JP2007017245A - Method for mitigating stress corrosion cracking in structural material for nuclear power plant - Google Patents

Method for mitigating stress corrosion cracking in structural material for nuclear power plant Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve integrity of a plant by suppressing increase in stress corrosion cracking sensitivity by suppressing increase in electric conductivity. <P>SOLUTION: In an operation of a boiling water nuclear power plant, a material for reducing the concentration of oxygen or hydrogen peroxide in reactor water by chemically reacting with the oxygen or hydrogen peroxide is injected into the reactor water. During stop of the operation, a layer of a compound having a spinel type structure composed of bivalent metal ions and trivalent iron ions is formed on a heat transfer surface of a feed water heater. Even when hydrogen injection or the like to the reactor water is stopped, increase in chrome ion concentration in the reactor water can be suppressed. As a result, the electric conductivity can be suppressed, and increase in sensitivity to stress corrosion cracking can be suppressed. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

沸騰水型原子力プラントの予防保全技術に係り、特にステンレス鋼及びニッケル基合金等の原子炉構造材料の応力腐食割れを緩和する方法に関する。   More particularly, the present invention relates to a method for mitigating stress corrosion cracking of nuclear reactor structural materials such as stainless steel and nickel-base alloys.

沸騰水型原子力プラントにおいては、プラント稼働率向上の観点から、炉内構造物や圧力境界を構成する材料に対する応力腐食割れ(以下「SCC」という。)を抑制することが重要な課題となっている。SCCは材料,応力及び環境の3因子が重畳したときに発生するとされている。従って、これらの3因子の内、少なくとも1因子を緩和することによりSCCを緩和することができる。3因子の中で、環境因子の緩和は、一般に少ない工事,低コストで実施できるというメリットがある。   In a boiling water nuclear power plant, it is an important issue to suppress stress corrosion cracking (hereinafter referred to as “SCC”) with respect to the materials constituting the reactor internal structure and the pressure boundary from the viewpoint of improving the plant operating rate. Yes. SCC is supposed to occur when three factors of material, stress and environment overlap. Therefore, SCC can be mitigated by mitigating at least one of these three factors. Among the three factors, mitigation of environmental factors has the advantage that it can generally be implemented with less construction and lower costs.

プラント運転中においては、炉心の強いガンマ線や中性子線の作用により、原子炉冷却水が放射線分解し、酸素及び過酸化水素を生じさせる。この結果、原子炉冷却水は酸素及び過酸化水素が数百ppb程度存在する高温環境(100℃以上を高温という。尚、定格出力運転時の炉心出口の温度は288℃である。)となる。炉内構造物や圧力境界を構成する構造材料(ステンレス,ニッケル基合金等)は、このような環境下の原子炉冷却水に曝されることとなる。   During plant operation, the reactor cooling water undergoes radiolysis due to the action of strong gamma rays and neutron rays in the core, producing oxygen and hydrogen peroxide. As a result, the reactor cooling water has a high temperature environment in which oxygen and hydrogen peroxide are present in the order of several hundreds of ppb (100 ° C. or higher is called high temperature. Note that the temperature at the core outlet during rated power operation is 288 ° C.). . The structural material (stainless steel, nickel-base alloy, etc.) constituting the reactor internal structure and the pressure boundary is exposed to the reactor cooling water in such an environment.

原子炉冷却水の環境を表す指標として腐食電位(以下「ECP」という。)がある。図2は、304型ステンレス鋼(以下「SUS304鋼」という。)のき裂進展速度(以下「CGR」という。)とECPとの関係を示している。図2の横軸はECPを示しており、縦軸はCGRを示している。試験片としてSUS304鋼を用い、温度が288℃、電気伝導率が0.1μS/cmから0.3μS/cmという条件下で試験が行われた。図2から、ECPが低下するとCGRが減少することがわかる。   There is a corrosion potential (hereinafter referred to as “ECP”) as an index representing the environment of the reactor cooling water. FIG. 2 shows the relationship between the crack growth rate (hereinafter referred to as “CGR”) of 304 type stainless steel (hereinafter referred to as “SUS304 steel”) and ECP. The horizontal axis in FIG. 2 indicates ECP, and the vertical axis indicates CGR. SUS304 steel was used as a test piece, and the test was performed under the conditions of a temperature of 288 ° C. and an electric conductivity of 0.1 μS / cm to 0.3 μS / cm. FIG. 2 shows that CGR decreases as ECP decreases.

図3は、酸素又は過酸化水素濃度に対するSUS304鋼のECPの依存性を示している。図3の横軸は酸素又は過酸化水素の濃度を示しており、縦軸はECPを示している。試験片としてSUS304鋼を用い、温度が280℃の条件下で試験を行った。図3から、酸素も過酸化水素もその濃度が低くなるほどECPも低くなることがわかる。従って、原子炉冷却水に曝された構造材料のSCCを緩和するためにはECPを低減することが必要であり、そのECPの低減は、原子炉水(原子炉炉心を流れた冷却材を含み、イオン交換樹脂塔などで不純物が除去されていない冷却水をいう。原子炉圧力容器,原子炉冷却水再循環系配管,ボトムドレン配管,原子炉冷却水ろ過脱塩器の上流側の原子炉冷却水浄化系配管を流れる冷却水である。)中に存在する酸素及び過酸化水素の濃度を低減することにより達成される。   FIG. 3 shows the dependence of ECP for SUS304 steel on oxygen or hydrogen peroxide concentration. The horizontal axis in FIG. 3 indicates the concentration of oxygen or hydrogen peroxide, and the vertical axis indicates ECP. SUS304 steel was used as a test piece, and the test was performed under the condition of a temperature of 280 ° C. FIG. 3 shows that the ECP decreases as the concentration of oxygen and hydrogen peroxide decreases. Therefore, it is necessary to reduce the ECP in order to mitigate the SCC of the structural material exposed to the reactor cooling water, and the reduction of the ECP includes the reactor water (including the coolant that has flowed through the reactor core). Cooling water from which impurities have not been removed by ion exchange resin tower, etc. Reactor upstream of reactor pressure vessel, reactor cooling water recirculation system piping, bottom drain piping, reactor cooling water filtration demineralizer This is achieved by reducing the concentration of oxygen and hydrogen peroxide present in the cooling water purification system piping.

この課題に対して、給水系から水素を添加する技術(以下「水素注入」という。)が、国内外の多くのプラントで実施されている。水素注入は、水の放射線分解によって生じた酸素及び過酸化水素を水素と反応させて水に戻すことにより、原子炉水中の酸素及び過酸化水素濃度を低減する技術である(例えば、特許文献1参照)。   In response to this problem, a technology for adding hydrogen from the water supply system (hereinafter referred to as “hydrogen injection”) has been implemented in many plants in Japan and overseas. Hydrogen injection is a technique for reducing the concentration of oxygen and hydrogen peroxide in reactor water by reacting oxygen and hydrogen peroxide generated by radiolysis of water with water to return them to water (for example, Patent Document 1). reference).

図2は、CGRとECPとの関係に加えて電気伝導率の影響も合わせて示している。図2から、電気伝導率が0.1μS/cmの場合よりも0.3μS/cmの場合のほうが、同じ
ECPであってもCGRが高いことがわかる。つまり、電気伝導率が高くなるとCGRも高くなる。沸騰水型原子力プラントの原子炉水中に水素注入を行っているプラントでは、水素注入を停止すると原子炉水中のクロムイオン濃度が急激に増加し、その結果として、原子炉水中の電気伝導率が増加するという問題が生じる。従って、原子炉水中に水素注入を行っているプラントでは、水素注入を停止するとクロムイオン濃度の増大により電気伝導率が上昇し、その結果、SCC感受性が増大する可能性がある。
FIG. 2 also shows the influence of electrical conductivity in addition to the relationship between CGR and ECP. FIG. 2 shows that the CGR is higher when the electrical conductivity is 0.3 μS / cm than when the electrical conductivity is 0.1 μS / cm even with the same ECP. In other words, CGR increases as the electrical conductivity increases. In plants where hydrogen is injected into the reactor water of a boiling water nuclear power plant, when hydrogen injection is stopped, the chromium ion concentration in the reactor water increases rapidly, and as a result, the electrical conductivity in the reactor water increases. Problem arises. Therefore, in a plant injecting hydrogen into reactor water, when hydrogen injection is stopped, the electrical conductivity increases due to an increase in chromium ion concentration, and as a result, SCC sensitivity may increase.

特開平05−100087号公報Japanese Patent Laid-Open No. 05-100087

本発明は、電気伝導率の増加を抑制することにより応力腐食割れ感受性の増大を抑制し、プラントの健全性を向上させることができる、原子力プラント構造材料の応力腐食割れを緩和する方法を提供することを課題とする。   The present invention provides a method for mitigating stress corrosion cracking in nuclear plant structural materials that can suppress increase in stress corrosion cracking susceptibility by suppressing increase in electrical conductivity and improve plant soundness. This is the issue.

沸騰水型原子力プラントの運転中に、沸騰水型原子力プラントの原子炉水中に、酸素又は過酸化水素と化学反応して原子炉水中の酸素又は過酸化水素の濃度を低減せしめる物質を注入し、沸騰水型原子力プラントの運転停止期間中に、沸騰水型原子力プラントの給水加熱器伝熱面に、2価の金属イオンと3価の鉄イオンからなるスピネル型構造の化合物の層を形成する。   During operation of the boiling water nuclear plant, a substance that chemically reacts with oxygen or hydrogen peroxide to reduce the concentration of oxygen or hydrogen peroxide in the reactor water is injected into the reactor water of the boiling water nuclear plant, During the shutdown period of the boiling water nuclear plant, a spinel structure compound layer composed of divalent metal ions and trivalent iron ions is formed on the heat transfer surface of the feed water heater of the boiling water nuclear plant.

本発明によれば、原子炉水への水素注入等を停止した場合であっても、原子炉水中のクロムイオン濃度の増大を抑制することができる。その結果、電気伝導率の上を抑制することができ、ひいては応力腐食割れに対する感受性の増大を抑制することが可能となり、プラントの健全性を向上させることができる。   According to the present invention, an increase in the chromium ion concentration in the reactor water can be suppressed even when hydrogen injection into the reactor water is stopped. As a result, it is possible to suppress an increase in electrical conductivity, and thus it is possible to suppress an increase in sensitivity to stress corrosion cracking, thereby improving plant soundness.

発明者は、原子炉水中への水素の注入を停止した際に、クロムイオン濃度の増大を抑制し、ひいてはCGRを低減する方法について検討したので、その検討内容を以下に示す。   The inventor examined the method of suppressing the increase of the chromium ion concentration and thus reducing the CGR when the injection of hydrogen into the reactor water was stopped.

原子炉水中に水素注入を行う沸騰水型原子力プラントにおいて、プラント停止操作等により水素の注入が停止した際に、原子炉水中のクロムイオン濃度が増加する現象は、以下に述べるクロムイオンの性質によると考えられる。   In a boiling water nuclear power plant that injects hydrogen into reactor water, the phenomenon that the concentration of chromium ions in reactor water increases when hydrogen injection is stopped due to a plant shutdown operation, etc., depends on the properties of chromium ions described below. it is conceivable that.

クロムイオンは式1により、酸化性環境ではクロム酸イオン(HCrO4 -)として存在し、還元性環境では3価のクロムイオン(Cr3+)として存在する。 According to Equation 1, the chromium ions exist as chromate ions (HCrO 4 ) in an oxidizing environment, and exist as trivalent chromium ions (Cr 3+ ) in a reducing environment.

(式1)
HCrO4 -+7H++3e-=Cr3++4H2
(Formula 1)
HCrO 4 + 7H + + 3e = Cr 3+ + 4H 2 O

純水中ではクロム酸イオンの溶解度は大きくイオンとして存在し易いが、3価のクロムイオンは溶解度が小さく、式2によりクロム酸化物(Cr(OH)3 又はCr23)として析出し易い。 In pure water, the solubility of chromate ions is large and tends to exist as ions, but the trivalent chromium ions have low solubility and are easily precipitated as chromium oxides (Cr (OH) 3 or Cr 2 O 3 ) according to Equation 2. .

(式2)
Cr3++3H2O=Cr(OH)3+3H+
(Formula 2)
Cr 3+ + 3H 2 O = Cr (OH) 3 + 3H +

これらのクロムイオンの性質を考慮すると、原子炉水中に水素注入を行う沸騰水型原子力プラントにおいて、水素注入が停止した際に原子炉水中のクロムイオン濃度が増加する現象のメカニズムは次のように考えられる。クロムイオンはステンレス鋼製の給水加熱器伝熱面の腐食溶出により発生し、冷却水(給水)により原子炉圧力容器内に持ち込まれる。給水中には酸素が10〜100ppb 程度存在し、酸化性であるため、クロムイオンは溶解度の大きいクロム酸イオンとして存在する。水素注入を行うと原子炉水中の酸素や過酸化水素の濃度が減少し、原子炉水は還元性となる。還元性ではクロムイオンは溶解度の小さい3価のクロムイオンになるため、クロム酸化物として析出し易くなる。すなわち、クロムイオンが炉内構造材料表面にクロム酸化物として析出して蓄積される。水素注入が停止すると原子炉水中の酸素,過酸化水素濃度が増加して原子炉水が酸化性になる。酸化性環境ではクロム酸化物は溶解度の大きいクロム酸イオンとして再溶解する。この再溶解が水素注入停止後速やかに生じるため、原子炉水中のクロムイオン濃度が急激に増加するものと考えられる。   Considering the properties of these chromium ions, the mechanism of the phenomenon that the chromium ion concentration in the reactor water increases when hydrogen injection is stopped in a boiling water nuclear power plant that injects hydrogen into the reactor water is as follows. Conceivable. Chromium ions are generated by corrosion elution of the heat transfer surface of the stainless steel feed water heater, and are brought into the reactor pressure vessel by cooling water (feed water). Oxygen is present in the water supply in an amount of about 10 to 100 ppb and is oxidizing, so chromium ions are present as highly soluble chromate ions. When hydrogen injection is performed, the concentration of oxygen and hydrogen peroxide in the reactor water decreases, and the reactor water becomes reducible. In reducing properties, chromium ions become trivalent chromium ions with low solubility, and thus are easily deposited as chromium oxides. That is, chromium ions are deposited and accumulated as chromium oxide on the surface of the in-furnace structural material. When hydrogen injection is stopped, the oxygen and hydrogen peroxide concentrations in the reactor water increase and the reactor water becomes oxidizing. In an oxidizing environment, chromium oxide is redissolved as highly soluble chromate ions. Since this re-dissolution occurs immediately after the hydrogen injection is stopped, it is considered that the chromium ion concentration in the reactor water increases rapidly.

尚、水素注入を行わないプラントでは原子炉水は酸化性であるため、クロムイオンはクロム酸イオンとして存在し、炉内構造材料表面に析出せずに原子炉水中に残ると考えられる。原子炉水中に残ったクロムイオンは原子炉水浄化系(原子炉圧力容器の原子炉水の一部を引き出し、原子炉水中に含まれる不純物を除去する系統)で除去される。そのため、水素注入を行わないプラントの原子炉水中には定常的にクロムイオンが存在するが、クロムイオン濃度の急激な増加は生じない。   In addition, since the reactor water is oxidizing in a plant that does not perform hydrogen injection, it is considered that chromium ions exist as chromate ions and remain in the reactor water without being deposited on the surface of the structural material in the reactor. Chromium ions remaining in the reactor water are removed by a reactor water purification system (a system that draws a part of the reactor water in the reactor pressure vessel and removes impurities contained in the reactor water). Therefore, although chromium ions are constantly present in the reactor water of a plant that does not perform hydrogen injection, a rapid increase in the chromium ion concentration does not occur.

発明者はクロムイオンに関する上述のメカニズムを考慮し、原子炉水中への水素注入を停止した際に、クロムイオン濃度の増大を抑制し、ひいてはCGRを低減する方法について検討した結果、以下に述べる4種類の方法が有効であるとの結論に達した。   The inventor considered the above-described mechanism regarding chromium ions, and as a result of examining a method for suppressing an increase in the chromium ion concentration when hydrogen injection into the reactor water was stopped, and thus reducing CGR, the following 4 were described. It was concluded that the kind of method was effective.

第1の方法は、原子炉圧力容器に供給する冷却水が接する給水加熱器伝熱面に、2価の金属イオンと3価の鉄イオンからなるスピネル構造(化学式XY24で示される酸化物に見られる結晶構造の一形式。立方晶系に属し、単位格子中に化学単位(XY24)8個を含む。)の化合物の層を形成するものである。 The first method is a spinel structure composed of divalent metal ions and trivalent iron ions (oxidation represented by the chemical formula XY 2 O 4) on the heat transfer surface of the feed water heater in contact with the cooling water supplied to the reactor pressure vessel. A type of crystal structure found in a product, which belongs to a cubic system and forms a compound layer of 8 chemical units (XY 2 O 4 ) in a unit cell.

給水加熱器伝熱面は一般に230℃以下であるため、給水加熱器伝熱面には鉄酸化物
(α−Fe23)や水酸化鉄(α−FeOOH)が生じる。これらの酸化物は微細粒子や非晶質であるため、多孔性の酸化物層となる。そのため給水加熱器伝熱面の母材に対する腐食抑制効果が小さく、腐食に伴うクロムイオンの溶出を抑制することができない。一方、2価の金属イオンと3価の鉄イオンからなるスピネル型構造の化合物は、結晶性の化合物であるため緻密な酸化物層となる。そのため給水加熱器伝熱面の母材表面に対して2価の金属イオンと3価の鉄イオンからなるスピネル型構造の化合物の層を形成すると、給水加熱器伝熱面の母材に対する腐食を抑制でき、腐食に伴うクロムイオンの溶出を抑制することができる。つまり、給水加熱器伝熱面からのクロムイオンの溶出を抑制して、原子炉圧力容器へのクロムイオンの流入を低減することにより、原子炉内構造物表面へのクロム酸化物の蓄積を抑制でき、水素注入停止時のクロムイオン濃度の急激な増加や電気伝導率の増加を抑制することができる。
Since the feed water heater heat transfer surface is generally 230 ° C. or lower, iron oxide (α-Fe 2 O 3 ) and iron hydroxide (α-FeOOH) are generated on the feed water heater heat transfer surface. Since these oxides are fine particles or amorphous, they become porous oxide layers. Therefore, the corrosion inhibitory effect with respect to the preform | base_material of a feed water heater heat transfer surface is small, and the elution of chromium ion accompanying corrosion cannot be suppressed. On the other hand, a compound having a spinel structure composed of a divalent metal ion and a trivalent iron ion is a crystalline compound and thus becomes a dense oxide layer. Therefore, if a spinel-type compound layer composed of divalent metal ions and trivalent iron ions is formed on the base material surface of the feed water heater heat transfer surface, corrosion of the feed water heater heat transfer surface base material will occur. It is possible to suppress the elution of chromium ions accompanying corrosion. In other words, by suppressing the elution of chromium ions from the heat transfer surface of the feed water heater and reducing the inflow of chromium ions into the reactor pressure vessel, the accumulation of chromium oxide on the surface of the reactor internal structure is suppressed. It is possible to suppress a rapid increase in chromium ion concentration and an increase in electrical conductivity when hydrogen injection is stopped.

2価の金属イオンと3価の鉄イオンからなるスピネル型構造の化合物を用いることにより給水加熱器伝熱面の母材に対する腐食を抑制することができることを実験により確認したので、その結果を図1に示す。図1は、Fe34(2価のFeイオンと3価のFeイオンから構成されるスピネル型構造の化合物)皮膜を形成したSUS304鋼の腐食試験の結果を示している。Fe34の層(厚さ約1μm)を形成したSUS304鋼板とFe34の層を形成していないSUS304鋼板を、温度260℃、溶存酸素濃度10μg/cm2 の準静的環境下で500h浸漬することにより腐食試験を行った。SUS304鋼板へのFe34層の形成は、pH及び酸化還元電位を調整した温度90℃のFeイオン含有溶液中にSUS304鋼板を浸漬することにより行った。図1の縦軸は重量変化量を示しており、腐食量が大きいほどその値が大きくなる。図1の実験結果から、未処理のSUS304鋼板に対して、Fe34を形成したSUS304鋼板は、腐食量(重量変化量)が約1/2となった。つまり、Fe34の皮膜形成により腐食量が約1/2に低減した。上記実験結果から、スピネル型構造の化合物の層をSUS304鋼の表面に形成するとSUS304鋼の腐食を抑制することができることがわかる。 It was confirmed by experiment that the corrosion of the base material of the heat transfer surface of the feed water heater can be suppressed by using a compound having a spinel structure composed of divalent metal ions and trivalent iron ions. It is shown in 1. FIG. 1 shows the results of a corrosion test of SUS304 steel on which a Fe 3 O 4 (compound having a spinel structure composed of divalent Fe ions and trivalent Fe ions) film was formed. Fe 3 O 4 layer formed was SUS304 steel sheet and Fe 3 O 4 of not forming a layer SUS304 steel plate (thickness of about 1 [mu] m), the temperature 260 ° C., a quasi-static environment of dissolved oxygen concentration 10 [mu] g / cm 2 The corrosion test was conducted by immersing for 500 hours. The formation of the Fe 3 O 4 layer on the SUS304 steel plate was performed by immersing the SUS304 steel plate in a Fe ion-containing solution at a temperature of 90 ° C. in which the pH and the oxidation-reduction potential were adjusted. The vertical axis in FIG. 1 indicates the amount of weight change, and the value increases as the amount of corrosion increases. From the experimental results of FIG. 1, the corrosion amount (weight change amount) of the SUS304 steel sheet formed with Fe 3 O 4 was about ½ that of the untreated SUS304 steel sheet. That is, the corrosion amount was reduced to about ½ by the formation of the Fe 3 O 4 film. From the above experimental results, it is understood that corrosion of SUS304 steel can be suppressed by forming a spinel type compound layer on the surface of SUS304 steel.

ここで、スピネル構造の化合物を構成する2価の金属イオンとしては、放射化の影響が小さく、クロムイオンの発生源とならない鉄,ニッケル,亜鉛,マグネシウム,マンガンが望ましい。   Here, as the divalent metal ions constituting the spinel structure compound, iron, nickel, zinc, magnesium, and manganese, which are less affected by activation and are not a source of chromium ions, are desirable.

第2の方法は、給水加熱器と圧力容器とを接続する配管の冷却水が接する面に、ジルコニウム又はジルコニウム合金を設置するものである。   In the second method, zirconium or a zirconium alloy is installed on the surface of the pipe connecting the feed water heater and the pressure vessel that contacts the cooling water.

ジルコニウム又はジルコニウム合金中のジルコニウムは、式3−式5により、溶存酸素と化学反応する。   Zirconium in zirconium or a zirconium alloy chemically reacts with dissolved oxygen according to Formula 3 to Formula 5.

(式3)
Zr=Zr4++4e-
(Formula 3)
Zr = Zr 4+ + 4e

(式4)
2+4e-=2O2-
(Formula 4)
O 2 + 4e = 2O 2−

(式5)
Zr+O2=ZrO2
(Formula 5)
Zr + O 2 = ZrO 2

また、溶存酸素のない環境では、ジルコニウムは式3,式6,式7により水と化学反応する。   In an environment where there is no dissolved oxygen, zirconium chemically reacts with water according to Equation 3, Equation 6, and Equation 7.

(式6)
2O+2e-=H2+O2-
(Formula 6)
H 2 O + 2e - = H 2 + O 2-

(式7)
Zr+2H2O=ZrO2+2H2
(Formula 7)
Zr + 2H 2 O = ZrO 2 + 2H 2

温度に依存するが、式3の反応により腐食電位は−1000から−400mV(SHE)の低い腐食電位を示す。つまり、ジルコニウムの存在により、給水加熱器伝熱面から腐食溶出したクロム酸イオンとして存在するクロムイオンを式1に従って還元でき、さらに式2に従って析出させることができる。尚、ジルコニウムは原子炉内に入っても放射化の影響が小さいので、放射線被曝の観点からも好ましい。ジルコニウム以外にチタンやハフニウムでも、同じ作用が得られる。給水からクロムイオンを除去し、原子炉圧力容器へのクロムイオンの流入を低減することにより、原子炉内構造物表面へのクロム酸化物の蓄積を抑制でき、水素注入停止時のクロムイオン濃度の急激な増加、ひいては電気伝導率の増加を抑制することができる。   Depending on the temperature, the corrosion potential is as low as -1000 to -400 mV (SHE) due to the reaction of Equation 3. That is, due to the presence of zirconium, chromium ions present as chromate ions corroded and eluted from the heat transfer surface of the feed water heater can be reduced according to Equation 1 and further precipitated according to Equation 2. Zirconium is preferable from the viewpoint of radiation exposure because it has little effect on activation even if it enters the reactor. In addition to zirconium, the same effect can be obtained with titanium or hafnium. By removing chromium ions from the feed water and reducing the inflow of chromium ions into the reactor pressure vessel, the accumulation of chromium oxide on the surface of the reactor internal structure can be suppressed, and the chromium ion concentration at the time of stopping hydrogen injection can be reduced. An abrupt increase and, consequently, an increase in electrical conductivity can be suppressed.

第3の方法は、プラント停止操作開始から原子炉水温度が100℃となるまでの期間に、原子炉水中に含まれる酸素又は過酸化水素と化学反応してその濃度を低減せしめる物質を原子炉水中に注入するものである。   In the third method, during the period from the start of the plant shutdown operation until the reactor water temperature reaches 100 ° C., a substance that chemically reacts with oxygen or hydrogen peroxide contained in the reactor water to reduce its concentration is added to the reactor. Injected into water.

原子炉内の還元性環境を維持することにより、原子炉内構造物表面に付着したクロム酸化物からのクロムイオンの溶出を抑制することができ、水素注入停止時のクロムイオン濃度の急激な増加、ひいては電気伝導率の増加を抑制することができる。   By maintaining the reducing environment in the reactor, the elution of chromium ions from chromium oxide adhering to the surface of the reactor internal structure can be suppressed, and the chromium ion concentration rapidly increases when hydrogen injection is stopped. As a result, an increase in electrical conductivity can be suppressed.

第4の方法は、プラント停止操作開始から原子炉水温度が100℃となるまでの期間に原子炉水中に含まれる酸素又は過酸化水素と化学反応してその濃度を低減せしめる物質を原子炉水中に注入し、その後、原子炉水温度が100℃以下の期間に原子炉水中に酸化剤を注入するものである。   In the fourth method, a substance that chemically reacts with oxygen or hydrogen peroxide contained in the reactor water to reduce its concentration during the period from the start of the plant shutdown operation until the reactor water temperature reaches 100 ° C. Then, an oxidant is injected into the reactor water during a period when the reactor water temperature is 100 ° C. or lower.

プラント停止操作開始から原子炉水温度が100℃となるまでの期間においては、原子炉内の還元性環境を維持することにより、原子炉内構造物表面に付着したクロム酸化物からのクロムイオンの溶出を抑制する。更にその後、原子炉水温度が100℃以下の期間においては、原子炉水中に酸素,過酸化水素、及びオゾンなどの酸化剤を原子炉水中に添加して原子炉内を酸化性環境にすることにより、原子炉内構造物表面に付着したクロム酸化物からのクロムイオンの溶出を促進する。尚、原子炉中への酸化剤の注入に際しては実効酸素濃度を32μmol/L以下とすることが望ましい。実効酸素濃度が32μmol/L以下であり、かつ原子炉水の温度が100℃以下の環境化においては、ステンレス鋼のSCC感受性が小さいため、プラントの健全性への影響も十分に小さいともの考えられるからである。酸化剤として酸素,過酸化水素、及びオゾンを用いる場合、実効酸素濃度は式8のように表すことができる。   In the period from the start of the plant shutdown operation until the reactor water temperature reaches 100 ° C., by maintaining the reducing environment in the reactor, the chromium ions from the chromium oxide adhering to the surface of the reactor internal structure Suppresses elution. Furthermore, during the period when the reactor water temperature is 100 ° C or lower, oxidants such as oxygen, hydrogen peroxide, and ozone are added to the reactor water to make the inside of the reactor an oxidizing environment. This promotes the elution of chromium ions from the chromium oxide adhering to the surface of the reactor internal structure. It should be noted that the effective oxygen concentration is desirably 32 μmol / L or less when the oxidant is injected into the nuclear reactor. In an environment where the effective oxygen concentration is 32 μmol / L or less and the temperature of the reactor water is 100 ° C. or less, since the SCC sensitivity of stainless steel is small, the effect on the soundness of the plant is sufficiently small Because it is. When oxygen, hydrogen peroxide, and ozone are used as the oxidizing agent, the effective oxygen concentration can be expressed as shown in Equation 8.

(式8)
[O2]eff =[O2]+(1/2)[H22]+(2/3)[O3
ここで、[O2]eff は実効酸素濃度(mol/L)、[O2]は酸素濃度(mol/L)、
[H22]は過酸化水素濃度(mol/L)、[O3]はオゾン濃度(mol/L)である。
(Formula 8)
[O 2 ] eff = [O 2 ] + (1/2) [H 2 O 2 ] + (2/3) [O 3 ]
Here, [O 2 ] eff is the effective oxygen concentration (mol / L), [O 2 ] is the oxygen concentration (mol / L),
[H 2 O 2 ] is the hydrogen peroxide concentration (mol / L), and [O 3 ] is the ozone concentration (mol / L).

このように、プラント停止操作開始後原子炉水温度が100℃以下の期間に原子炉水中に酸化剤を注入することにより、原子炉内構造物表面へのクロム酸化物の蓄積量を低減できる。従って、次のプラント運転時にクロムイオンが溶出することを抑制することができるので、水素注入停止時のクロムイオン濃度の急激な増加や、電気伝導率の増加を抑制することができる。   Thus, the amount of chromium oxide accumulated on the surface of the reactor internal structure can be reduced by injecting the oxidizing agent into the reactor water during the period when the reactor water temperature is 100 ° C. or less after the start of the plant shutdown operation. Therefore, since it is possible to suppress the elution of chromium ions during the next plant operation, it is possible to suppress a rapid increase in the chromium ion concentration and an increase in electrical conductivity when the hydrogen injection is stopped.

尚、上記各方法においては、原子炉水中に含まれる酸素又は過酸化水素と化学反応してその濃度を低減せしめる物質として水素を用いるが、水素以外にもアンモニアやヒドラジン,アルコール等を用いた場合にも、水素注入の場合と同様に、原子炉内構造物表面にクロム酸化物が蓄積し、プラント停止操作時等において、クロムイオンの溶出によるクロムイオン濃度の急激な増加や、電気伝導率の増加が生じると考えられる。しかし、上記各方法を用いるにより、アンモニアやヒドラジン,アルコール等を用いた場合にも、水素注入の場合と同様に、クロムイオン濃度の急激な増加,電気伝導率の増加を抑制することができる。   In each of the above methods, hydrogen is used as a substance that chemically reacts with oxygen or hydrogen peroxide contained in the reactor water to reduce its concentration. However, in addition to hydrogen, ammonia, hydrazine, alcohol, etc. are used. Similarly to the case of hydrogen injection, chromium oxide accumulates on the surface of the reactor internal structure, and when the plant is shut down, the chromium ion concentration increases rapidly due to the elution of chromium ions, and the electrical conductivity increases. An increase is expected to occur. However, by using each of the above methods, even when ammonia, hydrazine, alcohol, or the like is used, a rapid increase in chromium ion concentration and an increase in electrical conductivity can be suppressed as in the case of hydrogen injection.

以下、本発明に係る原子力プラント構造材料の応力腐食割れ緩和方法の第1の実施例を、図1及び図4乃至図6を用いて説明する。本実施例は、上述した第1の方法に基づき、給水加熱器伝熱面に、2価の金属イオンと3価の鉄イオンからなるスピネル構造の化合物の層を形成するものである。   A first embodiment of the stress corrosion cracking mitigation method for nuclear plant structural materials according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 4 to 6. In this embodiment, a spinel structure compound layer composed of divalent metal ions and trivalent iron ions is formed on the heat transfer surface of the feed water heater based on the first method described above.

図4は、第1の実施例の応力腐食割れ緩和方法を適用する沸騰水型原子力プラントを示している。沸騰水型原子力プラントは、復水冷却器13と復水ろ過脱塩器3と給水ポンプ4と給水加熱器5と核燃料の装荷された原子炉圧力容器1とを給水系配管6で接続し、原子炉圧力容器1とタービン2とを主蒸気配管14で接続し、さらにタービン2と復水冷却器13とを接続することにより閉ループを構成する。原子炉冷却材としては水を用いる。冷却材として用いる水を冷却水という。原子炉圧力容器1で水を蒸気にし、この蒸気を使ってタービン2を回転させ、タービン2によって発電機(図示せず)を回して発電を行う。タービン2の回転に用いた蒸気は復水冷却器13で水に戻され、復水ろ過脱塩器3で不純物が除去された後、給水ポンプ4で給水加熱器5を通して原子炉圧力容器1に戻される。これとは別に、原子炉圧力容器1下部と原子炉冷却水再循環ポンプ7とジェットポンプ15入り口とを原子炉冷却水再循環系配管16が接続する。原子炉冷却水再循環ポンプ7により炉心に流れる冷却水流量を増加させることにより、熱出力を増加させることができる。本実施例では、原子炉冷却水再循環系配管16を有する原子炉を用いて説明する。この原子炉では、原子炉冷却水再循環系配管16上流側と原子炉冷却水浄化系ポンプ9と原子炉冷却水浄化系熱交換器11と原子炉冷却水ろ過脱塩器12と給水系配管6とを原子炉冷却水浄化系配管10で接続し、原子炉冷却水浄化系ポンプ9により冷却水を原子炉冷却水ろ過脱塩器12に通水することにより、原子炉水中の不純物を浄化する。また、原子炉圧力容器1の底部と原子炉冷却水浄化系配管10とを接続するボトムドレン配管8が設置されている。更に、原子炉圧力容器1の炉心上部には、非常時に炉心を冷却するために原子炉炉心に冷却水を注入する非常用炉心冷却系や、核燃料の核反応を制御する制御棒を駆動させるために冷却水を注入する制御棒駆動水圧系が設置されている(図示せず)。さらに、各系統配管での水質を水質モニタ21〜25によりモニタし、主蒸気配管14の線量率を主蒸気配管線量率測定器26によりモニタする。   FIG. 4 shows a boiling water nuclear plant to which the stress corrosion crack mitigation method of the first embodiment is applied. The boiling water nuclear power plant connects a condensate cooler 13, a condensate filtration demineralizer 3, a feed water pump 4, a feed water heater 5, and a nuclear reactor pressure vessel 1 loaded with nuclear fuel through a feed water piping 6. The reactor pressure vessel 1 and the turbine 2 are connected by the main steam pipe 14, and the turbine 2 and the condensate cooler 13 are connected to form a closed loop. Water is used as the reactor coolant. Water used as a coolant is called cooling water. Water is converted into steam in the reactor pressure vessel 1, the turbine 2 is rotated using the steam, and a generator (not shown) is rotated by the turbine 2 to generate power. The steam used to rotate the turbine 2 is returned to water by the condensate cooler 13, impurities are removed by the condensate filtration demineralizer 3, and then fed to the reactor pressure vessel 1 through the feed water heater 5 by the feed water pump 4. Returned. Separately, the reactor coolant recirculation system piping 16 connects the lower part of the reactor pressure vessel 1, the reactor coolant recirculation pump 7, and the jet pump 15 inlet. The heat output can be increased by increasing the flow rate of the coolant flowing through the reactor core by the reactor coolant recirculation pump 7. In the present embodiment, description will be made using a nuclear reactor having a reactor coolant recirculation system pipe 16. In this reactor, the reactor cooling water recirculation system piping 16 upstream side, the reactor cooling water purification system pump 9, the reactor cooling water purification system heat exchanger 11, the reactor cooling water filtration demineralizer 12, and the feed water system piping. 6 is connected by a reactor cooling water purification system pipe 10 and the reactor cooling water purification system pump 9 passes the cooling water to the reactor cooling water filtration demineralizer 12, thereby purifying impurities in the reactor water. To do. Also, a bottom drain pipe 8 that connects the bottom of the reactor pressure vessel 1 and the reactor cooling water purification system pipe 10 is installed. Further, an emergency core cooling system for injecting cooling water into the reactor core in order to cool the core in an emergency and a control rod for controlling the nuclear reaction of nuclear fuel are driven above the core of the reactor pressure vessel 1. A control rod drive hydraulic system for injecting cooling water into the tank is installed (not shown). Furthermore, the water quality in each system piping is monitored by the water quality monitors 21 to 25, and the dose rate of the main steam piping 14 is monitored by the main steam piping dose rate measuring device 26.

沸騰水型原子力プラントの炉内構造物のSCC緩和を目的として、原子炉水中に水素を注入する。原子炉水中への水素の注入は、原子力プラント運転期間中に連続的又は断続的に行われる。水素を注入できる期間は、原子炉冷却水ろ過脱塩器12を出た冷却水が原子炉圧力容器1に送水されるプラント運転期間に限定される。このように、原子炉水中に水素を注入するために、給水系配管6には水素ガス発生装置31及び水素ガス注入量調整バルブ32が給水系配管に設置されている。給水系配管6は比較的低圧であるため、水素を容易に冷却水中に注入することができる。尚、本実施例では、炉内構造物のSCC緩和を目的として水素を注入するが、原子炉水中に含まれる酸素又は過酸化水素と化学反応してその濃度を低減せしめる物質であればアンモニア,ヒドラジン,アルコール等でもよい。   Hydrogen is injected into the reactor water for the purpose of mitigating SCC of the in-reactor structure of the boiling water nuclear power plant. The injection of hydrogen into the reactor water is performed continuously or intermittently during the operation of the nuclear power plant. The period in which hydrogen can be injected is limited to the plant operation period in which the cooling water that has exited the reactor cooling water filtration demineralizer 12 is sent to the reactor pressure vessel 1. Thus, in order to inject hydrogen into the reactor water, a hydrogen gas generator 31 and a hydrogen gas injection amount adjustment valve 32 are installed in the water supply system pipe 6 in the water supply system pipe 6. Since the water supply system pipe 6 has a relatively low pressure, hydrogen can be easily injected into the cooling water. In this embodiment, hydrogen is injected for the purpose of mitigating SCC of the reactor internal structure. However, if the substance can be chemically reacted with oxygen or hydrogen peroxide contained in the reactor water to reduce its concentration, ammonia, Hydrazine, alcohol, etc. may be used.

次に、給水加熱器伝熱面の表面に2価の金属イオンと3価の鉄イオンからなるスピネル型構造の化合物の層を形成させるための処理設備(以下単に「処理設備」という。)、及び沸騰水型原子力プラントの停止期間中に、給水加熱器伝熱面にスピネル型構造の化合物の層を形成するための手順について説明する。   Next, a processing facility (hereinafter simply referred to as “processing facility”) for forming a compound layer of a spinel structure composed of divalent metal ions and trivalent iron ions on the surface of the heat transfer surface of the feed water heater. A procedure for forming a compound layer having a spinel structure on the heat transfer surface of the feed water heater during the shutdown period of the boiling water nuclear power plant will be described.

図6は、処理設備の概略構造を示している。給水加熱器5にバルブ102,サージタンク106,温度調整器105,ポンプ104,バルブ117が配管103により接続され閉ループを構成している。この閉ループにより、これらの装置と給水加熱器5との間を薬液が循環することができる。配管103には給排水のバルブ107が設置されている。
pH調整薬品タンク110が配管108により配管103に接続されており、さらに配管108にはポンプ109及びバルブ118が接続されている。酸化還元電位調整薬液タンク113が配管111により配管103に接続されており、さらに配管111にはポンプ112及びバルブ119が接続されている。金属イオン薬液タンク116が配管114により配管103に接続されており、さらに配管114にはポンプ115及びバルブ120が接続されている。
FIG. 6 shows a schematic structure of the processing facility. A valve 102, a surge tank 106, a temperature regulator 105, a pump 104 and a valve 117 are connected to the feed water heater 5 by a pipe 103 to form a closed loop. This closed loop allows chemicals to circulate between these devices and the feed water heater 5. The pipe 103 is provided with a water supply / drainage valve 107.
A pH adjusting chemical tank 110 is connected to the pipe 103 by a pipe 108, and a pump 109 and a valve 118 are connected to the pipe 108. A redox potential adjusting chemical tank 113 is connected to the pipe 103 by a pipe 111, and a pump 112 and a valve 119 are connected to the pipe 111. A metal ion chemical tank 116 is connected to the pipe 103 by a pipe 114, and a pump 115 and a valve 120 are connected to the pipe 114.

スピネル型構造の化合物を構成する金属イオンを含有する溶液を給水加熱器伝熱面に接触させすることにより、給水加熱器伝熱面の表面にスピネル型構造の化合物の層を形成することができる。尚、必要に応じて、pHや酸化還元電位の調整を行う。具体的には、以下の手順で給水加熱器伝熱面の表面にスピネル型構造の化合物の層を形成させる。   By bringing the solution containing the metal ions constituting the spinel structure compound into contact with the feed water heater heat transfer surface, a spinel structure compound layer can be formed on the surface of the feed water heater heat transfer surface. . If necessary, the pH and oxidation-reduction potential are adjusted. Specifically, a spinel-type compound layer is formed on the surface of the feed water heater heat transfer surface by the following procedure.

(S1)まず、プラント停止期間中に、原子炉水への水素の注入を停止する。   (S1) First, hydrogen injection into the reactor water is stopped during the plant shutdown period.

(S2)その後、バルブ102,117,107を開、バルブ118,119,120を閉にして、バルブ107から給水加熱器5と処理設備の系統に純水を供給する。   (S2) Thereafter, the valves 102, 117, and 107 are opened, the valves 118, 119, and 120 are closed, and pure water is supplied from the valve 107 to the feed water heater 5 and the processing facility system.

(S3)次に、金属イオン薬液タンク116に、給水加熱器伝熱面の表面に形成させる2価の金属イオンと3価の鉄イオンからなるスピネル型構造の化合物を構成する金属イオン溶液を供給する。2価の金属イオンとして使用する金属元素として、鉄,ニッケル,亜鉛,マグネシウム、マンガンを用いることができる。金属イオン溶液として、酢酸,硝酸,硫酸塩,有機酸塩の中から選ばれた試薬の溶液を用いることができる。有機酸は触媒などで分解することによりガスや水とすることができ、その結果、廃棄物量を低減することができるので、金属イオン溶液としては有機酸塩がより好ましい。   (S3) Next, the metal ion chemical solution tank 116 is supplied with a metal ion solution constituting a spinel-type compound composed of divalent metal ions and trivalent iron ions formed on the surface of the feed water heater heat transfer surface. To do. Iron, nickel, zinc, magnesium, and manganese can be used as a metal element used as a divalent metal ion. As the metal ion solution, a solution of a reagent selected from acetic acid, nitric acid, sulfate, and organic acid salt can be used. The organic acid can be converted to gas or water by decomposing with a catalyst or the like, and as a result, the amount of waste can be reduced. Therefore, an organic acid salt is more preferable as the metal ion solution.

また、酸化還元電位調整薬液タンク113に、鉄イオンを酸化還元する試薬の溶液を供給する。鉄イオンを酸化還元する試薬の溶液としては、亜硝酸ナトリウムや過酸化水素,ヒドラジン等を用いることができる。また、酸素やオゾン等のガスでもよい。ガスを使用する場合、サージタンクなどで系統水をガスバブリングすればよい。   Further, a solution of a reagent that oxidizes and reduces iron ions is supplied to the oxidation-reduction potential adjusting chemical tank 113. Sodium nitrite, hydrogen peroxide, hydrazine, or the like can be used as a reagent solution for oxidizing and reducing iron ions. Further, a gas such as oxygen or ozone may be used. When using gas, the system water may be bubbled with a surge tank.

さらに、pH調整薬品タンク110に、系統水のpHを調整する試薬の溶液を供給する。pHを調整する試薬の溶液としては、アンモニアや酢酸ナトリウム,水酸化ナトリウム,ヒドラジンなどを用いることができる。   Further, a reagent solution for adjusting the pH of the system water is supplied to the pH adjusting chemical tank 110. As the reagent solution for adjusting the pH, ammonia, sodium acetate, sodium hydroxide, hydrazine, or the like can be used.

これらの溶液に対しては、窒素やアルゴンガスでバブリングすることにより溶液中の溶存酸素を除去することができる。尚、これらの溶液の供給作業は、S1の前に実施してもよい。   For these solutions, dissolved oxygen in the solution can be removed by bubbling with nitrogen or argon gas. In addition, you may implement supply operation | work of these solutions before S1.

(S4)ポンプ104により処理設備の系統水を循環させるとともに、温度調整器105により系統水を所定の温度に昇温する。尚、系統水の昇温は、反応を促進させるため、沸騰しない範囲で高温が好ましく、より好ましくは約90℃である。   (S4) The system water is circulated by the pump 104 and the system water is heated to a predetermined temperature by the temperature regulator 105. The temperature of the system water is preferably high so that it does not boil, more preferably about 90 ° C., in order to promote the reaction.

(S5)バルブ120を開にし、ポンプ115を起動して、スピネル型構造の化合物を構成する金属イオン溶液を処理設備の系統に注入する。スピネル型構造の化合物を構成する金属イオンを含有する溶液を給水加熱器伝熱面に接触させて、給水加熱器伝熱面にスピネル型構造の化合物の層を形成するためである。尚、系統水が所定の濃度 (系統濃度は1〜100mmol/L) に達したらポンプ115を停止し、バルブ120を閉にして、注入を停止する。   (S5) The valve 120 is opened, the pump 115 is started, and the metal ion solution constituting the compound having the spinel structure is injected into the processing facility system. This is because a solution containing metal ions constituting the spinel structure compound is brought into contact with the feed water heater heat transfer surface to form a spinel structure compound layer on the feed water heater heat transfer surface. When the system water reaches a predetermined concentration (system concentration is 1 to 100 mmol / L), the pump 115 is stopped, the valve 120 is closed, and the injection is stopped.

(S6)バルブ118を開にし、ポンプ109を起動して、pHを調整する試薬の溶液を処理設備の系統に注入する。系統水が所定のpH(室温pHで6〜11)に達したらポンプ109を停止し、バルブ118を閉にして、注入を停止する。   (S6) The valve 118 is opened, the pump 109 is activated, and a reagent solution for adjusting the pH is injected into the processing facility system. When the system water reaches a predetermined pH (6 to 11 at room temperature pH), the pump 109 is stopped, the valve 118 is closed, and the injection is stopped.

(S7)バルブ119を開にし、ポンプ112を起動して、系統水の酸化還元電位が所定の電位(−0.1〜−0.8V(SHE))になるように、Feイオンを酸化還元する試薬の溶液を系統水に断続的に注入する。尚、酸素やオゾンなどガスを使用する場合は、サージタンクなどで系統水をガスバブリングすればよい。   (S7) The valve 119 is opened, the pump 112 is started, and the Fe ions are oxidized and reduced so that the redox potential of the system water becomes a predetermined potential (−0.1 to −0.8 V (SHE)). The reagent solution to be injected is intermittently injected into the system water. In addition, when using gas, such as oxygen and ozone, what is necessary is just to carry out gas bubbling of system water with a surge tank.

(S8)その後、給水加熱器伝熱面の表面に形成したスピネル型構造の化合物の層が所定の厚さ(1μm〜170μm)になるまで保持する。   (S8) Then, it holds until the layer of the compound of the spinel type structure formed in the surface of a feed water heater heat-transfer surface becomes predetermined thickness (1 micrometer-170 micrometers).

ここで、給水加熱器5は、原子炉圧力容器1からの蒸気の一部を利用して、復水ろ過脱塩器3を出た冷却水を給水加熱器最終段出口で180−220℃程度まで昇温した後、原子炉圧力容器1に供給する装置である。そのため、給水加熱器伝熱面の熱伝達効率が重要であるが、その熱伝達効率は表面に生じる酸化皮膜厚さに影響されると考えられる。図5は、給水加熱器伝熱面に使用されるSUS304鋼の腐食速度の温度依存性を示している。図5の横軸は温度を示しており、縦軸は腐食速度を示している。凡例の“小林ら”は
「『交流インピーダンス方による高温水中のステンレス鋼の腐食速度測定』腐食防食 講演会予稿集(1984年5月)」に記載されたデータであり、“本田ら(1)”は
「Boshoku Gijyutu,37,p.287(1988)」に記載されたデータであり、“本田ら(2)”は「防食技術,36,p.646(1987) 」に記載されたデータである。図5から、30年間原子力発電プラントを運転した場合、炉水温度が200℃では約180mg/cm2、180℃では約120mg/cm2、160℃以下では約80mg/cm2 の腐食量となることがわかる。酸化皮膜の密度をFe34の密度である5.4g/cm3と仮定すると、酸化皮膜厚さは200℃では約340μm、180℃では約220μm、160℃以下では約150μmとなる。図1の実験結果から、Fe34を付与したSUS304鋼の腐食速度は未処理の場合の約1/2になると考えられることから、30年間運転した場合の1/2であれば、給水加熱器伝熱面からの熱伝達効率を維持できると考えられる。すなわち、給水加熱器伝熱面の表面に形成するスピネル構造の化合物層の厚さは200℃となる部位では約170μm、180℃となる部位では約110μm、160℃以下となる部位では約75μmを上限とすればよい。一方、図1の実験結果より、スピネル構造の化合物層の厚さを1μmすることで腐食速度を抑制することができたことから、給水加熱器伝熱面の表面に形成するスピネル化合物の酸化物厚さは1μm以上とすればよいと考えられる。
Here, the feed water heater 5 uses a part of the steam from the reactor pressure vessel 1, and the cooling water exiting the condensate filtration demineralizer 3 is about 180-220 ° C. at the final stage outlet of the feed water heater. It is an apparatus which supplies to the reactor pressure vessel 1 after heating up to. Therefore, although the heat transfer efficiency of the feed water heater heat transfer surface is important, it is considered that the heat transfer efficiency is affected by the thickness of the oxide film formed on the surface. FIG. 5 shows the temperature dependence of the corrosion rate of SUS304 steel used for the feed water heater heat transfer surface. The horizontal axis in FIG. 5 indicates the temperature, and the vertical axis indicates the corrosion rate. The legend “Kobayashi et al.” Is the data described in “Corrosion rate measurement of stainless steel in high temperature water by AC impedance method” Corrosion Protection Lecture Proceedings (May 1984), “Honda et al. (1) "Is data described in" Boshoku Gijyutu, 37, p.287 (1988) "," Honda et al. (2) "is data described in" Anti-corrosion technology, 36, p.646 (1987) " is there. From Figure 5, the corrosion amount of about 80 mg / cm 2 in the case of driving a 30-year nuclear power plant, about 180 mg / cm 2 in the reactor water temperature of 200 ° C., at 180 ° C. to about 120mg / cm 2, 160 ℃ below I understand that. Assuming that the density of the oxide film is 5.4 g / cm 3 which is the density of Fe 3 O 4 , the oxide film thickness is about 340 μm at 200 ° C., about 220 μm at 180 ° C., and about 150 μm at 160 ° C. or less. From the experimental results shown in FIG. 1, it can be considered that the corrosion rate of SUS304 steel provided with Fe 3 O 4 is about ½ that of untreated steel. It is thought that the heat transfer efficiency from the heat transfer surface of the heater can be maintained. That is, the thickness of the spinel structure compound layer formed on the surface of the heat transfer surface of the feed water heater is about 170 μm at a site of 200 ° C., about 110 μm at a site of 180 ° C., and about 75 μm at a site of 160 ° C. or less. The upper limit may be set. On the other hand, the spinel compound oxide formed on the surface of the heat transfer surface of the feed water heater was found from the experimental results of FIG. 1 that the corrosion rate could be suppressed by reducing the thickness of the spinel structure compound layer to 1 μm. It is considered that the thickness should be 1 μm or more.

尚、スピネル型構造の化合物を給水加熱器伝熱面表面へ付着処理するに際しては、材質や表面状態が給水加熱器伝熱面の表面と同様の試験片をサージタンク108に浸漬させておく。付着処理中に、この試験片を適時取出し、その重量変化量を計測することにより、給水加熱器伝熱面の表面に形成されたスピネル酸化物の厚さを求めることができる。つまり、取出し時の試験片の重量、初期の試験片の重量、及び試験片の表面積がわかれば、式9からスピネル酸化物の厚さを求めることができる。   When the spinel-type compound is attached to the surface of the water heater heating surface, a specimen having the same material and surface condition as the surface of the water heater heating surface is immersed in the surge tank 108. During the adhesion treatment, the thickness of the spinel oxide formed on the surface of the heat transfer surface of the feed water heater can be determined by taking out this test piece in a timely manner and measuring the amount of weight change. That is, if the weight of the test piece at the time of removal, the weight of the initial test piece, and the surface area of the test piece are known, the thickness of the spinel oxide can be obtained from Equation 9.

(式9)
(厚さ/μm)={(取出し時重量/g)−(初期重量/g)}/(表面積/cm2)
×1.85×10-9
(Formula 9)
(Thickness / μm) = {(Weight at extraction / g) − (Initial weight / g)} / (Surface area / cm 2 )
× 1.85 × 10 -9

(S9)給水加熱器伝熱面の表面に形成されたスピネル型構造の化合物の層が所定の厚さを越えたら、温度調整器105で系統水を室温に冷却する。   (S9) When the spinel-type compound layer formed on the surface of the feed water heater heat transfer surface exceeds a predetermined thickness, the temperature controller 105 cools the system water to room temperature.

(S10)その後、バルブ107を開にして処理設備から系統水を排水する。必要に応じて純水を系統に注入し、給水加熱器5を水洗する。以上により、本実施例による原子力プラント構造材料の応力腐食割れを緩和する方法の全工程を終了する。   (S10) Thereafter, the valve 107 is opened to drain the system water from the treatment facility. Pure water is injected into the system as necessary, and the feed water heater 5 is washed with water. Thus, all the steps of the method for mitigating stress corrosion cracking of the nuclear plant structural material according to this embodiment are completed.

本実施例によれば、給水加熱器伝熱面に、2価の金属イオンと3価の鉄イオンからなるスピネル構造の化合物の層を形成することにより、給水加熱器伝熱面の母材に対する腐食を抑制でき、腐食に伴うクロムイオンの溶出を抑制することができる。つまり、給水加熱器伝熱面からのクロムイオンの溶出を抑制して、原子炉圧力容器へのクロムイオンの流入を低減することにより、原子炉内構造物表面へのクロム酸化物の蓄積を抑制することができる。従って、原子炉水への水素注入等を停止した場合であっても、原子炉水中のクロムイオン濃度の増大を抑制することができ、その結果、電気伝導率の上昇を抑制し、ひいては応力腐食割れに対する感受性の増大を抑制することが可能となる。   According to the present embodiment, by forming a spinel structure compound layer composed of divalent metal ions and trivalent iron ions on the feed water heater heat transfer surface, the feed water heater heat transfer surface with respect to the base material Corrosion can be suppressed, and elution of chromium ions accompanying corrosion can be suppressed. In other words, by suppressing the elution of chromium ions from the heat transfer surface of the feed water heater and reducing the inflow of chromium ions into the reactor pressure vessel, the accumulation of chromium oxide on the surface of the reactor internal structure is suppressed. can do. Therefore, even when hydrogen injection into the reactor water is stopped, an increase in the chromium ion concentration in the reactor water can be suppressed. As a result, an increase in electrical conductivity is suppressed, and as a result, stress corrosion. It becomes possible to suppress an increase in sensitivity to cracking.

尚、従来技術として、プラント建設時に800℃以上の高温ガス中で母材表面を酸化処理することにより緻密な酸化皮膜を母材表面に形成する方法がある。しかし、既に運転を開始したプラントでこのような処理することは非常に困難である。一方、本実施例のように、プラント停止期間中に、給水加熱器伝熱面にスピネル構造の化合物を形成する方法は100℃以下での実施が可能であるため、既に運転を開始したプラントに対しても容易に処理をすることができる。   As a conventional technique, there is a method in which a dense oxide film is formed on the surface of the base material by oxidizing the surface of the base material in a high-temperature gas at 800 ° C. or higher during plant construction. However, it is very difficult to perform such treatment in a plant that has already started operation. On the other hand, since the method of forming a spinel structure compound on the heat transfer surface of the feed water heater during the plant shutdown period can be carried out at 100 ° C. or lower as in this embodiment, Also, it can be processed easily.

給水加熱器5は複数の装置からなり、上流側から各装置で段階的に昇温する構成となっている。クロムイオン発生量は給水加熱器伝熱面の腐食量に比例して大きくなるため、給水加熱器伝熱面の腐食量が大きい高温側、特に160℃以上となる装置に対して実施すれば、効果的にクロムイオン発生量を抑制することができる。   The feed water heater 5 is composed of a plurality of devices, and is configured to increase the temperature step by step in each device from the upstream side. Since the amount of chromium ions generated increases in proportion to the amount of corrosion on the heat transfer surface of the feed water heater, if it is carried out on the high temperature side where the amount of corrosion on the heat transfer surface of the feed water heater is large, particularly 160 ° C or higher, The amount of chromium ions generated can be effectively suppressed.

次に、本発明に係る原子力プラント構造材料の応力腐食割れ緩和方法の第2の実施例を、図7を用いて説明する。本実施例は、給水加熱器と圧力容器とを接続する配管の冷却水が接する面に、ジルコニウム又はジルコニウム合金を設置するものである。   Next, a second embodiment of the stress corrosion cracking mitigation method for nuclear plant structural materials according to the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, zirconium or a zirconium alloy is installed on the surface of the piping connecting the feed water heater and the pressure vessel that contacts the cooling water.

図7に示すように、冷却水の流れと平行になるように格子状に組み上げたジルコニウム板201を配管202内に設置する。格子状に組み上げたジルコニウム板201を配管
202内に設置することにより、ジルコニウム板201に給水加熱器から腐食溶出したクロムイオンを還元して析出させる。
As shown in FIG. 7, a zirconium plate 201 assembled in a lattice shape so as to be parallel to the flow of cooling water is installed in a pipe 202. By installing the zirconium plate 201 assembled in a lattice shape in the pipe 202, the chromium ions corroded and eluted from the feed water heater are reduced and deposited on the zirconium plate 201.

本実施例によれば、ジルコニウム板表面にクロムイオンを析出させることにより給水からクロムイオンを除去し、原子炉圧力容器へのクロムイオンの流入を低減して、原子炉内構造物表面へのクロム酸化物の蓄積を抑制することができる。従って、原子炉水への水素注入等を停止した場合であっても、原子炉水中のクロムイオン濃度の増大を抑制することができ、その結果、電気伝導率の上昇を抑制し、ひいては応力腐食割れに対する感受性の増大を抑制することが可能となる。   According to the present embodiment, chromium ions are removed from the feed water by precipitating chromium ions on the surface of the zirconium plate, and the inflow of chromium ions to the reactor pressure vessel is reduced. Oxide accumulation can be suppressed. Therefore, even when hydrogen injection into the reactor water is stopped, an increase in the chromium ion concentration in the reactor water can be suppressed. As a result, an increase in electrical conductivity is suppressed, and as a result, stress corrosion. It becomes possible to suppress an increase in sensitivity to cracking.

尚、上記実施例では、給水加熱器と圧力容器とを接続する配管中にジルコニウム板201を用いたが、ジルコニウム板201の代わりにジルコニウム合金板を用いても同様の効果を得ることができる。また、ジルコニウム板201の代わりに、ジルコニウムの薄膜をクラッディングした板を用いることもできる。さらには、給水系配管の接水面に直接ジルコニウム合金の薄膜をクラッディングしてもよい。尚、ジルコニウムの薄膜をクラッディングした板を用いた場合には、給水系配管の接水面に直接ジルコニウム合金の薄膜をクラッディングした場合と比較して、冷却水の流れの影響を小さく保ちつつ、冷却水とジルコニウムとの接液面積を大きくすることができる。尚、ジルコニウムの薄膜をクラッディングする代わりに、ジルコニウム合金の薄膜をクラッディングしても同様の効果を得ることができる。   In the above embodiment, the zirconium plate 201 is used in the pipe connecting the feed water heater and the pressure vessel. However, the same effect can be obtained by using a zirconium alloy plate instead of the zirconium plate 201. Instead of the zirconium plate 201, a plate obtained by cladding a thin film of zirconium can also be used. Furthermore, a zirconium alloy thin film may be directly clad on the water contact surface of the water supply system pipe. In addition, when using a plate clad with a zirconium thin film, the influence of the flow of cooling water is kept small compared to the case where a zirconium alloy thin film is directly clad on the water contact surface of the water supply system pipe, The liquid contact area between the cooling water and zirconium can be increased. The same effect can be obtained by cladding a zirconium alloy thin film instead of cladding a zirconium thin film.

次に、本発明に係る原子力プラント構造材料の応力腐食割れ緩和方法の第3の実施例を、図8を用いて説明する。本実施例は、上述した第3の方法に基づき、プラント停止操作の開始から原子炉水温度が100℃以上である期間に、原子炉水中に含まれる酸素又は過酸化水素と化学反応してその濃度を低減せしめる物質を原子炉水中に注入するものである。   Next, a third embodiment of the stress corrosion cracking mitigation method for nuclear plant structural materials according to the present invention will be described with reference to FIG. This example is based on the third method described above, and during the period when the reactor water temperature is 100 ° C. or higher from the start of the plant shutdown operation, it chemically reacts with oxygen or hydrogen peroxide contained in the reactor water. A substance that reduces the concentration is injected into the reactor water.

図8は、第3の実施例の応力腐食割れ緩和方法を適用する沸騰水型原子力プラントを示している。第3の実施例を適用する原子力プラントは第1の実施例で説明した図4に示す原子力プラントと同様の構造であるから詳細な説明は省略する。但し、第1の実施例で説明した沸騰水型原子力プラントとは、原子炉水浄化系配管10に水素ガス発生装置301及び水素ガス注入量調整バルブ302が接続される点が異なる。   FIG. 8 shows a boiling water nuclear power plant to which the stress corrosion crack mitigation method of the third embodiment is applied. Since the nuclear power plant to which the third embodiment is applied has the same structure as the nuclear power plant shown in FIG. 4 described in the first embodiment, detailed description thereof will be omitted. However, it differs from the boiling water nuclear power plant described in the first embodiment in that a hydrogen gas generator 301 and a hydrogen gas injection amount adjustment valve 302 are connected to the reactor water purification system pipe 10.

以下に、プラント停止操作の開始から原子炉水温度が100℃までの期間に、原子炉水中に含まれる酸素又は過酸化水素と化学反応してその濃度を低減せしめる物質を原子炉水中に注入する手順を以下に示す。尚、本実施例においては、原子炉水中に含まれる酸素又は過酸化水素と化学反応してその濃度を低減せしめる物質として水素を用いる。   Below, during the period from the start of the plant shutdown operation to the reactor water temperature of 100 ° C., a substance that chemically reacts with oxygen or hydrogen peroxide contained in the reactor water to reduce its concentration is injected into the reactor water. The procedure is shown below. In this embodiment, hydrogen is used as a substance that chemically reacts with oxygen or hydrogen peroxide contained in the reactor water to reduce its concentration.

まず、給水系配管6からの冷却水の供給を停止する。その後、水素ガス注入量調整バルブ302を開にし、水素を原子炉水中に注入する。原子炉水中への水素の注入は連続的又は断続的に行うことができる。また、原子炉水中への水素の注入に際しては、原子炉底部の溶存酸素濃度を水質モニタ22により測定する。そして、この測定結果に基づいて、原子炉水中の溶存酸素濃度が給水系から冷却水供給が行われている期間の濃度と同程度以下となるように、水素の注入量を調整する。その後、原子炉水温度が100℃以下になったら、水素ガス注入量調整バルブ302を閉にし、水素の注入を停止する。以上により、本実施例による原子力プラント構造材料の応力腐食割れを緩和する方法の全工程を終了する。   First, the supply of cooling water from the water supply system pipe 6 is stopped. Thereafter, the hydrogen gas injection amount adjustment valve 302 is opened, and hydrogen is injected into the reactor water. Hydrogen can be injected into the reactor water continuously or intermittently. In addition, when hydrogen is injected into the reactor water, the dissolved oxygen concentration at the bottom of the reactor is measured by the water quality monitor 22. Based on the measurement result, the hydrogen injection amount is adjusted so that the dissolved oxygen concentration in the reactor water is approximately equal to or lower than the concentration during the period in which the cooling water is supplied from the water supply system. Thereafter, when the reactor water temperature becomes 100 ° C. or lower, the hydrogen gas injection amount adjusting valve 302 is closed to stop the hydrogen injection. Thus, all the steps of the method for mitigating stress corrosion cracking of the nuclear plant structural material according to this embodiment are completed.

本実施例によれば、原子炉内の還元性環境を維持することにより、原子炉内構造物表面に付着したクロム酸化物からのクロムイオンの溶出を抑制することができる。従って、原子炉水への水素注入等を停止した場合であっても、原子炉水中のクロムイオン濃度の増大を抑制することができ、その結果、電気伝導率の上昇を抑制し、ひいては応力腐食割れに対する感受性の増大を抑制することが可能となる。   According to the present embodiment, elution of chromium ions from the chromium oxide attached to the surface of the in-reactor structure can be suppressed by maintaining the reducing environment in the reactor. Therefore, even when hydrogen injection into the reactor water is stopped, an increase in the chromium ion concentration in the reactor water can be suppressed. As a result, an increase in electrical conductivity is suppressed, and as a result, stress corrosion. It becomes possible to suppress an increase in sensitivity to cracking.

本実施例では原子炉水中に含まれる酸素又は過酸化水素を低減する効果を示す物質として水素を例に挙げたが、アンモニアやヒドラジンなどの還元剤やアルコールでもよい。   In the present embodiment, hydrogen is taken as an example of a substance showing the effect of reducing oxygen or hydrogen peroxide contained in the reactor water, but a reducing agent such as ammonia or hydrazine or alcohol may be used.

また、水素ガス発生装置301及び水素ガス注入量調整バルブ302は、原子炉水浄化系配管10の代わりに原子炉冷却水再循環系配管16に接続してもよい。   Further, the hydrogen gas generator 301 and the hydrogen gas injection amount adjustment valve 302 may be connected to the reactor cooling water recirculation system pipe 16 instead of the reactor water purification system pipe 10.

さらに、本実施例では、原子炉水中の溶存酸素濃度を制御するために、原子炉底部の溶存酸素濃度を水質モニタ22により測定したが、クロムイオン濃度を水質モニタ22により測定し、この結果をもとに、原子炉水中の溶存酸素濃度を制御することも可能である。   Furthermore, in this embodiment, in order to control the dissolved oxygen concentration in the reactor water, the dissolved oxygen concentration at the bottom of the reactor was measured by the water quality monitor 22, but the chromium ion concentration was measured by the water quality monitor 22, and this result was obtained. It is also possible to control the dissolved oxygen concentration in the reactor water.

次に、本発明に係る原子力プラント構造材料の応力腐食割れ緩和方法の第4の実施例を、図9を用いて説明する。本実施例は、上述した第4の方法に基づき、プラント停止操作の開始後であって原子炉水温度が100℃以上である期間に原子炉水中に含まれる酸素又は過酸化水素と化学反応してその濃度を低減せしめる物質を原子炉水中に注入し、その後、原子炉水温度が100度以下の期間に原子炉水中に酸化剤を注入するものである。   Next, a fourth embodiment of the stress corrosion cracking mitigation method for nuclear plant structural materials according to the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment is based on the above-described fourth method and chemically reacts with oxygen or hydrogen peroxide contained in the reactor water during the period when the reactor water temperature is 100 ° C. or higher after the start of the plant shutdown operation. Then, a substance for reducing the concentration is injected into the reactor water, and then an oxidizing agent is injected into the reactor water during a period when the reactor water temperature is 100 degrees or less.

図9は、第4の実施例の応力腐食割れ緩和方法を適用する沸騰水型原子力プラントを示している。第4の実施例を適用する原子力プラントは第3の実施例で説明した図8に示す原子力プラントと同様の構造であるから詳細な説明は省略する。但し、第1の実施例で説明した沸騰水型原子力プラントとは、原子炉水浄化系配管10に過酸化水素水タンク401及び過酸化水素注入ポンプ402が接続されている点が異なる。尚、本実施例では酸化剤として過酸化水素を用いるが、過酸化水素の代わりに酸素やオゾンを用いてもよい。   FIG. 9 shows a boiling water nuclear plant to which the stress corrosion crack mitigation method of the fourth embodiment is applied. Since the nuclear power plant to which the fourth embodiment is applied has the same structure as the nuclear power plant shown in FIG. 8 described in the third embodiment, detailed description thereof will be omitted. However, it differs from the boiling water nuclear power plant described in the first embodiment in that a hydrogen peroxide tank 401 and a hydrogen peroxide injection pump 402 are connected to the reactor water purification system pipe 10. In this embodiment, hydrogen peroxide is used as the oxidizing agent, but oxygen or ozone may be used instead of hydrogen peroxide.

以下に、プラント停止操作の開始後であって原子炉水温度が100℃以上である期間に原子炉水中に含まれる酸素又は過酸化水素と化学反応してその濃度を低減せしめる物質を原子炉水中に注入し、その後、原子炉水温度が100度以下の期間に原子炉水中に酸化剤を注入する手順について示す。尚、本実施例においては、原子炉水中に含まれる酸素又は過酸化水素と化学反応してその濃度を低減せしめる物質として水素を用いる。   In the following, substances that cause a chemical reaction with oxygen or hydrogen peroxide contained in the reactor water to reduce its concentration after the start of the plant shutdown operation and during which the reactor water temperature is 100 ° C. or higher are indicated in the reactor water. Then, a procedure for injecting an oxidant into the reactor water during a period when the reactor water temperature is 100 degrees or less will be described. In this embodiment, hydrogen is used as a substance that chemically reacts with oxygen or hydrogen peroxide contained in the reactor water to reduce its concentration.

まず、第3の実施例と同様に、プラント停止操作の開始から原子炉水温度が100℃までの期間に、原子炉水中に含まれる酸素又は過酸化水素と化学反応してその濃度を低減せしめる物質である水素を原子炉水中に注入する。具体的には以下の通りである。給水系配管6からの冷却水の供給を停止する。その後、水素ガス注入量調整バルブ302を開にし、水素を原子炉水中に注入する。原子炉水中への水素の注入は連続的又は断続的に行うことができる。また、原子炉水中への水素の注入に際しては、原子炉底部の溶存酸素濃度を水質モニタ22により測定する。そして、この測定結果に基づいて、原子炉水中の溶存酸素濃度が給水系から冷却水供給が行われている期間の濃度と同程度以下となるように、水素の注入量を調整する。原子炉水への水素の注入は、原子炉水温度が100℃までの期間に行う。その後、水素ガス注入量調整バルブ302を閉にし、水素の注入を停止する。   First, as in the third embodiment, during the period from the start of the plant shutdown operation to the reactor water temperature of 100 ° C., the chemical reaction with oxygen or hydrogen peroxide contained in the reactor water causes a reduction in the concentration. The material hydrogen is injected into the reactor water. Specifically, it is as follows. The supply of cooling water from the water supply system pipe 6 is stopped. Thereafter, the hydrogen gas injection amount adjustment valve 302 is opened, and hydrogen is injected into the reactor water. Hydrogen can be injected into the reactor water continuously or intermittently. In addition, when hydrogen is injected into the reactor water, the dissolved oxygen concentration at the bottom of the reactor is measured by the water quality monitor 22. Based on the measurement result, the hydrogen injection amount is adjusted so that the dissolved oxygen concentration in the reactor water is approximately equal to or lower than the concentration during the period in which the cooling water is supplied from the water supply system. Hydrogen is injected into the reactor water during a period in which the reactor water temperature is up to 100 ° C. Thereafter, the hydrogen gas injection amount adjusting valve 302 is closed to stop hydrogen injection.

続いて、原子炉水温度が100℃以下になったら、過酸化水素水タンク401から過酸化水素注入ポンプ402により、過酸化水素水を原子炉水中に注入する。原子炉水への過酸化水素水の注入は連続的又は断続的に行うことができる。また、原子炉水への過酸化水素水の注入に際しては、原子炉底部の溶存酸素濃度を水質モニタ22により測定する。そしてこの測定結果に基づいて、実効酸素濃度が32μmol/L 以下となるように過酸化水素水の注入量を調整する。構造材に蓄積していたクロム酸化物量が十分に低減したら、過酸化水素注入ポンプ402を停止し、原子炉水中への過酸化水素の注入を停止する。クロムイオン濃度は過酸化水素の注入を開始すると増加し、構造材に蓄積していたクロム酸化物が十分に減少すると減少する。従って、クロムイオン濃度をモニタすることにより、構造材に蓄積していたクロム酸化物量が十分に低減したか否かを判断することができる。例えば、クロムイオン濃度が最大値の1/10以下になった時点を、構造材に蓄積していたクロム酸化物量が十分に低減したときのクロムイオン濃度と考えることができる。以上により、本実施例による原子力プラント構造材料の応力腐食割れを緩和する方法の全工程を終了する。   Subsequently, when the reactor water temperature becomes 100 ° C. or lower, the hydrogen peroxide solution is injected from the hydrogen peroxide solution tank 401 into the reactor water by the hydrogen peroxide injection pump 402. The hydrogen peroxide solution can be injected into the reactor water continuously or intermittently. In addition, when the hydrogen peroxide solution is injected into the reactor water, the dissolved oxygen concentration at the bottom of the reactor is measured by the water quality monitor 22. Based on the measurement result, the injection amount of the hydrogen peroxide solution is adjusted so that the effective oxygen concentration is 32 μmol / L or less. When the amount of chromium oxide accumulated in the structural material is sufficiently reduced, the hydrogen peroxide injection pump 402 is stopped and injection of hydrogen peroxide into the reactor water is stopped. The chromium ion concentration increases when hydrogen peroxide injection is started, and decreases when the chromium oxide accumulated in the structural material is sufficiently reduced. Therefore, by monitoring the chromium ion concentration, it can be determined whether or not the amount of chromium oxide accumulated in the structural material has been sufficiently reduced. For example, the time point when the chromium ion concentration becomes 1/10 or less of the maximum value can be considered as the chromium ion concentration when the amount of chromium oxide accumulated in the structural material is sufficiently reduced. Thus, all the steps of the method for mitigating stress corrosion cracking of the nuclear plant structural material according to this embodiment are completed.

本実施例によれば、第3の実施例と同様に、プラント停止操作の開始から原子炉水温度が100℃までの期間に原子炉水中に含まれる酸素又は過酸化水素と化学反応してその濃度を低減せしめる物質を原子炉水中に注入することにより、原子炉内の還元性環境を維持し、原子炉内構造物表面に付着したクロム酸化物からのクロムイオンの溶出を抑制することができる。さらには、プラント停止操作開始後であって原子炉水温度が100℃以下の期間に原子炉水中に酸化剤を注入することにより、原子炉内構造物表面へのクロム酸化物蓄積量を低減でき、次のプラント運転時にクロムイオンが溶出することを抑制することができる。従って、原子炉水への水素注入等を停止した場合であっても、原子炉水中のクロムイオン濃度の増大を抑制することができ、その結果、電気伝導率の上昇を抑制し、ひいては応力腐食割れに対する感受性の増大を抑制することが可能となる。   According to this embodiment, as in the third embodiment, during the period from the start of the plant shutdown operation to the reactor water temperature of 100 ° C., it chemically reacts with oxygen or hydrogen peroxide contained in the reactor water. By injecting substances that reduce the concentration into the reactor water, it is possible to maintain the reducing environment in the reactor and to suppress the elution of chromium ions from the chromium oxide attached to the surface of the structure inside the reactor. . Furthermore, the amount of chromium oxide accumulated on the surface of the reactor internal structure can be reduced by injecting an oxidant into the reactor water after the plant shutdown operation has started and the reactor water temperature is 100 ° C or lower. The elution of chromium ions during the next plant operation can be suppressed. Therefore, even when hydrogen injection into the reactor water is stopped, an increase in the chromium ion concentration in the reactor water can be suppressed. As a result, an increase in electrical conductivity is suppressed, and as a result, stress corrosion. It becomes possible to suppress an increase in sensitivity to cracking.

本実施例においては、原子炉水浄化系配管10に過酸化水素水タンク401及び過酸化水素注入ポンプ402を接続したが、原子炉水浄化系配管10の代わりに原子炉冷却水再循環系配管16に接続してもよい。   In this embodiment, the hydrogen peroxide solution tank 401 and the hydrogen peroxide injection pump 402 are connected to the reactor water purification system piping 10, but instead of the reactor water purification system piping 10, the reactor cooling water recirculation system piping 16 may be connected.

尚、上記各実施例において、プラント運転期間とは給水系から原子炉圧力容器1に冷却水注入が行われている期間を、プラント停止期間とは制御棒が全挿入されている期間及び原子炉圧力容器の蓋が開けられている期間を、プラントの停止操作期間とはプラント運転期間後から給水系から原子炉圧力容器1への冷却水注入が停止して制御棒が全挿入されるまでの期間をいう。   In each of the above embodiments, the plant operation period is a period during which cooling water is injected from the water supply system into the reactor pressure vessel 1, and the plant stop period is a period during which all control rods are inserted and the reactor The period during which the lid of the pressure vessel is opened, the plant shutdown operation period is the period from the plant operation period until the cooling water injection from the feed water system to the reactor pressure vessel 1 is stopped and the control rods are fully inserted. A period.

Fe34皮膜を形成したSUS304鋼の腐食試験の結果を示す図。Fe 3 O 4 shows the results of corrosion tests of SUS304 steel coating was formed. SUS304鋼のCGRとECPとの関係を示す図。The figure which shows the relationship between CGR and ECP of SUS304 steel. 酸素又は過酸化水素濃度に対するSUS304鋼のECPの依存性を示す図。The figure which shows the dependence of ECP of SUS304 steel with respect to oxygen or hydrogen peroxide concentration. 第1の実施例の応力腐食割れ緩和方法を適用する沸騰水型原子力プラントを示す図。The figure which shows the boiling water nuclear power plant which applies the stress corrosion crack mitigation method of a 1st Example. SUS304鋼の腐食速度の温度依存性を示す図。The figure which shows the temperature dependence of the corrosion rate of SUS304 steel. 給水加熱器伝熱面の表面にピネル型構造の化合物の層を形成させるための処理設備を示す図。The figure which shows the processing equipment for forming the layer of the compound of a pinel type structure on the surface of a feed water heater heat-transfer surface. 第2の実施例の応力腐食割れ緩和方法を適用する沸騰水型原子力プラントを示す図。The figure which shows the boiling water nuclear power plant which applies the stress corrosion crack mitigation method of a 2nd Example. 第3の実施例の応力腐食割れ緩和方法を適用する沸騰水型原子力プラントを示す図。The figure which shows the boiling water nuclear power plant to which the stress corrosion crack mitigation method of the 3rd Example is applied. 第4の実施例の応力腐食割れ緩和方法を適用する沸騰水型原子力プラントを示す図。The figure which shows the boiling water nuclear power plant to which the stress corrosion crack mitigation method of the 4th Example is applied.

符号の説明Explanation of symbols

1…原子炉圧力容器、5…給水加熱器、31…水素ガス発生装置、110…pH調整薬液タンク、113…酸化還元電位調整薬液タンク、116…金属イオン薬液タンク、201…ジルコニウム板、301…水素ガス発生装置、401…過酸化水素水タンク。

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Reactor pressure vessel, 5 ... Feed water heater, 31 ... Hydrogen gas generator, 110 ... pH adjustment chemical liquid tank, 113 ... Redox potential adjustment chemical liquid tank, 116 ... Metal ion chemical liquid tank, 201 ... Zirconium plate, 301 ... Hydrogen gas generator 401, hydrogen peroxide water tank.

Claims (10)

沸騰水型原子力プラントの運転中に、前記沸騰水型原子力プラントの原子炉水中に、酸素又は過酸化水素と化学反応して前記原子炉水中の酸素又は過酸化水素の濃度を低減せしめる物質を注入し、
前記沸騰水型原子力プラントの運転停止期間中に、前記沸騰水型原子力プラントの給水加熱器伝熱面に、2価の金属イオンと3価の鉄イオンからなるスピネル型構造の化合物の層を形成する原子力プラント構造材料の応力腐食割れ緩和方法。
During operation of a boiling water nuclear plant, a substance that chemically reacts with oxygen or hydrogen peroxide to reduce the concentration of oxygen or hydrogen peroxide in the reactor water is injected into the reactor water of the boiling water nuclear plant. And
During a shutdown period of the boiling water nuclear plant, a compound layer having a spinel structure composed of divalent metal ions and trivalent iron ions is formed on the heat transfer surface of the feed water heater of the boiling water nuclear plant. To reduce stress corrosion cracking of nuclear plant structural materials.
請求項1において、前記給水過熱器伝熱面への前記スピネル型構造の化合物の層の形成は、前記給水過熱器伝熱面に前記スピネル型構造の化合物を構成する金属イオンを含有する溶液を接触させることにより行う原子力プラント構造材料の応力腐食割れ緩和方法。   The formation of the spinel structure compound layer on the feed water superheater heat transfer surface according to claim 1, wherein the spin water structure heat transfer surface includes a solution containing metal ions constituting the spinel structure compound. Stress corrosion cracking mitigation method for nuclear plant structural materials by contact. 請求項1又は2において、前記給水過熱器伝熱面への前記スピネル型構造の化合物の層の形成は、前記給水加熱器を含む閉ループ内の系統水に、前記スピネル型構造の化合物を構成する金属イオンを含有する溶液と、前記系統水のpHを調整する試薬と、前記系統水の酸化還元電位を調整する試薬とを注入することにより行う原子力プラント構造材料の応力腐食割れ緩和方法。   In Claim 1 or 2, formation of the layer of the compound of the spinel structure on the heat transfer surface of the feed water superheater constitutes the compound of the spinel structure in system water in a closed loop including the feed water heater. A method for mitigating stress corrosion cracking of a nuclear plant structural material, which is performed by injecting a solution containing metal ions, a reagent for adjusting the pH of the system water, and a reagent for adjusting a redox potential of the system water. 請求項1乃至3の何れかにおいて、前記給水過熱器伝熱面への前記スピネル型構造の化合物の層の形成は、前記沸騰水型原子力プラントの運転停止期間中であって、前記原子炉水が100度以下の期間に行う原子力プラント構造材料の応力腐食割れ緩和方法。   4. The method according to claim 1, wherein the formation of the compound layer having the spinel structure on the heat transfer surface of the feed water superheater is performed during a shutdown period of the boiling water nuclear power plant. Is a method for mitigating stress corrosion cracking of nuclear plant structural materials performed during a period of 100 degrees or less. 請求項1乃至4の何れかにおいて、前記2価の金属イオンは、鉄,ニッケル,亜鉛,マグネシウム及びマンガンの中から選ばれた1種類以上の金属イオンである原子力プラント構造材料の応力腐食割れ緩和方法。   5. The stress corrosion cracking mitigation of a nuclear plant structural material according to claim 1, wherein the divalent metal ion is one or more metal ions selected from iron, nickel, zinc, magnesium and manganese. Method. 沸騰水型原子力プラントの運転中に、前記沸騰水型原子力プラントの原子炉水中に、酸素又は過酸化水素と化学反応して前記原子炉水中の酸素又は過酸化水素の濃度を低減せしめる物質を注入し、
前記沸騰水型原子力プラントの給水加熱器と圧力容器とを接続する配管内にジルコニウム又はジルコニウム合金が設置された状態で、前記配管内に冷却水を供給する原子力プラント構造材料の応力腐食割れ緩和方法。
During operation of a boiling water nuclear plant, a substance that chemically reacts with oxygen or hydrogen peroxide to reduce the concentration of oxygen or hydrogen peroxide in the reactor water is injected into the reactor water of the boiling water nuclear plant. And
Stress corrosion cracking mitigation method for nuclear plant structural material that supplies cooling water into the pipe in a state where zirconium or zirconium alloy is installed in the pipe connecting the water heater and pressure vessel of the boiling water nuclear plant .
請求項6において、前記ジルコニウム又はジルコニウム合金は、格子状に組み上げたジルコニウム板又はジルコニウム合金板である原子力プラント構造材料の応力腐食割れ緩和方法。   7. The method for mitigating stress corrosion cracking of a nuclear plant structural material according to claim 6, wherein the zirconium or zirconium alloy is a zirconium plate or a zirconium alloy plate assembled in a lattice shape. 沸騰水型原子力プラントの運転中に、前記沸騰水型原子力プラントの原子炉水中に、酸素又は過酸化水素と化学反応して前記原子炉水中の酸素又は過酸化水素の濃度を低減せしめる物質を注入し、
前記沸騰水型原子力プラントの運転停止操作の開始後であって前記原子炉水の温度が
100℃以上である期間に、前記原子炉水中に、前記原子炉水中の酸素又は過酸化水素の濃度を低減せしめる物質を注入する原子力プラント構造材料の応力腐食割れ緩和方法。
During operation of a boiling water nuclear plant, a substance that chemically reacts with oxygen or hydrogen peroxide to reduce the concentration of oxygen or hydrogen peroxide in the reactor water is injected into the reactor water of the boiling water nuclear plant. And
After the start of the shutdown operation of the boiling water nuclear power plant and during a period when the temperature of the reactor water is 100 ° C. or higher, the concentration of oxygen or hydrogen peroxide in the reactor water is set in the reactor water. A method for mitigating stress corrosion cracking in nuclear plant structural materials by injecting substances to be reduced.
沸騰水型原子力プラントの運転中に、前記沸騰水型原子力プラントの原子炉水中に、酸素又は過酸化水素と化学反応して前記原子炉水中の酸素又は過酸化水素の濃度を低減せしめる物質を注入し、
前記沸騰水型原子力プラントの運転停止操作の開始後であって前記原子炉水の温度が
100℃以上である期間に、前記原子炉水中に前記原子炉水中の酸素又は過酸化水素の濃度を低減せしめる物質を注入し、
前記沸騰水型原子力プラントの運転停止操作の開始後であって前記原子炉水の温度が
100℃以下である期間に、前記原子炉中に酸化剤を注入する原子力プラント構造材料の応力腐食割れ緩和方法。
During operation of a boiling water nuclear plant, a substance that chemically reacts with oxygen or hydrogen peroxide to reduce the concentration of oxygen or hydrogen peroxide in the reactor water is injected into the reactor water of the boiling water nuclear plant. And
The concentration of oxygen or hydrogen peroxide in the reactor water is reduced in the reactor water after the start of shutdown operation of the boiling water nuclear plant and the temperature of the reactor water is 100 ° C. or higher. Injecting the substance
Stress corrosion cracking mitigation of nuclear plant structural material into which oxidant is injected into the reactor after the start of the shutdown operation of the boiling water nuclear plant and the temperature of the reactor water is 100 ° C. or less Method.
請求項1乃至9の何れかにおいて、前記物質は、水素,アンモニア,ヒドラジン、及びアルコールのうち少なくともいずれかである原子力プラント構造材料の応力腐食割れ緩和方法。
The stress corrosion cracking mitigation method for a nuclear plant structural material according to any one of claims 1 to 9, wherein the substance is at least one of hydrogen, ammonia, hydrazine, and alcohol.
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