비상 노심 냉각 장치

최근 편집: 2023년 1월 4일 (수) 02:21

비상 노심 냉각 장치(非常爐心冷却裝置, Emergency Core Cooling System, ECCS)란 원자력 발전소가 냉각재 상실 사고(LOCA) 등의 이유로 노심을 냉각시킬 수 없는 상황이 발생할 경우, 제어봉에 의한 원자로 긴급정지만으로는 사고를 진압할 수 없을 경우 등 비상 시에 대량의 냉각재를 노심에 공급해주어 연료봉의 열을 식히고 노심을 안전하게 정지시키는 장치를 말한다. 연쇄 반응을 조절하기 위한 SCRAM(원자로 긴급 정지)후에 사용되기도 하며, 비상 장치인 만큼 일반적으로 ECCS가 가동되면 원자로는 가동이 중단된다.

구조

원자로 비상 노심 냉각 계통
원자로에 설치된 비상 노심 냉각 계통의 구조.[1]

축압기

펌프에서 보내온 고압의 을 저장해두고, 필요에 따라 수압기에 공급하는 장치. 이것을 이용하여 작은 용량의 펌프로 대형 수압기를 움직일 수 있다. 주 파이프가 끊어져 갑자기 물이 감소되었을 때는 먼저 축압기의 물이 주입되고 이어서 고압계와 저압계가 작동하여 노심부를 냉각시킨다.

고압 냉각재 주입 계통 (High Pressure Coolant Injection : HPCI)

원자로를 지키기 위한 첫 번째 방법으로 사용되며, 압력용기의 냉각재 양을 주시하면서 냉각재 양이 지정한 양보다 적을 시 자동적으로 냉각재를 투입하는 시스템이다. 펌프를 이용하여 높은 수압으로 원자로에 냉각재를 공급한다. 이 방법을 사용하게 될 때의 원자로 용기는 여전히 고압 상태에 놓여 있다.

자동 감압 시스템 (ADS)

밸브들로 구성되어 있으며, 사고 발생시 원자로의 압력을 낮춘다. 저압 공급 계통과도 연관되어 있다. 대부분의 감압 시스템은 자동으로 돌아가지만, 몇몇 감압 시스템은 필요 시에 운전원이 조작하여 중지할 수 있다.

저압 냉각재 주입 계통 (Low Pressure Coolant Injection : LPCI)

앞선 고압계와 자동 감압 시스템이 작동되어 원자로의 압력이 감소됨에 따라서 작동하는 시스템이다. 일반적으로 이 계통은 독자적으로 작동하지 않으며, 원자로에 저압의 냉각수를 공급한다. 어떤 원자력 발전소들은 이 계통을 잔열 제거 계통으로 운영한다.

노심 살수 시스템

원자로 압력 용기 위에 설치된 시스템으로, 직접 연료봉에 살수한다. 이때 생긴 증기로 인해 원자로가 냉각되긴 하지만, 살수된 물이 직접 연료봉에 닿으므로 연료봉의 피복이 벗겨질 가능성도 있다. 몇몇 원자로는 고압 살수 계통과 저압 살수 계통 두 가지를 가지고 있다.

격납용기 살수 시스템(Containment Spray System : CS)

기화하면 부피가 크게 팽창[주 1]한다. ECCS의 1차 계통[주 2]이 가동되면 원자로가 냉각은 되지만 이때 발생한 수증기로 인해 원자로가 과압력 상태가 될 수 있다. 이 과압력을 방지하는 시스템으로, 1차 계통 격납시설에 살수된다. 펌프와 살수기로 구성되어 있다.

분리 냉각 시스템

증기 터빈을 이용하여 원자로에 냉각수를 공급하고, 발전소의 정전을 막기 위한 시스템이다. 원자로 건물이 제어실과 터빈실로부터 분리되어 있어야 한다. 이 시스템은 전력이 필요하므로, 터빈을 가동할 여분의 전력도 없을 시에는 발전소 자체의 예비 축전지디젤 발전기를 사용해 가동한다.

부연 설명

  1. 0℃ 물이 100℃ 수증기로 기화될 때 약 1,244배 정도로 부피가 팽창한다고 한다.
  2. 원자력 발전소의 계통은 핵증기 관련 설비 계통인 1차 계통 (Primary System) 및 터빈 발전기 관련 설비 계통인 2차 계통(Secondary System), 그리고 1차 계통과 2차 계통의 보조설비 계통을 따로 분류한 BOP 계통 (Balance of Plant System) 등 크게 3가지로 분류한다. 또는 핵증기 관련 계통, 터빈발전기 관련 계통, 전기계통으로 분류하기도 한다.

출처

  1. “비상노심 냉각장치”. 《전력정보센터》.