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가동중 원전

이산화탄소 소화설비 성능점검 시행 [2012 원자력안전기술정보회의]

2012.04.04

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1. 배 경

건설원전 저압식 CO2 소화설비 성능점검 수행(2011.8)

방화구역 : AAC DG Room

밸브 선정/ 배관구경, 배관비 등 개선 필요성 도출

단기조치 이후 중장기 설비개선 계획 제출

관련 발전소 : 신고리 1,2호기 / 신월성 1,2호기

운전중인 CO2 소화설비 성능점검 시행 요청(2012. 4~)

원안위(KINS) : 가동원전 성능점검 요청

한수원 : 현장실사 및 설계검증 등 시행 예정

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2. CO2 소화설비 NFSC 106

방호구역별 요구 소화 약제량 규정 (제5조; 소화약제)

전역방출 표면화재 및 심부화재의 소화약제량 명시

국소방출 및 호스릴 방식 소화약제 방출량 명시

CO2 소화설비 배관 설치기준 (전역방출방식)

표면화재의 배관 구경은 1분 이내에 CO2 소요량 방출

심부화재의 경우 7분 이내 소요량 방출

(2분 이내에 설계농도 30% 도달)

※ NFSC : 국가화재안전기준

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2. CO2 소화설비 NFSC 106

분사헤드 배치와 방사압력 (전역방출방식)

방호구역 전역에 균일하고 신속하게 확산토록 배치

분사헤드 방사압력(저압식) : >10.5 kg/cm2

정부인정기관에서 인정 받은 설계프로그램을 사용

가스계소화설비의 성능에 관한 인정기준

(KFIS 002; 2000.10.9 제정; 2011.08.31 폐지)

가스계소화설비의 설계프로그램 성능시험 기술기준

(소방청고시 제2010-1호; 2010.01.06)

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3. 소화약제 방출시간

NFPA-12

NFPA-12 (2000), 2-5.2.1 : for surface fire, the

design concentration shall be achieved within 1

minute from start of discharge

A-2-5.2.1 : Normally, the measured discharge time

is considered to be the time when the measuring

device starts to record the presence of carbon

dioxide until the design concentration is achieved

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4. 소화약제 방출시간

소방청 고시

소방청고시 제2010-1호 (2010.1.6) 제2조 (용어 정의) :

방출시간이라 함은 분사헤드로부터 소화약제가 방출되기

시작하여 방호구역의 가스계 소화약제 농도값이 최소

설계농도의 95%에 도달되는 시간을 말한다.

건설원전에 사용하는 설계프로그램은 방출시간을 다르게

정의함

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5. 약제방출 시점과 밸브 위치의 영향

선택밸브

CO2 저장탱크

CO2 공급배관

EDG 노즐

EDG Room CO2 공급 배관 개략도

소화약제 공급 방법 : 화재감지기 동작 - 경보(30초) - 선택밸브 개방 – 액체CO2 방출

소화약제 상변화 : 액체(탱크내부) – 배관냉각(증발잠열) – 기상 일부 방출후 액상 방출

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5. 약제방출 시점과 밸브 위치의 영향

공급 배관의 포화온도까지 냉각을 위해 소요되는 CO2 량

1. CO2 공급 배관의 포화온도까지 냉각을 위해 소요되는 CO2 량

- 근거 : NFPA-12, A-3-3.3.1.2 (2000 edition)

-

- W : CO2 증발량 (kg)

- w : 배관 총중량 (γ*3.14*DtL=7810kg/m3*3.14*0.1023*0.006*250=3,763kg)

(sch 40 강관, 내경=102.3mm, 두께 = 6mm, 비중량 7810 kg/m3 적용)

- Cp : 금속배관 비열 (0.46 kJ/kg.K)

- T1, T2 : 소화약제 방출전 배관평균온도(20 ℃), CO2 평균온도 (-18 ℃)

- H : 액체 CO2 증발잠열 (279 kJ/kg)

- 따라서 CO2 = 236 kG이 액체에서 기체로 증발됨

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5. 약제방출 시점과 밸브 위치의 영향

EDG 노출 선단에서 약제 방출을 위해 설치된 배관의 CO2 충진량

2. EDG 노출 선단에서 약제 방출을 위해 설치된 배관의 CO2 충진량

- 4” sch 40 배관의 내경 : 4.03” (0.1024 m)

- 배관 길이 : 250m 기준

- CO2 액체 밀도 : 1022.2 kg/m3

따라서, CO2 충진량 : 3.14/4*(0.1024)**2 *250 * 1022.2 = 2103.5 kg

* 초기 배관 냉각을 위한 CO2량은 236 kg이며, 전체 배관 충진량은 2103 kg으로

약 11%의 약제가 액상에서 증발잠열을 얻어 기상으로 변경됨. 그러나 액상 피스톤과

같은 추진체 역할을 할 수 없는 상태로 방화지역에 공급되는 역할을 하게 됨.

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5. 약제방출 시점과 밸브 위치의 영향

EDG 노출 선단에서 약제 방출을 위해 설치된 배관의 CO2 충진량

3. 액체 CO2의 배관 유속

- v = (2g ΔP/γ)**0.5 = (2*15.75*10000/1022.2)**0.5 = 17.55 m/sec

˚ΔP는 탱크 출구압력과 노즐출구압력의 평균값을 적용 (배관경로에서의 감압 반영)

˚ 위치수두, 유동저항, 배관상당장 등 minor한 부분은 계산에서 무시함

- 충진약제량 : ∫(ρAv dt)

4. 배관을 통한 소화약제 분출시간

- 배관 상당길이 : 300 m, - CO2 유속 : 17.55 m/sec

- 소요시간 = 300/17.55 = 17.64 초

배관 손실저항을 고려할 때 약제가 노즐에서 방출되기 시간은 최소 18~25초

소요될 것으로 판단됨 (월성 1호기 실험시 약 23초 추가 방출시간 필요함)

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6. 배관비에 대한 화재방호 규정 및 제한사항

배관길이가 길 경우 배관비 및 밸브 개방시간에 대한 설계프로그램 반영이 필요함

- 약제 방출량 및 소요시간을 고려하여 설계프로그램에 명시할 것 : 방화지역의 노츨선단에서 약제가 방출되는 시점을 기준 - 배관비를 고려하여 설계프로그램에 사전 반영하는 방안→ 밸브개방시간 연장 : - t(valve open time) = td(60초) + 약제 충진시간

소화약제 배관의 공기를 사전에 제거하는 별도 설비를 고려하여야 함 - 경보시간 (20~30초)을 이용하여 대기로 소화배관의 공기를 제거하는 방안 - 설계프로그램에 대기방출밸브 기능을 반영하거나 소화설비 설치기준 면제처리

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6. 배관비에 대한 화재방호 규정 및 제한사항

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6. 배관비에 대한 화재방호 규정 및 제한사항

화재감지기 동작 (2개 교차회로)

화재 진압

소화약제 방출

탱크 출구 선택밸브 개방

지연타이머 동작 (동작시간 조정)

화재발생

방화지역 방출밸브 개방

주제어실 화재경보반

방화지역(현장) 화재경보반

주제어실 화재경보

방화지역(현장) 화재경보

공기배츨변 자동 개방

자동공기배출변 격리밸브 개방

자동공기배출변 격리밸브 차단

- CO2 : 20초 - 기타 : 10초

소화설비 종류별 리스크 분석

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7. 소방 방재청 질의 회신 내용

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8. 가동중 원전 CO2 소화설비 점검 계획(안)

원전 CO2 소화설비 현황

본부 발전소 건물명 방화지역 개수

고리본부 1 N/A -

2 AAC D/G 5

영광본부

1 AAC D/G 6

2 EDG, PAB 6

3 1-PAB, Diesel BLD 11

울진본부

1 AAC D/G 5

2 EDG, PAB 12

3 EDG, PAB 9

소계 54

* 월성본부 (1발전소, 2발전소) : 고압CO2 22개 방화지역 * 영광본부 (2발전소) : 고압 CO2 4개소 방화지역

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8. 가동중 원전 CO2 소화설비 점검 계획(안)

• 설계프로그램을 통한 성능점검 1단계

• 실증시험 수행방안 검토 2단계

• 설비개선계획 작성 및 인허가 3단계

후속조치 • 절차서 변경 등 인허가

추진계획

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8. 가동중 원전 CO2 소화설비 점검 계획(안)

전 반

설계 프로그램 제한사항 (배관비, 밸브개방시점 등) 검토

소화설비 작동밸브 설정치 설계사항 및 설정값 확인

Check Valve 설치방향 및 내 저온성 확인 (밸브 손상 사례 반영)

Check Valve 등 소화배관 밸브 기밀성 확인

소화설비 설계 및 유지 조건 (온도, 압력 등)을 반영한 분석

방화지역 체적 계산 오류에 의한 소화약제 방출량 변경 사례

노즐 분포의 부적합에 따른 불균일 분포 가능성에 대한 현장 실사

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8. 가동중 원전 CO2 소화설비 점검 계획(안)

발전소별 CO2 소화설비 현황 상세조사 및 특성 분석

소방관서 인허가 설계프로그램 현황 확인 (제작사/소유자)

설계프로그램 제한사항 분석 (배관비, 밸브동작시간 등)

설계프로그램에 적용한 배관 ISO 대비 As-Built 현장실사

설계 대비 밸브, 감지기, 제어설비, 부품 설치사양/성능확인

설계프로그램 이용 As-Built 상태의 소화성능 점검

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8. 가동중 원전 CO2 소화설비 점검 계획(안)

소화성능 만족시 프로그램 해석결과 정리 및 Documentation

불만족시 설비개선에 의한 성능만족 이행방안 검토

설비개선 결과를 기준하여 설계프로그램 결과 재 검정 및 분석

재검정 결과 성능 불만족시 설계변경 등 개선방안 검토

설계변경 결과를 기준한 화재실증시험 대상 확인(필요시)

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8. 가동중 원전 CO2 소화설비 점검 계획(안)

화재실증시험 대상 발전소 및 방화지역에 대한 Grouping

화재실증시험에 따른 설계프로그램 종류, 요구사항과 제한조건 동일성

방화지역 체적, 소화농도, 배관길이 유사성, 소화약제 방출 특성

밸브, 배관, 노즐 코드, 분포 상태 등의 유사성

문제점 검토 및 대책 수립

소화약제 방출에 따른 안전정지 기기/부품의 과냉 영향 분석 및 대책 수립

방화지역 과압에 따른 안전정지 설비 및 건축구조물 영향 분석 및 대책수립

필요시 화재실증시험 대체방안 분석 (Proto-type, Door-Fan test)

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8. 가동중 원전 CO2 소화설비 점검 계획(안)

화재실증시험 대상 방화지역 선정 및 화재 실증시험 검토

발전소 계획예방정비 기간 및 일정 분석

Grouping 결과 확인 및 대상 방화지역 선정

대체시험 수행 (필요시)

대체시험 방법 검토 및 타당성 확인

안전정지 기기/부품에 대한 성능시험/환경열화시험 수행 (요구시)

대체시험 수행 및 시험 결과에 대한 documentation

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8. 가동중 원전 CO2 소화설비 점검 계획(안)

1,2단계의 성능 불만족시 최종 설비개선 조치 (종류 변경 등)

상세 설계/설비 변경서 작성 및 인허가 사전문서 검토

발전소별 경미한 설계변경 사항 등 신고 조치 완료

가동원전 CO2 소화설비 성능점검 확인 완료

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8. 가동중 원전 CO2 소화설비 점검 계획(안)

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