JP2010266131A - 蒸気発生器スケール付着抑制方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気発生器におけるスケールの付着を抑制すること。
【解決手段】蒸気発生器に供給されて蒸発される水のｐＨを、前記蒸気発生器に供給される以前のｐＨよりも下げる。蒸気発生器３に供給される二次冷却水のｐＨ値を、蒸気発生器３に供給される以前のｐＨ値よりも下げることで、蒸気発生器３内の二次冷却水の鉄イオンが濃縮される。そして、この鉄イオンが濃縮された二次冷却水を、蒸気発生器ドレン２９を介して蒸気発生器３の外部に排水すれば、蒸気発生器３内の鉄イオンを減少させることができる。この結果、蒸気発生器３へのスケールの付着を抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、加圧水型原子力プラントなどの蒸気発生器へのスケールの付着を抑制する蒸気発生器スケール付着抑制方法に関する。

加圧水型原子力プラント（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）では、機器に使用されている炭素鋼の腐食により冷却水に鉄イオンが溶解すると、この鉄イオンが下流の機器表面に被膜となって付着して機器の性能を低下させるおそれがある。そして、蒸気発生器に鉄イオンがスケールとして付着すると、熱効率の低下や、伝熱管支持穴の閉塞や、伝熱管の腐食を助長させることがある。

かかる問題に対し、従来、特許文献１に記載の給水およびドレン水処理設備およびそのスケール付着抑制方法では、鉄イオンを低減化するため、薬剤注入によりｐＨ値を上昇させることで、スケール付着の主要因である鉄イオンのＦｅ_３Ｏ_４への反応速度を上げて冷却水中の鉄濃度の減少を図っている。

特開２００６−１５０１７１号公報

しかし、特許文献１のスケール付着抑制方法では、冷却水中のｐＨ値を上げることでＯＨ⁻の濃度を上昇させ、鉄イオンのＦｅ_３Ｏ_４への反応を促進させて鉄濃度を減少させているが、蒸気発生器におけるスケール付着を緩和する程度で、スケール付着を十分に抑制するに至らない。したがって、頻繁に洗浄が必要であり、多大なコストが掛かると共に、プラントの稼働を停止しなくてはならない。

本発明は上述した課題を解決するものであり、蒸気発生器におけるスケールの付着を抑制することのできる蒸気発生器スケール付着抑制方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の蒸気発生器スケール付着抑制方法では、蒸気発生器に供給されて蒸発される水のｐＨ値を、前記蒸気発生器に供給される以前のｐＨ値よりも下げた後、前記水の一部を蒸気発生器の外部に排出することを特徴とする。

この蒸気発生器スケール付着抑制方法によれば、蒸気発生器に供給される水のｐＨ値を、蒸気発生器に供給される以前のｐＨ値よりも下げることで、蒸気発生器内の水の鉄イオンが濃縮される。そして、この鉄イオンが濃縮された二次冷却水を、蒸気発生器の外部に排水することにより、蒸気発生器内の鉄イオンを減少させることができる。この結果、蒸気発生器へのスケールの付着を抑制できる。

また、本発明の蒸気発生器スケール付着抑制方法では、前記蒸気発生器に供給される以前のｐＨ値および下げたｐＨ値がアルカリ性の範囲内であることを特徴とする。

この蒸気発生器スケール付着抑制方法によれば、蒸気発生器に供給される以前の水のｐＨ値がアルカリ性であれば、蒸気発生器以前の機器での水への鉄イオンの溶解が低減される。この結果、蒸気発生器に持ち込まれる鉄イオンが低減され、蒸気発生器へのスケールの付着をより抑制できる。しかも、蒸気発生器に供給された水のｐＨ値がアルカリ性であれば、蒸気発生器におけるスケール付着が緩和されるので、蒸気発生器へのスケールの付着をより抑制できる。

また、本発明の蒸気発生器スケール付着抑制方法では、前記蒸気発生器に供給される水に不揮発性酸を添加することを特徴とする。

不揮発性酸としては、ホウ酸やクエン酸などがある。不揮発性酸は、蒸気発生器内での水の蒸発により水相に濃縮されるため、蒸気発生器内の水のｐＨ値が低下し、蒸気発生器内で鉄イオンが濃縮される。この結果、蒸気発生器に持ち込まれる鉄イオンの殆どが蒸気発生器から排出されることになるので、蒸気発生器へのスケールの付着を抑制できる。

また、本発明の蒸気発生器スケール付着抑制方法では、前記蒸気発生器内に揮発性酸を添加することを特徴とする。

揮発性酸としては、炭酸、酢酸などのいわゆる弱酸がある。そして、揮発性酸の添加により、蒸気発生器内の水のｐＨ値が低下し、蒸気発生器内で鉄イオンが濃縮される。この結果、蒸気発生器に持ち込まれる鉄イオンの殆どが蒸気発生器から排出されることになるので、蒸気発生器へのスケールの付着を抑制できる。

また、本発明の蒸気発生器スケール付着抑制方法では、前記蒸気発生器に供給される水が流通する部位を低合金鋼またはステンレス鋼で構成することを特徴とする。

この蒸気発生器スケール付着抑制方法によれば、水のｐＨ値を高くしてアルカリ性の範囲にすると、水への鉄イオンの溶解が抑えられるが、必然的に蒸気発生器内に供給される水のｐＨ値も高くなり、蒸気発生器でのスケール付着を助長させる傾向にある。この点、この蒸気発生器スケール付着抑制方法によれば、低合金鋼またはステンレス鋼は、耐食性に優れ、水への鉄イオンの溶解を抑えるため、蒸気発生器に供給される以前の水のｐＨ値を比較的低く設定できる。この結果、蒸気発生器の鉄イオンの持ち込みを抑えたうえで、蒸気発生器内に供給される水のｐＨ値を低くすることで、蒸気発生器へのスケールの付着をより抑制できる。

本発明によれば、蒸気発生器内の水の鉄イオンが濃縮され、蒸気発生器の外部に排水されるので、蒸気発生器におけるスケールの付着を抑制できる。

図１は、本発明の実施の形態に係る蒸気発生器スケール付着抑制方法が適用される加圧水型原子力プラントを示す概略構成図である。

以下に、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１に示すように、加圧水型原子力プラントの原子炉格納容器１内には、加圧水型原子炉２および蒸気発生器３が格納されている。加圧水型原子炉２と蒸気発生器３とは、冷却水配管４，５を介して連結されている。冷却水配管４には、加圧器６が設けられ、冷却水配管５には、冷却水ポンプ７が設けられている。冷却水ポンプ７は、一次冷却系として、一次冷却水（軽水）を、冷却水配管４，５を介して加圧水型原子炉２と蒸気発生器３とを循環させる。加圧器６は、加圧水型原子炉２の炉心部における一次冷却水の沸騰を抑制するため、１５０〜１６０気圧程度の高圧状態を維持するように制御される。

蒸気発生器３は、蒸気タービン１０に冷却水配管１１を介して連結されている。蒸気タービン１０は、高圧タービン１０Ａおよび低圧タービン１０Ｂを有すると共に、発電機（図示せず）が接続されている。また、高圧タービン１０Ａと低圧タービン１０Ｂとの間には、湿分分離加熱器１２が設けられている。湿分分離加熱器１２は、高圧タービン１０Ａに低温再熱管１３を介して連結されていると共に、低圧タービン１０Ｂに高温再熱管１４を介して連結されている。さらに、蒸気タービン１０の低圧タービン１０Ｂは、復水器１５を有している。復水器１５は、冷却水（例えば、海水）を給排するように構成されている。この復水器１５は、冷却水配管１６を介して脱気器１７に連結されている。そして、冷却水配管１６には、復水器１５側から順に、復水ポンプ１８、復水脱塩装置１９、復水ブースターポンプ２０、低圧給水加熱器２１が設けられている。また、脱気器１７は、冷却水配管２２を介して蒸気発生器３に連結されている。冷却水配管２２には、脱気器１７側から順に、湿分分離加熱器ドレンタンク２３、給水ポンプ２４および高圧給水加熱器２５が設けられている。復水ポンプ１８、復水ブースターポンプ２０および給水ポンプ２４は、二次冷却系として、二次冷却水（純水）を、復水ポンプ１８により復水器１５から冷却水配管１６を介して復水脱塩装置１９に送り、復水ブースターポンプ２０により冷却水配管１６を介して低圧給水加熱器２１を経て脱気器１７に送り、給水ポンプ２４により冷却水配管２２を介して湿分分離加熱器ドレンタンク２３から高圧給水加熱器２５を経て蒸気発生器３に送る。なお、脱気器１７から湿分分離加熱器ドレンタンク２３へは、冷却水配管２２を介して脱気器１７で脱気された二次冷却水が送られる。

従って、加圧水型原子力プラントでは、一次冷却水は、加圧水型原子炉２により燃料（原子燃料）としての低濃縮ウランまたはＭＯＸにより加熱され、かつ加圧器６により所定の高圧に維持された状態で、冷却水配管４を通して蒸気発生器３に送られる。蒸気発生器３では、高圧高温の一次冷却水と二次冷却水との間で熱交換が行われ、冷やされた一次冷却水は、冷却水配管５を通して加圧水型原子炉２に戻される。

また、蒸気発生器３にて、高圧高温の一次冷却水と熱交換を行って生成された二次冷却水の蒸気は、冷却水配管１１を通して蒸気タービン１０（高圧タービン１０Ａから低圧タービン１０Ｂ）に送られ、この蒸気により蒸気タービン１０を駆動して発電機により発電を行う。このとき、蒸気発生器３からの蒸気は、高圧タービン１０Ａを駆動した後、湿分分離加熱器１２で蒸気に含まれる湿分が除去されると共に、加熱されてから低圧タービン１０Ｂを駆動する。湿分分離加熱器１２で除去された湿分は、湿分分離加熱器ドレンポンプ２６ａにより湿分分離加熱器ドレン２６を介して湿分分離加熱器ドレンタンク２３に送られて貯留される。そして、蒸気タービン１０を駆動した蒸気は、復水器１５で冷却されて復水となり、復水脱塩装置１９で復水に含まれる海水成分が除去され、低圧給水加熱器２１で、低圧タービン１０Ｂから抽気した低圧蒸気により加熱され、脱気器１７で溶存酸素や不凝結ガス（アンモニアガス）などの不純物が除去される。その後、二次冷却水は、湿分分離加熱器ドレンタンク２３に一旦貯留され、高圧給水加熱器２５で、高圧タービン１０Ａから抽気した高圧蒸気により加熱された後、蒸気発生器３に戻される。

また、低圧給水加熱器２１では、低圧蒸気が凝縮された凝縮水を、低圧給水加熱器ドレンポンプ２７ａにより低圧給水加熱器ドレン２７を介して冷却水配管２２に排水する。なお、低圧給水加熱器２１の凝縮水を復水器１５に排水してもよい。また、高圧給水加熱器２５では、高圧蒸気が凝縮された凝縮水を、高圧給水加熱器ドレンポンプ２８ａにより低圧給水加熱器ドレン２８を介して脱気器１７に排水する。なお、高圧給水加熱器２５の凝縮水を復水器１５に排水してもよい。また、蒸気発生器３では、冷却水配管２２により戻された二次冷却水の一部を、不純物と共に、蒸気発生器３の二次冷却系底側に配置した蒸気発生器ドレン２９を介して蒸気発生器３の外部に排水する。蒸気発生器ドレン２９を介して排水された二次冷却水は、復水器１５に送られて浄化される。

このような加圧水型原子力プラントにおいて、二次冷却系の冷却水配管１６，２２や、復水ポンプ１８、復水脱塩装置１９、復水ブースターポンプ２０、低圧給水加熱器２１、脱気器１７、湿分分離加熱器ドレンタンク２３、給水ポンプ２４および高圧給水加熱器２５におけるケーシングなどの機器は、主に炭素鋼で構成されている。すなわち、各機器を構成する炭素鋼から時間の経過とともに腐食生成物としての鉄イオンが二次冷却水に溶解し、下流の機器表面に被膜となって付着して機器の性能を低下させるおそれがある。特に、蒸気発生器３の伝熱管の内面に鉄イオンが付着すると、熱効率の低下や、伝熱管支持穴の閉塞や、伝熱管の腐食を助長させることがある。

ここで、発明者等は、蒸気発生器３への鉄イオンの持ち込みは、二次冷却水のｐＨ値に依存して決定され、ｐＨ値が低いほど鉄濃度が高くなることを見出した。蒸気発生器３内では、蒸気が発生して水相は濃縮されるが、鉄イオンは殆ど濃縮されず、蒸気発生器３内にスケールとして付着してしまう。蒸気発生器３内での二次冷却水の鉄濃度はｐＨ値により支配される。

そこで、本実施の形態の蒸気発生器スケール付着抑制方法では、蒸気発生器３に供給されて蒸発される二次冷却水のｐＨ値を、蒸気発生器３に供給される以前のｐＨ値よりも下げた後、この二次冷却水の一部を蒸気発生器３の外部に排出する。

蒸気発生器３に供給される二次冷却水のｐＨ値を、蒸気発生器３に供給される以前のｐＨ値よりも下げることで、蒸気発生器３内の二次冷却水の鉄イオンが濃縮される。そして、この鉄イオンが濃縮された二次冷却水を、蒸気発生器ドレン２９を介して蒸気発生器３の外部に排水することにより、蒸気発生器３内の鉄イオンを減少させることができる。この結果、蒸気発生器３へのスケールの付着を抑制することが可能になる。

また、本実施の形態の蒸気発生器スケール付着抑制方法では、蒸気発生器３に供給される以前のｐＨ値および下げたｐＨ値が７以上のアルカリ性の範囲内であることが好ましい。

蒸気発生器３に供給される以前の二次冷却水のｐＨ値がアルカリ性であれば、蒸気発生器３以前での二次冷却系の冷却水配管１６，２２や、復水ポンプ１８、復水脱塩装置１９、復水ブースターポンプ２０、低圧給水加熱器２１、脱気器１７、湿分分離加熱器ドレンタンク２３、給水ポンプ２４および高圧給水加熱器２５におけるケーシングなどの機器において、二次冷却水への鉄イオンの溶解が低減される。この結果、蒸気発生器３に持ち込まれる鉄イオンが低減され、蒸気発生器３へのスケールの付着をより抑制することが可能になる。また、蒸気発生器３に供給された二次冷却水のｐＨ値がアルカリ性であれば、蒸気発生器におけるスケール付着が緩和されるので、蒸気発生器３へのスケールの付着をより抑制することが可能になる。

また、本実施の形態の蒸気発生器スケール付着抑制方法では、蒸気発生器３に供給される二次冷却水に不揮発性酸を添加する。

蒸気発生器３内への不揮発性酸の添加は、図１に示す添加装置３０が適用される。添加装置３０は、冷却水配管２２における高圧給水加熱器２５の下流側であって、蒸気発生器３の二次冷却水の入口近傍に配置されている。添加装置３０は、例えばポンプにより所定量の不揮発性酸を添加するように構成されている。なお、添加装置３０を蒸気発生器３に配置して、蒸気発生器３内に不揮発性酸を直接添加するように構成してもよい。

不揮発性酸としては、ホウ酸やクエン酸などがある。不揮発性酸は、蒸気発生器３内での二次冷却水の蒸発により水相に濃縮されるため、蒸気発生器３内の二次冷却水のｐＨ値が低下することになる。すなわち、不揮発性酸の添加により、蒸気発生器３内の二次冷却水のｐＨ値が低下し、蒸気発生器３内の鉄イオンが濃縮される。蒸気発生器３内のｐＨ値が１変化すると、水素イオンは１桁変化し、鉄イオンの溶解度もほぼ１桁変化する。例えば、復水脱塩装置１９と復水ブースターポンプ２０との間で、冷却水配管１６にアンモニアやヒトラジンなどの揮発性薬品が注入されて、蒸気発生器３に供給される以前の二次冷却水のｐＨ値が１０に設定された条件で、蒸気発生器３に供給される二次冷却水にホウ酸２０ｐｐｍを添加した場合、アルカリとなるアンモニアは蒸発し、不揮発性酸により蒸気発生器３内の二次冷却水のｐＨ値が１低下して９となる。このとき、蒸気発生器ドレン２９を介して蒸気発生器３の外部に排水される鉄イオンは、ｐＨ値１０のときと比較して２０倍〜５０倍程度に濃縮される。蒸気発生器３の外部に排水される二次冷却水に含まれる鉄イオンは、通常１〜２％であるが、２０倍〜５０倍に濃縮されたことで、排水される二次冷却水に含まれる鉄イオンが２０％〜１００％となる。この結果、蒸気発生器３に持ち込まれる鉄イオンの殆どが蒸気発生器ドレン２９から排出されることになるので、蒸気発生器３へのスケールの付着を抑制することが可能になる。

また、本実施の形態の蒸気発生器スケール付着抑制方法では、蒸気発生器３に供給される二次冷却水に揮発性酸を添加する。

蒸気発生器３内への揮発性酸の添加は、図１に示す添加装置３０が適用される。揮発性酸としては、炭酸、酢酸などのいわゆる弱酸で、蒸気発生器３内では気液分配が無視できるもので、かつ蒸気発生器３における伝熱管と伝熱管支持板との間の隙間などで堆積しないものであることが必要である。

そして、揮発性酸は水相に濃縮されるため、蒸気発生器３内の二次冷却水のｐＨ値が低下することになる。すなわち、揮発性酸の添加により、蒸気発生器３内の二次冷却水のｐＨ値が低下し、蒸気発生器３内の鉄イオンが濃縮される。この結果、蒸気発生器３に持ち込まれる鉄イオンの殆どが蒸気発生器ドレン２９から排出されることになるので、蒸気発生器３へのスケールの付着を抑制することが可能になる。

また、本実施の形態の蒸気発生器スケール付着抑制方法では、蒸気発生器３に供給される二次冷却水が流通する部位を低合金鋼またはステンレス鋼で構成する。

低合金鋼またはステンレス鋼とする対象部位は、二次冷却系の冷却水配管１６，２２や、復水ポンプ１８、復水脱塩装置１９、復水ブースターポンプ２０、低圧給水加熱器２１、脱気器１７、湿分分離加熱器ドレンタンク２３、給水ポンプ２４および高圧給水加熱器２５におけるケーシングなどの蒸気発生器以前の機器がある。

二次冷却水が流通する部位が炭素鋼で構成されている場合、二次冷却水のｐＨ値を高くしてアルカリ性の範囲にすることで、二次冷却水への鉄イオンの溶解が抑えられるが、必然的に蒸気発生器３内に供給される二次冷却水のｐＨ値も高くなり、蒸気発生器３でのスケール付着を助長させる傾向にある。

この点、低合金鋼またはステンレス鋼は、耐食性に優れ、二次冷却水への鉄イオンの溶解を抑えるため、蒸気発生器３に供給される以前の二次冷却水のｐＨ値を比較的低く設定できる。この結果、蒸気発生器３の鉄イオンの持ち込みを抑えたうえで、蒸気発生器３内に供給される二次冷却水のｐＨ値を低くすることで、蒸気発生器３へのスケールの付着をより抑制することが可能になる。

なお、上述した実施の形態では、不揮発性酸を添加する箇所を、蒸気発生器３の二次冷却水の入口近傍、または蒸気発生器３に直接としたが、この限りではない。例えば、蒸気発生器３に供給される以前の二次冷却水のｐＨ値をアルカリ性で安定させるため、上述したように復水脱塩装置１９と復水ブースターポンプ２０との間で、冷却水配管１６にアンモニアやヒトラジンなどの揮発性酸を注入している。ここにおいて、揮発性酸と共に不揮発性酸を添加することで、蒸気発生器３に供給される以前では、二次冷却水が揮発性酸に依存するｐＨ値となるが、蒸気発生器３内では、揮発性酸が二次冷却水と共に蒸発するので、残った不揮発性酸により二次冷却水のｐＨ値が下がることになる。すなわち、蒸気発生器３内の二次冷却水のｐＨ値を下げるための不揮発性酸を、他の添加物と同じ箇所で添加することが可能になる。

以上のように、本発明に係る蒸気発生器スケール付着抑制方法は、蒸気発生器におけるスケールの付着を抑制することに適している。

１ 原子炉格納容器
２ 加圧水型原子炉
３ 蒸気発生器
４，５ 冷却水配管
６ 加圧器
７ 冷却水ポンプ
１０ 蒸気タービン
１０Ａ 高圧タービン
１０Ｂ 低圧タービン
１１，１６，２２ 冷却水配管
１２ 湿分分離加熱器
１３ 低温再熱管
１４ 高温再熱管
１５ 復水器
１７ 脱気器
１８ 復水ポンプ
１９ 復水脱塩装置
２０ 復水ブースターポンプ
２１ 低圧給水加熱器
２３ 湿分分離加熱器ドレンタンク
２４ 給水ポンプ
２５ 高圧給水加熱器
２６ 湿分分離加熱器ドレン
２６ａ 湿分分離加熱器ドレンポンプ
２７ 低圧給水加熱器ドレン
２７ａ 低圧給水加熱器ドレンポンプ
２８ 低圧給水加熱器ドレン
２８ａ 高圧給水加熱器ドレンポンプ
２９ 蒸気発生器ドレン
３０ 添加装置

Claims (5)

1. 蒸気発生器に供給されて蒸発される水のｐＨ値を、前記蒸気発生器に供給される以前のｐＨ値よりも下げた後、前記水の一部を蒸気発生器の外部に排出することを特徴とする蒸気発生器スケール付着抑制方法。
2. 前記蒸気発生器に供給される以前のｐＨ値および下げたｐＨ値がアルカリ性の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の蒸気発生器スケール付着抑制方法。
3. 前記蒸気発生器に供給される水に不揮発性酸を添加することを特徴とする請求項１または２に記載の蒸気発生器スケール付着抑制方法。
4. 前記蒸気発生器に供給される水に揮発性酸を添加することを特徴とする請求項１または２に記載の蒸気発生器スケール付着抑制方法。
5. 前記蒸気発生器に供給される水が流通する部位を低合金鋼またはステンレス鋼で構成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の蒸気発生器スケール付着抑制方法。

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