JP2012122970A - ジェットポンプ計測用配管の補修方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水中で計測用配管が水平方向に設置されているジェットポンプの下部で発生した破断事象に対応し得るジェットポンプ計測用配管の補修方法を提供する。
【解決手段】原子炉圧力容器内の炉水中に設けられたジェットポンプの下部に水平方向に設置された計測用配管の破断部を補修するジェットポンプ計測用配管の補修方法であって、破断部を含む計測用配管を切断除去する切断除去ステップＳ１と、残存した計測用配管を接続するための接続配管をクランプでジェットポンプに保持する保持ステップＳ２と、接続配管により残存した計測用配管を接続する接続ステップＳ３とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、沸騰水型原子炉におけるジェットポンプのディフューザに設けられた計測用配管を補修するためのジェットポンプ計測用配管の補修方法に関する。

従来、沸騰水型原子炉では、出力密度を高くするため、原子炉圧力容器の外部に設置した再循環ポンプと、原子炉圧力容器の内部に設置したジェットポンプとを組合せた、いわゆるジェットポンプシステムが採用されている。

図１３に示すように、ジェットポンプ４は、ダウンカマ部３内において軸を鉛直方向とする原子炉圧力容器１とシュラウド２との間で、周方向に沿って等間隔に複数設置されている。これらのジェットポンプ４は、図１４に図１３の要部を拡大して示すように、ライザ管５を有する。このライザ管５は原子炉圧力容器１に固定されており、再循環ポンプの再循環入口ノズル６から供給された冷却材を炉内に導入する。

ライザ管５の上部には、トランジションピース１４を介して一対のエルボ７Ａ，７Ｂが接続されている。これら一対のエルボ７Ａ，７Ｂには、一対の混合ノズル８Ａ，８Ｂを介して一対のインレットスロート９Ａ，９Ｂが接続されている。この一対のインレットスロート９Ａ，９Ｂには、それぞれディフューザ１０Ａ，１０Ｂが接続されている。

なお、以下では、インレットスロート９Ａ，９Ｂ、ディフューザ１０Ａ，１０Ｂを共通して示す場合、あるいは一括して示す場合は、それぞれインレットスロート９、ディフューザ１０として説明する。

さて、原子力発電プラントの出力制御を行う上で、通常運転中のジェットポンプ４の流量を測定することは重要である。このため、ディフューザ１０Ａ，１０Ｂの上下部に計測用配管１１を設け、この計測用配管１１により運転中のディフューザ１０における上下部の静圧差を測定し、この測定値をプラント使用前に測定した較正値により較正し、ジェットポンプ４の流量を算出している。

この計測用配管１１は、ディフューザ１０の上下部の静圧孔に溶接され、ディフューザ１０に固定されている支持部材としてのブロック１２及び図１５に示すサポート１３により溶接支持されている。また、計測用配管１１は、図１６（ａ），（ｂ）に示すようにジェットポンプ４の下部において複雑な状態で配置され、ジェットポンプ計測用ノズル１５を経て炉外配管と接続されている。このジェットポンプ計測用ノズル１５は、原子炉圧力容器１の水平断面における対称位置に２箇所設けられている。

このような構成のジェットポンプ４は、約３００℃の高温度に加え図示しない再循環ポンプから送り込まれる高速大流量の冷却水の流れにより、他の機器に比較して厳しい条件下で使用される。このため、各部材には大きな負荷が作用し、特に計測用配管１１はディフューザ１０の再循環ポンプから送り込まれる高速大流量の冷却水の流れにより発生した流体振動の影響を直接またはブロック１２、サポート１３を介して受け、厳しい応力が作用する。したがって、計測用配管１１は、破断を生じるという事象が現在までに数件発生している。このように計測用配管１１が破断した場合は、ジェットポンプ４の流量が測定することができないため、原子炉の出力制御に支障を与えることになり、補修作業は急務であるといえる。

ここで、計測用配管１１は、図１６（ｂ）に示す通り原子炉圧力容器１とシュラウド２との間の狭い環状空間１６に配置されるとともに、計測用配管１１の上方には図１４に示す通りライザ管５及びインレットスロート９などが配置されている。図１５に示す計測用配管１１のサポート１３付近の水平部がシュラウド２に最も接近して設置され、シュラウド２との間隔は１５０ｍｍにも満たない空間である。

また、この計測用配管１１の水平部の上部には、シュラウド２の中間胴がオーバーハングして上方を覆っている。このため、計測用配管１１の補修機器の形状、大きさ、補修方法などが非常に限られ、非常に困難な補修作業となる。

さらに、計測用配管１１が設置されている周辺は、高放射線区域にあることから、その配管部へ作業員が接近して作業することは極めて困難である。以上のことから計測用配管１１の補修作業は、水中で炉心真上から遠隔的に実施する以外に方法がないということが現状である。

このような計測用配管１１の補修方法として、例えば炉水を排水して実施する溶接装置や、水中レーザ溶接装置を用いた補修方法がある。（例えば特許文献１、２参照）

特許第４２９８５２７号公報 特開２００４−２０９５１５号公報

ところで、上述した計測用配管１１は、その破断事象の多くが計測用配管１１とブロック１２との溶接部において発生し、その補修方法も従来ではジェットポンプ４の鉛直方向に設置された計測用配管１１のみを対象としたものしか提案されていない。

また、上述した図１４及び図１５に示すように計測用配管１１の水平部の設置位置は、非常に狭隘部であるため、特許文献１、２に記載された技術では当該部の補修は困難である。

さらに、上述したように計測用配管１１の水平部は、位置的理由から補修が困難である上、さらに補修工程を短縮するためにも、水中での遠隔補修作業は必須要件となる。そのため、計測用配管１１の水平部が破断した場合は、水中遠隔での補修方法を確立することが望まれていた。

本発明は上述した事情を考慮してなされたものであり、水中で計測用配管が水平方向に設置されているジェットポンプの下部で発生した破断事象に対応し得るジェットポンプ計測用配管の補修方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るジェットポンプ計測用配管の補修方法は、原子炉圧力容器内の炉水中に設けられたジェットポンプの下部に水平方向に設置された計測用配管の破断部を補修するジェットポンプ計測用配管の補修方法であって、前記破断部を含む前記計測用配管を切断除去する切断除去ステップと、残存した前記計測用配管を接続するための接続配管をクランプで前記ジェットポンプに保持する保持ステップと、前記接続配管により残存した前記計測用配管を接続する接続ステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、水中で計測用配管が水平方向に設置されているジェットポンプの下部で発生した破断事象に対応可能であり、破断部を接続する作業性を向上させることができる。

本発明に係るジェットポンプ計測用配管の補修方法の第１実施形態を示すフローチャートである。 第１実施形態で用いる切除装置と水平部が破断した計測用配管を示す概略斜視図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は第１実施形態で用いる切除装置の配管破断部側を示す側面図，切断部の正面図，掴み具の正面図である。 （ａ），（ｂ）は第１実施形態で用いる他の切除装置の配管破断部反対側を示す側面図，掴み具の正面図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は第１実施形態で用いるサポート切除用の切除装置を示す正面図，切断部の正面図，ガイドの正面図である。 第１実施形態で用いるクランプの取付前の状態を示す斜視図である。 第１実施形態で用いるクランプの取付状態を示す拡大斜視図である。 第１実施形態で用いる形状記憶合金製の接続配管を示す断面図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は図７の形状記憶合金製の接続配管におけるドライバの拡管順序を示す工程図である。 図７の形状記憶合金製の接続配管を加熱するヒータを示す斜視図である。 （ａ），（ｂ）は第２実施形態で用いる食い込み継手の接続配管を示す正面図，部分断面図である。 第３実施形態で用いる隅肉溶接の接続配管を示す拡大断面図である。 沸騰水原子炉の概略構成を示す立断面図である。 図１２に示したジェットポンプの要部を拡大して示す斜視図である。 従来のジェットポンプ計測用配管の取付状態を示す立面図である。 （ａ），（ｂ）は従来のジェットポンプ計測用配管を示す構成図である。

以下に、本発明に係るジェットポンプ計測用配管の補修方法の各実施形態について、図面を参照して説明する。

なお、以下の各実施形態では、図１３〜図１６と同一の部分には、同一の符号を付して説明する。また、以下の各実施形態では、軸を鉛直方向とした原子炉圧力容器１内の炉水中に設けられたジェットポンプ４のディフューザ１０に、水平方向に設置された計測用配管１１が破断した際、その破断部を補修する場合について説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明に係るジェットポンプ計測用配管の補修方法の第１実施形態を示すフローチャートである。このフローチャートは、計測用配管１１の水平部が破断した際に適用される補修用のフローチャートである。

本実施形態の補修方法は、図１に示すように大略的に計測用配管１１及びサポート１３を切断除去するステップＳ１と、クランプを取り付けるステップＳ２と、計測用配管１１を接続するステップＳ３とを有する。

次に、ステップＳ１で用いる切除装置について説明する。

図２は第１実施形態で用いる切除装置と水平部が破断した計測用配管を示す概略斜視図である。図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は第１実施形態で用いる切除装置の配管破断部側を示す側面図，切断部の正面図，掴み具の正面図である。図４（ａ），（ｂ）は第１実施形態で用いる他の切除装置の配管破断部反対側を示す側面図，掴み具の正面図である。図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は第１実施形態で用いるサポート切除用の切除装置を示す正面図，切断部の正面図，ガイドの正面図である。なお、図２に示す切除装置と図３に示す切除装置は、図面上は外観形状がやや異なるものの、同じ切除装置とする。

図２及び図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、切除装置２４は、破断して切断すべき計測用配管１１をガイドするガイド部２５と、このガイド部２５によりガイドされた計測用配管１１を把持する掴み具２６と、この掴み具２６により掴まれた部分の計測用配管１１の近傍を切断する切断部２７とを備えている。

また、切除装置２４には、原子炉内に昇降自在な吊り具２０が装備され、この吊り具２０を用いて切除装置２４を遠隔カメラなどで周囲を確認しながら計測用配管１１の破断部まで移動させる。ここで、切除装置２４は、厚さが１００ｍｍ以下であることから、計測用配管１１の破断部まで降下し易く、シュラウド２とディフューザ１０との間の狭隘部でも切断作業などが可能である。

同様に、他の切除装置２４ａも図４（ａ），（ｂ）に示すように、計測用配管１１をガイドするガイド部２５ａと、このガイド部２５ａによりガイドされた計測用配管１１を把持する掴み具２６ａと、この掴み具２６ａにより掴まれた部分の計測用配管１１の近傍を切断する切断部２７ａとを備えている。

また、サポート１３を切断する切除装置２４ｂは、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すようにサポート１３をガイドするガイド部２５ｂと、このガイド部２５ｂによりガイドされたサポート１３を把持する掴み具２６ｂと、この掴み具２６ｂにより掴まれた部分のサポート１３の近傍を切断する切断部２７ｂとを備えている。

したがって、本実施形態は、計測用配管１１の切除用として図３及び図４に示す２種類の切除装置２４，２４ａを有し、サポート１３の切除用として図５に示す切除装置２４ｂを有している。これらの切除装置２４，２４ａ，２４ｂは、それぞれの異なる形のガイド部２５，２５ａ，２５ｂと、計測用配管１１又はサポート１３を挟むためにはさみ状に構成された掴み具２６，２６ａ，２６ｂが設置されている。これらの切除装置２４，２４ａ，２４ｂを用いて切断することで、計測用配管１１又はサポート１３に対して安定した状態で正確な位置を切断することが可能となる。

上記計測用配管１１及びサポート１３を切断するステップＳ１の詳細な動作を説明する。

まず、ステップＳ１ａでは、例えば図２及び図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す切除装置２４，２４ｂを計測用配管１１のサポート１３に設置する。次いで、ステップＳ１ｂでは、切除装置２４，２４ｂの掴み具２６，２６ｂにより計測用配管１１及びサポート１３を把持する。さらに、ステップＳ１ｃでは、計測用配管１１及びサポート１３をそれぞれ切除装置２４，２４ｂの切断部２７，２７ｂにより切断する。その後、切断した計測用配管１１及びサポート１３を回収する。

このようにステップＳ１では、切除装置２４，２４ｂをサポート１３に設置し、切除装置２４，２４ｂの掴み具２６，２６ｂでそれぞれ計測用配管１１、サポート１３を把持し、切断部２７，２７ｂで計測用配管１１及びサポート１３を切断した後、これらを回収する。

また、切除装置２４，２４ｂは、破断部周辺の計測用配管１１及びサポート１３の一部を切断した後、切断したサンプル（配管１１及びサポート１３）は掴み具２６，２６ｂで保持したまま回収する。この掴み具２６，２６ｂは、エアーを供給することにより駆動するが、補助機能として例えばばねなど弾性付与部材が取り付けられ、仮にエアーの供給がなくなった場合でも上記ばねの弾性力により切断したサンプルを炉内に落下させることなく把持して、回収できる。

なお、切除装置２４に装備されている切断部２７は、放電加工又は機械加工に変更できる。また、切除装置２４，２４ｂでそれぞれ計測用配管１１及びサポート１３を切除した後、この切除部を補うためのスプールピース２８は、形状を変形させることにより計測用配管１１の破断部の形状に対応して補修することが可能である。さらに、本実施形態スプールピース２８は、計測用配管１１と同様の形状であるが、異なる形状であってもよく、つまり計測用配管１１の切除部を補う管状のものであればよい。

次に、クランプを取り付けるステップＳ２の詳細な動作を説明する。

図６は第１実施形態で用いるクランプの取付前の状態を示す斜視図である。図７は第１実施形態で用いるクランプの取付状態を示す拡大斜視図である。

ステップＳ２ａでは、図６に示すように両端に形状記憶合金（ＳＭＡ）製の接続配管３０が接続されたスプールピース２８を保持したクランプ２９を、図示しない吊り具を用いてサポート１３の残存部に設置する。次いで、ステップＳ２ｂでは、図７に示すようにクランプ２９のボルト（図示せず）を締め付け、クランプ２９をサポート１３の残存部に固定する。

すなわち、ステップＳ２では、ジェットポンプ４のディフューザ１０のサポート１３上にクランプ２９を設置し、このクランプ２９を固定する。スプールピース２８は、図６及び図７に示すようにクランプ２９で保持した状態で計測用配管１１の破断部まで吊り込み、サポート１３の一部の残存部を利用して高さ方向及び周方向の位置出しを行う。

そのため、スプールピース２８を確実に保持することのできるクランプ２９には、スプールピース２８が接続されており、計測用配管１１の切除部にスプールピース２８を補填する。このスプールピース２８の両端には、図６に示すように一定温度に達すると、形状が回復する特性を備えた形状記憶合金製の接続配管３０が接続されている。

このようにステップＳ２は、残存した計測用配管１１を接続するための接続配管３０をクランプ２９でジェットポンプ４に保持する保持ステップである。

次に、計測用配管１１を接続するステップＳ３の詳細な動作を説明する。

図８は第１実施形態で用いる形状記憶合金製の接続配管を示す断面図である。図９（ａ），（ｂ），（ｃ）は図８の形状記憶合金製の接続配管におけるドライバの拡管順序を示す工程図である。図１０は図８の形状記憶合金製の接続配管を加熱するヒータを示す斜視図である。

スプールピース２８の両端に、一定温度に達すると形状が回復する特性を備えた形状記憶合金製の接続配管３０が接続されており、この接続配管３０の端部に切断した既存の計測用配管１１を差込んで接続する（ステップＳ３ａ）。

ここで、形状記憶合金製の接続配管３０は、図８に示すようにドライバ１７と、このドライバ１７の内周面に嵌め込まれたライナ１８とを備えている。事前準備として、この形状記憶合金製の接続配管３０は、ドライバ１７を形状変化可能な温度域まで液体窒素やドライアイスなどの冷却部材で冷却する。

そして、ドライバ１７を冷却した状態で、図９（ａ），（ｂ）に示すように下部が細径のテーパが形成された棒材１９をドライバ１７内に荷重を加えて挿入することにより、内周部に複数の爪部１８ａを有するライナ１８が収まる径までドライバ１７の内径を拡管する（図９（ｃ）参照）。また、ライナ１８の内径は、計測用配管１１が無理なく挿入可能な程度の径とし、拡管したドライバ１７内にライナ１８を挿入する。

このように準備した形状記憶合金製の接続配管３０は、遠隔操作用の掴み具などを用いて、破断した計測用配管１１の端部をドライバ１７の両端からそれぞれ挿入する。

次いで、ステップＳ３ｂでは、破断した計測用配管１１の端部を挿入した時点で、図９に示すように形状記憶合金製の接続配管３０の外面を均等に加熱するヒータ３１を炉内に設置し、拡管前の大きさに戻るまでドライバ１７を加熱する。

ヒータ３１は、図１０に示すように管の一部を軸方向に切断した形状に形成され、発熱源からの熱の放射と対流を利用して加熱対象である形状記憶合金３０を均一に加熱することが可能である。このヒータ３１は、取り外しも容易であるため、炉内の狭隘部でも使用可能である。

ヒータ３１により加熱されたドライバ１７は、自身が収縮することで、ドライバ１７内のライナ１８が圧縮される。これにより、ライナ１８の内周部に形成された爪部１８ａが計測用配管１１に食い込むことで、計測用配管１１との接続力を増大するとともに、シール性を向上させることが可能となる（ステップＳ３ｃ）。

このように本実施形態によれば、原子炉圧力容器１内の炉水中に設けられたジェットポンプ４の下部に水平方向に設置された計測用配管１１が破断した際、計測用配管１１の破断部を切断除去した後、その切断部をスプールピース２８を介して形状記憶合金３０により接続する。このため水中で計測用配管１１が水平方向に設置されている下部の狭隘箇所で発生した破断事象に対応可能であり、破断部を接続する作業性が向上し、補修作業工期を短縮することが可能となる。

また、本実施形態によれば、切除装置２４，２４ｂにより切断したサンプルは、掴み具２６，２６ｂで保持したまま回収するため、サンプルの破断面から原因調査を実施することも可能である。

なお、本実施形態では、計測用配管１１の破断部を切断した後、その切断部をスプールピース２８を介して形状記憶合金３０により接続するようにしたが、これに限らずスプールピース２８を介在させることなく、計測用配管１１の切断部を形状記憶合金３０により直接接続するようにしてもよい。

（第２実施形態）
図１１（ａ），（ｂ）は第２実施形態で用いる食い込み継手の接続部を示す正面図，部分断面図である。

本実施形態では、図１のステップＳ３で用いる接続部が前記第１実施形態のような形状記憶合金（ＳＭＡ）製の接続部３０ではなく、図１０（ａ），（ｂ）に示すような食い込み継手４０としている。接続配管以外は、前記第１実施形態と同様である。

食い込み継手４０は、図１１（ａ），（ｂ）に示すように継手本体４１と、ユニオンナット４２と、スリーブ４３の３つの部品から構成されている。

まず、食い込み継手４０に一方の挿入口に、破断した計測用配管１１の一端を挿入した後、ユニオンナット４２を締め付けると、スリーブ４３のカッティングエッジが計測用配管１１に食い込み、計測用配管１１を保持するとともに、スリーブ４３と計測用配管１１との間をシールする。スリーブ４３の外周面は、継手本体４１のテーパ面に圧着し、スリーブ４３と継手本体４１との間をシールする。

さらに、食い込み継手４０に他方の挿入口に、破断した計測用配管１１の他端を挿入した後、ユニオンナット４２を締め付けることにより、計測用配管１１が接続される。なお、ユニオンナット４２の締め付け作業は、小型遠隔ラチェットレンチなどを用いて実施可能であるため、炉内の狭隘部でも締付け可能である。

このように本実施形態によれば、接続配管として食い込み継手４０を用いたことにより、前記第１実施形態と同様に準備期間、補修工期の短い健全な補修方法を提供することが可能である。

なお、本実施形態では、破断した計測用配管１１の一端と他端を食い込み継手４０により直接接続するようにしたが、これに限らず前記第１実施形態のように破断した計測用配管１１の一端と他端とをスプールピース２８を介して、それぞれ食い込み継手４０を用いて接続するようにしてもよい。

（第３実施形態）
図１２は第３実施形態で用いる隅肉溶接の接続部を示す拡大断面図である。

本実施形態では、水平部が破断した計測用配管１１の一端と他端とを接続配管である継手４５を介して溶接することにより接続するようにしている。

次に、計測用配管１１の一端と他端とを継手４５を介して溶接する溶接作業について説明する。

図１２に示すように、計測用配管１１と同材の継手４５を遠隔操作用の掴み具などを用いて炉内に挿入する。そして、継手４５に破断した計測用配管１１の片側一端を挿入して計測用配管１１の周方向に隅肉溶接を実施して隅肉溶接部４６を形成する。

次いで、継手４５と配管１１の片側一端の接続が終了した後は、溶接していない片側他端の計測用配管１１を継手４５に挿入し、同様に溶接することで計測用配管１１が接続される。このとき、溶接方法は、水平方向の計測用配管１１の溶接にも対応可能な水中レーザ溶接などで実施する。

このように本実施形態によれば、水中レーザ溶接機を溶接位置に下ろす作業のみであるため、小スペースでの作業が可能である。

なお、本実施形態では、破断した計測用配管１１の一端と他端とを継手４５を用いて直接溶接するようにしたが、これに限らず前記第１実施形態のように破断した計測用配管１１の一端と他端とをスプールピース２８を介して、それぞれ継手４５を用いて溶接するようにしてもよい。

１…原子炉圧力容器
２…シュラウド
３…ダウンカマ部
４…ジェットポンプ
５…ライザ管
６…再循環入口ノズル
７Ａ，７Ｂ…エルボ
８Ａ，８Ｂ…混合ノズル
９，９Ａ，９Ｂ…インレットスロート
１０，１０Ａ，１０Ｂ…ディフューザ
１１…計測用配管
１２…ブロック（支持部材）
１３…サポート（支持部材）
１４…トランジションピース
１５…ジェットポンプ計測用ノズル
１６…環状空間
１７…ドライバ
１８…ライナ
１８ａ…爪部
１９…棒材
２０…吊り具
２４…切除装置
２５…ガイド部
２６…掴み具
２７…切断部
２８…スプールピース
２９…クランプ
３０…形状記憶合金製の接続配管
３１…ヒータ
４０…食い込み継手（接続配管）
４１…継手本体
４２…ユニオンナット
４３…スリーブ
４５…継手（接続配管）
４６…隅肉溶接部

Claims (6)

1. 原子炉圧力容器内の炉水中に設けられたジェットポンプの下部に水平方向に設置された計測用配管の破断部を補修するジェットポンプ計測用配管の補修方法であって、
   前記破断部を含む前記計測用配管を切断除去する切断除去ステップと、
   残存した前記計測用配管を接続するための接続配管をクランプで前記ジェットポンプに保持する保持ステップと、
   前記接続配管により残存した前記計測用配管を接続する接続ステップと、
   を有することを特徴とするジェットポンプ計測用配管の補修方法。
2. 前記接続ステップで用いる接続配管は、形状記憶合金で接続することを特徴とする請求項１に記載のジェットポンプ計測用配管の補修方法。
3. 前記切断除去ステップは、前記ジェットポンプのディフューザに前記計測用配管を溶接支持するための支持部材も切断することを特徴とする請求項１に記載のジェットポンプ計測用配管の補修方法。
4. 前記切断除去ステップの後に、前記切断除去した計測用配管及び前記支持部材を回収する回収ステップを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のジェットポンプ計測用配管の補修方法。
5. 前記接続ステップは、前記切断除去ステップで切断した計測用配管を補填するスプールピースの両端を、前記接続配管を介して既存の計測用配管と接続することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のジェットポンプ計測用配管の補修方法。
6. 前記回収ステップの後に、前記切断除去後に残存する前記支持部材を用いて前記スプールピースの位置出しを行うことを特徴とする請求項４又は５に記載のジェットポンプ計測用配管の補修方法。

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