A study on operation strategy of CSS and CFVS for minimization of radioactive material release under SBO

Abstract

신형경수로 1400에서 장기 발전소 정전사고시 격납용기가 어떠한 경위로 인하여 실패하였을 때 계층방어(DID)전략을 수행할 수 있는 안전계통은 원자로공동침수계통 (CFS)과 비상격납건물살수계통 (ECSBS), 피동형수소제거계통 (PAR) 이다. 그러나, 만약 ECSBS 를 이용할 수 없게 되면 격납건물의 압력을 통제할 수 있는 방법이 없다. 그러므로 추가적으로 격납건물의 압력을 통제할 수 있는 안전계통이 추가되어야하며, 후보로는 대표적으로 격납건물 여과배기계통(CFVS)과 격납건물 살수계통(CSS)이 있다. 방사성 물질 방출량의 최소화를 위해서는 예상 소외전원 회복시간에 따라 두 가지 방법이 함께 적절하게 이용되어야할 필요성이 있다. 현실적으로 수원의 양이 정해져있는 만큼, 예상 소외전원 회복시간에 따라 방출량을 최소화시킬 수 있는 각 계통으로의 물 분배량과 그 분배량을 이용하는 각 계통의 운영방법이 개발되어야한다. 이 연구에서는 통합피동안전계통(IPSS)를 통하여 살수계통과 여과배기계통을 함께 이용하였으며, 운영 방법 결정을 위한 시뮬레이션은 MAAP 4.0.3 을 이용하였고, 참조노형으로는 신형경수로 1400 이 이용되었다. 두 계통을 동시에 운영하는 것은 수소 폭발의 위험성을 동반하기 때문에, 순차적으로 두 계통을 운영하며, 여과배기계통이 늦게 운전을 시작할수록 갖는 이점과 유연한 대처전략을 위하여 살수계통 이후에 여과배기계통을 순차적으로 운영하는 것으로 운영 순서를 결정한다. 살수계통의 경우 최적의 운영방법을 결정하기 위해서는 유량이 결정되어야하며, 본 연구에서는 살수계통 시작 시간을 격납건물 파손확률에 영향받지 않으면서 운전원 여유시간을 최대화시킬 수 있는 0.67 MPa로 이용하였다. 유량은 이 압력값을 가장 오래 유지시킬 수 있는 값인 24 kg/s 로 결정되었다. 2,000 톤의 살수계통을 이용하는 경우, 격납건물이 파손되기 전 살수계통을 이용하지 않은 경우보다 약 27배 적은 예상방출량을 나타낸다는 것을 확인하였다. 여과배기계통의 경우 최적의 운영방법을 결정하기 위해서는 시작 압력, 압력 간격, 배기 면적이 결정되어야 하며, 기존의 연구와는 다르게 시간에 따른 제염계수(DF)값과 격납건물 파손확률로 인한 예상방출량을 함께 고려하였다. 여과배기계통 최적의 운영방법을 위한 값들로 시작 압력은 0.67 MPa, 압력 간격은 0.1 MPa, 배기 직경은 10 cm으로 각각 결정되었다. 격납건물 파손확률로 인한 예상방출량이 필터를 통한 실제 방출량보다 상대적으로 매우 크므로, 격납건물 파손확률에 영향받지 않는 값들 중에서 압력이 높고, 배기 면적이 작을수록, 배기 간격이 작을수록 방출량이 줄어드는 것을 확인하였고, 이는 이전 연구들의 결과와 일치한다. 그리고 배기 간격은 배기 면적에 영향받는 부차적인 변수라는 것을 확인하였다. 살수계통과 여과배기계통을 모두 이용하지 않는 경우, 살수계통만을 이용한 경우, 여과배기계통만을 이용한 경우, 두 계통을 모두 이용한 경우들의 방출량을 비교함으로써, 위에서 결정된 두 계통을 모두 이용하는 전략의 효율성과 사고 시간대에 따른 최적의 운영방법을 찾아내었다. 49.4 시간 내에 소외전원 회복이 확신되는 경우, 2,000 톤의 물을 여과배기계통의 이용없이 살수계통으로만 이용하는 것이 방출량 없이 격납건물을 지킬 수 있는 방법이며, 소외전원 회복 시간을 확신할 수 없는 경우 1,850 톤의 물을 여과배기계통으로, 150 톤의 물을 여과배기계통으로 이용하는 것이 모든 시간대에서 방출량을 최소로 만들 수 있는 방법으로 결정되었다.