JP2012117859A

JP2012117859A - 原子炉熱出力監視装置

Info

Publication number: JP2012117859A
Application number: JP2010266069A
Authority: JP
Inventors: Yuto Suzuki; 悠人鈴木; Makoto Hasegawa; 真長谷川; Keiji Suzuki; 啓嗣鈴木
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2012-06-21

Abstract

【課題】原子炉熱出力監視装置について、原子炉熱出力計算に用いる給水流量計を切替える際に、熱出力演算に使用する信号の合理性を高めるほか、切替え操作の補助となる情報を提供することで、安全に給水流量計を切替えるようにする。
【解決手段】給水流量計を切替える際、給水流量だけではなく、質量流量を計算した際に使用した給水温度と給水圧力に関しても、給水流量計に対応した信号に切り替えるようにしている。また、流量計を手動で切替える操作手段をタッチパネル式操作手段３１にし、画面内に切替え対象となる流量計に関連するパラメータを一括表示して、切替え後の原子炉熱出力の変動を予測しながら切替えられるようにしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子炉熱出力監視装置に関する。

沸騰水型炉（ＢＷＲ）における従来の原子炉熱出力監視装置の構成を図４に示す。原子炉に給水する給水配管９には、給水質量流量を計測するための流量計として、フローノズル流量計６、およびフローノズル流量計６を校正するための超音波流量計８が直列に併設されている。原子炉熱出力の計算は、給水流量２２および給水温度３、さらに主蒸気流量および主蒸気温度などを入力して、原子炉熱出力２８を出力する原子炉熱出力演算手段２７により行われる。

それぞれの流量計のシステム構成を説明する。フローノズル流量計システムには、フローノズル前後の圧力差５、給水温度３および給水圧力２が入力され、フローノズル流量計給水質量流量１７を出力するフローノズル流量計質量流量演算手段１６が外部に設けられている。つまり、フローノズル流量計システムは、給水質量流量を計測するために、フローノズル流量計６の出力以外に、他の計測器によって計測された給水温度および給水圧力のそれぞれの計測値を必要としている。一方で、超音波流量計システムは、給水圧力の外部の計測器の計測値を入力することによって、給水質量流量ならびに給水温度を計測することが可能である。すなわち、超音波流量計システムは、給水中の超音波伝播時間情報７、および他の計測器から出力された給水圧力２を入力し、超音波流量計給水質量流量２０、超音波流量計給水温度１４、および自己診断結果１８を出力する超音波流量計演算装置１２を設けている。

超音波流量計流量演算装置１２は、給水中の超音波伝播時間信号７を入力し、給水体積流量３４を出力する超音波流量計体積流量演算手段３３と、給水中の超音波伝播時間情報７と、他の計測器から出力された給水圧力２を入力し、超音波流量計給水温度１４を出力する超音波流量計温度演算手段１５と、給水の体積流量３４と、超音波流量計給水温度１４と、他の計測器から出力された給水圧力２を入力し、超音波流量計給水質量流量２０を出力する超音波流量計質量演算手段１３と、給水中の超音波伝播時間信号７を入力し、「正常」、「注意」、「故障」いずれかの自己診断結果１８を出力する超音波流量計自己診断手段１０を備えている。超音波流量計システムは、給水質量流量、給水温度についてどちらも、フローノズル流量計システムよりも高精度に計測することが可能である。

以上のように、フローノズル流量計と超音波流量計は、どちらも給水流量を計測するための計測器であるが、それぞれの計測原理の違いにより、入出力するパラメータや計測精度が異なる。

超音波流量計８は、高精度かつドリフトを生じない特徴を有しており、ドリフトを生じ易いフローノズル流量計６を校正するための基準流量計として使用されてきた。また、近年、原子炉熱出力の計算に従来のフローノズル流量計６ではなく、超音波流量計８にて計測された給水流量を使用することで、原子力プラントの安全性を損なうことなく、原子炉熱出力を向上させる例がある。すなわち、フローノズル流量計６を使用した原子炉熱出力の計算では、見込み誤差として約２％の余裕をもたせ、原子炉熱出力の上限値を１００％とした場合、約９８％の原子炉熱出力でのプラントの運転が必要となるが、より高精度な超音波流量計８を使用した場合の原子炉熱出力計算の見込み誤差を例えば０．３％と出来る場合、使用する流量計に対して適切な見込み誤差の余裕を確保しつつ、原子炉熱出力が１００％により近い９９．７％で、プラントを運転することが可能となる。原子炉熱出力計算に超音波流量計の計測値を使用する例としては、例えば特許文献１の例がある。

特許４３６９８６１号公報

原子炉熱出力は、給水や主蒸気のエンタルピーの収支計算によって計算されるため、給水質量流量を計算するときに使用した給水温度と、原子炉熱出力を計算する給水温度とでは、本来同じ値を使用すべきであるが、従来技術では信号の統一性が図られていないため、異なる値を使用してしまっている、という課題があった。例えば、特許４３６９８６１号公報の図１に示されている原子炉熱出力監視装置は、原子炉熱出力の計算に使用する流量計を切り替える処理において、原子炉熱出力演算手段に入力する給水質量流量信号、給水温度信号のうち、給水質量流量信号のみを切り替える構成となっている。しかし、背景技術で述べたように、フローノズル流量計と超音波流量計では、入出力する信号が異なるため、給水質量流量信号のみの切替えでは、原子炉熱出力の計算に使用するパラメータに不整合が発生する。すなわち、本来はそれぞれの流量計が給水流量を計算する際に使用した給水温度と給水圧力の値を、原子炉熱出力の計算にも使うべきであるが、従来技術のように給水質量流量信号のみの切替えでは、給水温度と給水圧力についてはフローノズル流量計が使用しているものを常に使用してしまっていた。

また、例えば、特許４３６９８６１号公報のように、通常超音波流量計を原子炉熱出力計算に使用し、フローノズル流量計は超音波流量計が故障時に使用するためのバックアップとして運用するプラント運転において、例えば、従来の計測器であるフローノズル流量計を主で使用し、プラントの状態を見て超音波流量計に切替える場合や、プラント運転中の機器の保守のために、一時的に熱出力計算に使用する給水流量計を、超音波流量計からフローノズル流量計に切替える場合がある。

上記のような流量計を切替える状況を想定すると、フローノズル流量計と超音波流量計は、理論的には同じ給水流量を計測しているが、それぞれの計測不確かさの範囲内で異なる給水流量の計測値を出力している。そのため、原子炉熱出力の計算に使用する流量計を切り替えると、給水流量一定のプラント定格運転中においても、原子炉熱出力が瞬間的に変化する事象が発生する。プラントを安定して運転するためには、原子炉熱出力の変動が小さいことが重要であり、上述のような原子炉熱出力が急変する事象を防ぐためには、フローノズル流量計と超音波流量計の給水流量の計測値を比較し、お互いが計測不確かさの範囲で重なっていることを確認して、原子炉熱出力の計算に使用する流量計を切り替える操作が必要となる。

しかし、従来の原子炉熱出力監視装置では、図５に示すように、フローノズル流量計の流量計測値の表示装置１００−ａと、超音波流量計の流量計測値の表示装置１００−ｅは、表示装置１００の別画面内などの、離れた場所に存在しており、フローノズル流量計と超音波流量計の流量計測値を同時に目視する手段がない。そのため、原子炉熱出力の計算に使用する流量計を切り替えた後の、原子炉熱出力の変動を予測することが困難であった。また、流量計切替え操作においては、上記計測値の比較をするために画面の切替え操作が多く発生することに加え、給水流量切替スイッチ操作装置１０１が表示装置とは別の操作盤であり、現在どちらの流量計を熱出力計算に使用しているかを判断する表示もないため、操作ミスを起こしやすいという課題があった。

また、ＢＷＲでは、給水流量と給水温度と給水圧力の給水関連パラメータは、上述の原子炉熱出力演算手段と供に、タービン性能などを演算するプラント性能演算手段や、プラントのパラメータ監視手段や、運転日誌記録手段などにも使用されるため、上述の原子炉熱出力の計算に使用する流量計の切替時と同様に、給水流量と給水温度と給水圧力の信号を切り替える必要がある。

本発明は、上述のフローノズル流量計と超音波流量計の流量計測値を比較しながら、原子炉熱出力に使用する流量計を切り替える操作の操作性を向上し、熱出力演算手段が出力する原子炉熱出力の急変を防止することを可能とする原子炉熱出力監視装置の提供、およびプラント性能計算などに使用する給水流量関連パラメータの統一を可能とする原子炉熱出力監視装置の提供を目的としている。

上記目的のために、本発明では、原子炉に給水する給水配管に設けられた複数個の給水流量計測手段による給水流量計測値と、前記給水配管に設けられた複数個の圧力計測手段による給水圧力計測値と、前記給水配管に設けられた複数個の温度計測手段による給水温度計測値を入力し、原子炉熱出力を出力する原子炉熱出力演算手段を備えた原子炉熱出力監視装置において、複数個の給水流量計測手段と、複数個の圧力計測手段と、前記給水配管に設けられた複数個の温度計測手段の組合せを複数個用意し、前記熱出力演算手段が使用する組合せを切り替える、原子炉熱出力演算使用計器切替手段を備えていることを特徴としている。なお、前記複数個の計測手段とは、同一の計器から分配されたものでもよいとする。

また、前記原子炉熱出力監視装置は、前記熱出力演算使用計器切替手段の出力を、プラント性能演算手段などにも分配し、原子炉熱出力演算手段とプラント性能演算手段が使用する給水流量関連パラメータを統一していることを特徴としている。

また、前記原子炉熱出力監視装置は、前記原子炉熱出力演算使用計器切替手段を操作する手段を、前記複数個の給水流量計測手段による給水流量計測値の表示手段と同時に目視できる位置に配置していることを特徴としている。

本発明の原子炉熱出力監視装置によれば、原子炉熱出力の計算に使用する給水流量計の切替え操作において、切替える信号を給水質量を演算したもので統一できるほか、操作性を向上して操作ミスの原因を削減することで、より安全にプラントを運転することができる。

本発明の一実施形態における原子炉熱出力監視装置の構成図である。本発明の一実施形態における流量計切替え操作画面を示す図である。本発明の警報処理手段の処理のアルゴリズムを示す図である。従来の原子炉熱出力監視装置の構成図である。従来の流量計切替え操作で使用する表示装置と給水流量切替スイッチ操作装置の位置関係を示す図である。

本発明の実施例を以下に説明する。

以下、本発明の好適な一実施例である原子炉熱出力監視装置を、図１を用いて説明する。原子炉熱出力演算手段２７は、給水質量流量２２、給水温度２３、および主蒸気流量などを入力し、これらの情報を用いて原子炉熱出力を算出して出力する。超音波流量計８およびフローノズル流量計６が質量流量を演算するシステム構成は、図４を用いて「背景技術」の欄で説明した構成と同じである。原子炉熱出力演算手段２７、およびタービン性能などを演算するプラント性能演算手段２９が使用する給水流量計は、給水流量計切替えスイッチ１９を介して、フローノズル流量計６と、超音波流量計８が接続されている。

給水流量計切替えスイッチ１９は、状態１、状態２の入出力の切替え状態を備えている。状態１は、図１の給水流量計切替えスイッチ１９の中で実線で示しており、超音波流量計演算装置１２から出力された超音波流量計給水質量流量２０、超音波流量計給水温度１４、圧力計給水圧力２をそれぞれ、給水質量流量２２、給水温度２３、給水圧力２４に接続している。また、状態２は、図１の給水流量計切替えスイッチ１９の中で破線で示しており、フローノズル流量計質量流量演算手段１６から出力されたフローノズル流量計給水質量流量１７、温度計給水温度３、圧力計給水圧力２をそれぞれ、給水質量流量２２、給水温度２３、給水圧力２４に接続している。したがって、給水流量計切替えスイッチ１９が状態１の場合は、原子炉熱出力演算手段２７、プラント性能演算手段２９は超音波流量計演算手段１３が出力する給水質量流量、および超音波流量計演算手段１３が給水質量流量を演算するのに使用した給水温度と給水圧力を使用し、状態２の場合は、フローノズル流量計質量流量演算手段１６が出力する給水質量流量、およびフローノズル流量計質量流量演算手段１６が給水質量流量を演算するのに使用した給水温度と給水圧力を使用することとなる。

流量計切替えスイッチ１９の状態１、状態２の切替え操作は、タッチパネル式操作手段３１によりなされる。タッチパネル式操作手段３１は、流量計切替えスイッチ１９に入力されている全ての信号を、出力元の流量計別にまとめた超音波流量計関連計測値４０、フローノズル流量計関連計測値４１と、流量計切替えスイッチ１９が状態１、状態２のどちらの状態にあるかを示す、流量計切替えスイッチ状態２１を入力して、タッチパネル式画面に表示する機能を備えている。また、タッチパネル上の操作を入力し、流量計切替えスイッチ１９の状態を状態１から状態２、もしくは、状態２から状態１に切替える、流量計切替えスイッチ切替え信号３０を出力する機能を備えている。

図２に、タッチパネル式操作手段３１の画面を示す。超音波流量計関連計測値表示グラフ５１−ａ〜５１−ｃ、超音波流量計関連計測値表示５２−ａ〜５２−ｃは、超音波流量計関連計測値４０として入力された値を、棒グラフおよび数値で表示している。同様に、フローノズル流量計関連計測値表示グラフ６０−ａ〜６０−ｃ、フローノズル流量計関連計測値表示６１−ａ〜６１−ｃは、フローノズル流量計関連計測値４１の値をそれぞれ表示する。また、流量計切替えスイッチ状態２１が状態１の場合は、超音波流量計熱出力計算使用中５６が点灯し、状態２の場合は、フローノズル流量計熱出力計算使用中６３が点灯し、現在どちらの給水流量計を熱出力計算に使用しているのかの情報を提供する。熱出力計算に使用する流量計の切替え操作は、超音波流量計使用ボタン６５−ａ、フローノズル流量計使用ボタン６５−ｂを押下することで実行される。すなわち、超音波流量計使用ボタン６５−ａを押下すると、タッチパネル式操作手段３１は、流量計切替えスイッチ１９の状態を状態１に切替える流量計切替えスイッチ切替え信号３０を出力し、フローノズル流量計使用ボタン６５−ａを押下すると、状態２に切替える流量計切替えスイッチ切替え信号３０を出力する。

また、本実施例の原子炉熱出力監視装置は、超音波流量計関連計測値４０を入力し、それぞれの値が例えば０〜５０００などの、あらかじめ設定した上下限値を逸脱しているかを監視して、逸脱した場合は自動的に警報処理手段２６へ超音波流量計上下限逸脱信号３２を出力する、プラント異常検出手段３１を備えている。

プラント異常検出手段３１は、超音波流量計自己診断手段１０から出力された「正常」、「注意」、「故障」いずれかの自己診断結果１８と、プラント異常検出手段３１から出力された超音波流量計上下限逸脱信号３２を入力し、超音波流量計異常流量計切替え信号３３を出力する。プラント異常検出手段３１の処理のアルゴリズムを図３に示す。本発明は、超音波流量計を優先して使用する状況を想定しており、超音波流量計が故障した場合に、バックアップとして待機しているフローノズル流量計を使用するロジックとなっている。すなわち、自己診断結果１８が「正常」以外の、「注意」もしくは「故障」である場合と、プラント異常検出手段３１が超音波流量計上下限逸脱信号３２を出力している場合に、超音波流量計異常流量計切替え信号３３を出力する。給水流量計切替えスイッチ１９は、超音波流量計異常流量計切替え信号３３が入力されると、切替え状態が状態１である場合、切替え状態を状態２に変更し、切替え状態が状態２である場合はなにもしない。

１給水圧力計測手段、３給水温度計測手段、６フローノズル流量計、８超音波流量計、１２超音波流量計演算装置、１６フローノズル流量計質量流量演算手段、１９給水流量計切替えスイッチ、２７原子炉熱出力演算手段、３１タッチパネル式操作手段。

Claims

原子炉に給水する給水配管に設けられた複数個の給水流量計測手段による給水流量計測値と、前記給水配管に設けられた複数個の温度計測手段による給水温度計測値を入力し、原子炉熱出力を出力する原子炉熱出力演算手段を備えた原子炉熱出力監視装置において、
前記複数個の給水流量計測手段と、前記複数個の温度計測手段の組合せを複数個用意し、前記熱出力演算手段が使用する組合せを切り替える、原子炉熱出力演算使用計器切替手段を備えていることを特徴とする原子炉熱出力監視装置。
前記原子炉熱出力演算使用計器切替手段を操作する手段を、前記複数個の給水流量計測手段による給水流量計測値の表示手段と同時に目視できる位置に配置している請求項１に記載の原子炉熱出力監視装置。
前記複数個の給水流量計測手段が、超音波流量計とフローノズル流量計である請求項２に記載の原子炉熱出力監視装置。