Buffer Intensity of Ammonia and MPA in Water-Steam Cycle of PWRs

이인형(Rhee In-Hyoung),안현경(Ahn Hyun-Kyoung) 한국산학기술학회 2010 한국산학기술학회논문지 Vol.11 No.7

아민(암모니아 또는 MPA)은 가압경수로 원전 2차측 부식을 방지하는 최적 pH를 유지하기 위해 사용되고, 온도가 동일하게 유지되지 않는 물-증기 순환 영역에서 모든 아민은 평형상수에 따라 2차측에서 서로 다른 pH를 나타낸다. 부식 제어에서 pH는 유일한 인자가 아니므로 두 번째 변수, 즉 불순물의 유입 또는 부식 반응으로 인해 H+가 추가되거나 제거 되었을 때 안정된 pH를 지속하는 능력인 완충세기의 고려가 필요하다. 온도를 고려한 완충세기는 2차측 최적 pH 제어제 선정과 유체가속부식의 특징을 기본적으로 이해할 수 있도록 한다. PWRs의 전체 운전범위에서 암모니아와 MPA의 완충세기를 조사하였다. 낮은 온도(25~100℃)에서는 암모니아 그리고 높은 온도(150~250℃)에서는 MPA가 부식 억제를 위한 충분한 완충세기를 나타내었다. 완충세기 측면에서, i) 최적 pH 제어제 pH 범위는 pH(T)- 1 ≤ pKa(T) ≤ pH(T) + 0.5, ii) 아민 용액은 부식 억제를 위해 충분한 완충세기(β)를 가져야하 고, iii) 최대 유체가속부식은 βB/β 비율이 최저인 온도에서 최대를 나타낸다. Amines, ammonia or 3-methoxypropylamine (MPA), are used to maintain the optimized pH for the prevention of corrosion in the secondary side of Pressurized Water Reactors (PWRs). They are differently dissociated as a function of temperature which is not same in each location of the water-steam cycle. pH at the operation temperature depends on temperature of fluid and equilibrium constants of water and amines. Thus, every amine provides the different pH in the entire secondary side so that pH is not only the sufficient parameter in corrosion control. The secondary parameter, i.e., buffer intensity, is the ability to maintain a stable pH when H+ are added or removed due to the ingress of impurities or the reaction of corrosion. The buffer intensity is necessary to provide the selection criteria for the best pH control agent for secondary side and the basic understanding of the reason why the flow-accelerated corrosion(FAC) rate may demonstrate the bell-shape curve over temperature. The buffer intensities of ammonia and MPA were reviewed over the entire operation temperature of PWRs. The sufficient buffer intensity is provided for the inhibition of corrosion by ammonia in low temperature (25~100℃) and by DMA in high temperature (150~250℃). In terms of buffer intensity, i) the best pH control agent is an amine with pKa(T) range of pH(T)- 1 ≤ pKa(T) ≤ pH(T) + 0.5 and ii) the amine solution should have sufficient buffer intensity, β to inhibit corrosion, and iii) FAC rate may be maximum at the temperature, where βB/β ratio is lowest.

원전 2차 계통에서 아민의 pH 제어 특성 연구

이인형(Rhee In-Hyoung),안현경(Ahn Hyun-Kyoung),박병기(Park, Byung-Gi),권혁준(Jun, Gwon-Hyuk),송찬호(Ho, Song-Chan) 한국산학기술학회 2010 한국산학기술학회논문지 Vol.11 No.8

최근 경수로형 원전 2차 계통의 건전성 유지를 위해 수처리제를 암모니아에서 에탄올아민으로 전환하였으나, 적용 후 복수 및 저압급수가열기 영역에서의 pH가 감소하므로 본 연구에서는 최적의 pH 제어제로 사용 할 수 있는 아민을 조사하였다. 대체아민 조사 결과 최적 조건을 만족시키는 단일 아민은 존재하지 않았다. 암모니아는 상대휘발 도가 높아 증기에 많이 분포되어 증기 응축수인 복수에서 pH가 높으며, 상대휘발도가 낮은 에탄올아민은 습증기 영 역의 pH를 높여 유체가속부식을 억제하므로 증기발생기 철 슬러지 유입을 감소하는데 효과적인 것으로 나타났다. 따 라서 복수 및 저압급수계통에서 pH가 높은 암모니아와 습증기영역의 유체가속부식 측면에서 특성이 우수한 에탄올아 민(ETA)을 혼합 주입하는 복합아민을 선택하면 2차 계통 재질의 손실을 최소화하여 증기발생기 건전성을 확보할 수 있을 것이다. The pH control agent in PWRs, to insure the integrity of steam generator, was changed from ammonia to ethanolamine(ETA) which decreased pH at condensate system and low pressure feedwater heater drain system, so that several amines were investigated for the selection of the optimum amine. There was no single alternative amine to meet the optimum condition. The more volatile ammonia provides the higher pH in condensate, while the less volatile ETA increases the pH in wet steam area. Thus, the combined amine of ammonia and ETA is able to equally raise the pH in both region so that the flow accelerated corrosion be reduced in the every system of the secondary side and the integrity of steam generator be also improved in pressurized water reactors (PWRs).

복합아민 적용에 따른 원전 2차 계통 부식생성물 거동평가

정현준,이인형,김영인,JUNG, Hyunjun,RHEE, In Hyoung,Kim, Young In 한국압력기기공학회 2014 한국압력기기공학회 논문집 Vol.10 No.1

The aim of the study was to evaluate the water treatment of pressurized water reactor secondary side by the mixed amine of ammonia and ethanolamine, from the standpoint of corrosion control, as compared with all volatile treatment of ammonia. The pressurized water reactor systems have switched a secondary side pH control agent to minimize the corrosion in the moisture separator/reheater and feedwater heater systems and the transport of corrosion products into steam generator. As results of field test, pH was increased in the steam generator and the wet steam area of moisture separator/reheater and the concentration of Fe were decreased by more than 50% as compared with water treatment of ammonia.

퇴적토에 담지된 금속 및 탄소전극에 의한 전기 생산 특성

송형진(Song, Hyung-Jin),이인형(Rhee In-Hyoung),권성현(Kwon, Sung-Hyun),조대철(Cho, Dae-Chul) 한국산학기술학회 2009 한국산학기술학회논문지 Vol.10 No.12

철, 황동, 아연, 구리 등 금속과 탄소섬유를 양전극으로 한 해양 퇴적물 전지를 구성하여 전기적 특성을 알 아보았다. 금속 전극으로는 철, 황동, 아연, 구리판과 탄소전극으로는 graphite felt가 사용되고 환원부 전극은 graphite felt로 하였다. 해안 퇴적토에 서식하는 미생물군에 의해, 또는 빠른 금속 부식반응에 기초한 산화작용에 의해 전자가 방출되고 아연/철 전극에서 최대전류가 7.7 A/m2, 철 전극에서 최대 6.9 W/m2 의 전력밀도가 형성되었다. 탄소 천을 감싼 복합금속전극 시험결과 금속전극만 사용한 경우보다 전기특성이 60%정도 향상되었고 이는 미생물 증식과 부식 에 의한 산화피막 형성이 지연된 결과로 여겨진다. 산화전극부의 ORP는 실험시간 내내 일정하였으며 구리전극 사용 시 유기산 형성으로 추정되는 약한 pH 강하가 일어났다. 전극부와 전해질 부분의 전기저항을 계산한 결과 전기 생 산의 주 영향인자는 부식반응 조절과 미생물의 전자 이전활성에 있음을 알 수 있었다. One-chambered sediment cells with a variety of anodic electrodes were tested for generation of electricity. Material used for anodes was iron, brass, zinc/iron, copper and graphite felt which was used for a common cathode. The estuarine sediment served as supplier of oxidants or electron-producing microbial habitat which evoked electrons via fast metal corrosion reactions or a complicated microbial electron transfer mechanism, respectively. Maximum power density and current density were found to be 6.90 W/m2 (iron/zinc) and 7.76 A/m2 (iron), respectively. Interestingly, copper wrapped with carbon cloth produced better electric performance than copper only, by 60%, possibly because the cloth not only prevented rapid corrosion on the copper surface by some degrees, but also helped growing some electron-emitting microbes on its surface. At anodes oxidation reduction potential(ORP) was kept to be stationary over time except at the very initial period. The pH reduction in the copper and copper/carbon electrodes could be a sign of organic acid production due to a chemical change in the sediment. The simple estimation of interfacial, electrical resistances of electrodes and electrolyte in the sediment cell that a key to the electricity generation should be in how to control corrosion rate or microbial electron transfer activity.

평형 및 칼럼 이온교환에서 ETAH<SUP>+</SUP>에 대한 NH₄<SUP>+</SUP>선택도 특성 연구

안현경(Hyun Kyoung Ahn),이인형(In Hyoung Rhee) 한국산학기술학회 2022 한국산학기술학회논문지 Vol.23 No.3

이온 교환은 화학, 전자 및 전력 산업에서 수질 및 부식 제어에 사용되고 있다. 원자력 발전소에서 ETAH 형 수지를 사용하는 이온교환수지탑의 아민 포화 운전은 H형 수지 사용에 비해 에탄올아민(ETA) 및 암모니아(NH₃) 와 같은 부식 억제제가 불필요하게 제거되지 않아 운전 및 경제적 측면에서 유리하다. 하지만 불순물 제거능이 감소할 수 있으므로 수지에 대한 이온 선택도의 특성 파악이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 평형 및 칼럼 이온교환에서 두 종류의 이온교환 수지에 대하여 ETAH형 이온교환 수지일 때 NH₄<SUP>+</SUP>의 선택도를 조사하였고 선택도는 평형이온교환의 Vaselow 식과 칼럼 이온교환의 파과곡선의 기울기로 결정하였다. 조사 결과 NH₄<SUP>+</SUP> 및 ETAH<SUP>+</SUP>의 경우, 두 종류의 이온교환 수지에 대한 NH₄<SUP>+</SUP>의 선택도는 낮은 수화 반경으로 인해 더 높게 나타났고, 평형 이온교환에서 용액상의 몰 분율이 증가하고 칼럼으로 유입되는 Na<SUP>+</SUP> 농도가 증가함에 따라 감소하였다. 그리고 NH₄<SUP>+</SUP>의 선택도는 평형 및 칼럼 이온교환, 그리고 두 수지 종류에 대해 동일하지 않은 것으로 조사되었다. 평형 이온교환에서의 선택도는 이온의 질량전달을 고려하지 않고 평형을 전제로 질량작용식을 이용해 결정된 값이므로 칼럼 이온교환에서의 선택도와 동일하지 않았다. 따라서 이온교환 수지탑 설계시 평형 이온교환에서 조사한 선택도를 이용하는 것보다 모사 조건에서 실시한 칼럼 수지탑 출구 농도로부터 얻어진 선택도를 이용하는 것이 바람직하다고 판단된다. Ion exchange (IX) is used for water quality and corrosion control in chemical, electronics, and electric power industries. Amine-saturated operation of an IX bed with ETAH-form resin in a nuclear power plant is beneficial in operational and economic aspects. This benefit is due to the absence of unnecessary removal of corrosion inhibitors such as ethanolamine (ETA) and ammonia (NH₃) added, compared with an IX bed with H-form resin. This study investigated the selectivity of NH₄<SUP>+</SUP> to two kinds of ETAH-form IX resins by batch and column IXs. Ion selectivity was determined with the Vaselow IX equation in batch IX and the slope of the breakthrough curve in column IX. Among NH₄<SUP>+</SUP> and ETAH<SUP>+</SUP>, the selectivity of NH₄<SUP>+</SUP> to both IX resins was higher due to its lower hydrated radius. The selectivity of NH₄<SUP>+</SUP> to both IX resins was decreased with increasing mole fraction in the solution phase in batch IX and with increasing incoming Na<SUP>+</SUP> concentration to the column inlet. The selectivity of NH₄<SUP>+</SUP> was not identical for batch and column IXs and the two resins. Thus, ion selectivity needs to be determined to design an IX bed in the simulated water quality and with the same resin.

전해질 성분 및 농도, 이온교환 수지 비율에 따른 이온교환 특성 연구

안현경(Ahn Hyun-Kyoung),이인형(Rhee In-Hyoung),윤형준(Yoon Hyoung-Jun),정현준(Jeong Hyun-Jun) 한국산학기술학회 2006 한국산학기술학회논문지 Vol.7 No.4

본 연구에서는 전해질 성분 및 농도, 이온교환 수지 조성비율을 통해 이온교환 수지탑의 성능을 평가하고, 이온교환 수지에 의한 입자성 물질 제거의 능력과 입자성 물질이 이온교환 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 이온교환 수지탑 배열 순서에 따라 파괴(돌파)시점이 연장되며, 파괴(돌파)순서는 음이온의 경우 Cr< NO₃- < F, 양이온의 경우 Na+<K+<Ca2+순 이였으며, 전해질의 농도가 증가할수록 파과시간이 단축되었다. 이용교환 수지의 조성비 변화에서는 양음이온교환 수지 조성비가 1:2의 경우 1:1 및 1:3의 경우보다 파과{돌파)시간이 연장되었으며 동일한 전해질 농도에서 입자 농도가 증가하면 20% 미만으로 파과(돌파)시간이 단축되었다. 양이온 교환수지 비율이 높으면 양이온의 파괴{돌파)시점이 늦어져 이온교환 수지탑의 수명이 연장되고, 입자성 물질은 전해질 농도와 무관하게 이온교환 수지의 세공을 막아 이온교환 용량을 감소시켜 파과{돌파)시간을 단축시키는 것으로 조사되었다. The object of this study was to investigate the influence of composition and concentration of electrolyte, ratio of cation to anion exchange resin of mixed ion exchange column in the performance of ion exchange. Also this work examined the removal capability of suspended solids by ion exchange resin and the effect of particule on the characteristics of ion exchange. Breakthrough time was extended as the amount of ions and particles present in liquid was decreased. The case of anion, the breakthrough sequence is CI<NO₃-<F, but the case of cation, the breakthrough sequence is Na+<K+< Ca2+. As for the ratio of cation to anion exchange resin of 1:2, the breakthrough time was prolonged compared with that of 1: 1 and 1 :3. For the electrolyte of equal concentration containing suspended solid, breakthrough time was contracted less than 20%. It results in the increase in the removal capacity of cation exchange resin. For the higher ratio of cation exchange resin, suspended solids are shorten the cation’s breakthrough time so that the runtime of ion exchange resin tower is increased.

수분 회수에서 염의 효과

윤형준(Yoon Hyoung Jun),이인형(Rhee In Hyoung),안현경(Ahn Hyun Kyoung),정현준(Jung Hyun-Jun) 한국산학기술학회 2005 한국산학기술학회 학술대회 Vol.- No.-

중수승급기 충진재의 부식원인인 염분 유입 및 열분해로 인한 산화물 형성 과정 조사를 위해 zeolite의 열분해 및 염분 유입을 조사하였다. 그리고 원자력 발소의 dryer 모사 장치를 만들어 열분해 특성 조사 실험을 하였다. zeolite 열분해 특성 조사 결과 zeolite에 고온의 증기를 통과시키면 가수분해가 일어나 구조가 바뀌게 되며, 500~700℃에서 완전히 열분해 된다. 그리고 열분해가 일어난 zeolite에 염분이 유입되면, zeolite의 H⁺와 염분의 Na⁺ 가 자리바꿈을 하게 되고, 수중에 H⁺ 와 Cl⁻ 가 존재하여 HCl이 형성될 것으로 조사되었고, 실험 결과 pH가 4.5, 4.53, 4.72, 4.64, 4.86, 5.03, 4.61로 낮게 측정되었다.

증기발생기에서 슬러지 침전과 이온성 불순물 제거

김상대(Kim Sang Dae),안현경(Ahn Hyun Kyoung),이인형(Rhee In Hyoung) 한국산학기술학회 2004 한국산학기술학회 학술대회 Vol.- No.-

암모니아 대신 에탄올아민은 원자력 발전소 2차계통수에서 pH를 증가시쳐 철 부식을 억제하고, 증기 발생기 전열관의 건전성을 제고하기 위해 사용하고 있다. 에탄올아민은 암모니아와 물리화학적 성질이 다르므로, 증기발생기에 유입되는 부식생성물의 용해와 흡착, 이온성 불순물의 잠복현상에 미치는 영향이 다르다. 본 연구에서는 온도가 증가함에 따라 암모니아와 에탄올아민이 부식생성물에 대한 용해와 흡착, 이온성 불순물의 잠복현상에 미치는 영향을 조사하였다. 2차 계통수의 pH 제어제로서 에탄올아민은 암모니아보다 증기발생기 슬러지의 철산화물에 많이 흡착되어 철산화물의 용해도를 증가시키므로 퇴적된 슬러지의 양을 감소시키며, 또한 슬러지에 흡착된 불순물의 양을 감소시켜 잠복 현상을 억제할 것으로 판단된다.

온도의 영향에 따른 니켈페라이트의 입자 크기 분포 연구

안현경(Ahn Hyun-Kyoung),이인형(Rhee In-Hyoung),정현준(Jeong Hyun-Jun),박병기(Park, Byung-Gi) 한국산학기술학회 2008 한국산학기술학회논문지 Vol.9 No.6

PWR 정지화학 조건에서 모사실험하여 니켈페라이트 입자의 거동을 조사하였다. 농도가 Li 0.1 ppm, B 2000 ppm인 모사실험 용액의 온도는 300 ℃에서 0.625 ℃/min의 비율로 150 ℃까지 감소시킨 후 일정 시간 동안 150 ℃를 유지하였고 이때의 압력은 2500psi 이하로 유지하였다. 수소 농도 5, 15, 25 cc/㎏ H₂O 일 때 온라인으로 입자 분포를 측정하였고 용해된 니켈 농도도 분석하였다. 실험결과 온도 감소 시 세 가지 수소 농도일 때 모두 총 입자 수는 큰 변화가 없었다. 그러나 온도가 감소하고 일정하게 유지될 때 입자는 작아졌다. 입자 크기 분포 변화의 정도는 H₂ 15cc/㎏ H₂O 일 때가 가장 크게 나타났다. 니켈 이온의 농도는 온도가 감소하고 수소 15 cc/㎏ H₂O 일 때 증가하였다. 이 결과 니켈 페라이트는 온도 변화 시, 수소 15 cc㎏ H₂O 일 때 불안정 한 것으로 보여 진다. The particulate behaviors of nickel ferrite were investigated under the simulated PWR shutdown chemistry conditions. Temperature of the simulated water with concentration of 0.1 ppm Li and 2,000 ppm B was dropped from 300℃ to 150℃ with a rate of 0.625 ℃/min and then constantly maintained at 150℃ under the pressure of 2,500 psi. The on-line particle counting and the concentration measurement of nickel dissolved were performed under 5, 15 and 25 cc/㎏ H₂O dissolved hydrogen. Experimental results showed that total particle count in the simulated water was not greatly changed for three hydrogen concentrations as temperature was decreased. However, particles were smaller as temperature was decreased and then maintained constantly. The degree of variation in particle size distribution was greater at 15 cc/㎏ H₂O dissolved hydrogen than any other dissolved hydrogen concentrations. Concentration of nickel ion was increased as temperature was decreased and was higher at 15 cc/kg H₂O dissolved hydrogen than any other dissolved hydrogen concentrations. Theses results show that nickel ferrite is unstable with temperature variation and at dissolved hydrogen concentration of 15 cc/㎏ H₂O.

하,폐수 처리 ; 아민으로 교환된 양이온수지 재생 특성

정은선 ( Eun Sun Jeong ),이인형 ( In Hyoung Rhee ),박병기 ( Byung Gi Park ),안현경 ( Hyun Kyoung Ahn ),권혁준 ( Hyuk Jun Gwon ),송찬호 ( Chan Ho Song ) 한국물환경학회 2010 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2010 No.-