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문 21) 증기발생기에서 운전 중 발생 가능한 수위팽창(Swelling) 현상과 관계가 없는 것은? ➀ 터빈부하 급격한 증가 ➁ 주증기 안전밸브 열림 ➂ 증기덤프밸브 열림 ➃ 원자로 및 터빈 정지
★ 키워드: 증기발생기 수위팽창(Swelling)
온도나 압력이 변화함에 따라 냉각재(물)의 부피가 달라진다. 특히 비등상태의 물에 포함된 증기기포는 압력에 따라 크게 수축 또는 팽창하며, 그 정도는 계통의 운전상태에 의존한다. 증기발생기로 유입되는 급수가 증기발생기 내의 온도보다 상대적으로 낮은 온도이므로 급수유량이 많아지면, 증기발생기를 냉각시켜 체적을 감소시키고 수위가 낮아진다. 이를 수축(Shrinking)이라고 한다. 1차측으로부터 열을 전달받아 물의 온도가 올라가면 체적이 증가하고 수위는 높아지는 팽창(Swelling) 현상이 일어난다.
① 터빈부하 급격한 증가 - (O) 증기발생기 압력 감소 및 증기유량 증가에 따라 수위 증가
② 주증기 안전밸브 열림 - (O) 증기발생기 압력 감소 및 증기유량 증가에 따라 수위 증가
문 22) 가압경수로형 원자력발전소의 증기발생기에서 발생하는 주요 손상기구가 아닌 것은? ➀ 프레팅(Fretting) ➁ 열시효(Thermal Aging) ➂ 응력부식균열(Stress Corrosion Cracking) ➃ 피팅(Pitting)
★ 키워드: 증기발생기 손상기구
① 프레팅(Fretting) - (O) 2차측 U tube에서 발생 가능하다. ② 열시효(Thermal Aging) - (X) 열시효란, 온도, 재료의 미세 구조 및 시간 의존적인 열화기구로, 금속 조직 내 미세한 구조적 변화가 발생하면서 연성을 잃어 취화되는 현상이다. 가압경수로에서 열시효는 10,000시간 이상의 많은 실험에서 연성-취성 천이온도를 상승시키는데 미미한 영향을 주는 결과를 보여준다. 열취화에 의한 심각한 무연성천이온도의 변화는 없으며, IAEA에서도 열시효 평가를 위한 별도의 방법을 권하고 있지는 않다. ③ 응력부식균열(Stress Corrosion Cracking) - (O) 증기발생기 내부 다양한 부위에서 발생 가능하다. ④ 피팅(Pitting) - (O) Tube sheet에서 발생 가능하다.
정답: ②
문 23) [그림 1]은 원자로 2차계통의 재열 랭킨(Rankine) 사이클이다. 이 그림의 ④와 ⑤ 사이 공정은 T-S 선도 [그림 2]의 어느 공정에 해당되는가? ➀ a - b ➁ c - d ➂ e - f ➃ f - g
★ 키워드: 랭킨 사이클
경수로 2차계통 T-S선도를 읽는 문제이다.
[그림 1]에서 4와 5 사이 구간은 저압터빈을 나온 증기가 재열기를 통해 다시 터빈으로 들어가는 과정이다. 이 구간에서는 압력이 일정하고 온도만 상승하는 정압가열 과정이다. T-S선도에서 정압가열에 해당하는 단계는 'a-b'이다.
정답: ①
문 24) 다음의 괄호에 들어갈 합금원소가 순서대로 적절히 나열된 것은? ➀ 주석(Sn), 나이오븀(Nb) ➁ 철(Fe), 크롬(Cr) ➂ 니켈(Ni), 주석(Sn) ➃ 니켈(Ni), 나이오븀(Nb)
★ 키워드: 지르칼로이 피복재
지르코늄 합금(지르칼로이)은 핵연료 피복재로 사용된다. Zircaloy-2, Zircaloy-4 및 ZIRLO 등 지르칼로이 피복재의 조성 및 특징을 비교하는 것은 중요하다. 고연소도 핵연료 피복관에서 발생 가능한 문제는 '산화막'이다. 연소도 증가에 따라 산화막 두께가 점점 두꺼워져 피복관의 건전성을 유지하기 어렵고, 열전도도 감소로 인해 운전효율도 떨어진다. 또한 피복관의 '크리프 변형'이 일어날 수 있는데, 피복관 크리프는 주로 반경방향으로 일어나며 피복관의 직경 감소를 야기한다. 이 경우 지지격자 스프링이 본래의 역할을 제대로 못하는데, 연료봉의 진동현상으로 인해 프레팅 마모 현상 및 피복관 파손까지 일어날 수 있다.
ZIRLO 피복관이 Zircaloy-4에 비해 향상된 조사성장 및 크리프 저항성을 보이는 이유는 β-Nb 석출물에 있다고 추정된다. ZIRLO 합금은 열처리 온도의 제어로 인해 매우 미세한 β-Nb 석출물을 가지는데, 이 석출물의 형성에 의해 기지 내에 과포화된 Nb 농도를 감소시켜 내식성을 향상시킨다. 또한 Nb은 조사에 의해 발생한 점결함들을 안정화시키는 역할이므로 전위운동을 방해하여 치수 안정성을 향상시킨다.
고연소도 핵연료 피복재로 개발된 ZILRO는 Zircaloy-4에서 내식성을 향상시키기 위해 주석의 첨가량을 줄이고(Sn ↓), 나이오븀을 새롭게 첨가(+Nb)한다.
정답: ①
문 25) 아래 조건에서 경수로 원통형 우라늄 펠렛의 중심온도는?(단, 펠렛 열전도도(K)는 펠렛온도 및 연소도에 따라 일정하다고 가정한다.) ➀ 995℃ ➁ 1,005℃ ➂ 1,045℃ ➃ 1,095℃
★ 키워드: 열전달
펠렛의 열전도도가 일정하다고 가정할 때, 푸리에 공식을 이용하여 펠렛 중심온도를 계산할 수 있다.
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