JP2003066180A - 金属付着モニタ - Google Patents
金属付着モニタInfo
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Abstract
ることができる金属付着モニタを提供する。 【解決手段】原子炉構造材に金属を付着させる場合に金
属の付着量の測定に用いる金属付着モニタ20で内径の
異なる2種類以上のモニタ配管21a,21bからな
る。モニタ配管21a,21bへの金属の供給速度や配
管温度を金属付着が行われる部位の原子炉構造材におけ
るそれと同等になるように制御する。
Description
トの原子炉構造材に金属を付着させる場合に、金属付着
量を把握する金属付着監視装置に係り、特に金属付着量
を把握するモニタ用配管設備を備えた金属付着モニタに
関する。
々の金属を付着させることにより、原子炉構造材の腐食
の低減や応力腐食割れ感受性の低減が試みられている
(特開2001−4789号公報、特開平10−186
085号公報等)。この原子炉構造材への金属の付着量
は金属付着による腐食低減等の効用を発揮する上で重要
な因子である。
属単体および金属化合物のような金属を添加して、これ
を金属の付着を必要とする原子炉構造材部位に循環させ
ることにより行われる。この原子炉構造材における金属
付着量を直接測定することができないため、通常、原子
炉の外部に追設した内径1〜2cmの配管に原子炉水を
導き、その配管の一部を適宜取り出して、その配管への
金属付着量を測定することにより、原子炉構造材への金
属付着量の推定を行っていた。
器1の原子炉再循環系2にサンプリングライン3を設け
てモニタ配管4に原子炉水を導入し、このモニタ配管4
における金属付着量を測定して原子炉構造材への金属付
着量の推定を行っていた。しかしながら、この金属付着
監視装置5においては、モニタ配管4への原子炉水の導
入量は、原子炉水の取出し口とモニタ配管の出口との差
圧によって決定されており、原子炉水の流量制御はなさ
れず、また配管温度についても制御がなされていなかっ
た。
ービン・復水器、符号8は原子炉復水・給水系、符号9
aは原子炉水浄化系、符号9bは復水浄化系である。
水から配管表面への金属の移行量で大きく左右されるの
で、この移行量に影響する流動条件を適切に設定する必
要があるが、従来の監視装置においてはその設定がなさ
れていなかった。
いる金属付着監視装置5においては、流量や配管温度が
制御されず、また配管表面への金属の移行量に影響する
流動条件を的確に設定することができないため、実構造
材における金属付着量を正確に把握することができない
という問題があった。
たもので、原子炉の実構造材における金属の付着量を正
確に把握し、モニタリングすることができる金属付着モ
ニタを提供することにある。
ニタは、上述した課題を解決するために、請求項1に記
載したように、原子炉構造材に金属を付着させる場合
に、金属付着量の測定に用いる金属付着モニタにおい
て、原子炉水のサンプリングラインに内径の異なる2種
類以上の金属付着モニタ配管を並列に接続して構成され
るものである。
述した課題を解決するために、請求項2に記載したよう
に、原子炉構造材に金属を付着させる場合に、金属付着
量の測定に用いる金属付着モニタにおいて、原子炉水の
サンプリングラインに金属付着モニタ配管を接続し、上
記モニタ配管内を流れる流体の流速を可変とする手段を
備えたものである。
本発明に係る金属付着モニタは、請求項3に記載したよ
うに、前記流速可変手段は、金属付着モニタ配管の入口
部または出口部に設けられた流量調整手段および金属付
着モニタ配管の上流側に設けられた分岐ラインの流量調
整手段のうちの少なくとも1種であるものである。
述した課題を解決するために、請求項4に記載したよう
に、原子炉構造材に金属を付着させる場合に、金属付着
量の測定に用いる金属付着モニタにおいて、原子炉水の
サンプリングラインに金属付着モニタ配管を接続し、上
記金属付着モニタ配管の温度を制御する手段を備えたも
のである。
発明に係る金属付着モニタは、請求項5に記載したよう
に、前記金属付着モニタ配管の温度制御手段は、金属付
着モニタ配管の温度を調整するヒータとモニタ配管の温
度を測定する温度計測手段からなるものである。
述した課題を解決するために、請求項6に記載したよう
に、原子炉構造材に金属を付着させる場合に、金属付着
量の測定に用いる金属付着モニタにおいて、原子炉水の
サンプリングラインに金属付着モニタ配管を接続し、上
記モニタ配管の入口まで高速で流体を導く手段を有する
ものである。
発明に係る金属付着モニタは、請求項7に記載したよう
に、前記金属付着モニタ配管入口まで高速で流体を導く
手段は、金属付着モニタ配管の入口部に設けられた分岐
ラインと、この分岐ラインに設置されたポンプとを有す
るものである。
本発明に係る金属付着モニタは、請求項8に記載したよ
うに、前記金属付着モニタ配管に供給される金属の供給
速度が、金属を付着させる部位の原子炉構造材に供給さ
れる金属の供給速度と同等になるように制御されるもの
であり、また、請求項9に記載したように、金属付着モ
ニタが内径の異なる2種類以上の配管から構成される場
合に、上記配管に供給される金属の供給速度が、原子炉
構造材の全体に供給される金属の供給速度の全範囲を包
含するように設定されたものである。
発明に係る金属付着モニタは請求項10に記載したよう
に、前記金属付着モニタの配管温度が金属を付着させる
部位の原子炉構造材の温度と同等になるように制御する
手段を有するものであり、さらに、請求項11に記載し
たように、原子炉構造材の温度と同等になるように配管
温度を制御する手段として、金属を付着させる部位の原
子炉構造材の温度信号が入力される温度コントローラを
用い、この温度コントローラにより、入力された温度信
号に基づいて金属付着モニタの配管に設置された温度制
御手段、またはこの温度制御手段および金属付着モニタ
の配管入口まで高速で流体を導く手段を自動的に制御す
るものであり、さらにまた、請求項12に記載したよう
に、金属付着モニタが複数の配管から構成される場合
に、それぞれの配管の温度をそれぞれの対象とする部位
の原子炉構造材の温度と同等になるように制御する手段
を有するものである。
タの実施形態について、添付図面を参照して説明する。
1実施形態を示す図である。
炉である原子炉圧力容器10、主蒸気ライン11、ター
ビン・復水器12、復水浄化系13、給水ライン14、
原子炉再循環系15、原子炉水浄化系16の配置関係を
概略的に示している。原子炉圧力容器10には原子炉再
循環系15が付設され、この再循環系15にサンプリン
グライン18が設置され、原子炉水が金属付着モニタ2
0に導かれるようになっている。
類のモニタ配管21a,21bが並設されたモニタ用配
管設備を有する。モニタ用配管設備のモニタ配管21
a,21bの出口にはそれぞれ流量計22a,22bが
設置してある。
4には金属の注入ライン24を設けている。原子炉構造
材、例えば原子炉内構造材である炉内シュラウドやジェ
ットポンプに金属を付着させる場合には、金属注入ライ
ン24より目的とする金属が注入される。注入される金
属としては、金属単体および金属化合物のいずれでもよ
い。金属の原子炉構造材への付着量は、金属付着モニタ
20のモニタ配管21a,21bを取出し分析すること
により推定することになる。
ニタ用配管21a,21bの内部表面における流動条件
および配管内部の表面温度を実構造材の表面における流
動条件や温度と同等にして、金属付着モニタ20のモニ
タ配管21a,21bの内部表面に付着した金属密度が
実構造材のそれと同じくなるようにすることにある。流
動場を実構造材の原子炉構造材、例えば原子炉内構造
物、原子炉配管と同等にする場合には、金属付着モニタ
20のモニタ配管21a,21bを流れる流体の流量そ
のものを制御する方法(この場合は金属付着モニタ20
のモニタ配管形状が実構造材における目的場所の形状と
同等の必要がある)と、金属付着モニタの配管における
流量および配管内径をコントロールして目的場所の流量
を模擬する方法とがある。
る速度は、その金属の流体中の濃度、温度、表面近傍の
拡散層の厚さに依存する。拡散層の厚さは流体の流速、
形状に依存する。
理]原子炉構造材への金属の供給は、以下の式(1)で
表される。
ャーウッド数、Dは拡散定数、Ciは流体中の金属濃
度、dは水力等価直径を示す。
は(3)で求めることができる。
し、それぞれ以下の式(4)、(5)で表される。
拡散定数である。
子炉の実構造材表面への金属の供給量と金属付着モニタ
20のモニタ配管21a,21b表面への金属の供給量
が同等となり正確な評価ができるようになる。これらの
諸条件の中で、変動する因子は流速そのもの、温度に関
連する因子では拡散定数、動粘性率があり、形状では水
力等価直径となる。
することにより、実構造材と金属付着モニタ20への金
属供給量を同等(等価)とすることができ、原子炉構造
材への正確な金属付着量の評価ができるようになる。
形状を考慮することにより、実構造材と金属付着モニタ
20への金属の供給量を同じくし付着量の正確な把握が
できる。
ニタ20のモニタ配管21a,21b内径と流量と温度
を制御することにより、金属を付着させたい実構造材と
同じ金属付着環境を模擬させることができる。
部位の水力等価直径が60cmであり、流速が2m/秒
の場合、これと形状、大きさが同じ金属付着モニタ用配
管を設置することは困難であるが、同等の金属の供給量
は前述の金属供給式により、形状および流量を、内径1
cmの配管で、流速0.7m/秒の条件とすると、実構
造材表面への供給量と同じくなる。このような設置可能
な金属付着モニタ(金属付着監視装置)とすることがで
き、しかも金属付着量が正確に求まることになる。
の目的の場所における流動条件が水力等価直径60cm
で、流速が2m/秒としたとき、金属付着モニタ20へ
の原子炉水の流入量が1L/分に限られている場合は、
流動条件を一致させるには、即ち、モニタ配管21a,
21b表面への金属の供給量を実構造体と同等にさせる
には、原子炉構造材への金属供給式から内径0.58c
mの配管を用いればよいことがわかる。このようなモニ
タ配管がある場合には、これで対応することができる
が、このようなモニタ配管がない場合には、金属付着モ
ニタ配管21a,21bへの金属の供給量が目的とする
実構造材への金属供給量を内包するような金属付着モニ
タ配管の配管径に設定する。
のモニタ配管21a,21bを並列状に設置することに
より、それぞれの流速は、43cm/秒、85cm/秒
となり、前述の金属供給金属供給式を用いて算出する
と、実構造材への供給量に対して0.7倍および1.3
倍となる。このような流動条件で金属付着量を測定する
と実構造材への付着量が正確に把握することができる。
原子炉給水系14としたが、原子炉再循環系15などか
ら注入してもよく、また原子炉水の取出し口は原子炉再
循環系15に限らず、原子炉ボトムドレインラインや原
子炉浄化系16に設けるようにしてもよい。
2実施形態を示す図である。
設備を示したものであり、互いに並設された金属付着モ
ニタ配管21a,21bの入口に流量調整バルブ25
a,25bがモニタ配管21a,21bの出口に流量計
22a,22bがそれぞれ設置される。流量調整バルブ
25a,25bの上流側からバイパスライン(分岐ライ
ン)26が分岐されて設置される。バイパスライン26
にはバルブ(バイパスライン流量調整バルブ)27を流
速可変手段として設けている。
は合流してポンプ(金属付着モニタ流量調整ポンプ)2
8が設置されている。金属付着モニタ配管21a,21
bへ金属供給量はモニタ配管21a,21bへの金属を
含む原子炉水の流量をコントロールすることにより調整
する。
5cmのモニタ配管を用いる場合に、サンプリングライ
ン18には1L/分が流れているとし、金属を付着させ
たい実構造材の流動条件を水力等価直径60cm、流速
200cm/秒とする。サンプリングライン18の流量
の全量を金属付着モニタ配管21a,21bに導入する
と、流速は85cm/秒となり、この流動条件では配管
表面への金属の供給量は実構造材の1.3倍になる。実
構造材と同等の金属供給量にするためには、流量調整バ
ルブ25a,25bにより流量を710mL/分に調整
することにより達成することができる。また、流量調整
には、適宜バイパスライン26のバルブ27の開度を調
整してもよい。バルブ27や流量調整バルブ25a,2
5b、ポンプ28は金属付着モニタ配管21a,21b
を流れる流体流量の流速可変手段としての流量調整手段
を構成している。
が多い場合であるが、サンプリング水が不足していると
きには、即ち、金属付着モニタ20Aのモニタ配管表面
への金属供給量が目的とする実構造材部よりも小さい場
合には、ポンプ28を作動することにより、サンプリン
グ流量を確保し配管表面への金属の供給量を同等とする
ことができる。
21bの入口側に流量調整バルブ25a,25bを設け
たが、モニタ配管21a,21bの出口側に設けてもよ
く、また、流量計22a,22bをモニタ配管21a,
21bの入口に設けてもよい。ポンプ28の位置につい
ても同様である。
3実施形態を示す図である。
したものであり、金属付着モニタ20Bのモニタ配管2
1a,21bの入口部と出口部に温度計測システム30
a,30bが温度計測手段として設置されている。ま
た、モニタ配管21a,21bには温度コントロール用
のヒータ31a,31bが配管温度制御手段として設置
してあり、配管の温度を調整できるようになっている。
前述の金属供給式で示した定数の中にはいくつか温度の
影響を受けるものがある。動粘性率や拡散定数がそれで
ある。温度の影響を受けてモニタ配管表面への金属の供
給量も変化するので、モニタ配管21a,21bの温度
コントロールを実施して実構造材の晒されている流動条
件と同等とするものである。温度制御については、モニ
タ配管21a,21bの温度を制御する方法とモニタ配
管21a,21b内を通過する流体の温度を制御する方
法との2種類がある。また、この2つの方法を併用して
もよい。
4実施形態を示す図である。
管設備の概要を示したものであり、金属付着モニタ用配
管21a,21bの入口部でサンプリングライン18が
分岐され、一方は金属付着モニタ用配管21a,21b
に、他方はポンプ(バイパスライン流量調整ポンプ)3
4を介してドレインまたは原子炉配管系へラインが戻さ
れている。
タ配管入口までの流体の到達速度を早くするためであ
り、ポンプ作動により多量の原子炉水がサンプリングラ
イン18内を流れ、サンプリングライン18を流れる原
子炉水により温度の低下を防ぐものである。ポンプ34
の作動条件をコントロールすることにより目的の温度が
保てるようになる。
21a,21b入口の流量調整バルブ25a,25bを
調整することにより、金属付着モニタ20Cのモニタ配
管21a,21bへの流量をコントロールする。また、
第3実施形態で示した温度コントロールと併用すること
により正確な温度設定が可能となる。
属付着の対象とした場合の金属付着モニタ用配管21
a,21bである。
流動条件がある。ここでは、流速の最も遅い場合の設定
は原子炉内構造材である原子炉シュラウド内面の上昇流
として、一方、高流速の設定はジェットポンプ上部の吸
い込み部とする。原子炉シュラウド内面の流動条件は、
例えば、水力等価直径40cm、流速が10cm/秒程
度である。一方、ジェットポンプの上部については水力
等価直径10cm、流速が2000cm/秒程度であ
る。
配管21a,21bとしては、例えば、1.5L/分で
並設されたモニタ配管21a,21bに原子炉水を供給
する場合には、内径2.5cmのモニタ配管と、内径
0.2cmのモニタ配管を用いることにより、原子炉全
体の流動場の模擬ができ、原子炉構造材全体の表面への
金属付着量の模擬が可能となり、付着量の範囲が求まる
こととなる。また、適宜その中間の流動条件、即ち、モ
ニタ配管21a,21b表面への金属の供給量の配管内
径を用いて流動条件と金属付着量との関係を確認しても
よい。勿論原子炉の運転条件により原子炉内の流動条件
が変化するので、適宜その条件に合致するように配管形
状を合わせる。
態では、これらの金属付着モニタの配管温度と原子炉構
造材の対象部位の温度を同等とするために、金属付着対
象となる実構造材の温度の信号をインプットし、これと
温度が同等となるように配管ヒータ31a,31b;3
2a,32b(図3参照)等の温度やポンプ34(図4
参照)の流量を自動的に制御する手段を備える。
せる対象部位の原子炉構造材の温度信号は温度コントロ
ーラ35にインプットされる。一方、金属付着モニタ2
0Dのモニタ配管21a,21b,21cに設置された
ヒータ31a,31b,31cへの出力は温度コントロ
ーラ35により制御されるとともに、これからの出力を
受けてポンプ18の流量を制御して正確な温度制御がで
きるようにするものである。
において、金属付着モニタ20Dのモニタ配管21a,
21b,21cをいくつか使用する。
配管21a,21b,21cを3本としている。それぞ
れの対象となる部位の原子炉構造材の温度がそれぞれに
対応する金属付着モニタ20Dのモニタ配管21a,2
1b,21cの温度コントロール用の信号となる。それ
ぞれの温度を制御することにより、より正確なモニタ配
管21a,21b,21c表面への金属の供給が可能に
なる。
金属を付着させる場合の金属付着モニタの最適化が図
れ、金属付着モニタの配管表面における金属付着量を把
握することによって、実構造材の表面への金属の付着量
の正確な把握が可能となる。
示す概略図。
示す概略図。
示す概略図。
示す概略図。
形態を説明するための概略図。
ニタを示す概略図。
流速可変手段) 26 バイパスライン 27 バイパスライン流量調整バルブ(流体流量調整手
段) 28 金属付着モニタ流量調整ポンプ 30a,30b,30c 温度計測システム(温度計測
手段) 31a,31b,31c ヒータ(配管温度制御手段) 34 バイパスライン流量調整ポンプ 35 温度コントローラ
Claims (12)
- 【請求項1】 原子炉構造材に金属を付着させる場合
に、金属付着量の測定に用いる金属付着モニタにおい
て、原子炉水のサンプリングラインに内径の異なる2種
類以上の金属付着モニタ配管を並列に接続して構成され
ることを特徴とする金属付着モニタ。 - 【請求項2】 原子炉構造材に金属を付着させる場合
に、金属付着量の測定に用いる金属付着モニタにおい
て、原子炉水のサンプリングラインに金属付着モニタ配
管を接続し、上記モニタ配管内を流れる流体の流速を可
変とする手段を備えたことを特徴とする金属付着モニ
タ。 - 【請求項3】 前記流速可変手段は、金属付着モニタ配
管の入口部または出口部に設けられた流量調整手段およ
び金属付着モニタ配管の上流側に設けられた分岐ライン
の流量調整手段のうちの少なくとも1種である請求項2
に記載の金属付着モニタ。 - 【請求項4】 原子炉構造材に金属を付着させる場合
に、金属付着量の測定に用いる金属付着モニタにおい
て、原子炉水のサンプリングラインに金属付着モニタ配
管を接続し、上記金属付着モニタ配管の温度を制御する
手段を備えたことを特徴とする金属付着モニタ。 - 【請求項5】 前記金属付着モニタ配管の温度制御手段
は、金属付着モニタ配管の温度を調整するヒータとモニ
タ配管の温度を測定する温度計測手段からなる請求項4
に記載の金属付着モニタ。 - 【請求項6】 原子炉構造材に金属を付着させる場合
に、金属付着量の測定に用いる金属付着モニタにおい
て、原子炉水のサンプリングラインに金属付着モニタ配
管を接続し、上記モニタ配管の入口まで高速で流体を導
く手段を有することを特徴とする金属付着モニタ。 - 【請求項7】 前記金属付着モニタ配管入口まで高速で
流体を導く手段は、金属付着モニタ配管の入口部に設け
られた分岐ラインと、この分岐ラインに設置されたポン
プとを有する請求項6に記載の金属付着モニタ。 - 【請求項8】 前記金属付着モニタ配管に供給される金
属の供給速度が、金属を付着させる部位の原子炉構造材
に供給される金属の供給速度と同等になるように制御さ
れる請求項1〜3のいずれかに記載の金属付着モニタ。 - 【請求項9】 金属付着モニタが内径の異なる2種類以
上の配管から構成される場合に、上記配管に供給される
金属の供給速度が、原子炉構造材の全体に供給される金
属の供給速度の全範囲を包含するように設定された請求
項1〜3のいずれかに記載の金属付着モニタ。 - 【請求項10】 前記金属付着モニタの配管温度が金属
を付着させる部位の原子炉構造材の温度と同等になるよ
うに制御する手段を有する請求項4〜7のいずれかに記
載の金属付着モニタ。 - 【請求項11】 原子炉構造材の温度と同等になるよう
に配管温度を制御する手段として、金属を付着させる部
位の原子炉構造材の温度信号が入力される温度コントロ
ーラを用い、この温度コントローラにより、入力された
温度信号に基づいて金属付着モニタの配管に設置された
温度制御手段、またはこの温度制御手段および金属付着
モニタの配管入口まで高速で流体を導く手段を自動的に
制御する請求項10に記載の金属付着モニタ。 - 【請求項12】 金属付着モニタが複数の配管から構成
される場合に、それぞれの配管の温度をそれぞれの対象
とする部位の原子炉構造材の温度と同等になるように制
御する手段を有する請求項10または11に記載の金属
付着モニタ。
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