원자력시설 굴뚝 내 공기시료채취 위치의 적절성 평가

• Published in: Journal of nuclear fuel cycle and waste technology (Online) 2017, 15(2), , pp.173-180
• Main Authors: 이정복, 김태형, 이종일, 김봉환, Lee, JungBok, Kim, TaeHyoung, Lee, JongIl, Kim, BongHwan
• Format: Article
• Language: Korean
• Subjects: 원자력공학
• ISSN: 1738-1894; 2288-5471
• DOI: 10.7733/jnfcwt.2017.15.2.173

In this study, air sampling locations in the stack of the Advanced Fuel Science Building (AFSB) at the Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) were assessed according to the ANSI/HPS N13.1-1999 specification. The velocity profile, flow angle and $10{\mu}m$ aerosol particle profile at the cross-section as functions of stack height L and stack diameter D (L/D) were assessed according to the sampling location criteria using COMSOL. The criteria for the velocity profile were found to be met at 5 L/D or more for the height, and the criteria for the average flow angle were met at all locations through this assessment. The criteria for the particle profile were met at 5 L/D and 9 L/D. However, the particle profile at the cross-section of each sampling location was found to be non-uniform. In order to establish uniformity of the particle profile, a static mixer and a perimeter ring were modeled, after which the degrees of effectiveness of these components were compared. Modeling using the static mixer indicated that the sampling locations that met the criteria for the particle profile were 5-10 L/D. When modeling using the perimeter ring, the sampling locations that met the criteria for particle profile were 5 L/D and 7-10 L/D. The criteria for the velocity profile and the average flow angle were also met at the sampling locations that met the criteria for the particle profile. The methodologies used in this study can also be applied during assessments of air sampling locations when monitoring stacks at new nuclear facilities as well as existing nuclear facilities. 본 연구에서는 한국원자력연구원의 핵연료가공시설 굴뚝 내에서 9곳의 시료채취 위치를 선정하여 ANSI/HPS N13.1-1999 지침에서 제시하는 기준에 따라 그 적절성을 평가하였다. 유체를 포함한 다중물리 해석 소프트웨어인 COMSOL을 활용하여 유동교란 지점으로부터 굴뚝 직경의 배수 높이 위치(L/D) 단면에서의 속도분포, 유동각 및 $10{\mu}m$ 크기의 입자분포 등의 항목에 대하여 기준만족 여부를 평가하였다. 평가 결과, 5 L/D 이상에서 속도분포에 대한 기준을 만족했으며, 평균 유동각에 대한 기준은 모든 위치에서 만족했다. 입자분포에 대한 기준은 5 L/D 와 9 L/D 에서 만족하였으나, 그 분포가 일부에서 기준을 만족하지 못하였다. 균일한 입자분포를 얻기 위한 방법으로 굴뚝 내 정적 혼합장치(static mixer)와 둘레링(perimeter ring)을 추가하는 것을 제안하고, 이에 대한 평가를 수행하였다. 정적 혼합장치를 추가한 경우에는 5-10 L/D, 둘레링을 추가한 경우에는 5 L/D 및 7-10 L/D 에서 입자분포에 대한 기준을 만족하였다. 보완을 위하여 추가한 2 가지 조건에서, 입자분포에 대한 기준을 만족하는 지점은 속도분포 및 평균 유동각에 대한 기준 역시 만족하고 있음을 확인하였다. 본 연구에서 사용한 방법은 신규시설뿐만 아니라, 현장입증시험 수행이 어려운 운영중인 시설에 대하여 시료채취 위치의 적절성을 평가하기 위한 방법으로 활용될 수 있다.