기술내용
Alloy 600 재료는 1차 계통 냉각수 분위기에서 입계응력부식균열(Pressurized water stress corrosion cracking: PWSCC) 현상을 일으킨다. 실제 가동 중인 국내외 가압경수로형(PWR) 발전소에서 이 재료로 만들어진 증기발생기 전열관과 CRDM(Control rod drive mechanism) nozzle에서 가동 중 결함이 발생하고 있다. 1차 계통 냉각수는 원자로 로심의 핵반응도를 조절하기 위해 고농도의 붕산 (H3BO3)을 주입한다. 붕산 주입에 의해 냉각수내의 pH가 감소하므로 이를 방지하기위해 수산화 리튬(LiOH)을 첨가한다. 또한 1차 계통 냉각수에는 구성 재질의 부식을 최소화하기 위해 용존산소를 제거하고 또 방사화 분해에 의해 생성되는 산소를 제거할 목적으로 일정 농도 이상의 수소가 첨가된다. 수소는 냉각수중의 산소를 제거할 뿐만 아니라 최근에는 합금 600의 PWSCC의 저감화에 큰 영향을 미치는 것으로 보고되고 있다. 수소농도를 조절함으로써 합금 600의 금속이온 용출을 완화시킬 수 있으면 부가비용이 들지 않는 매우 효율적인 수화학 기술이다. 실제 원전의 고온/고압 가동 조건에서 수소농도를 직접 측정하는 기술은 운전 중인 원전 현장에 적용이 가능함을 나타낸다.
수소농도 측정 모사 시험장치
원자로 가동 환경에서 냉각수 중의 수소농도를 직접 측정하기 위한 시험 루프를 그림 1과 같이 제작하였으며 그림 2의 수소농도 측정 장치는 이 루프에 장착하였다. 원전 가동 환경에서 수소농도가 재질에 미치는 영향을 평가하기위해 이 시험 장비를 활용하고 있다.
그림 1. 수소농도 직접 측정을 위한 1차 계통 냉각수 모사 시험장치
용존 수소농도 측정 센서
그림 2. 고온/고압 냉각수중 용존 수소농도 직접측정 센서
성능자료
순수와 2 ppm Li/1200 ppm B 용액에서 측정한 수소분압은 온도증가에 따라 감소하였고 압력 증가에 따라 증가하였다. 이 값들로 계산한 헨리상수도 같은 경향을 보였다. 측정한 수소분압은 이론값들보다 높았는데 포화압력보다 높은 압력에서 측정하였기 때문이다. 수소분압과 계산된 헨리상수 값은 순수에서 보다 용액에서 높게 나타났다.
그림 3. (a) 순수에서 (b) 2 ppm Li/1200 ppm B 용액에서 헨리상수