A Study on the Silica Removal in Primary System using the Membrane Process

막 분리 공정을 이용한 1차 계통 실리카 제거에 관한 연구

Silica in primary system combines with an alkali grammatical particle metal and forms the zeolite layer which is hindering the heat transfer on the surface of the cladding. Zeolite layer becomes the cause of the damage in this way. The problems of the NPP's primary system have been issued steadily by EPRI. Through a series of experiments of the laboratory scale, we confirmed the applicability of NF membrane for silica removal, as silica rejection rate of NF membrane is about $60\;{\sim}\;70\%$ and boron rejection rate is about $10\;{\sim}\;20\%$. We accomplished a site experiment about four NF membranes manufactured by FilmTec and Osmonics Inc. In experiment using 400L of SFP water, when operation pressure is $10kg_{f}/cm^2$, we confirmed that the silica rejection rate of NF90-2540 manufactured by FilmTec Inc. is about $98\%$, boron rejection rate is about $43\%$. The silica rejection rate of NF270-2540 is about $38\%$, boron rejection rate is about $3.5\%$. Afterward, through additional experiments, such as long term characteristic experiments, we are going to design a optimum NF membrane system for silica removal.

원전 1차 계통내에 실리카는 알카리 토금속(Ca, Mg, Al 등)과 결합하여 원전 연료 피복재에 열전달을 방해하는 규석층(Zeolite)를 형성한다. 이렇게 형성된 규석층은 원전 피복재 손상의 원인이 된다. 이러한 원전 1차 계통내 실리카의 문제점들은 EPRI 보고서 등에 그 문제점이 꾸준히 제기되어 왔으며 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 막분리 공정을 이용하고자 하였다. 먼저 실험실 규모의 실험을 통해 NF막의 실리카 제거율이 약 $60\;{\sim}\;70\%$, Boron 제거율이 약 $10\;{\sim}\;20\%$로 그 적용 가능성을 확인하였으며, FilmTec과 Osmonics 사 NF막 제품 4종에 대하여 현장 실험을 수행하였다. 현장 사용후연료 저장 붕산수 400L를 시료로 한 실험에서 운전압력 $10kg_{f}/cm^2$에서 FilmTec 사의 NF90-2540이 실리카 제거율이 약 $98\%$, Boron 제거율이 약 $43\%$로 확인되었으며 또한 NF270-2540이 실리카 제거율이 약 $38\%$, Boron 제거율이 약 $3.5\%$로 확인되었다. 이를 바탕으로 장기운전 특성 실험 등의 추가적인 연구를 통해 최적의 실리카 제거를 위한 막 분리공정을 설계 할 예정이다.