DE102004064075B4 - Verfahren zur Verminderung der Korrosion eines Kernreaktorstrukturmaterials - Google Patents

Verfahren zur Verminderung der Korrosion eines Kernreaktorstrukturmaterials Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Verminderung der Korrosion eines Materials, das eine Kernreaktorstruktur bildet, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
Aufbringen einer Substanz, die einen Anregungsstrom erzeugt, und eines Edelmetalls auf eine Oberfläche eines Materials, das eine Kemreaktorstruktur bildet, im Vorhinein, und
Steuern der Konzentration oxidierender chemischer Spezies und der Konzentration reduzierender chemischer Spezies in einem Kernreaktorwasser durch Injizieren von Wasserstoff von einem Speisewassersystem oder einem Kondensatsystem, so dass das Molverhältnis von H2/O2 einen Wert von weniger als 2 aufweist, bei dem eine katalytische Reaktion zur Rekombination der oxidierenden chemischen Spezies mit der reduzierenden chemischen Spezies nicht durch das Edelmetall beschleunigt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung der Korrosion eines Kernreaktorstrukturmaterials, das aus einem Edelstahl oder einer Legierung auf Nickelbasis zusammengesetzt ist und in einem Atomkraftwerk wie z. B. einem Siedewasserreaktor (BWR) verwendet wird.
  • In einer Siedewasserreaktoranlage (BWR-Anlage), die weltweit verbreitet betrieben wird, enthält das Kühlwasser eine hohe Konzentration an oxidierenden Spezies oder Oxidationsmitteln wie z. B. Sauerstoff und Wasserstoffperoxid, die durch die Radiolyse des Reaktorwassers erzeugt werden. Es ist bekannt, dass dadurch eine Spannungsrisskorrosion (SCC) oder eine interkristalline Spannungsrisskorrosion (IGSCC) bei einem Material wie z. B. einem Edelstahl oder einer Legierung auf Nickelbasis auftritt, die als Material verwendet werden, aus dem eine Kernreaktorstruktur in Kernkraftwerken aufgebaut ist (dieses Material wird nachstehend als Kernreaktorstrukturmaterial bezeichnet). Die Erzeugung einer solchen SCC oder IGSCC und die Rissausbreitung hängen vom elektrochemischen Korrosionspotenzial (ECP) ab. Das elektrochemische Korrosionspotenzial wird durch die Verminderung der Konzentration von Sauerstoff und Wasserstoffperoxid gesenkt, wodurch die Spannungsrisskorrosion und die Rissausbreitung unterdrückt werden.
  • Um eine solche Spannungsrisskorrosion (SCC) oder interkristalline Spannungsrisskorrosion (IGSCC) (die nachstehend lediglich als SCC bezeichnet werden kann) zu verhindern, wurden in Kernkraftwerken weltweit die folgenden Verfahren oder Techniken eingesetzt.
  • Bei einer Wasserstoff-Wasser-Chemie (HWC) wird die Konzentration von Sauerstoff und Wasserstoffperoxid im Kernreaktorwasser durch Injizieren von Wasserstoff in das Speisewasser vermindert.
  • Andererseits wird ein Edelmetall wie z. B. Pt und Rh im Vorhinein auf der Oberfläche eines Kernreaktorstrukturmaterials abgeschieden oder anhaften gelassen und Wasserstoff wird injiziert (vgl. z. B. „Genshirosui kagaku hando bukku” (Handbook of nuclear reactor water chemistry), herausgegeben von der Atomic Energy Society of Japan, Corona Publishing Co., Ltd., 27. Dezember 2000, Seite 210, und japanisches Patent JP 2624906 B2 ). Darüber hinaus beschreibt z. B. die japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP 07-270592 A eine Korrosionsschutztechnik, bei der Titanoxid, das als Photokatalysator bekannt ist, auf einem Material abgeschieden wird Die japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP 2001-4789 A , beschreibt eine Technik, bei der ein Photokatalysator, ein Edelmetall und eine Wasserstoffinjektion kombiniert werden.
  • In den bekannten Verfahren zur Verminderung der Korrosion, die vorstehend beschrieben worden sind, traten die folgenden Nachteile oder Probleme auf.
  • Beispielsweise ist bekannt, dass das Reaktorwasser in einem Kernreaktor durch die Wasserstoffinjektion in einen reduzierenden Zustand gebracht wird. Das Reaktorwasser enthält Stickstoffverbindungen, die aus radioaktivem Stickstoff (N-16) zusammengesetzt sind, der durch eine Kernumwandlung von Sauerstoff erzeugt wird. Diese Verbindungen, die lösliche Substanzen wie z. B. Nitrationen und Nitritionen umfassen, werden in der reduzierenden Umgebung in dem Reaktorwasser zu flüchtigem Ammoniak reduziert. Das resultierende Ammoniak strömt in den Hauptdampf, wodurch die Dosisrate in dem Turbinensystem erhöht wird.
  • Da ferner der injizierte Wasserstoff in ein Abgassystem strömt, ist es erforderlich, eine Reaktion durchzuführen, um den Wasserstoff wieder mit Sauerstoff zu kombinieren, und daher sind zusätzliche Anlagen erforderlich.
  • Andererseits ist die chemische Zugabe von Edelmetallen dahingehend vorteilhaft, dass selbst eine geringe Menge einer Wasserstoffinjektion verglichen mit der vorstehend genannten Wasserstoffinjektion die Korrosion vermindern kann. Um jedoch ein Edelmetall an ein Kernreaktorstrukturmaterial anhaften zu lassen, muss eine Lösung, die das Edelmetall enthält, in das Kernreaktorwasser injiziert werden. Als Folge davon haftet das Edelmetall auch an der Oberfläche eines Brennelement-Hüllrohrs, das aus einer Zirkoniumlegierung zusammengesetzt ist. Dieses Anhaften verursacht eine Korrosion des Brennelementmaterials oder erhöht die Menge der Wasserstoffabsorption.
  • Darüber hinaus wird an einem Abschnitt, an dem das Edelmetall abgeschieden wird, wenn die molare Wasserstoffkonzentration das doppelte oder mehr der molaren Sauerstoffkonzentration beträgt, das Korrosionspotenzial des Materials drastisch vermindert. Als Folge davon zeigt das Material ein sehr niedriges Potenzial, wie z. B. –500 mV. Eine solche signifikante Verminderung des Korrosionspotenzials beeinträchtigt die Stabilität des Oxidfilms, der auf der Oberfläche des Materials ausgebildet ist. Als Folge davon werden radioaktive Metalloxide auf der Oberfläche des Films oder in dem Film in das Reaktorwasser freigesetzt.
  • Wenn darüber hinaus die vorstehend genannte chemische Zugabe von Edelmetallen in Kernkraftwerken durchgeführt wird, haftet eine große Menge des Edelmetalls an einem Zirkoniumoxidfilm des Brennelements. Als Folge davon verstärkt dieses Anhaften die Oxidation und die Hydrierung des Brennelementmaterials. Wenn ferner auf der Oberfläche des Edelmetalls die Vereinigung von Wasserstoff mit Sauerstoff durchgeführt wird und die Sauerstoffkonzentration in dem Reaktorwasser vermindert wird, wird die Dosisrate in dem Turbinensystem erhöht.
  • Gemäß der vorstehenden Beschreibung verursacht die chemische Zugabe von Edelmetallen negative Effekte bezüglich der Bewahrung der Wasserqualität, eine Abnahme des Strömens von Radioaktivität und eine Zunahme des Abbrands der Brennelemente. Um solche negativen Effekte zu beseitigen, besteht ein Bedarf zur Entwicklung eines Verfahrens zur Verminderung der Injektionsmenge des Edelmetalls oder eines Verfahrens, bei dem eine bezüglich des Edelmetalls alternative Substanz verwendet wird.
  • Andererseits treten in den Korrosionsschutzverfahren, bei denen ein Photokatalysator verwendet wird, die Nachteile oder Probleme, die bei der Wasserstoffinjektion oder der chemischen Zugabe von Edelmetallen verursacht werden, nicht auf. Wie es jedoch in den japanischen ungeprüften Patentanmeldungen mit den Veröffentlichungsnummern JP 07-270592 A , JP 2001-4789 A und JP 2001-276628 A beschrieben ist, erfordert die Verwendung eines Photokatalysators zur Verminderung der Korrosion oder zur Abschwächung der SCC Licht oder Strahlung zum Anregen des Photokatalysators. Daher ist der Anwendungsbereich des Korrosionsschutzes auf ein Strukturmaterial in dem Reaktor, wie z. B. auf eine Abschirmung, beschränkt und ein ausreichender Korrosionsschutzeffekt kann in anderen Komponenten wie z. B. in Leitungen des Primärkreislauf-Umwälzsystems nicht erwartet werden.
  • Die DE 100 30 726 A1 beschreibt ein Verfahren zur Unterdrückung von Korrosion eines Reaktorbauteils, umfassend Kontrollieren des Korrosionspotenzials des Reaktorbauteils durch Bereitstellen einer Korrosionspotenzial-vermindernden Substanz auf einer Oberfläche des Reaktorbauteils, wobei die Korrosionspotenzial-vermindernde Substanz ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus einer fotokatalytischen Substanz, die eine elektromotorische Kraft unter Bestrahlung mit Licht oder radioaktiven Strahlen in dem Kernreaktor generiert, und einem Metall oder einer Metallverbindung, die die fotokatalytische Substanz unter einer Bedingung, die durch eine Temperatur und einen Druck in dem Kernreaktor spezifiziert ist, bildet.
  • Die EP 0 736 878 B1 beschreibt ein Verfahren zum Vermindern der Spannungsrisskorrosion in einer Metallkomponente in einem wassergekühlten Kernreaktor, umfassend die Stufe des Injizierens einer Lösung einer ein Edelmetall enthaltenden Verbindung in das Kühlwasser, wenn Nuklearwärme nicht erzeugt wird, wobei die Edelmetallverbindung die Eigenschaft hat, sich unter den Bedingungen der Reaktorstrahlung zu zersetzen und Atome des Edelmetalles freizusetzen.
  • Unter Berücksichtigung der vorstehend beschriebenen Umstände des Standes der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verminderung der Korrosion eines Kernreaktorstrukturmaterials bereitzustellen, bei dem die Menge einer Wasserstoffinjektion zur Verhinderung einer Spannungsrisskorrosion vermindert wird, um dadurch das Strömen von Radioaktivität in ein Turbinensystem zu verhindern, die Menge an überschüssigem Wasserstoff in einem Abgassystem zu verringern, das Schmelzen von Metalloxiden in der Nähe eines Edelmetalls zu unterdrücken, wobei das Schmelzen durch das Anhaften des Edelmetalls verursacht wird, und auch die Korrosion eines Brennelementmaterials zu vermindern, um die Zunahme des Ausmaßes der Wasserstoffabsorption zu unterdrücken.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Verminderung der Korrosion eines Kernreaktorstrukturmaterials in einem Kernreaktor, insbesondere in Siedewasseranlagen, das die Spannungsrisskorrosion durch Verminderung des elektrochemischen Korrosionspotenzials des Materials unter der Bedingung einer Verminderung der Menge der Wasserstoffinjektion zum Unterdrücken der Materialkorrosion unterdrücken kann.
  • Diese Aufgaben werden durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • In der vorliegenden Anmeldung steht die Angabe „V gegen SHE” für das Potenzial, das unter Verwendung einer Normalwasserstoffelektrode (SHE) als Standard gemessen worden ist.
  • Gemäß dem Verfahren zur Verminderung der Korrosion eines Kernreaktorstrukturmaterials nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das elektrochemische Korrosionspotenzial mit einer geringen Menge einer Wasserstoffinjektion so gesteuert werden, dass es bei einem angemessenen Potenzial liegt. Daher kann die Korrosion des Kernreaktorstrukturmaterials effektiv vermindert werden, während die Zunahme der Dosisrate in dem Turbinensystem oder das Strömen von Wasserstoff in das Abgassystem verhindert wird.
  • Gemäß dem Verfahren zur Verminderung der Korrosion eines Kernreaktorstrukturmaterials nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Spannungsrisskorrosion auch durch Vermindern des elektrochemischen Korrosionspotenzials des Materials unter der Bedingung unterdrückt werden, dass die Menge der Wasserstoffinjektion zur Unterdrückung der Materialkorrosion vermindert wird. Darüber hinaus kann eine Zunahme der Dosisrate in dem Turbi nensystem, das im Stand der Technik ein Problem darstellte, effektiv verhindert werden, was einen Vorteil darstellt.
  • Weitere charakteristische Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich genauer aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
  • In den beigefügten Zeichnungen ist
  • 1 ein schematisches Diagramm eines Kühlwasser-Kreislaufsystems in einem Atomkraftwerk;
  • 2 eine Ansicht, welche die Struktur eines Injektionssystems für Titanoxid und Wasserstoff zeigt;
  • 3 eine schematische Ansicht, die einen Mechanismus einer Oxidations-Reduktions-Reaktion auf der Oberfläche von Titanoxid zeigt;
  • 4 ein Evans-Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Anodenstrom, einem Kathodenstrom und dem Korrosionspotenzial zeigt;
  • 5 ein schematisches Diagramm eines Kühlwasser-Kreislaufsystems in einem Atomkraftwerk;
  • 6 ein Graph, der die Beziehung zwischen einem SCC-Erzeugungsverhältnis und dem Korrosionspotenzial zeigt;
  • 7 ein Graph, der die Beziehung zwischen der SCC-Rissausbreitungsgeschwindigkeit und dem Korrosionspotenzial zeigt;
  • 8 ein Potenzial-pH-Diagramm von Eisen;
  • 9 ein Graph, der die Beziehung zwischen der Menge der Wasserstoffinjektion und dem Korrosionspotenzial zeigt;
  • 10 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der anhaftenden Menge von Titanoxid, der Menge der Wasserstoffinjektion und dem Korrosionspotenzial zeigt;
  • 11 ein Balkendiagramm, das einen Vorteil in einem Beispiel eines Verfahrens zur Verminderung der Korrosion eines Kernreaktorstrukturmaterials gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 12 ein Balkendiagramm, das die Änderung der chemischen Form von Stickstoffverbindungen in dem Beispiel des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
  • 13 ein charakteristisches Diagramm, das die Abhängigkeit der Wasserstoffkonzentration von dem elektrochemischen Korrosionspotenzial in dem Beispiel des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen eines Verfahrens zur Verminderung der Korrosion eines Kernreaktorstrukturmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • Erste Ausführungsform (Vergleichsbeispiel)
  • Nachstehend wird als erstes eine erste Ausführungsform eines Verfahrens zur Verminderung der Korrosion eines Materials, das eine Kernreaktorstruktur bildet (das nachstehend als „Kernreaktorstrukturmaterial” bezeichnet wird), unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben.
  • Die 1 zeigt ein Reaktorwasser-Kreislaufsystem in einem Kernkraftwerk. Dieses Reaktorwasser-Kreislaufsystem umfasst einen Reaktordruckbehälter 10, eine Speisewassersystemleitung 1, eine Primärkreislauf-Umwälzsystemleitung (PLR-Systemleitung) 2, eine Reaktorwasser-Reinigungssystemleitung (RWCU-Systemleitung) 3 und eine Restwärmeentfernungssystemleitung (RHR-Systemleitung) 4. Beispiele für ein Kernreaktorstrukturmaterial, das den Reaktordruckbehälter 10 bildet, umfassen Materialien einer Abschirmung 6, die in der 1 gezeigt ist, einer Kernträgerplatte und einer Gitterplatte. Das Verfahren zur Verminderung der Korrosion eines Kernreaktorstrukturmaterials der vorliegenden Erfindung kann auf solche Materialien angewandt werden.
  • Eine Speisewasserpumpe 7 ist in der Speisewassersystemleitung 1 angeordnet. Diese Speisewasserpumpe 7 pumpt Kühlwasser von der Speisewassersystemleitung 1 zu dem Reaktordruckbehälter 10. Ein Teil des Kühlwassers zirkuliert in der Primärkreislauf-Umwälzsystemleitung (PLR-Systemleitung) 2 mit Hilfe von Primärkreislaufumwälzpumpen (PLR-Pumpen) 8. Ein Teil des Kühlwassers in der Primärkreislauf-Umwälzsystemleitung (PLR-Systemleitung) 2 zirkuliert in der Reaktorwasser-Reinigungssystemleitung (RWCU- Systemleitung) 3 mit Hilfe einer Reaktorwasser-Reinigungssystempumpe (RWCU-Systempumpe) 9. Darüber hinaus zirkuliert ein Teil des Kühlwassers in der Primärkreislauf-Umwälzsystemleitung (PLR-Systemleitung) 2 in der Restwärmeentfernungssystemleitung (RHR-Systemleitung) 4 mit Hilfe einer Restwärmeentfernungssystempumpe (RHR-Systempumpe) 12. Ein Wärmetauscher E und ein Entmineralisierungsfilter F sind in der Reaktorwasser-Reinigungssystemleitung (RWCU-Systemleitung) 3 zum Reinigen des Kühlwassers angeordnet.
  • Injektionspunkte oder -abschnitte 13, 14, 15 und 16 sind in der Speisewassersystemleitung 1, der Primärkreislauf-Umwälzsystemleitung (PLR-Systemleitung) 2, der Reaktorwasser-Reinigungssystemleitung (RWCU-Systemleitung) 3 bzw. der Restwärmeentfernungssystemleitung (RHR-Systemleitung) 4 angeordnet, so dass damit ein Injektionssystem für Titanoxid und Wasserstoff verbunden ist.
  • Die 2 ist eine Veranschaulichung, welche die Struktur des Injektionssystems von Titanoxid und Wasserstoff zeigt. Dieses Injektionssystem von Titanoxid und Wasserstoff umfasst eine Wasserstoffgas-Injektionseinheit 19 und eine Titanoxidlösung-Injektionseinheit 20. Dieses Injektionssystem ist mit mindestens einer oder einem Teil von der Speisewassersystemleitung 1, der Primärkreislauf-Umwälzsystemleitung (PLR-Systemleitung) 2, der Reaktorwasser-Reinigungssystemleitung (RWCU-Systemleitung) 3 und der Restwärmeentfernungssystemleitung (RHR-Systemleitung) 4 verbunden. Jeder der Injektionspunkte 13, 14, 15 und 16 umfasst ein Paar aus einem Wasserstoffinjektionspunkt 17 und einem Titanoxidinjektionspunkt 18. Die Wasserstoffgas-Injektionseinheit 19 ist mit dem Wasserstoffinjektionspunkt 17 und die Titanoxidlösung-Injektionseinheit 20 ist mit dem Titanoxidinjektionspunkt 18 verbunden.
  • Demgemäß können Wasserstoffgas und eine Titanoxidlösung gleichzeitig oder getrennt zugeführt werden. Der Wasserstoffinjektionspunkt 17 und der Titanoxidinjektionspunkt 18 können benachbart oder getrennt angeordnet sein.
  • Anstelle der in der 2 gezeigten Stahlzylinderanlage kann die Wasserstoffgas-Injektionseinheit 19 z. B. eine Wasserelektrolyseanlage sein, die ein Wasserstoffversorgungssystem bildet.
  • Eine Titanoxidlösung in der Titanoxidlösung-Injektionseinheit 20 wird von dem Titanoxidinjektionspunkt 18 mit einer Injektionspumpe 21 injiziert und zirkuliert dann mit dem Reaktorwasser in dem Kernreaktor. Als Folge davon haftet Titanoxid an den Oberflächen des Kernreaktorstrukturmaterials wie z. B. dem Mantel 6 an. Andererseits wird das Wasserstoffgas von dem Wasserstoffinjektionspunkt 17 injiziert und zirkuliert ebenfalls mit dem Reaktorwasser in dem Kernreak tor. Die Menge der Wasserstoffgasinjektion kann mit einem Strömungssteuerventil 22 gesteuert werden. Folglich kann die Wasserstoffkonzentration mit dem in der Leitung strömenden Wasservolumen gesteuert werden. Die Injektion der Titanoxidlösung und des Wasserstoffgases kann zu einem beliebigen Zeitpunkt durchgeführt werden, wie z. B. dann, wenn der Kernreaktor angefahren wird, wenn der Kernreaktor abgeschaltet wird oder während der Kernreaktor in Betrieb ist. Das Wasserstoffgas kann der Titanoxidlösung im Vorhinein zugesetzt werden. Die resultierende Lösung kann in das Kühlwasser injiziert werden, um Wasserstoffgas und Titanoxid gleichzeitig zuzuführen.
  • Die 3 zeigt schematisch einen Mechanismus einer Oxidations-Reduktions-Reaktion auf der Oberfläche des Titanoxids, das an einem Kernreaktorstrukturmaterial anhaftet.
  • Das Titanoxid 26, das an der Oberfläche des Strukturmaterials 25, das aus einem Edelstahl zusammengesetzt ist, anhaftet, wird mit Wärme angeregt, so dass ein Elektron 27 (e–) und ein Loch 28 (h+) erzeugt werden. Ein Teil der Elektronen 27 und Löcher 28 wird rekombiniert. In der Gegenwart von Wasserstoff wird die Oxidationsreaktion des Wasserstoffs mit dem Loch 28 jedoch beschleunigt. Als Folge davon wird ein Anodenstrom auf der Oberfläche des Strukturmaterials 25 erhöht.
  • Die 4 zeigt ein Evans-Diagramm, mit dem ein Korrosionspotenzial eines Materials definiert wird. Das Korrosionspotenzial ist an einem Punkt definiert, an dem ein Anodenstrom und ein Kathodenstrom im Gleichgewicht stehen. Gemäß dem Verfahren zur Verminderung der Korrosion eines Kernreaktorstrukturmaterials der vorliegenden Erfindung wird der Anodenstrom, der durch die gestrichelte Linie dargestellt ist, dann, wenn das Titanoxid und der Wasserstoff in das Kühlwasser injiziert werden, wie es schematisch in der 4 gezeigt ist, auf den durch die durchgezogene Linie dargestellten Anodenstrom erhöht. Als Folge davon bewegt sich das Potenzial am Schnittpunkt des Anodenstroms und des Kathodenstroms in die negative Richtung und das Korrosionspotenzial wird vermindert. Demgemäß wird die Korrosion des Kernreaktorstrukturmaterials vermindert.
  • Zweite Ausführungsform (Vergleichsbeispiel)
  • Eine zweite Ausführungsform wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 5 bis 10 beschrieben.
  • Die 5 zeigt ein Kühlwasser-Kreislaufsystem in einem Kernkraftwerk. In diesem Kreislaufsystem ist eine Anlage zur Anordnung von Prüfkörpern zur Probennahme mit dem in der 1 gezeigten Kreislaufsystem verbunden. In der 5 sind die Komponenten, die mit den Komponen ten in der 1 identisch sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Beschreibung der Struktur, die aus den gleichen Komponenten zusammengesetzt ist, wird hier weggelassen.
  • Gemäß der 5 sind Prüfkörper 31 zur Überwachung der anhaftenden Menge in einer Abzweigungsleitung angeordnet, die in der Nähe des Injektionspunkts 14 der Primärkreislauf-Umwälzsystemleitung (PLR-Systemleitung) 2 ausgebildet ist. Die Ventile 32 und 33 (z. B. Absperrventile), welche die Prüfkörper 31 während der Probennahme von dem Kreislaufsystem isolieren können, sind stromaufwärts und stromabwärts von der Abzweigungsleitung, welche die Prüfkörper 31 umfasst, angeordnet.
  • Die an dem Strukturmaterial anhaftende Menge des Titanoxids wird in der folgenden Weise überwacht. Eine Titanoxidlösung wird injiziert, während die Ventile 32 und 33 geöffnet sind. Nach einem vorgegebenen Zeitraum werden die Ventile 32 und 33 geschlossen und die Prüfkörper 31 werden dann entfernt. Die an den Prüfkörpern 31 anhaftende Menge an Titanoxid wird mittels Röntgenfluoreszenzanalyse oder mit einem induktiv gekoppelten Plasma-Massenspektrometer (ICP-MS) gemessen. Bezüglich der Wasserstoffinjektion kann die Wasserstoffkonzentration im Kühlwasser durch Regulieren des Strömungsvolumens des Wasserstoffgases gesteuert werden.
  • Die Gründe für die zahlenmäßige Beschränkung in dem Verfahren zur Verminderung der Korrosion eines Kernreaktorstrukturmaterials sind folgendermaßen.
  • Die 6 zeigt die Beziehung zwischen dem Erzeugungsverhältnis von Spannungsrisskorrosion (SCC) von Legierungen auf Nickelbasis (Legierung 600 und Legierung 182) und dem Korrosionspotenzial. Das SCC-Erzeugungsverhältnis wird unter Verwendung von drei experimentellen Verfahren bewertet, einschließlich eines uniaxialen Zugtests bei konstanter Belastung (UCL-Zugtest), eines Tests mit einem eingerissenen U-förmig gebogenen Träger und eines Tests mit einem eingerissenen gebogenen Träger. Die Legierung 600 und die Legierung 182 sind typische Legierungen auf Nickelbasis, die als Kernreaktorstrukturmaterialien verwendet werden.
  • Gemäß des Pfeils in der 6 wird die Erzeugung einer SCC dann, wenn das Korrosionspotenzial der vorstehend genannten Nickellegierungen –100 mV gegen SHE (–0,1 V gegen SHE) oder weniger beträgt, bei allen drei Arten von Testbedingungen unterdrückt.
  • Die 7 zeigt die Beziehung zwischen der Rissausbreitungsgeschwindigkeit von sensibilisiertem Edelstahl des Typs 304 und dem Korrosionspotenzial, wobei die Beziehung durch einen Rissausbreitungstest erhalten wird. Die 7, die aus Corrosion, Band 53, Nr. 4, April 1997, Seiten 306–311, entnommen ist, zeigt die Daten eines Edelstahls des Typs 304 bei einer Temperatur von 288°C.
  • Gemäß der 7 ist die Rissausbreitungsgeschwindigkeit bei Bedingungen von 0,1 μS/cm, die der Wasserqualität in einem BWR entsprechen (in der 7 mit dem Symbol ☐ gezeigt), dann, wenn das Korrosionspotenzial –100 mV gegen SHE (–0,1 V gegen SHE) oder weniger beträgt, ausreichend niedrig und hat einen Wert von 10–8 mm/s oder weniger.
  • Die 8 zeigt ein Potenzial-pH-Diagramm von Eisen (bei 290°C). Gemäß der 8 ist Eisenoxid Fe2O3 bei einem pH-Wert von 5,6 bei 290°C im Bereich eines Korrosionspotenzials von –400 mV gegen SHE (–0,4 V gegen SHE) oder mehr stabil.
  • Aus diesen Gründen ist in dem Verfahren zur Verminderung der Korrosion eines Kernreaktorstrukturmaterials der Bereich des Korrosionspotenzials von –0,4 V gegen SHE bis –0,1 V gegen SHE beschränkt.
  • Gemäß der JAIF International Conference an Water Chemistry in Nuclear Power Plant Proceeding 1998 (Seite 226) ändert sich die Form des Eisenoxids dann, wenn die Menge der Wasserstoffinjektion 1 ppm übersteigt, von stabilem Fe2O3 zu Fe3O4. Daher beträgt die Menge der Wasserstoffinjektion vorzugsweise 1 ppm oder weniger. Um ferner das Strömen von radioaktivem Stickstoff in ein Turbinensystem zu unterdrücken, beträgt die Menge der Wasserstoffinjektion vorzugsweise 1 ppm oder weniger.
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, wird das Korrosionspotenzial im Hinblick auf den Vorteil der Korrosionsverminderung so gesteuert, dass es im Bereich von –0,4 V gegen SHE bis –0,1 V gegen SHE liegt. Um darüber hinaus das Problem des Strömens von radioaktivem Stickstoff zu lösen, wird die Menge der Wasserstoffinjektion so gesteuert, dass sie 1 ppm oder weniger beträgt.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben den Effekt des Korrosionsschutzes in dem Verfahren zur Verminderung der Korrosion eines Kernreaktorstrukturmaterials bewertet. Die 9 zeigt die Beziehung zwischen der Menge der Wasserstoffinjektion und dem Korrosionspotenzial und auch das Ergebnis der Messung der Änderung des Korrosionspotenzials eines Edelstahls im Hinblick auf die Menge der Wasserstoffzufuhr. Bei dieser Bewertung wurde die anhaftende Menge des Titanoxids geändert. Die 9 zeigt auch Daten eines Edelstahls, der mit einem Edelmetall behandelt worden ist, als Vergleichsbeispiel.
  • Gemäß der in der 9 gezeigten Messergebnisse fand die durch die Wasserstoffzufuhr verursachte Änderung des Korrosionspotenzials bei den mit Titanoxid behandelten Edelstählen verglichen mit der Änderung bei dem mit einem Edelmetall behandelten Edelstahl allmählich statt. Das Korrosionspotenzial nahm jedoch offensichtlich mit steigender Wasserstoffinjektionsmenge ab. Bei dem Edelstahl, der 10 μg/cm2 Titanoxid aufwies, wurde das Korrosionspotenzial dann, wenn die Menge der Wasserstoffinjektion 1 ppm betrug, auf –0,1 V gegen SHE vermindert.
  • Andererseits wurde bei dem Edelstahl, der 200 μg/cm2 Titanoxid aufwies, das Korrosionspotenzial dann, wenn die Menge der Wasserstoffinjektion 0,2 ppm betrug, auf –0,1 V gegen SHE vermindert. Dieses Ergebnis zeigt, dass die Zunahme der anhaftenden Menge des Titanoxids das Korrosionspotenzial verminderte. Darüber hinaus wurde das Korrosionspotenzial selbst dann, wenn die Menge der Wasserstoffzufuhr 0,5 ppm oder mehr betrug, nicht auf –0,4 V gegen SHE oder weniger vermindert.
  • Im Hinblick auf die vorstehenden Erwägungen ist in dem Verfahren zur Verminderung der Korrosion eines Kernreaktorstrukturmaterials die anhaftende Menge von Titanoxid auf 10 bis 200 μg/cm2 beschränkt. Die Menge der Wasserstoffinjektion ist auf 0,2 bis 1 ppm beschränkt.
  • Die 10 zeigt die Beziehung zwischen der anhaftenden Menge des Titanoxids, der Menge der Wasserstoffinjektion und dem Korrosionspotenzial. Gemäß der 10 hängt das Korrosionspotenzial von der anhaftenden Menge des Titanoxids und der Menge der Wasserstoffinjektion ab. Demgemäß wird die anhaftende Menge des Titanoxids so gesteuert, dass sie im Bereich von 10 bis 200 μg/cm2 liegt und die Menge der Wasserstoffinjektion wird so gesteuert, dass sie im Bereich von 0,2 bis 1 ppm liegt. Folglich kann das elektrochemische Korrosionspotenzial (ECP) so gesteuert werden, dass es im Bereich von –0,4 V gegen SHE bis –0,1 V gegen SHE liegt.
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, wird der Kernreaktor gemäß den beschriebenen Ausführungsformen unter Bedingungen betrieben, bei denen die anhaftende Menge oder die aufgebrachte Menge an Titanoxid und die Menge der Wasserstoffinjektion den vorstehend beschriebenen Werten entsprechen. Als Folge davon können Probleme wie z. B. des Strömens von radioaktivem Stickstoff, der Freisetzung von radioaktiven Metalloxiden in das Reaktorwasser und übermäßiger Wasserstoff in einem Abgassystem, die im Stand der Technik auftreten, verhindert werden, und die Spannungsrisskorrosion des Kernreaktorstrukturmaterials kann ebenfalls unterdrückt werden.
  • Weitere Ausführungsform (Beispiel)
  • Im Folgenden ist eine weitere Ausführungsform eines Verfahrens zur Verminderung der Korrosion eines Materials, das eine Kernreaktorstruktur bildet, gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Aspekt dargestellt, der weiter gefasst ist als die vorstehend beschriebene erste und zweite Ausführungsform, obwohl deren wesentlichen Merkmale identisch sind.
  • In dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ebenfalls eine Substanz, die einen Anregungsstrom erzeugt, der Oberfläche des Kernreaktorstrukturmaterials zugesetzt oder darauf abgeschieden, und ein Edelmetall wird auf das Material aufgebracht oder darauf abgeschieden. Die Konzentration oxidierender chemischer Spezies und die Konzentration reduzierender chemischer Spezies in dem Kernreaktorwasser werden unter Bedingungen gesteuert, bei denen das Edelmetall abgeschieden ist.
  • Erfindungsgemäß wird die Konzentration der reduzierenden chemischen Spezies in dem Kernreaktorwasser folgendermaßen gesteuert. Das durch H2/O2 dargestellte Molverhältnis wird durch Injizieren von Wasserstoff von einem Speisewassersystem oder einem Kondensatsystem so gesteuert, dass es einen Wert von weniger als 2 aufweist (d. h. weniger als 0,16 ppm Wasserstoffkonzentration in einem Speisewasser), bei dem rekombinierende katalytische Reaktionen verschiedener chemischer Spezies nicht beschleunigt werden. Folglich wird das elektrochemische Korrosionspotenzial (ECP) in der reduzierenden Umgebung, die einer Spur einer Wasserstoffinjektion entspricht, vermindert. Das Edelmetall, das an der Oberfläche des Materials anhaftet, spielt eine Rolle dahingehend, dass es den Anregungsstrom effizient ableitet. Als Edelmetall wird mindestens ein Element verwendet, das aus Pt, Pd, Ir, Rh, Os und Ru ausgewählt ist.
  • Als typische Substanz, die durch Wärme oder Licht zur Erzeugung eines Anregungsstroms angeregt wird, wird ein Halbleiter verwendet. Als Halbleiter wird mindestens eine Verbindung verwendet, die aus TiO2, ZrO2, ZnO, WO3, PbO, BaTiO3, Bi2O3, SrTiO3, Fe2O3, FeTiO3, KTaO3, MnTiO3, SnO2 und Nb2O5 ausgewählt ist.
  • Die Substanz, die einen Anregungsstrom erzeugt, und das Edelmetall werden mit mindestens einem Verfahren oder mindestens einer Behandlung, das bzw. die aus einer chemischen Injektion, Flammspritzbeschichten, Spritzen, Plattieren und Aufdampfen ausgewählt ist, auf das Kernreaktorstrukturmaterial aufgebracht oder darauf abgeschieden.
  • Wenn ein Material mit einem darauf befindlichen Halbleiter in Wasser mit einer hohen Temperatur oder einer Umgebung mit ultravioletter Strahlung angeordnet wird, d. h. dieser ausgesetzt wird, wird auf der Oberfläche des Materials ein Anregungsstrom erzeugt. Das Potenzial auf der Oberfläche des Materials wird als elektrochemisches Korrosionspotenzial (ECP) bezeichnet.
  • Dieses ECP ist ein Indikator für die Empfindlichkeit des Materials gegen eine Spannungsrisskorrosion (SCC).
  • Beispielsweise tritt in Wasser mit einer hohen Temperatur von 280°C, wenn das elektrochemische Korrosionspotenzial –230 mV (gegen SHE) oder weniger beträgt, keine Spannungsrisskor rosion auf. Darüber hinaus zeigen Testergebnisse bezüglich der Rissausbreitung in der gleichen Umgebung, dass die Abnahme des Potenzials die Rissausbreitungsgeschwindigkeit signifikant vermindert.
  • Das elektrochemische Korrosionspotenzial eines Materials ist durch zwei Reaktionen definiert, d. h. eine Reaktion zwischen Recktanten und eine Reaktion des Materials selbst in der Umgebung, der das Material ausgesetzt ist. Beispielsweise ist in BWR-Anlagen die erstgenannte Reaktion eine elektrochemische Reaktion von Sauerstoff, Wasserstoffperoxid und Wasserstoff, die durch die Radiolyse von Wasser erzeugt werden, und die elektrochemische Reaktion läuft auf der Oberfläche des Materials ab. Die letztgenannte Reaktion ist eine Elutionsreaktion des Materials selbst.
  • Das elektrochemische Korrosionspotenzial, das auf der Basis einer Mischpotenzialtheorie bestimmt wird, ist ein Potenzial, bei dem der Kathodenstrom gleich dem Anodenstrom ist. Von den vorstehend genannten Recktanten tragen Sauerstoff und Wasserstoffperoxid zu der Kathodenreaktion bei, wohingegen der Wasserstoff und die Elutionsreaktion des Materials zu der Anodenreaktion beitragen.
  • Das Standard-Oxidations-Reduktions-Potenzial in jeder elektrochemischen Reaktion wird durch die Konzentration jedes Recktanten, die Temperatur und den vorliegenden pH-Wert, usw., bestimmt. Das Potenzial der Kathodenreaktion ist höher als das Potenzial der Anodenreaktion. Daher erhöht eine Beschleunigung der Kathodenreaktion das elektrochemische Korrosionspotenzial. Dies zeigt auch, dass eine Zunahme der Konzentration von Sauerstoff und Wasserstoffperoxid das elektrochemische Korrosionspotenzial erhöht.
  • Andererseits vermindert die Zunahme der Anodenreaktion das elektrochemische Korrosionspotenzial. Verfahren zur Verminderung der Kathodenreaktion umfassen ein bekanntes Verfahren zur Korrosionskontrolle mit einem Reduktionsmittel und ein Verfahren zur Verminderung der Konzentration von Sauerstoff und Wasserstoffperoxid durch Wasserstoffinjektion. Andererseits umfasst ein Verfahren zur Verminderung der Korrosion durch eine Erhöhung der Anodenreaktion ein bekanntes Verfahren zur Verminderung des Potenzials durch Anhaftenlassen eines Edelmetalls zur Verstärkung der Wasserstoffreaktion.
  • In dem Verfahren, das für die vorliegende Ausführungsform verwendet wird, wird das elektrochemische Korrosionspotenzial durch Erhöhen des Anodenstroms geändert. Eine typische Substanz, die den Anodenstrom erhöht, ist ein Halbleiter des n-Typs. Die thermische Anregung eines allgemeinen Halbleiters wird durch die folgende Formel dargestellt: n1 = n0exp(–εg)/(2kBT)worin n1 die Konzentration des Paars aus einem Elektron und einem Loch, das durch thermische Anregung erzeugt worden ist, n0 eine Konstante bezüglich der Konzentration des Elektrons an der Spitze des Valenzbands, εg einen Bandabstand, kB die Boltzmann-Konstante und T die Temperatur darstellt.
  • In dieser Ausführungsform wird insbesondere ein Halbleiter des n-Typs vorzugsweise als Substanz verwendet, die einen Anregungsstrom erzeugt. Demgemäß werden die angeregten Elektronen zu einem Anodenstrom zur Verminderung des elektrochemischen Korrosionspotenzials. Wie es vorstehend beschrieben worden ist, wird in diesem Verfahren TiO2 als typischer Halbleiter des n-Typs verwendet. Der Bandabstand von TiO2 beträgt etwa 3 eV. Dies zeigt, dass TiO2 unter UV-Bestrahlung mit Licht mit einer Wellenlänge von 410 nm oder weniger angeregt wird. Mit anderen Worten: Wenn in einem Kernreaktorkern ein Cerenkov-Licht erzeugt wird, ist auch dieses Licht verwendbar.
  • Wenn der Anregungsstrom jedoch nicht effizient abgeleitet werden kann, werden die Elektronen und Löcher, die durch die Anregung erzeugt worden sind, rekombiniert. In diesem Fall ändert sich das elektrochemische Korrosionspotenzial nicht, da der Anodenstrom nicht erhöht wird.
  • Gemäß der Technik, die in der Industrie im Allgemeinen als Gegenmaßnahme verwendet wird, wird die Anregungsstromausbeute durch Anhaftenlassen eines Edelmetalls wie z. B. Pt in der Nähe der Substanz, die den Anregungsstrom erzeugt, verbessert. Im Umfeld des Reaktorwassers in BWR-Anlagen wurde jedoch über eine Beobachtung berichtet, bei der das elektrochemische Korrosionspotenzial unabsichtlich mit Pt unter oxidierenden Bedingungen ohne Wasserstoffinjektion erhöht wurde. Demgemäß ist es erforderlich, die Ausgewogenheit zwischen der Verbesserung der Ausbeute des Anregungsstroms aufgrund des Anhaftens des Edelmetalls und dem Effekt, bei dem das Pt selbst das elektrochemische Korrosionspotenzial erhöht, zu berücksichtigen.
  • Zur Unterdrückung der Zunahme des elektrochemischen Korrosionspotenzials mit Pt selbst ist es effektiv, das Kernreaktorwasser so einzustellen, dass es in einem reduzierenden Zustand vorliegt. Ein spezifischer Indikator zum Erreichen dieses Zwecks besteht darin, dass das Molverhältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff in dem Reaktorwasser den Wert 2 übersteigt.
  • Wenn jedoch das Molverhältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff in dem Reaktorwasser einen Wert von 2 oder mehr aufweist, wird das N-16 in dem Reaktorwasser reduziert und in eine chemische Form umgewandelt, die leicht in eine Dampfphase strömt. In diesem Fall wird das Strömen von N-16 in ein Turbinensystem verstärkt. Als Folge davon wird die Dosisrate in dem Turbinensystem während des Betriebs der Anlage erhöht. Um diesen negativen Effekt zu vermindern, ist es effektiv, das Gleichgewicht zwischen Wasserstoff und Sauerstoff in dem Reaktorwasser auf eine reduzierende Seite zu verschieben, so dass das durch H2/O2 dargestellte Molverhältnis einen Wert von weniger als 2 erreicht.
  • Die Zunahme des elektrochemischen Korrosionspotenzials aufgrund des Edelmetalls kann durch geringfügiges Ändern der Konzentration der oxidierenden chemischen Spezies und der Konzentration der reduzierenden chemischen Spezies in dem Reaktorwasser in dem Kernkraftwerk (BWR) unterdrückt werden. Darüber hinaus kann die Rekombinationsreaktion eines Elektrons und eines Lochs nach der Erzeugung des Anregungsstroms unter Verwendung des Edelmetalls unterdrückt werden. Als Folge davon kann das elektrochemische Korrosionspotenzial des Materials effektiv vermindert werden.
  • Gemäß der beschriebenen Ausführungsform werden eine Substanz, bei der es sich typischerweise um einen Halbleiter des n-Typs handelt, zur Erzeugung eines Anregungsstroms, und ein Edelmetall auf die Oberfläche des Kernreaktorstrukturmaterials aufgebracht oder auf dieser abgeschieden. In diesem Zustand werden die Konzentration der oxidierenden chemischen Spezies und die Konzentration der reduzierenden chemischen Spezies in dem Kernreaktorwasser in einem geeigneten Bereich eingestellt. Dieses Verfahren kann das elektrochemische Korrosionspotenzial des Materials vermindern, ohne die Dosisrate in dem Turbinensystem zu erhöhen.
  • Nachstehend werden Beispiele für das Verfahren zur Verminderung der Korrosion eines Kernreaktorstrukturmaterials gemäß der vorstehenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung spezifisch unter Bezugnahme auf die 11 bis 13 beschrieben.
  • Als erstes wird das Ergebnis eines langsamen Zugtests mit konstanter Dehnrate (SSRT) eines sensibilisierten Edelstahls des Typs 304 bei 280°C unter Bezugnahme auf die 11 beschrieben.
  • Die 11 zeigt ein Bruchoberflächenverhältnis in dem SSRT von Prüfkörpern, auf denen TiO2 vorliegt, und von Prüfkörpern, auf denen TiO2 und Pt vorliegt. Die 11 zeigt auch den Vorteil oder die vorteilhafte Funktion in einem reduzierenden Zustand. In der 11 stellt die Ordinate das Verhältnis der Fläche, die eine interkristalline Spannungsrisskorrosion (IGSCC) erzeugt, zu der gesamten Bruchoberfläche nach dem Testen dar, d. h. ein Bruchoberflächenverhältnis (%). Wenn dieser Wert hoch ist, ist der Prüfkörper bezüglich einer Spannungsrisskorrosion (SCC) empfindlicher. Die Abszisse stellt die Arten der verschiedenen Prüfkörper dar.
  • Bei den Prüfkörpern, deren Zustand nicht spezifisch beschrieben ist, war die Wasserqualität ein oxidierender Zustand, der eine Umgebung im Kern eines BWR simulierte, und im Gegensatz dazu war bei dem Prüfkörper, bei dem eine spezifische Beschreibung des reduzierenden Zustands angegeben ist, die Wasserqualität ein geringfügig reduzierender Zustand, der eine Umgebung im Kern eines BWR simulierte, bei dem vom Speisewasser 0,1 ppm Wasserstoff injiziert worden sind.
  • Ein Prüfkörper, der aus Edelstahl des Typs 304 zusammengesetzt war, auf den keine Beschichtung aufgebracht worden war, wurde als Referenzmaterial verwendet. Darüber hinaus wurden ein Prüfkörper, der aus Edelstahl des Typs 304 zusammengesetzt war und der auf seiner Oberfläche TiO2 aufwies, und Prüfkörper, die aus Edelstahl des Typs 304 zusammengesetzt waren, und die auf ihrer Oberfläche TiO2 und Pt aufwiesen, verwendet.
  • Gemäß der 11 war das Spannungsrisskorrosion-Bruchoberflächenverhältnis (SCC-Bruchoberflächenverhältnis) dadurch, dass TiO2 und Pt an dem Edelstahl des Typs 304 anhaften gelassen wurden und der Zustand auf einen reduzierenden Zustand eingestellt wurde, signifikant vermindert.
  • Die Änderung der chemischen Form von Stickstoffverbindungen in dem Fall, bei dem TiO2 und Pt anhaften, wird unter Bezugnahme auf die 12 beschrieben.
  • Bei den bekannten Techniken, bei denen eine Wasserstoffinjektion und eine chemische Zugabe von Edelmetall eingesetzt werden, wird in einer Hauptdampfleitung eine Zunahme der Dosisrate festgestellt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich die chemische Form radioaktiver Stickstoffverbindungen in dem Reaktorwasser in eine reduzierte Form, wie z. B. Ammoniak und Stickstoffmonoxid ändert.
  • Die 12 zeigt das Labortestergebnis zur Verfolgung der Änderung der Form von Stickstoffverbindungen. In der 12 stellt das Bezugszeichen ➀ ein Beispiel, bei dem ein Referenzmaterial (Edelstahl des Typs 304) ohne Wasserstoffinjektion verwendet worden ist, das Bezugszeichen ➁ ein Beispiel, bei dem Edelstahl des Typs 304 mit 1,5 ppm H2-Injektion (Wasserstoff-Wasser-Chemie (HWC)) verwendet worden ist, das Bezugszeichen ➂ ein Beispiel, bei dem ein Edelmetall in einem 0,15 ppm HWC-Zustand (chemische Edelmetallzugabe (NMCA)) verwendet worden ist und das Bezugszeichen ➃ ein Beispiel dar, bei dem ein Edelstahl des Typs 304 mit TiO2 und Pt auf dessen Oberfläche in einem 0,1 ppm HWC-Zustand verwendet worden ist.
  • Es wurde bestätigt, dass Stickstoffoxide unter den Bedingungen des vorliegenden Beispiels zu Salpetersäure oxidiert wurden. Gemäß der 12 zeigt das Ergebnis die Tatsache, dass die Menge der Stickstoffverbindungen, die in die Dampfphase strömten, vermindert werden konnte.
  • Nachstehend wird die Abhängigkeit des elektrochemischen Korrosionspotenzials eines Prüfkörpers mit TiO2 und Pt auf dessen Oberfläche von der Wasserstoffkonzentration unter Bezugnahme auf die 13 beschrieben.
  • Die 13 fasst das Ergebnis der Abhängigkeit des elektrochemischen Korrosionspotenzials (ECP) eines Prüfkörpers, der aus Edelstahl des Typs 304 mit TiO2 und Pt auf dessen Oberfläche zusammengesetzt ist, von der Wasserchemie zusammen, wobei das Ergebnis durch einen Labortest gemessen worden ist. In der 13 stellt die Ordinate das elektrochemische Korrosionspotenzial und die Abszisse die Wasserstoffkonzentration im Speisewasser dar.
  • Bei der normalen Wasserchemie (NWC) für das Reaktorwasser betrug das elektrochemische Korrosionspotenzial eines Edelstahls des Typs 304 eines Referenzmaterials a in der 13 etwa 0,15 V gegen SHE. In der 13 entspricht der Bereich, bei dem das Molverhältnis von H2/O2 kleiner als 2 ist, dem Bereich, bei dem die Wasserstoffkonzentration im Speisewasser kleiner als 0,16 ppm ist. In diesem Bereich wird die katalytische Reaktion zur Rekombination oxidierender chemischer Spezies mit reduzierenden chemischen Spezies nicht durch ein Edelmetall beschleunigt.
  • Gemäß der 13 wurde bei einem Prüfkörper b, auf dem sich nur TiO2 befand, obwohl das elektrochemische Korrosionspotenzial ungeachtet der Bedingungen auf etwa –0,2 V gegen SHE vermindert wurde, das elektrochemische Korrosionspotenzial nicht auf –0,23 V gegen SHE vermindert, wobei es sich um einen Schwellenwert e zur Unterdrückung der IGSCC des Edelstahls handelt. In einem Prüfkörper c, auf dem sich nur Pt befand, wurde das elektrochemische Korrosionspotenzial dann, wenn die Wasserstoffkonzentration in dem Speisewasser weniger als 0,1 ppm betrug, kaum vermindert. Das elektrochemische Korrosionspotenzial wurde in einem Bereich der Wasserstoffkonzentration von 0,1 bis 0,2 ppm vermindert. Es war jedoch eine Wasserstoffkonzentration von 0,16 ppm erforderlich, um das elektrochemische Korrosionspotenzial auf –0,23 V gegen SHE zu vermindern.
  • Im Gegensatz dazu betrug bei einem Prüfkörper d, der auf dessen Oberfläche TiO2 und Pt aufwies und welcher dem vorliegenden Beispiel entsprach, das elektrochemische Korrosionspotenzial dann, wenn die Menge der Wasserstoffinjektion mindestens 0,07 ppm betrug, –0,23 V gegen SHE oder weniger. Dieses Phänomen konnte nicht mit dem Prüfkörper b, der auf dessen Oberfläche nur TiO2 aufwies, und dem Prüfkörper c, der auf dessen Oberfläche nur Pt aufwies, erreicht werden. Dieses Ergebnis zeigt, dass die IGSCC des Strukturmaterials unterdrückt werden konnte. Demgemäß sollte die Wasserstoffkonzentration in dem Speisewasser mindestens 0,07 ppm und weniger als 0,16 ppm betragen. Diese Bedingungen können die Spannungsrisskorrosion unterdrücken und beschleunigen darüber hinaus nicht die katalytische Reaktion zur Rekombination oxidierender chemischer Spezies mit reduzierenden chemischen Spezies durch ein Edelmetall.
  • Es wird ausdrücklich betont, dass alle Merkmale, die in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbart sind, sowohl für den Zweck der ursprünglichen Offenbarung als auch für den Zweck der Beschränkung der beanspruchten Erfindung getrennt und unabhängig voneinander offenbart sind, und zwar unabhängig von der Zusammensetzung der Merkmale in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen. Es wird ausdrücklich betont, dass sowohl für den Zweck der ursprünglichen Offenbarung als auch für den Zweck der Beschränkung der beanspruchten Erfindung alle Wertebereiche oder Angaben von Gruppen von Einheiten jede(n) mögliche(n) Zwischenwert oder Zwischeneinheit offenbaren.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Verminderung der Korrosion eines Materials, das eine Kernreaktorstruktur bildet, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Aufbringen einer Substanz, die einen Anregungsstrom erzeugt, und eines Edelmetalls auf eine Oberfläche eines Materials, das eine Kemreaktorstruktur bildet, im Vorhinein, und Steuern der Konzentration oxidierender chemischer Spezies und der Konzentration reduzierender chemischer Spezies in einem Kernreaktorwasser durch Injizieren von Wasserstoff von einem Speisewassersystem oder einem Kondensatsystem, so dass das Molverhältnis von H2/O2 einen Wert von weniger als 2 aufweist, bei dem eine katalytische Reaktion zur Rekombination der oxidierenden chemischen Spezies mit der reduzierenden chemischen Spezies nicht durch das Edelmetall beschleunigt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Substanz, die einen Anregungsstrom erzeugt, mindestens eine Verbindung ist, die aus TiO2, ZrO2, ZnO, WO3, PbO, BaTiO3, Bi2O3, SrTiO3, Fe2O3, FeTiO3, KTaO3, MnTiO3, SnO2 und Nb2O5 ausgewählt ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Edelmetall mindestens ein Element ist, das aus Pt, Pd, Ir, Rh, Os und Ru ausgewählt ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Substanz, die einen Anregungsstrom erzeugt, und das Edelmetall durch mindestens ein Verfahren aufgebracht werden, das aus einer chemischen Injektion, Flammspritzbeschichten, Spritzen, Plattieren und Aufdampfen ausgewählt ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Wasserstoffkonzentration in dem Wasser in dem Speisewassersystem oder dem Kondensatsystem nicht weniger als 0,07 ppm und weniger als 0,16 ppm beträgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Edelmetall vor dem Aufbringen oder dem Anhaften der Substanz, die einen Anregungsstrom erzeugt, aufgebracht wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Substanz, die einen Anregungsstrom erzeugt, und das Edelmetall gleichzeitig aufgebracht werden, oder die Substanz, die einen Anregungsstrom erzeugt, vor dem Aufbringen des Edelmetalls aufgebracht wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das elektrochemische Korrosionspotenzial des aus einem Edelstahl zusammengesetzten Kernreaktorstrukturmaterials auf –0,23 V gegen SHE oder weniger eingestellt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das elektrochemische Korrosionspotenzial des aus einer Legierung auf Nickelbasis zusammengesetzten Kernreaktorstrukturmaterials auf –0,1 V gegen SHE oder weniger eingestellt wird.
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