원전해체 시 콘크리트 구조물 절단을 위한 밀기형 절단장치 개발 Development of the Pushing Type Cutting Device to Dismantle Concrete Structure for Decommissioning of Nuclear Power Plant원문보기
콘크리트 구조물 절단에 사용되고 있는 다이아몬드 와이어 쏘가 장착된 당김형 절단 장치의 단점을 개선하여 밀기형 절단장치를 개발하였다. 개발된 밀기형 절단장치에는 먼지 집진 커버가 부착되며 마찰열을 냉각하기 위한 건식이나 습식방법을 선택할 수 있다. 개발된 절단장치의 동작특성과 집진 먼지의 누설률 측정을 실험하였다. 시험결과 원활한 동작특성을 보였으며, 먼지의 누설률은 1.7%인 것으로 나타났다. 개발된 절단장비를 사용하여 생물학적 차폐 콘크리트 절단 시 작업자의 내부 피폭선량을 평가하였다. 보수적 평가를 위해 노심 중심부분을 절단하는 경우를 가정하였다. 비방사능이 99.5 Bq·g-1인 누설 먼지로 인해 반면마스크를 착용한 작업자의 예탁유효선량은 0.25 mSv로 평가되었다. 개발된 밀기형 절단장비 사용 시 미량의 먼지 누설률로 인해 작업자의 방사선 피폭이 저감되며, 사용의 편리성으로 세부 절단 계획을 수립할 수 있어 방사성 콘크리트 폐기물 감량에도 기여할 수 있다. 따라서 원전의 방사화된 생물학적 차폐 콘크리트를 비롯하여 철근 콘크리트 구조물 해체 작업 시 절단 장비로서 사용될 수 있을 것이다.
콘크리트 구조물 절단에 사용되고 있는 다이아몬드 와이어 쏘가 장착된 당김형 절단 장치의 단점을 개선하여 밀기형 절단장치를 개발하였다. 개발된 밀기형 절단장치에는 먼지 집진 커버가 부착되며 마찰열을 냉각하기 위한 건식이나 습식방법을 선택할 수 있다. 개발된 절단장치의 동작특성과 집진 먼지의 누설률 측정을 실험하였다. 시험결과 원활한 동작특성을 보였으며, 먼지의 누설률은 1.7%인 것으로 나타났다. 개발된 절단장비를 사용하여 생물학적 차폐 콘크리트 절단 시 작업자의 내부 피폭선량을 평가하였다. 보수적 평가를 위해 노심 중심부분을 절단하는 경우를 가정하였다. 비방사능이 99.5 Bq·g-1인 누설 먼지로 인해 반면마스크를 착용한 작업자의 예탁유효선량은 0.25 mSv로 평가되었다. 개발된 밀기형 절단장비 사용 시 미량의 먼지 누설률로 인해 작업자의 방사선 피폭이 저감되며, 사용의 편리성으로 세부 절단 계획을 수립할 수 있어 방사성 콘크리트 폐기물 감량에도 기여할 수 있다. 따라서 원전의 방사화된 생물학적 차폐 콘크리트를 비롯하여 철근 콘크리트 구조물 해체 작업 시 절단 장비로서 사용될 수 있을 것이다.
Pulling-type cutting devices, which use a diamond wire saw, have been used generally for cutting concrete structures. In this study, a pushing-type cutting device with a collection cover was developed by overcoming the disadvantages of pulling-type devices. In this device, dry or liquid methods can ...
Pulling-type cutting devices, which use a diamond wire saw, have been used generally for cutting concrete structures. In this study, a pushing-type cutting device with a collection cover was developed by overcoming the disadvantages of pulling-type devices. In this device, dry or liquid methods can be selected to cool frictional heat. Operation and leakage tests of the dust generated during the dismantling of a concrete structure were carried out, confirming the suitable operation of the fabricated cutting device; the leakage rate was approximately 1.7%. For a conservative evaluation, the internal dose of workers was estimated in dismantling the core center part of biological shield concrete with a specific activity of 99.5 Bq·g-1. The committed effective dose per worker was 0.25 mSv. The developed cutting device contributed to reducing radioactive concrete waste and minimizing worker exposure due to its easy installation. Therefore, it can be utilized as a cutting apparatus for dismantling not only reinforced concrete structures but also radioactive biological shield concrete in nuclear power plant decommissioning efforts.
Pulling-type cutting devices, which use a diamond wire saw, have been used generally for cutting concrete structures. In this study, a pushing-type cutting device with a collection cover was developed by overcoming the disadvantages of pulling-type devices. In this device, dry or liquid methods can be selected to cool frictional heat. Operation and leakage tests of the dust generated during the dismantling of a concrete structure were carried out, confirming the suitable operation of the fabricated cutting device; the leakage rate was approximately 1.7%. For a conservative evaluation, the internal dose of workers was estimated in dismantling the core center part of biological shield concrete with a specific activity of 99.5 Bq·g-1. The committed effective dose per worker was 0.25 mSv. The developed cutting device contributed to reducing radioactive concrete waste and minimizing worker exposure due to its easy installation. Therefore, it can be utilized as a cutting apparatus for dismantling not only reinforced concrete structures but also radioactive biological shield concrete in nuclear power plant decommissioning efforts.
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문제 정의
집진커버 내부에 집진된 먼지의 누설률을 실험하기 위하여 텐트를 이용하여 가로, 세로, 높이가 각각 4 m × 6 m × 5 m의 실험공간을 구성하였다. 공기 시료채취기의 설치와 먼지 시료의 채취는 관련 전문 업체에 의뢰하여 수행하였다. 누설되는 먼지의 시료를 채취하기 위하여 실험 공간의 내부 위치와 외부 위치에 시료채집 필터가 장착된 공기시료채취기를 1대씩 설치하였다.
본 연구에서는 원전 부지 내 콘크리트 구조물과 건축물, 교량 등의 일반 콘크리트 구조물의 해체 및 철거 작업 시 현재 사용되고 있는 당김형 절단장치의 단점을 개선하여 다이아몬드 와이어 쏘의 내구성을 향상시키며, 누설되는 먼지를 최소화하여 작업자와 주변 주민의 안전이 확보된 밀기형(Pushing type) 콘크리트 구조물 자동 절단 장치를 국내 최초로 설계·제작하고자 한다.
가설 설정
개발된 밀기형 절단장비를 사용하여 작업자가 생물학적 차폐 콘크리트를 절단하는 작업을 수행할 때 집진커버에서 누설되는 먼지를 호흡기를 통해 흡입하였을 경우 작업자의 예탁유효선량을 평가하기 위하여 가장 보수적인 작업 조건인 코어의 중심부분을 절단하는 경우를 가정하였다. Fig.
작업자는 반면마스크를 착용하고 작업공간 25 m3에서 근무시간 8시간 중 5시간 절단작업에 종사하는 것으로 가정하였다. 또한 제작된 장비를 사용하여 생물학적 차폐 콘크리트 절단 작업 시 작업공간으로 누설되는 먼지는 작업공간에 균일하게 퍼지는 조건으로 가정하였다. 이러한 조건 하에서 노심 중심부분을 절단하는 작업 중에는 작업장의 공기중 방사능농도는 5.
중성자에 의해 방사화된 영역은 노심 부분을 기준으로 노심 중심부분과 기타 다른 부분으로 나누고, 방사화 부분의 크기는 노심의 중앙을 기준으로 높이, 길이와 두께가 1 m인 것으로 가정하였다. 방사화 영역의 총 무게는 570톤으로 노심 중앙부분의 무게는 약 64톤, 기타 다른 부분의 무게는 약 506톤인 것으로 가정하였다. MCNP 6과 ORIGEN 코드를 이용하여 계산한 결과 각 부분의 방사능량은 6.
033 mSv로 평가되었다. 본 연구에서는 가장 보수적인 상황을 가정하여 평가한 결과이다. 실제로는 발생할 수 없는 사건으로 생각된다.
1 × 10-9 Sv/Bq이다[11]. 작업자는 반면마스크를 착용하고 작업공간 25 m3에서 근무시간 8시간 중 5시간 절단작업에 종사하는 것으로 가정하였다. 또한 제작된 장비를 사용하여 생물학적 차폐 콘크리트 절단 작업 시 작업공간으로 누설되는 먼지는 작업공간에 균일하게 퍼지는 조건으로 가정하였다.
최근 문헌에서 고리 1 발전소의 운전 정지 후 10년간의 냉각시간이 지난 후 생물학적 차폐 콘크리트의 방사능량을 계산하였다. 중성자에 의해 방사화된 영역은 노심 부분을 기준으로 노심 중심부분과 기타 다른 부분으로 나누고, 방사화 부분의 크기는 노심의 중앙을 기준으로 높이, 길이와 두께가 1 m인 것으로 가정하였다. 방사화 영역의 총 무게는 570톤으로 노심 중앙부분의 무게는 약 64톤, 기타 다른 부분의 무게는 약 506톤인 것으로 가정하였다.
제안 방법
고리 1호기의 방사화된 생물학적 차폐 콘크리트 절단 작업 시 작업자가 제작된 밀기형 절단장치를 사용할 경우 간접 측정 방법인 공기중 방사성 핵종 농도에 의한 예탁유효선량 평가 방법을 적용하여 작업자의 내부피폭선량을 계산하였다[10]. 해체 철거 작업 시 주요 핵종으로 평가되었던 60Co은 비교적 5년의 긴 반감기를 갖는 핵종으로서 작업자에게 가장 많은 방사선피폭을 줄 수 있을 것으로 예측되어 평가 핵종으로 선정하였다.
공기 시료채취기의 설치와 먼지 시료의 채취는 관련 전문 업체에 의뢰하여 수행하였다. 누설되는 먼지의 시료를 채취하기 위하여 실험 공간의 내부 위치와 외부 위치에 시료채집 필터가 장착된 공기시료채취기를 1대씩 설치하였다. Fig.
누설률 측정은 공기시료채집기 가동 전·후의 시료채집필터 무게를 측정하는 방법을 적용하였다.
절단장비의 작동방식에서 당김형 방식에 비해 안전성이 우수한 밀기형으로 설계하였다. Fig.
절단장치의 다이아몬드 와이어 쏘는 콘크리트 구조물의 절단면을 앞면에서 뒷면 방향으로 감싸고 깊이 방향으로 전진하도록 밀기형 절단장치로 설계하였다. 운전자는 콘크리트의 구조와 절단 조건에 따라 절단 동작이 건식이나 습식방법을 결정하여 작업을 수행할 수 있다.
절단방법에 따라 마찰열을 냉각하기 위한 건식이나 습식방법을 선택할 수 있고, 먼지의 대부분은 집진커버에 집진 되어 별도의 다른 용기로 수집되며, 유압공급장치를 사용하여 집진커버를 절단면에 밀착시켜 미량의 먼지만 작업장 내부로 누출되도록 제작한다. 제작된 절단장치의 동작특성과 발생 먼지의 누설률을 실험한다. 제작된 장비를 사용할 때 작업자가 누설되는 먼지를 흡입하였을 경우 예탁유효선량을 평가하여 개발된 절단장비의 안전성을 확인한다.
24 g·cm-3이며, 총 무게는 2,100톤으로 알려져 있다. 최근 문헌에서 고리 1 발전소의 운전 정지 후 10년간의 냉각시간이 지난 후 생물학적 차폐 콘크리트의 방사능량을 계산하였다. 중성자에 의해 방사화된 영역은 노심 부분을 기준으로 노심 중심부분과 기타 다른 부분으로 나누고, 방사화 부분의 크기는 노심의 중앙을 기준으로 높이, 길이와 두께가 1 m인 것으로 가정하였다.
대상 데이터
2는 설계된 밀기형 절단장치의 모듈 구성을 보여준다. 설계된 밀기형 절단장치는 제어부를 중심으로 풀리부, 집진장치와 외부장치로 구성하였다.
집진커버 상부에는 천공장치가 장착되었으며, 건식이나 습식 방법으로사용하기 위하여 공기 또는 유체를 공급할 수 있는 인입장치도 설치되었다. 외부장치로는 집진커버 내부에 축적되는 먼지를 흡입하여 수집하는 흡입장치, 유체 공급과 슬러지 정화를 위한 냉각액체 탱크 및 정화장치와 집진커버를 절단면에 밀착상태를 유지시키는 유압공급장치로 구성되었다.
집진커버 내부에 집진된 먼지의 누설률을 실험하기 위하여 텐트를 이용하여 가로, 세로, 높이가 각각 4 m × 6 m × 5 m의 실험공간을 구성하였다.
성능/효과
개발된 밀기형 절단장비를 사용함으로써 생물학적 차폐 콘크리트의 방사화 부분에 접근할 필요가 없어 작업자의 내부피폭이 최소화된다. 개발된 밀기형 절단장치는 사용이 편리하여 절단될 콘크리트의 수평면, 수직면과 경사면에 쉽게 설치할 수 있어 방사화된 부분을 선택적으로 절단할 수 있으므로 상세한 절단계획 수립이 가능하므로 방사성 콘크리트 폐기물 감량에 크게 기여할 수 있다. 따라서 고리 1 발전소의 생물학적 차폐 콘크리트의 절단 작업에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
자주식 회전 장치를 사용하여 다이아몬드 와이어 쏘에 회전력을 주고 장치의 동작상태를 확인하는 실험을 수행하였으나 장비의 절단속도는 측정하지 않았다. 실험 결과 절단장비의 다이아몬드 와이어 쏘가 협착되거나 파단되지 않고 콘크리트 구조물을 절단하는 동작이 원활하게 작동되고 있음을 확인하였다.
는 예탁유효선량 환산계수이다. 예탁유효선량을 계산한 결과 노심 중심부분을 절단하는 경우 0.25 mSv이며, 다른 부분을 절단하는 경우에는 0.033 mSv로 평가되었다. 본 연구에서는 가장 보수적인 상황을 가정하여 평가한 결과이다.
제작된 밀기형 절단장비의 동작 특성을 실험한 결과 양호한 성능을 보였으며, 집진커버에 집진된 먼지의 누설률도 1.7%로 매우 낮은 측정치를 보였다. 개발된 밀기형 절단장비를 사용함으로써 생물학적 차폐 콘크리트의 방사화 부분에 접근할 필요가 없어 작업자의 내부피폭이 최소화된다.
누설률 측정은 공기시료채집기 가동 전·후의 시료채집필터 무게를 측정하는 방법을 적용하였다. 측정 결과 Table 4에서 보여 주는 바와 같이 내부로 방출되는 먼지의 누설률은 약 1.7%정도이며, 집진커버에 수집된 98% 이상의 먼지는 외부장치부의 흡입장치에 의해 외부에 설치된 수집장치로 이동되었다.
고리 1호기의 방사화된 생물학적 차폐 콘크리트 절단 작업 시 작업자가 제작된 밀기형 절단장치를 사용할 경우 간접 측정 방법인 공기중 방사성 핵종 농도에 의한 예탁유효선량 평가 방법을 적용하여 작업자의 내부피폭선량을 계산하였다[10]. 해체 철거 작업 시 주요 핵종으로 평가되었던 60Co은 비교적 5년의 긴 반감기를 갖는 핵종으로서 작업자에게 가장 많은 방사선피폭을 줄 수 있을 것으로 예측되어 평가 핵종으로 선정하였다. 예탁유효선량을 평가하기 위하여 ICRP-68에서 제공하는 주요 방사성핵종(5 μm, AMAD)인 60Co 1 Bq섭취 시 예탁유효선량 환산계수는 7.
후속연구
마찰열을 냉각하기 위해 건식방법을 사용하며 집진커버가 부착되어 있는 당김형 절단장비는 기술적 완성도가 미흡하여 다량의 먼지와 이차 오염 발생의 우려가 높다. 국내 원자력발전소의 해체가 예정되어 있는 원전 부지 내 콘크리트 구조물과 생물학적 차폐 콘크리트 해체 시에도 사용될 것으로 예상된다. 원전에서 사용되고 있는 콘크리트 구조물은 방사성물질의 사용으로 내부에는 방사성물질로 오염되어 있으며, 생물학적 차폐 콘크리트는 방사화되어 방사성 물질을 함유하고 있다.
더불어 실제 원전 해체 작업을 수행하기 전에 고리 1호기와 같은 원전에서는 핵연료 손상의 이력을 조사하여 누출될 수 있는 137Cs 핵종도 고려해야 할 것이다.
개발된 밀기형 절단장치는 사용이 편리하여 절단될 콘크리트의 수평면, 수직면과 경사면에 쉽게 설치할 수 있어 방사화된 부분을 선택적으로 절단할 수 있으므로 상세한 절단계획 수립이 가능하므로 방사성 콘크리트 폐기물 감량에 크게 기여할 수 있다. 따라서 고리 1 발전소의 생물학적 차폐 콘크리트의 절단 작업에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 향후 세계 원전 해체 시장에서 콘크리트 구조물을 해체할 수 있는 절단장치로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
콘크리트 구조물의 절단 작업 시 기존의 당김형 절단장비를 사용할 경우 방사성물질을 함유하고 있는 많은 콘크리트 먼지가 발생되어 작업자의 방사선피폭과 주변 환경이 오염될 것으로 예상되므로 먼지 발생률을 최소화하는 방안을 수립하여야 할 것이다.
따라서 고리 1 발전소의 생물학적 차폐 콘크리트의 절단 작업에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 향후 세계 원전 해체 시장에서 콘크리트 구조물을 해체할 수 있는 절단장치로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
참고문헌 (13)
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