화재 확률론적안전성평가를 위한 원전 주제어실 거주성 평가기준 검토 및 화재모델링 분석

Review on MCR habitability criterion and fire modeling analysis for fire PSA

원전 화재확률론적안전성평가(이하 화재 PSA) 시 주제어실 화재발생에 따른 운전원 거주 가능성을 평가하며 기준으로 NUREG/CR-6850을 적용한다. 최근 동 방법론의 평가요소가 소방청의 성능위주설계방법 관련 고시 및 NFPA 101(Life Safety Code)의 요소와 상이한 부분에 대한 의문이 제기되었다. 이에 본 논문에서는 상기 요건들 간의 평가요소에 대하여 비교분석하였으며, APR1400 주제어실 전기캐비닛 화재에 대한 화재모델링 분석을 수행하였다. NUREG/CR-6850에서는 주제어실 피난조건으로 바닥 상부 1.8 m 지점에서 열속: 1 kW/㎡, 온도: 95℃ 및 광학밀도: 3 m⁻¹를 제시한다. 국내 소방법의 성능위주설계 관련 고시에서는 온도: 60℃, 허용가시거리: 5m(시설 특성에 따라 다름), CO 농도: 1,400 ppm 및 CO2 농도: 5%를 제시한다. 독성물질 유입에 따른 원전 주제어실 거주성 평가기준은 RG 1.78에서 제시하며, CO 농도: 1,200 ppm 및 CO₂ 농도: 4%가 적용된다. 동 지침에서는 주제어실에 내진 안전등급 감지기를 설치하고 감지기 작동 시 제한시간 내에 호흡기를 착용할 것을 요구한다. 미국 화재방호협회의 NFPA 101에서는 온도, 열속, 광학밀도 및 독성물질 등 평가기준이 시설 또는 거주자에 따라 광범위함을 제시하고 있다. 즉, NUREG/CR-6850에서는 주제어실의 중요성, 감지기 설치 및 운전원 교육훈련 등을 고려하여 주제어실 피난기준을 제시한 것으로 파악된다. APR1400 주제어실 전기캐비닛 화재발생에 따른 운전원 거주 가능성을 FDS(Fire Dynamic Simulator) 6.1.2v로 분석하였다. 설계자료를 근거로 주제어실 구조, 재질 및 전기캐비닛 등을 구분하였고, 화원의 위치는 전기캐비닛 상단으로 설정하였다. 분석결과, 화재발생 후 온도: 770초, 열속: 705초 및 광학밀도: 500초 경에 NUREG/CR-6850의 기준값에 도달하여 주제어실 거주성은 광학밀도에 의해 상실하는 것으로 분석되었다. 독성물질의 경우, CO 농도: 560초 및 CO2 농도: 610초 경에 RG 1.78의 기준값에 도달하는 것으로 분석되었다. 하지만, 화재모델 예측 불확실도를 고려한 분석 항목이 기준값을 초과할 확률은 CO₂ 농도가 가장 높게 계산되었다. 이에 본 논문에서는 화재 PSA를 위한 주제어실 거주 가능성 평가 시 NUREG/CR-6850 적용을 위하여 독성물질로부터 운전원 안전성 확보 방안이 고려되어야 함을 제시하고자 한다.