가동 시까지 안정화를 위한 일정시간이 필요하다는 단점이 있으나 노점온도 -40 ℃ 이하까지 확보가능한 점과 응축수로 회수한 중수는 농도에 따라 승급후 재사용 이 가능한 장점이 있다. 이러한 장점에도 불구하고 감 속재와 같이 고삼중수소농도를 유발하는 경우 주변으 로의 확산차단에는 한계가 있다. 따라서 계통으로부터 고농도 중수증기의 확산을 차단하는 방안이 고려되어 야 한다. 0.37 TBq/kg의 감속재의 경우 밀폐된 작업 장내 온도가 24 ℃이고 가습에 의해 상대습도 99 % 이상을 유지할 경우 해당온도에서의 포화수증기량이 21.8 g/m³ 이므로 감속재의 증발 및 확산에 의한 농 도는 최대 약 200 DAC 수준에서 통제할 수 있다.

그림 2. 노점온도와 포화수증기량 관계 그래프

결 론

상기한 바와 같이 기 구축된 고정형 설비 이외에 작업 형태 및 작업장 특성에 맞게 이동형 삼중수소 제거 및 차단설비를 적용할 경우 삼중수소의 확산방 지는 물론 작업자의 내부피폭을 효과적으로 저감할 수 있을 것으로 기대한다.

참 고 문 헌

1. KS B 0000-2, “압축공기용 건조기 성능등급”

2. 한수원(주), “중수로개요”