JP2007304111A - 原子炉蒸気発生器二次側内の金属酸化物付着物を除去するためのポリマー分散剤およびこれを用いた金属酸化物付着物の除去方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 アクリル酸ポリマー、メタクリル酸ポリマー、アクリレートポリマー、メタクリレートポリマー、アクリレート/アクリルアミドコポリマー、アクリレート/メタクリレートコポリマー、これらのコポリマー類、ターポリマー類又は混合物からなるポリマー分散剤を、原子炉蒸気発生器の連続運転中に原子炉蒸気発生器の二次側に流入する給水に添加する。本発明の金属酸化物付着物を除去する方法を実施するに際しては、このポリマー分散剤の所定量を運転中の蒸気発生器に流入する給水に注入し、このとき、ポリマー分散剤が、運転中の原子炉蒸気発生器から流出するブローダウン流に対してナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、塩化物、硫酸塩、ケイ酸塩、およびリン酸塩の各イオンを10ppb以下の濃度しか付与しないようにする。
【選択図】 なし
Description
前記ポリマー分散剤は、好ましくは1,000,000以下の重量平均分子量、さらに好ましくは70,000〜150,000の範囲の重量平均分子量を有する。
好ましくは、前記ポリマー分散剤は、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、塩化物、硫酸塩、ケイ酸塩およびリン酸塩の各イオンの濃度が100ppm以下の高純度のものである
前記加圧水型原子炉は、好ましくは500〜1300psiの範囲の圧力で運転される。前記ポリマー分散剤は、1300psi以下の圧力下で、かつ1300psiにおける飽和温度に相当する温度で、充分な分散剤活性を有するとともに、熱安定性を付与するに充分な分子量を有することが望ましい。
好ましくは、前記運転中の原子炉蒸気発生器から流出するブローダウン流から前記ポリマー分散剤と金属酸化物を除去する工程は、ブローダウン流に濾過手段を適用することによりポリマー分散剤と金属酸化物を除去し、清浄にされた濾液を前記運転中の原子炉蒸気発生器へ流入する給水へ再循環するものである。
前記濾過手段としては、所定の孔径およびゼータ電位を有する濾過膜、あるいは活性炭フィルターが好ましく使用できる。活性炭フィルターとしては、木炭フィルターが好ましく使用できる。望ましくは、前記濾過手段は、前記ポリマー分散剤と金属酸化物を前記ブローダウン流から凝集又は凝固させる手段を含む。
前記分離手段としては、前記ブローダウン流に逆浸透又は限外濾過を適用することができる。
通常運転中は、給水中の鉄濃度は代表的には5ppbより少ない。しかしながら、非定常状態の運転中、例えばユニット始動中は、給水中の鉄濃度は数百ppbに上昇することもある。本発明によるポリマー分散剤は、金属酸化物汚損および付着を最少にし、蒸気発生器中でスラッジのコンディショニングをもたらす。スラッジコンディショニングにより、蒸気発生器のスラッジ除去(sludge lancing)に際して金属酸化物の除去を促進させる。これらの高純度ポリマーは、蒸気発生器ユニットの給水に対する無機汚染物の量、およびユニットの二次側での濃縮後のブローダウン中の無機汚染物の量を最少にする。ポリマー分散剤の無機汚染物レベルは、蒸気発生器の水を100回循環させる場合には全無機物固体の100ppm未満とすべきであり、300回循環させる場合には30ppm未満とすべきである。これらの要求は、分散剤の汚染物レベルをブローダウン中で10ppb未満、好ましくは1ppb未満とする必要があることに基づいている。上記した限定の全てと組み合わせて、生成されるポリマーは系の運転圧力および温度、低い運転pH(9.5)で熱的に安定であって、酸化鉄のごとき金属酸化物を分散させることができなくてはならない。本発明の特に好ましい実施態様は、アクリル酸、メタクリル酸、および本発明に有用なその他の既知モノマーの重合の開始剤として、過酸化水素または他の有機過酸化物を用いたときに生成される高分子化合物である。無機汚染物を生成しない他の開始剤には、過酸化ベンゾイル(商品名「LUCIDOL 78」、エルフアトケム社製)、過酸化アセチル、過酸化コハク酸、過酸化ラウロイル(商品名「Alperox-F」、エルフアトケム社製)、過酸化デカノイル(商品名「Decanox-F」、エルフアトケム社製)、過酸化水素、2,2’アゾビス(2−メチルプロパンニトリル)(商品名「Vazo 64」、デュポン社製)、2,2’アゾビス(2−メチルブタンニトリル)(商品名「Vazo 67」、デュポン社製)、t−ブチルペルオクトエート、t−ブチルペルオキシイソブチレート(商品名「Luperso180」、エルフアトケム社製)、t−ブチルペルオキシプリバレート(商品名「Lupersol 11」、エルフアトケム社製)、および4,4’−アゾビス(4−シアノバレリアン酸)(商品名「V-501」、ワコ社製)が挙げられる。過酸化水素、その他の有機過酸化物および有機開始剤は、無機汚染物をもたらさないが、予期しなかったことには、金属酸化物類の有効なポリマー分散剤で無機物固体を実質的に含まないものを生成する。
ガラス内張りされた反応容器中に、64.38部の脱イオン水、20.60部の氷アクリル酸、および連鎖移動剤として10.94部のイソプロパノールを撹拌しながら仕込んだ。窒素ガスのスパージを行い、15分間撹拌溶液中を泡立てた。温度が88℃まで上昇し、4.08部の過酸化水素(35%)を添加した。
窒素ガスによるガスシール下で、温度を88℃に5−1/2時間維持した。温度が92℃を越える場合には冷却を行ってもよい。反応の終了時に、イソプロパノールを反応生成物から除去し、測定温度は96℃であった。冷却を開始し、脱イオン水の相当量を添加して、イソプロパノール−水混合物の除去量を補った。ポリマーAと称せられる最終生成物は、無機質固体を含まず、イソプロパノール含有量はわずかに100ppmであり、固形分は20%、pHは2であった。ポリマーAの重量平均分子量は135,000であった。ポリマーAの分析結果は、塩化物が<2ppm、ナトリウムが<10ppm、イオウが<5ppm、リンが<5ppm、カリウムが<10ppmであった。ポリマーAは、酸素除去剤としてヒドラジンを使用し、900psig、277℃に2時間曝した場合に、優れた熱安定性を示した。
代表的な原子炉蒸気発生器は、ポリマー分散剤処理を施さない場合にMOR%は約5%である。表1は、系の中で酸化鉄を分散させる効果を示している。例えば、ポリマーAは85%分散させており、1700%増加している。
ポリマーAは化学的に分析されており、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、塩化物、硫酸塩、ケイ酸塩、およびリン酸塩イオンのブローダウン排出物中の濃度で約10ppb未満、好ましくは1ppb未満の濃度をもたらすと計算されている。
滞留時間=7・t1/2
ここでt1/2はクリーンアップシステム(cleanup system)の半減期である。
t1/2=ln(2)・MSG/mBD
ここで、MSG=蒸気発生器中の液体の質量(lbs.)
mBD=ブローダウン水の質量流量 (lbs./hr.)
代表的な原子炉蒸気発生器においては:
MSG=全出力時の液体で100,000lbs.
mBD=33,000lbs./hr.
であり、この場合の半減期t1/2は2.1時間、滞留時間は14.7時間となる。滞留時間14.7時間というのは、蒸気発生器に流入するポリマー分散剤の量が14.7時間後には測定しうる程に検出できないことを意味する。ポリマーの分解率は、ポリマー濃度を時間の関数として測定する再生オートクレーブ試験に基づくものである。このポリマー分散剤は、原子炉蒸気発生器中で使用するのに必要とされる熱安定性を有していた。
1ガロンの流量でオートクレーブを通してポンプにより圧送した。この流量は、試験溶液各々に対して2〜4時間のオートクレーブ滞留時間をもたらした。試験の間オートクレーブを610°F(321℃)に加熱し、管材料試験片を毎秒約5×10-7インチの一定クロスヘッド変位速度、および約1×10-6の歪み速度で引張った。各試験中、オートクレーブ温度、オートクレーブ圧力、試験片変位、試験片負荷、試験時間等のパラメーターを記録した。
12:原子炉
14:蒸気発生器
15:伝熱管
16:二次側
20:タービン
24:復水器
30:ブローダウン導管
32、32’:濾過手段
38:受け入れ流
Claims (24)
- 原子炉蒸気発生器の二次側内に存在する金属酸化物の付着物を除去するために、原子炉蒸気発生器の連続運転中に原子炉蒸気発生器の二次側に流入する給水に添加するポリマー分散剤であって、アクリル酸ポリマー、メタクリル酸ポリマー、アクリレートポリマー、メタクリレートポリマー、アクリレート/アクリルアミドコポリマー、アクリレート/メタクリレートコポリマー、およびこれらのコポリマー類、ターポリマー類および混合物からなる群から選択されるポリマー分散剤。
- 前記ポリマー分散剤は、イオウ−含有およびリン−含有官能基、またはそれらの混合物を含むものである請求項1記載のポリマ−分散剤。
- 前記イオウ−含有官能基は、スルホン化スチレンポリマー類、コポリマー類、ターポリマー類、およびそれらの混合物からなる群から選択される請求項2記載のポリマー分散剤。
- 前記ポリマー分散剤は、モノ不飽和カルボン酸のポリマーである請求項1記載のポリマー分散剤。
- 前記ポリマー分散剤は、1,000,000以下の重量平均分子量を有する請求項1記載のポリマー分散剤。
- 前記ポリマー分散剤は、70,000〜150,000の範囲の重量平均分子量を有する請求項5記載のポリマー分散剤。
- 前記ポリマー分散剤は、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、塩化物、硫酸塩、ケイ酸塩およびリン酸塩の各イオンの濃度が100ppm以下である請求項1〜6のいずれか1項記載のポリマー分散剤。
- 前記ポリマー分散剤は、無機固体を実質的に含まない請求項1〜7のいずれか1項記載のポリマー分散剤。
- 前記ポリマー分散剤は、過酸化ベンゾイル、過酸化アセチル、過酸化コハク酸、過酸化ラウロイル、過酸化デカノイル、過酸化水素、2,2'−アゾビス(2−メチルプロパンニトリル)、2,2'−アゾビス(2−メチルブタンニトリル)、t−ブチルペルオクトエート、t−ブチルペルオキシイソブチレート、t−ブチルペルオキシプリバレート、4,4'−アゾビス(4−シアノバレリアン酸)、およびそれらの混合物からなる群から選択される重合開始剤を用いて生成されたポリマーであって、ポリマー中に無機固体の生成を抑制し無機固体を実質的に含まない請求項8記載のポリマー分散剤。
- 前記ポリマー分散剤はアミンで中和されている請求項1〜9のいずれか1項記載のポリマー分散剤。
- 前記アミンは、モノエタノールアミン、モルホリン、ジメチルアミン、ジエチルアミノエタノール、ジエタノールアミン、3−メトキシプロピルアミン、ジメチルプロパノールアミン、シクロヘキシルアミン、3−アミノ−2−メチル−1−プロパノール、トリエタノールアミン、3−ヒドロキシキヌクリジン、5−アミノペンタノール、およびそれらの混合物からなる群から選択される請求項10記載のポリマー分散剤。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載のポリマー分散剤の所定量を運転中の蒸気発生器に流入する給水に注入する工程を含み、前記ポリマー分散剤が、運転中の原子炉蒸気発生器から流出するブローダウン流に対してナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、塩化物、硫酸塩、ケイ酸塩、およびリン酸塩の各イオンを10ppb以下の濃度しか付与しないようにした、加圧水型原子炉の連続運転に関連して運転中の原子炉蒸気発生器の二次側内に存在する金属酸化物の付着物を除去する方法。
- 前記ポリマー分散剤は、給水中の金属酸化物1部を処理するためにポリマー1〜1,000部の範囲となる量で使用される請求項12記載の方法。
- 前記加圧水型原子炉は、500〜1300psiの範囲の圧力で運転される請求項12または13記載の方法。
- 前記運転中の原子炉蒸気発生器から流出するブローダウン流から前記ポリマー分散剤と金属酸化物を除去し、清浄にされた流を前記運転中の原子炉蒸気発生器へ流入する給水へ再循環する工程をさらに含む請求項12〜14のいずれか1項記載の方法。
- 前記運転中の原子炉蒸気発生器から流出するブローダウン流から前記ポリマー分散剤と金属酸化物を除去する工程は、ブローダウン流に濾過手段を適用することによりポリマー分散剤と金属酸化物を除去し、清浄にされた濾液を前記運転中の原子炉蒸気発生器へ流入する給水へ再循環するものである請求項15記載の方法。
- 前記濾過手段は、所定の孔径およびゼータ電位を有する濾過膜である請求項16記載の方法。
- 前記濾過手段は、活性炭フィルターである請求項16または17記載の方法。
- 前記活性炭フィルターは、木炭フィルターである請求項18記載の方法。
- 前記濾過手段は、前記ポリマー分散剤と金属酸化物を前記ブローダウン流から凝集させる手段を含む請求項16記載の方法。
- 前記濾過手段は、前記ポリマー分散剤と金属酸化物を前記ブローダウン流から凝固させる手段を含む請求項16記載の方法。
- 前記運転中の原子炉蒸気発生器から流出するブローダウン流から前記ポリマー分散剤と金属酸化物を除去する工程は、ブローダウン流に対して分離手段を施すことによりポリマー分散剤と金属酸化物を除去し、受入れ流へ排出するかまたは前記原子炉蒸気発生器へ流入する給水へ再循環するものである請求項15記載の方法。
- 前記分離手段は、前記ブローダウン流に逆浸透を適用することを含む請求項22に記載の方法。
- 前記分離手段は、前記ブローダウン流に限外濾過を適用することを含む請求項22に記載の方法。
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