첨착활성탄성능검증 · 2018-01-01 · • ASTM D 3803 검사방법의비교 ASTM...

첨착활성탄 성능검증첨착활성탄 성능검증

제14회 원자력안전정보회의

한국수력원자력㈜

원자력발전기술원

2009. 4. 62009. 4. 6

발표순서발표순서

개요I

방사선요오드 발생 및 특성II

첨착활성탄이란?III

IV 첨착활성탄의 실험실 성능검사

첨착활성탄 성능검사설비V

검사설비 최적화 및 공인성 확보VI

현장 기술지원 및 향후 계획VII

원전 공기정화계통

I. 개요 - 첨착활성탄 성능검사 추진배경I. 개요 - 첨착활성탄 성능검사 추진배경

• 원전 공기정화계통 첨착활성탄 성능검사는 각 원전 FSAR

의거 정기검사를 필수적으로 수행해야 하는 이행사항

• 국내 성능검사 불가 � 전량 미국 NUCONE 검사업무 위탁

안전운전KOLASFSAR 준수

(설비의 노후화 및 RI사용협약 위반으로 검사설비 사용중단)

• 첨착활성탄 성능설비의 초기투자 과다로 ㈜ 카엘 등 국내

업체에서는 설비의향이 없음

• 원자력등급 첨착활성탄 성능 평가 요건은 ASTM D 3803

기준에 적합한 설비 및 검사방법

• 국내 원전 연간 발생시료: 230 여개

I. 개요 - 첨착활성탄 성능검사 수행기관

NUCON

원자력발전기술원

• ’05년 10월부터 전량 미국 NUCON 검사업무 위탁

• ’08년 4월 검사수행• 검사결과 신뢰성 확보 � KOLAS 인정획득

한국원자력연구소

㈜ 카엘 • ’98년 ~ ’05년 9월 ㈜ 카엘 첨착활성탄 성능검사• ’05년 9월 RI 사용 협약 위반 성능검사 중지

• ’83~’93년 첨착활성탄 성능검사 (ASTM D 3803-79)• ’93년도 KINS 지적 이후 중지고리 2발

• ’93~’97년 첨착활성탄 성능검사 (ASTM D 3803-89)

II. 방사성요오드 발생 및 특성(1/3)II. 방사성요오드 발생 및 특성(1/3)

• 원자력발전소 방사성기체폐기물 처리계통도

일정기간일정기간 저장방법저장방법 : : 고리고리 제제 11발발 및및 울진울진 제제 11발발

수집탱크

수집탱크

압축기

압축기

붕괴탱크

붕괴탱크

방사능감시기

방사능감시기

유입원공 기정화계통

� 주요 기체 폐기물 : I-131, 불활성기체(Xe-133, Ar-141, Kr-85), 방사성 부유입자

활성탄여과기

활성탄여과기

활성탄활성탄 여과법여과법 : : 고리고리 제제 22발발, , 월성월성, , 영광영광 및및 울진울진 제제 2, 32, 3발발

완충탱크

완충탱크

전단전단

여과기

여과기

습분습분

분리기

분리기

활성탄

활성탄

필터필터

후단후단

여과기

여과기

방사능

방사능

감시기

감시기

유입원공 기정화계통

수집탱크

수집탱크

붕괴탱크

붕괴탱크

방사능감시기

방사능감시기

유입원 정화계통

활성탄여과기

활성탄여과기


•방사성요오드 발생 시설별 주요 특성

–원전 방사성요오드 배출량(상용원전 기준): I-131(t1/2=8.05일)

•발생량: 약 100mCi/yr

–활성탄 필터 후단의 배출량(단위: µCi/yr) → 설계기준치의 1% 미만–활성탄 필터 후단의 배출량(단위: µCi/yr) → 설계기준치의 1% 미만

–방사성동위원소 생산시설: I-131(Na131I)

•하나로 동위원소 생산시설: 연간 2,000 Ci 생산기준

•요오드 휘발도(40도 증기압 기준): 1.3%→26Ci/yr(0.21mg-I/yr)

•활성탄 필터에 유입되는 방사성요오드평균농도:3.54μCi/m3

(풍량: 850CMH)


•방사성요오드 주요 특성

–방사성요오드 발생원 및 형태

•원자력발전소: 원자로 배기계통, I-131

•화학적 형태: I2, HI, CH3I, HOI, Higher alkyl iodides•화학적 형태: I2, HI, CH3I, HOI, Higher alkyl iodides

–방사성요오드 규제조건: ALARA

• EPA: 25mrem(전신), 75 mrem(갑상선)

• ICRP: 0.6μCi/cm3(I-129, 갑상선에의 최대 허용농도)

–방사성요오드 제거용 흡착제

•원자력발전소: TEDA(TriEthylene DiAmine), KI 첨착활성탄

III. 첨착활성탄 종류 및 특성(1/2)III. 첨착활성탄 종류 및 특성(1/2)

•첨착활성탄이란?

–첨착활성탄에 의한 흡착: 첨착된 화학물질과 반응하여 화학흡착

• 화학적 흡착에 의한 결합력 증가, 효율향상

–첨착활성탄의 원료선정–첨착활성탄의 원료선정

• 석탄활성탄: S함량이 높아 운전중 SO2가 발생, 산성조건에서 탈착 요인

• 야자각활성탄: 알칼리 성분존재- 요오드 흡착 증가

–첨착활성탄 적용

• Iodine Air: TEDA(5wt%)

• Iodine Air+CO2: TEDA or KI(1~5wt%)

• 건조공기(30% R.H. 이하): 일반 활성탄

III. 첨착활성탄 종류 및 특성(2/2)III. 첨착활성탄 종류 및 특성(2/2)

• 첨착활성탄에 의한 방사성요오드 제거 메카니즘

– TEDA 첨착활성탄에 의한 방사성요오드 제거 메커니즘

CH2CH2

CH2CH2 N :: N δ-δ-

δ+

+ 2 CH3I

– KI 첨착활성탄: 동위원소 교환과정에 의해서 유기요오드 제거

K127I (on the charcoal) + R131I (in the gas phase) �

K131I (on the charcoal) + R127I (in the gas phase)

CH2CH2

CH2CH2

CH2CH2

CH2CH2

NN CH3CH3+ +

� 2I-

IV. 첨착활성탄의 실험실 성능검사(1/5)IV. 첨착활성탄의 실험실 성능검사(1/5)

• 활성탄 흡착 성능검사– 검사시기

• 주기적으로 시료를 채취하여 검사: Tech. Spec. 기준

• 신규 필터 교체 후: 최대 18개월

• 필터뱅크 보수 및 덕트 페인트 공사 후

– 성능검사 항목

• ASTM 기준에 따름

• 물리적 특성검사: 8가지(첨착활성탄의 경우 6가지)

• 방사성요오드를 이용한 흡착성능검사

– 검사기준

• 각 발전소 별로 인허가 서류 및 Technical Spec에 제시된방법에 따름

• 국내의 경우 대부분 ASTM 방법을 채택하고 있음

NRC Reg. Guide

• 1.52 공학적 안전설비

• 1.14 일반계통


• 첨착활성탄 성능검사코드체계

ANSI/ASME

N 509, 510

FSAR 9, 16 장 ASTM D 3803-91

첨착활성탄성능검사

•첨착활성탄 시험방법• 공기정화계통

• 원전 공기정화계통

필터 현장시험 기준


• ASTM D 3803 검사방법의 비교

ASTM Standard('86) ASTM Standard(’89)

� 신제품 활성탄

�원자력발전소의 정상운전 (30oC)

및 사고조건(80, 130oC, 95% R.H,

� 신제품 활성탄,사용중 활성탄의 종류에

관계없이 단일 조건에서 메틸요오드

침투 효율 검사

399 Kpa)에서 원소요오드 및 메틸

요오드 침투효율 시험

�습윤공기에 의한 전처리 조건이

사용중 활성탄 검사시와 다름

� 사용중 활성탄

�원자력발전소의 정상운전 (30oC)

및 사고조건(80, 130oC, 95% R.H,

399 Kpa)에서 원소요오드 및 메틸

요오드 침투효율

� 온도 : 30oC ± 0.2oC

� 상대습도 : 93~ 96% R.H

� 선속도 : 12.2 ± 0.3 m/sec

� 압 력 : 101 KPa

�주입농도 : 1.75 ± 0 25 mg/m3

� 시험시간

- 전처리 : 16 ± 0.1 시간

- 평 형 : 120 ± 0.1분

- 흡착.탈착 : 각각 60 ± 0.1분


• 실험실 성능검사설비 개략도(ASTM D 3803-89)<공기주입부>

<추적자주입부>

<습도조절부> <항온시험부>


• ASTM D 3803-89 시험방법

항 목 ASTM D 3803-89

신 활성탄과 사용 활성탄의 구분 없음 (CH3I)

○ PRE-Equilibration Period : 16±0.1 hr

신 활성탄및

사용 활성탄

○ PRE-Equilibration Period : 16±0.1 hr

- 온도/습도 : 30± 0.4/91～ 96 %

○ Equilibration Period : 2 hr ±1

- 온도/습도 : 30± 0.2/93～ 96 %

○ Feed Period : 1 hr±1

- 온도/습도 : 30± 0.2/93～ 96 %

○ Elution Period : 1 hr±1

- 온도/습도 : 30± 0.2/93～ 96 %

분석소요시간(시료 1개당)

○ 신 활성탄과 사용 활성탄이 동일함 : 20 hr*

온도 & 습도 조건 감시 ○ 5분마다 기록 명시

• 성능검사실 배치도

V. 첨착활성탄 성능검사설비(1/4)V. 첨착활성탄 성능검사설비(1/4)

연구동 1층 113호

추가설비

설치예정


• 주요 준비사항

– 무정전 전원공급설비(UPS)

– 압축공기

– 증류수

– Radio-Labled Methy Iodide– Radio-Labled Methy Iodide

• 월별 구입시 약 2 ~ 4 mCi : 반감기가 짧기 때문

• 냉장고에 보관: 0 oC, 어두운 곳에 보관(I2로 분해되기 때문)

• 개인 피폭감시 및 환경방출 감시

– Large area survey meter, Pocket survey meter

– Air Sampler

– Iodine/Particle Stack Monitor

상대습도 측정기시험용 캐니스터

• 첨착활성탄 성능검사 설비


수분 발생기

상대습도 측정기(Dew Point Hydrometer)

제어판

방사성요오드합성장치


• 방사성요오드 합성장치

방사성요오드합성장치

방사성요오드공급실린더방사성요오드합성 Glove Box

VI. 검사설비 최적화 및 공인성 확보(1/4)VI. 검사설비 최적화 및 공인성 확보(1/4)

• 공기정화계통 현장 누설시험

–목적 : HEPA Filter Bank 및 Charcoal Filter의 안전기준 만족

여부확인

–시험기관: 한국필터시험원(KOLAS 인정기관)–시험기관: 한국필터시험원(KOLAS 인정기관)

–시험기준

• ASME-N510, KEPIC MHD TA, ASME-AG1 TA

–실험결과

• HEPA필터 뱅크 현장누설 검사 : 적합

• Charcoal Filter Bank 현장누설 검사 : 적합

• 판정기준: 에어로졸 농도 및 가스농도의 0.05% 이하 누설


• 첨착활성탄 성능검사설비 운전조건 도출

운전인자

설치위치 설치수량 ASTM D-3803 운전 Set point 운전결과

온도

습분발생기(TC1,TC2)

2

30.0±0.2℃

Hum #1 : 40℃Hum #2 : 41℃

30.0±0.2캐니스터 전후단2온도 30.0±0.2℃

℃(TI1,TI2)2

오븐내부(오븐온도계)

1 33℃

상대습도

MIX 2(캐니스터 전단)

1 93~96 % 93.5% 94±1.0%

압력Test Bed(PI1) 1

101±5 kPa 해당없음Backup Bed (PI2) 1

유속

습분발생기 전단(Air, MFC1)

112.2±0.3

m/min24.7 ℓ/min

12.2±0.3 m/min

추적자 유량(N2,MFC2)

1 32 ㎖/min 32 ㎖/min 32 ㎖/min


• 교차분석– 분석기관: 미국 NUCON, NCS사 및 KHNP/NETEC

– 시 료

• 제품명 : NAC사(한국) NT816 모델(야자각 재질)

• 입도크기: 8 x 16 mesh

• 비표면적: 1,000 ~ 1,200m2/g• 비표면적: 1,000 ~ 1,200m2/g

– 흡착효율 교차분석 결과

인자의 수준 관측 수 합 평균 분산

NUCON 2 199.406 99.703 0.005832

NCS 2 199.36 99.68 0.028800

KHNP/NETEC 2 198.893 99.447 0.001512


• KOLAS 인정기관 추진– 목적 : 분석결과에 대한 국제적 공신력 및 신뢰성 확보

– 인정항목: 시험기관

– 필요사항

• 실험실 환경 및 운영시스템 구축

• 분석장비에 대한 유효성 검증• 분석장비에 대한 유효성 검증

• 법정 교육 이수 및 분석기술/숙련도 확보

– 추진현황

• KOLAS 인정 추진계획 보고 및 자문용역 : ’07. 8

• 초기 진단 분석 및 인정신청 : ’07. 9 ~ ’08. 5

• 기술표준원 문서심사 완료(’08. 7) 및 현장심사 : ’08. 10

• 시험기관 인정 획득 : ’09. 2

• 첨착활성탄 성능검사 시행 : ’08. 5 ~

� KOLAS(한국인정기구)(Korea Laboratory Accreditation Scheme)

One Test, Accepted Everywhere

VII. 현장 기술지원 및 향후 계획VII. 현장 기술지원 및 향후 계획

• 첨착활성탄 성능검사 원전별 지원현황

원전 고리1발 고리2발 영광1발 영광3발 울진1발

시료수 44 1 23 13 15

원전 울진2발 울진3발 월성1발 기술원 원연/기타원전 울진2발 울진3발 월성1발 기술원 원연/기타

시료수 24 11 1 9 2

• 첨착활성탄 성능검사 설비 추가 확보– 목 적 : 대상시료 100% 분석 지원

– 추가설비 : 시험설비(4” 및 6”), 수분발생기, 습도제어기 등

– 설치위치 : 기 확보 첨착활성탄 성능검사시험실 내

– 운영예정일 : 2009년 6월

THE ENDTHE END

감사합니다

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