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원자력 증기용 안전밸브의 개방성능 평가를 위한 해석적 연구
An Analytical Study on Evaluation of Opening Performance of Steam Safety Valve for Nuclear Power Plant 원문보기

한국유체기계학회 논문집 = The KSFM journal of fluid machinery, v.17 no.1, 2014년, pp.5 - 11  

손상호 (한국기계연구원)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The purpose of this paper is to investigate an analytical approach for opening performance evaluation of the nuclear pressure safety valve based on standard codes such as ASME or KEPIC. It is well-known that safety valve is considered as one of pressure relief valves for protecting a boiler or press...

주제어

#증기용 안전밸브   #설정압   #급속개방   #전산유체   #동역학  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이를 위하여 밸브가 개방되는 과정을 전산유체역학(CFD)를 통하여 개방 단계별 유동해석결과를 분석하고 개방되는 원리와 작용하는 역학적인 힘들에 대해서 고찰하였다. 또한, 동역학 수치해석을 통하여 밸브가 개방되는 디스크의 동적인 운동을 연구하고, 허들링 챔버가 미치는 영향에 대해 살펴보았다. 
  • 본 연구에서는 원자력 안전밸브의 개방성능을 평가 및 분석을 위하여 전산유체 및 동역학의 통합적인 수치해석을 수행하고, 밸브 개방에 미치는 역학적인 힘을 분석하고 제어챔버의 효과에 대하여 살펴보았다. 
  • 본 연구에서는 증기용 안전밸브의 개방성능을 모사하기 위한 통합적인 해석연구를 진행하였다. 이를 위하여 밸브가 개방되는 과정을 전산유체역학(CFD)를 통하여 개방 단계별 유동해석결과를 분석하고 개방되는 원리와 작용하는 역학적인 힘들에 대해서 고찰하였다.

가설 설정

  • 본 연구에서는 앞서 설명한 바와 같이 안전밸브의 급속개방을 10단계로 나누어 준정류(quasi steady) 과정으로 가정하여 유동 해석을 수행하였다. 이와 같은 해석적 가정의 타당성을 검토하기 위하여 비정상(transient) 해석을 수행하였다.
  • 1bar이 작용하고 출구측은 대기로 방출하는 유동조건을 설정하였다. 설비시스템의 필요에 따라 밸브 후단에 탱크나 설비가 연결되는 경우에는 배압이 발생할 수 있으나, 본 연구에서는 대기방출로 가정하였다. 그리고, 밸브 개방 시에 증기의 유동패턴과 작용력의 메커니즘을 분석하기 위하여 밸브의 10단계 개방율에 따라 CFD 해석을 수행하였다.
  • 그리고, 밸브 개방 시에 증기의 유동패턴과 작용력의 메커니즘을 분석하기 위하여 밸브의 10단계 개방율에 따라 CFD 해석을 수행하였다. 안전밸브가 매우 짧은 시간내로 급속개방하므로 준정류(quasi steady) 가정을 바탕으로 하였으며, 이는 기존에 Dempster W(9)가 안전밸브에 대하여 실험과 해석을 연구한바 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
과압보호장치로 흔히 사용되고 있는 안전밸브란? 일반 산업계에서부터 발전소에 구비되는 압력용기, 보일러 등의 주요설비의 과압보호장치로 흔히 사용되고 있는 안전밸브(safety valve)는 설정압력(set pressure)이상으로 가압되면 디스크가 급속개방(popping)되어 유체를 방출시키며 안전한 압력수준으로 유지시며 설비를 보호하는 안전장치이다. 원전용 안전밸브의 성능은 ASME(1)나 KEPIC(2)와 같은 기술기준코드에 따라 설정압력, 블로우다운(blowdown), 풀리프트(full lift), 누설(leakage), 방출용량(discharge flowrate) 등과 같은 특성인자로 평가된다.
팝핑을 시험적으로 규명하기에는 설비사양 문제로 쉽지 않은 이유는? 증기용 안전밸브에서는 급속개방이 중요한 설계특징이지만, 증기유체에서는 아주 짧은 시간 내에 팝핑이 이루어지때문에 계측을 위해서는 정밀도가 매우 높은 설비가 요구된다. 따라서, 팝핑을 시험적으로 규명하기에는 설비사양 문제로 쉽지 않다.
원전용 안전밸브의 성능은 어떻게 평가되는가? 일반 산업계에서부터 발전소에 구비되는 압력용기, 보일러 등의 주요설비의 과압보호장치로 흔히 사용되고 있는 안전밸브(safety valve)는 설정압력(set pressure)이상으로 가압되면 디스크가 급속개방(popping)되어 유체를 방출시키며 안전한 압력수준으로 유지시며 설비를 보호하는 안전장치이다. 원전용 안전밸브의 성능은 ASME(1)나 KEPIC(2)와 같은 기술기준코드에 따라 설정압력, 블로우다운(blowdown), 풀리프트(full lift), 누설(leakage), 방출용량(discharge flowrate) 등과 같은 특성인자로 평가된다.(3) 그 중에서도 설정압력에서 개방되는 특성이 가장 중요한 작동요소가 되며, 특히 증기용 안전밸브는 개방 직전에 심머링 현상(simmering)을 보이다 순간적으로 개방하여 증기를 방출하는 특징을 가지고 있다.
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참고문헌 (10)

  1. ASME, 2002, QME-1, pp. 81-107. 

  2. KEPIC, 2005, MFC, pp. 11-46. 

  3. Mohammad, A. M., 2005, "Pressure Relief Devices - ASME AND API CODE SIMPLIFIED," McGraw-Hill, pp. 112-114. 

  4. Hellemans, 2009, "The Safety Relief Valve Handbook," Elsevier, pp. 27-128. 

  5. ASME, 2007, Boiler & Pressure Vessel Code, Section VIII - Division 3. 

  6. ASME, 2001, PTC-25, pp. 22-47. 

  7. Song, 2010, "Three-dimensional CFD analysis of a spring-loaded pressure safety valve from opening to re-closing," ASME conference. 

  8. Ortega, 2008, "A numerical model about the dynamic behavior of a pressure relief valve," ENCIT - Congress of Thermal Engineering and Sciences. 

  9. Dempster W.M., 2008, "A computational fluid dynamics evaluation of a pneumatic safety relief valve," Int. AMMI conference, pp. 92-105. 

  10. ANSYS CFX Theory Guide. 

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