JP2012513006A - 蒸気注入を行う化学洗浄方法及び化学洗浄システム - Google Patents

Abstract

洗浄溶剤への直接蒸気注入により目標温度範囲を維持している間に化学洗浄溶剤及び／又は溶剤を導入することにより熱交換器及び同様の容器を洗浄する方法及び装置が開示される。この蒸気は、前記熱交換器に直接注入されてもよく、洗浄溶剤を再循環するため又は前記熱交換器に注入される流体と混合するために暫定側ループに注入されてもよい。本開示の方法は、化学的に還元性の環境において熱交換器から金属酸化物を除去するのに適しており、また、化学的に賛成の環境において銅等の金属種を除去するのに適している。直接蒸気注入によって洗浄溶剤を加熱するときの熱伝導効率を向上させるために、気体スパージングにより、又は複数の熱交換器が同時に洗浄される場合には熱交換器間で流体を移動されることにより、熱交換器の二次側における混合が改善される。

Description

本出願は、米国特許仮出願第61/119,791号に基づく優先権を主張するものであり、この米国特許仮出願の開示は、参照により全体として本明細書に組み込まれる。

本発明は、加圧水型原子炉（PWR）における蒸気発生器等の熱交換器又は容器の化学洗浄又は化学洗浄と機械的洗浄との混合洗浄に適用される。洗浄により取り除かれる物質には、例えば、熱交換器又は容器の二次（沸騰）側に存在するものが含まれ、金属酸化物（例えば、磁鉄鉱）、金属種（例えば、銅）、その他の不純物（例えば、鉱物種）又は老廃物が含まれる。これ以外にも、本明細書において説明される方法は、分散剤やスケール調整剤溶液等の沈着物又は老廃物を管理する方法に関連して用いることもできる。分散剤やスケール調整剤溶液は、熱交換器や容器における沈着物の堆積を緩和するためや、一旦堆積した沈着物の化学構造を変化させるために熱交換器や容器に加えられる。本明細書において説明される方法及びシステムは、除染溶液又は熱交換器又は容器用の他の洗浄法とともに用いることもできる。この他の洗浄法には、温度制御が必要とされ又は温度制御が望ましい容器、熱交換器、又は流体系から核廃棄物等の廃棄物を除去することを含む。

化学的手法及び機械的手法のいずれの方法によっても、熱交換器の二次側、より具体的には加圧水型原子炉（PWR）蒸気発生器の二次側又は沸騰側から沈着物を除去できる。化学的手法には高温化学洗浄及び低温化学洗浄が含まれ、機械的手法には圧力パルス法、ウォータージェット法、ウォーターランス法、又は水もしくは化学溶液を用いたバンドルフラッシュ法が含まれる。化学的手法及び機械的手法を同時に又は順次実行することにより両手法が組み合わされることも多い。

様々な化学洗浄法が、一般には熱交換器及び容器を洗浄するため、具体的には原子力蒸気発生器を洗浄するために用いられている。これらの化学洗浄法の多くは、Frenier, W., "Technology for Chemical Cleaning of Industrial Equipment," NACE International The Corrosion Society, 2001にて説明されている。以下で述べるように、PWR蒸気発生器等の発電プラント用熱交換器及び容器のための２種類の基本的な化学洗浄法がある。すなわち「オンライン」（プラント熱）洗浄法と「オフライン」（外部熱）洗浄法である。オフライン法は、化学溶液の供給、加熱、ポンピング、混合、冷却、及び廃液を、一時的に設置された外部装置を利用して実行するプロセスを表す。オフライン法に関連する装置構成は非常に複雑であることが多く、設置及び動作に多くの時間と労力を要する。しかしながら、外部プロセスの実施中にはプラントが完全に停止されるので、安全面、プロセス制御、及び他の経済的理由から、この種のプロセスが望ましい洗浄法であると考えられることも多い。オフライン法においては、洗浄動作による有害な副次的影響が確実に発生しないようにするために、蒸気発生器等の容器内部に電気化学的腐食監視装置を設置する。洗浄プロセス中に通常外のプロセスや化学的条件に起因して容器又は蒸気発生器内部が過度に腐食していないことを確実にするために、一時的なサンプルラインを介して液体試料が採取され、プロセスが監視される。

PWR等の発電所における洗浄プロセスの温度を制御するために一次側から二次側への熱伝導を利用するプロセスは、「プラント熱」法又は「オンライン」法と称されている。オンライン法によれば、炉心からの崩壊熱（加熱用）等のプラントシステムやプラント残留熱除去（RHR）システム（冷却用）を用いることにより、二次側（沈着物の発生位置）の加熱及び冷却がプラントの一次側から行われるため、装置の設置や人手に関する要求事項が大きく減少する。このように、外部の加熱装置又は冷却装置は不要となる。プラント熱法はプラントが「オンライン」のときに実行されるので、洗浄前に蒸気発生器等の容器にアクセスすることがなく、腐食監視装置を蒸気発生器等の容器内部に設置することができない。洗浄溶剤のサンプルを得るためには蒸気発生器等の容器がプラントシステムによって部分的に排出される必要があるので、「オンライン」法においては液体サンプルの採取は非常に難しい。このように、「オンライン」法においては、プロセス監視が各段に難しい。従来の「オンライン」洗浄処理の際に、過剰な腐食やそれ他の基準外の化学的条件が発生することが知られている（2008年9月15日〜18日にドイツのベルリンで行われた"NPC '08 Berlin, International Conference on Water Chemistry of Nuclear Reactor Systems"で発表された"Application of AREVA Inhibitor-Free High Temperature Chemical Cleaning Process against Blockages on SG Tube Supports," Dijoux, M. et alを参照）。

原子力蒸気発生器の洗浄に関して、今日使用されている溶剤及びプロセスに結びつく初期の研究の多くは、電力研究所（Electric Power Research Institute（EPRI））のSteam Generator Owners Group（SGOG）によって委託されたもので、「Chemical Cleaning
Solvent and Process Testing」（1983年4月）と題されたEPRI-2976及び「Steam Generator Chemical Cleaning Process Development」（1983年4月）と題されたEPRI NP-3009を含む複数の報告書に記録されている。

これら以外に、低濃度の化学溶剤を使用して沈着物を部分的に除去・分離し又は沈着物の性質を変化させる洗浄プロセスが、米国特許第5,841,826号（以下「Rootham I」という。）、米国特許第6,740,168号（以下「Rootham II」という。）、及び米国特許第7,344,602号（以下「Varrin」という。）において説明されている。これらのプロセスはオンライン法として実施されることが多いが、プラント固有の事情に基づいてオフライン法で実行することもできる。

沈着物を完全に除去するための化学洗浄法において、高温プロセスとは、一般に、例えば285〜428°Ｆ（140〜220℃）で実行されるプロセスを示す（米国特許第5,264,041号（以下「Kuhnke」という。）参照）。これらのプロセスの多くは、保守又は燃料交換のためにプラントが停止しているときに、プラントの一次側から伝達される熱によって維持される温度で行われる。上述のように、これらのプロセスは化学洗浄において「オンライン」法と称される。プラント又は原子炉冷却システムの一次側はPWRプラントの閉ループ部分であり、この閉ループ部分には、燃料、原子炉、原子炉冷却ポンプ、加圧器、多数の原子炉制御システム及び安全システム、並びに蒸気発生器内部の配管が含まれる。他方、二次側は、蒸気発生器内の上記配管の外面、蒸気導管、タービン、復水器、多段のポンプ、及び給水加熱器を含むプラントの一部分である。

低温プロセスは、一般に、（１）一次側から二次側への熱伝導（「オンライン」）又は（２）原子炉格納建造物の外に設置される一時的装置の使用（「オフライン」）のいずれかにより維持される温度を利用して例えば85°Ｆ〜285°Ｆ（30℃〜140℃）で実行されるプロセスを指す。典型的な一時的装置は、外部熱交換器を介して主要化学洗浄処理ループと間接的に熱を交換する外部加熱ループを含む（以下の説明を参照）。熱は、通常、可搬蒸気ボイラーによって外部加熱ループに供給されるが、電気加熱器又は隣接する発電所からの蒸気によって供給されてもよい。蒸気を用いる場合には、蒸気は熱交換器の一方の側で凝縮され、洗浄溶剤とは混合されない（直接蒸気注入に対して間接加熱とも称される）

PWR型原子炉における原子炉格納建造物は、原子炉（一次ループ）及び蒸気発生器を収容する。蒸気発生器の「二次側」で生成された蒸気は、原子炉格納建造物内の貫通孔を通る蒸気導管を介して蒸気発生器から流出してタービン発電機を満たす。凝縮された蒸気又は「給水」は、上記の給水加熱器、ポンプ、及びこれら以外の装置を収容する付属建造物を通って復水器から原子炉格納建造物内の別の貫通孔を介して蒸気発生器に戻る。原子炉格納建造物境界の一時的な貫通孔も利用できるが、その大きさ及び数は限定的であることが多い。これらの貫通孔は一時的装置を蒸気発生器と接続するために用いられることが多いが、貫通孔の大きさ及び数が限定的であるため、格納容器外部にある複雑な洗浄装置構成を蒸気発生器に連結又は接続することは困難である。

PWR型原子炉には、二種類の基本的な蒸気発生器（SG）が存在する。その一つは、再循環蒸気発生器（RSG）として知られているものである。RSGにおいては、一次冷却水が底部近くで蒸気発生器に出入りするように、一次側と二次側との境界を構成するＵ字型の配管が垂直方向に配置されている。配管「束」は、数千の配管を含むことができる。他の種類の蒸気発生器は、貫流蒸気発生器（OTSG）として知られているものである。OTSGにおいては、一次冷却水が蒸気発生器の上部から入って底部から出るように、直線状の配管が垂直に配置されている。RSGとOTSGのいずれにおいても、蒸気は配管の外部で生成される。いずれの種類の蒸気発生器も定期的に化学洗浄又は調整を行って熱効率や配管材料の腐食の懸念を軽減させることが必要となる。

一般に、化学洗浄溶剤を準備、加熱、冷却、及び再循環させるための一時的装置を使用するオフライン原子力蒸気発生器化学洗浄法では、大量の装置が必要とされる。一時的洗浄装置の必要性については、Partridge, M. J.＝J. A. Gorman著「Guidelines for Design of PWR Steam Generator Chemical Cleaning Systems」カリフォルニア州パロアルト、Electric Power Research Institute、1983年1月に詳しく説明されている。この文献は、専用のフローループ又は「充填・浸漬・排出（fill, soak, and drain）」法として知られるプロセスを用いるPWR蒸気発生器のオフライン「外部熱」化学洗浄のための方法を説明している。「充填・浸漬・排出」法は、米国特許第5,257,296号（以下「Buford」という。）においても説明されている。「充填・浸漬・排出」法においては、化学溶剤は、混合・予熱されて蒸気発生器に供給され、温度が望ましくない程度に下降するまで蒸気発生器を浸し、続いて蒸気発生器の外部へ排出されて再加熱され、その後、再加熱された溶剤が蒸気発生器内へ再注入される。このプロセスは、蒸気発生器が洗浄されたと判断されるまで複数回繰り返され、総洗浄時間が増加することになる。

Partridge＝Gormanは、（「外部熱」法において）原子炉格納建造物の外部に設置された一時的化学洗浄装置システムに備えられた熱交換器に蒸気を通過させることによって、蒸気を使用して溶剤を間接的に加熱することを説明している。この構成では、蒸気は可搬型ボイラーから供給できるが、隣接する発電所から供給することもできる。

米国特許第7,302,917号（以下「Remark」という。）は、オンライン・プラント熱・蒸気発生器化学洗浄プロセスを開示している。当該プロセスにおいては、化学洗浄溶剤が蒸気発生器の二次側へ導入され、プラントの一次側から二次側への「Mode 5」における熱伝導（炉心崩壊熱及び一次側再循環ポンプ熱）によって当該溶剤が加熱される。Mode 5は、産業界及び規制当局による定義であり、出力動作（Mode 1）から運転停止及び「燃料取り外し」状態（Mode 6）までの６つの動作モードのうちの１つを記述する。Mode 5は、プラントによる発電はなされていない（原子炉は未臨界である）が燃料が炉心に残っているプラント運転状態であり、当初210〜200°Ｆ（99〜93℃）の一次温度が100°Ｆ（38℃）以下に冷却された状態である。

Remarkにおいては、洗浄プロセスを24〜36時間継続すると開示されている。PWRプラントは、洗浄温度の200〜210°Ｆ（99〜93℃）に温度を維持するために、運転を停止している間はプラントを冷却し続けることが多い。したがって、24〜36時間は、「クリティカルパス」時間として知られている時間、又は、電力が作り出されていない時間を表す。24〜36時間の間に作り出される電力の価値は100万ドル以上となる可能性がある。また、24〜36時間が、洗浄用化学薬品を注入し、サンプリングのために蒸気発生器から部分的に排出する時間を含むのか定かでない。本明細書で引用されている幾つかの文献において、24〜36時間の洗浄時間は、Remarkが使用した温度においては不適切である可能性が指摘されており、実際のクリティカルパスの影響はさらに大きくなる可能性がある。

Remarkの明細書は、混合を促進するために、毎分250〜1500立方フィート（cfm）（毎分7.1〜42.5 m³）で窒素をスパージングすることを開示している。蒸気発生器の二次側において流液の混合のために気体をスパージングすることの利点は1980年代に研究されていた（例えば「Evaluation of Steam Generator Fluid Mixing during Layup」と題されたEPRI-NP 2993参照）。この研究では、モデリング及び実験により、10〜30 cfm（毎分0.28〜0.85 m³）の流量では、RSGの二次側における流体の完全な回転（turnover）が早ければ７分以内に発生することが示されている。混合時間は、下記式（１）により予測できる。
T_mix = 0.6 Q^-0.5 （1）
ここで、T_mixは時間単位で表された混合時間であり、Qはcfmで表された流量である。30 cfm（毎分0.85 m³）の流れは、6分間の混合時間に対応する。この6分間の混合時間は、大部分の化学洗浄処理にとって十分な時間である。

Remarkに開示されている流量（250〜1500 cfm、毎分7.1〜42.5 m³）が混合を促進することは間違いないが、継続的にベント流路が確保されていない場合には、蒸気発生器を急速に加圧してしまう可能性がある。洗浄中の化学洗浄溶剤の上にある空間は、多くのRSGにおいて3000〜4000立方フィート程度になる。したがって、1500 cfm（毎分42.5 m³）の気体流量では、数分ごとに減圧が必要となる。30 cfm（毎分0.85 m³）の流量の場合は、減圧は数時間おきに行えば足りる。最後に、スパージング量が多いと、化学洗浄溶剤によく含まれているアンモニア（及び他のアミン）やヒドラジン等の揮発性物質の環境排出を増加させることになる。

これ以外にも、低気体流量でも混合可能なことは、Shahら著「Flow Regimes in Bubble Columns」AIChE Journal, 28 （182）、353-379頁等の文献によって示されている。また、化学洗浄において又はブローダウンパイプを通してスパージングする際に用いられるスパージャーは、Tiltonら著「Designing Gas- Sparged Vessels for Mass Transfer」Chemical Engineering（1982年11月）に記載されている。

OTSGにおいて化学洗浄中の気体混合を気体排出装置を用いて行うことがBuford（上述）に記載されている。

Remarkにおいて説明されているオンライン法の利点は、洗浄溶剤を導入、再循環、排出するために、蒸気発生器との連結部を設置して蒸気発生器を空にする必要がないということである。Remarkにおいて説明されているように、オフライン化学洗浄法においては、蒸気発生器を収容している「原子炉格納建造物」の外部のSGから1500フィート（460 m）以上も離れた位置で、外部装置を用いた一連の工程により加熱及び冷却を行うことが必要となる。外部プロセス熱装置を「据え付け」又は設置するために広い場所が必要なため、これだけの距離が必ず必要となる。このようなスペース（典型的には１０万平方フィート以上）を原子炉格納建造物に隣接して確保することは一般に不可能である。

Partridge＝Gormanにて説明されているように、外部熱プロセスにおいては、SGへ通じる多くの液体用通路及び気体用通路が形成される。これらの通路の各々に、外部化学洗浄システムへ接続するためのホースや導管が必要とされる。外部洗浄システムには、加熱器の複合アレイ、ポンプ、バルブ、貯蔵タンク、冷却器、及び制御装置が含まれる。格納容器の内部には、文字通り数百フィートもの導管、多数のポンプ、及び数百ものバルブがある。プラントの運転を停止する前であっても（プラント停止後に蒸気発生器との接続が行われる）、外部処理システムの設置には１〜３ヶ月の時間を要する。外部処理システムをSGへ接続するためには、さらに３日から６日以上の期間を要し、４〜１２以上の一時アダプタをSGの二次側の既存の通路貫通孔（通路貫通孔）に取り付けることが必要となる。設置完了後、外部熱洗浄プロセスを行うために、洗浄対象の蒸気発生器の各グループごとに通常5〜10日（144〜240時間）要する。

これらのアダプタには、溶剤及び洗浄剤用の供給管及び戻り管、ドレイン、レベル調節器具タップ、圧力器具タップ、温度計タップ、気体スパージング、腐食監視用電子機器貫通孔、並びにサンプル配管タップが含まれる。これらの相互連結部の多くは、外部加熱を支援するために必要とされる。化学洗浄の実際の実施時間は数日から数週間であり、処理の複雑さ（溶剤、工程、洗浄剤の数等）に応じて変動する。撤去処理には一時アダプタを蒸気発生器から除去することを含んでおり、この撤去処理にさらに数日を要する。設置、使用、及び撤去が「クリティカルパス」かどうかは、プラントへの燃料補充や保守活動等の他の実行処理に依存する。多くの場合、特に燃料補給のために長時間運転を停止する場合には、外部熱化学洗浄法はクリティカルパスに影響を与えない。

Remark及びKuhnkeにおいて説明されているように加熱が一次側から行われる場合には、相互連結部材の数はより少なく限定的なものになる。相互連結が行われない場合には、液体サンプルを取得し腐食監視を行うための他の手段が必要とされるが、そのような手段は実行や保証（すなわち、構造的な整合性や安全運転を確保すること）が非常に困難である。実質的に全ての化学洗浄溶剤が炭素や低アロースチールから製造されている圧力境界シェルや内部構造を含む蒸気発生器の部材を僅かに腐食させるので、オフライン法におけるin situでの腐食監視（SG内に配置される腐食監視電子装置及び腐食試験用金属片）の利点は非常に明確である。この点については、NP-2976、EPRI NP-5267「Weld Region Corrosion During Chemical Cleaning of PWR Steam Generator」（1987年7月）で報告されている。これらの構造及び部材の洗浄１回あたりの典型的な腐食代は、0.001〜0.010インチ（25.4〜254μｍ）以下である。

洗浄実行中にin situ電気化学的腐食監視システム（CMS）が蒸気発生器内に設置されていれば、許容されない腐食に繋がる基準外の化学又は処理状態をほぼ即時に検出することができる。リアルタイム腐食監視の重要性は、Dijouxらの最近の実験によっても支持されている。この文献では、リアルタイム電気化学的腐食監視を備えていない蒸気発生器におけるオンライン化学洗浄中の腐食は、幾つかの場所で0.050インチ（1.27 mm）、つまり典型的な腐食代の５倍に達したと報告されている。この事象は、基準外の使用条件に起因するものであった。この処理は、化学洗浄中における最先端の腐食監視方法と考えられているin situ 電気化学CMSシステムを使用していなかった。CMSは、線形分極抵抗（LPR）及びゼロ抵抗電流分析（ZRA）を含む技術を用いる。

３０分ごとの化学洗浄溶剤のサンプリング及び分析も、処理が予定通りに進んでいることを確認するために重要である。原子力蒸気発生器の全ての化学洗浄は、溶剤の化学的性質について非常に厳しい基準を定めている（上記のEPRIの文献を参照）。Partridge及びGormanに記載されているように、サンプルは、外部洗浄プロセス中に、再循環ループから又は一時蒸気発生器アダプタのサンプル用配管から直接取得される。オンライン法／プラント熱法では外部再循環ループや蒸気発生器への一時的な貫通孔が存在しないので、洗浄溶剤のサンプルを取得するために蒸気発生器の部分的な排気が必要となることが多い。

上記のとおり、例えばRemarkに記載されている原子力蒸気発生器を洗浄するオンライン法／プラント熱法の第一の利点は、この種のプロセスが、より単純で労働集約的でない装置により実行されるという点である。クリティカルパスへの実際の影響はプラント特有のものであるが、オンライン法によれば、スケジュールに与える影響を低減させることができる（原子力蒸気発生器のオフライン外部熱化学洗浄の多くは、クリティカルパスに影響を与えない）。オンライン法／プラント熱法の第一の欠点は、処理及び腐食監視が非常に複雑で実行が難しく、過剰な腐食の発生可能性、環境への影響、又はこれら以外の望まれない副次的影響が発生するおそれが高まるという点である。これに対して、従来の外部洗浄プロセスは、業界標準の処理監視技術が容易に実行できるという点で非常に安全である。しかしながら、外部プロセス中に用いられる典型的な装置構成は複雑であり、設置と作動に多くの時間及び労力が必要とされる。

本明細書で開示される直接蒸気注入を用いた洗浄方法の特徴は、オンライン法／プラント熱法の利点とオフライン法／外部熱法の利点とを組み合わせ、非常に単純化された装置構成で実行できる外部加熱プロセスを提供するとともに、洗浄中に処理監視装置を蒸気発生器内に設置可能にすることである。従来の洗浄方法と比較した直接蒸気注入洗浄方法の具体的な利点には以下のものが含まれる。（１）装置構成の著しい単純化。単純な外部加熱の方法を含む。（２）設置時間の短縮化及び必要人員の削減。（３）撤去時間の短縮化。（４）洗浄前における蒸気発生器へのアクセスによる蒸気発生器内部へのオンライン腐食監視装置及び腐食試験用金属片の設置の容易化。（５）Remarkに説明されているような蒸気発生器の排気を行うことなく液体サンプリングを実行可能。

直接蒸気注入により蒸気注入装置近傍に発生する大きな温度勾配やキャビテーション及び／又は洗浄される容器内の蒸気注入装置の振動による容器内部の損傷が発生するおそれがあったため、従来、原子力蒸気発生器の洗浄時における加熱方法や関連する用途として直接蒸気注入を用いた例はなかった。本明細書に開示される直接蒸気注入方法及び装置は、これらの問題点を解決したものであり、洗浄実行時に原子力蒸気発生器又はそれ以外の容器に蒸気を直接導入する方法を提供する。この方法によれば、蒸気注入位置の近傍で熱勾配が緩やかであり（例えば、原子力蒸気発生器又は他の熱交換器装置の設計図書で定義されている許容熱勾配よりも小さな勾配）、蒸気流により引き起こされるキャビテーション又は振動を最小化し、容器内部に機械的損傷が発生することを防止する。

直接蒸気注入を用いた洗浄方法は、Frenier及びEPRI／SGOGの文献に記載された従来の化学洗浄法やRootham I、Rootham II、及びVarrinに記載された洗浄方法に適用可能である。最後の２つの特許は、改良された「スケール調整剤」の使用について説明している。本明細書において説明される方法は、分散剤や除染溶液とともに使用することもでき、熱交換器又は同様の容器を洗浄する他のプロセスや温度管理が必要な又は有益な同様の容器又は流体システムから核廃棄物等の廃棄物を除去するプロセスとともに用いることもできる。

以下、熱交換器の二次側から沈着物及び不純物を除去する方法の例示実施形態を詳述する。この方法は、典型的には、所定量の作動流体を熱交換器の二次側から通路貫通孔を露出させるまで除去する工程、前記露出した通路貫通孔に直接蒸気注入用に構成された一時アダプタを設置する工程、前記一時アダプタを介して前記熱交換器の二次側に蒸気を注入し、前記注入された蒸気が前記熱交換器及び残留液体を目標洗浄温度範囲に加熱する工程、及び、前記熱交換器及び前記残留液体を洗浄期間中は前記洗浄目標温度範囲に維持する工程、を備える。当該残留液体は、作動流体、化学洗浄化合物、化学洗浄溶剤、化学洗浄溶剤及び水の一又は複数を含む。

当該方法の幾つかの実施形態は、気体を残留液体内にスパージングさせるために十分な流速で、当該気体を当該残留液体に導入する。当該気体は、蒸気、非凝縮性気体、及びこれらの混合物より成る群から選択され、容器ブローダウンシステム及び／又は一時アダプタにより提供される注入口を通じて注入される。洗浄溶剤は、所定量の水を熱交換器の二次側へ導入し、一又は複数の化学洗浄試薬を所定量だけ当該水に導入することにより、熱交換器内で生成されてもよい。洗浄プロセスの間、洗浄効果を維持又は向上させるために、一又は複数の化学洗浄試薬を追加で導入してもよい。当業者に理解されるように、洗浄溶剤の組成を洗浄期間中に変更することで、例えば、当初急速に沈着物を除去した後により安全に又は穏やかに沈殿物を除去し、下層構造の損傷を低減することができる。水の量を選択することにより、凝縮された蒸気及び化学洗浄試薬を追加しても二次側における所定量を超過しない。

当該方法の幾つかの実施形態は、蒸気注入速度を制御して残留液体内での所定の加熱プロファイルを生成することにより、熱衝撃及び関連して起こる洗浄対象容器内の損傷が起こりにくいようにすることを含む。直接注入法に用いられる蒸気は、飽和蒸気、過熱蒸気及びこれらの混合物を含み、これらの蒸気は、所望の加熱性能を実現するために、一又は複数の一時アダプタを通して順次又は同時に提供される。加熱期間及び／又は洗浄期間における熱交換器内の液体の静水頭圧の範囲内での変動を補うために、注入された蒸気の蒸気温度及び蒸気圧を制御する制御部が設けられてもよい。同様に、処理時における所望の範囲内で静水頭圧を制御するベント又はパージバルブが熱交換器に設けられる。

当該方法の他の実施形態は、一又は複数の非凝集性気体を蒸気と混合して、混合気体流を生成することを含む。この混合気体流は、熱交換器の二次側に注入される。かかる実施形態において、非凝縮性気体は0.01〜3%の混合気体流を含む。

当業者に理解されるように、熱交換器の二次側を洗浄するために多くの組成物及び化合物を用いることができる。洗浄溶剤には、キレート剤、錯体形成剤、及び還元剤から選択される一又は複数の成分を含んでもよい。成分の選択は、除去される沈着物の性質、下層の素材、及び洗浄される熱交換器の具体的な条件や要求事項に部分的に基づいて行われる。錯体形成剤は、例えば、EDTA、NTA、有機酸及びこれらの混合物を含む。

また、熱交換器の二次側から沈着物及び不純物を除去する本開示の方法を実行するのに適したシステムの例示実施形態を以下で詳細に説明する。これらのシステムは、典型的には、熱交換器に設けられた第１の既存の通路貫通孔に一時的に設置されるように構成された第１のアダプタと、当該アダプタを通路貫通孔に固定する手段と、当該通路貫通孔から液体を導入又は除去する導管又は通路管と、熱交換器の二次側に設けられた開口部とを備え、当該第１のアダプタは、通路貫通孔と結合するように構成されたフランジを含み、前記固定する手段は、例えば、ボルト、ガスケット及び位置決め構造を含む。このシステムは、前記導管に接続されるように構成された蒸気源と、熱交換器の二次側に前記アダプタを介して注入される蒸気の注入を制御するように構成された制御部とを含む。前記熱交換器の排出口は、一つの排出装置、複数の排出装置、ノズル、調整型直接蒸気ノズル、スパージャー、又は、これら以外の構成もしくはこれらの組み合わせであって蒸気と残留液体とを適切に混合できるものであってもよい。

他の例示実施形態は、熱交換器の二次側内にあり、例えば、第１のアダプタから第２のアダプタへ液体の流れを誘導するように配置及び構成された複数のアダプタを含んでもよい。

当該方法及び関連する装置の例示実施形態について、添付図面を参照してより詳細に説明する。

原子力蒸気発生器のオフライン／外部熱洗浄用の従来の構成を示す簡易模式図

原子力蒸気発生器を直接蒸気注入を用いて洗浄する本開示の洗浄方法を実施する例示構成を示す簡易模式図

単一の排出装置から成る蒸気注入アダプタを示す図 Ａ−Ａ線に沿って切断した排出装置の断面図

複数の蒸気排出装置から成る蒸気注入アダプタを示す図 Ａ−Ａ線に沿って切断した複数の排出装置のうち一つの断面図

典型的な原子力蒸気発生器に備えられた単一の排出装置を有する例示的な一時アダプタを示す図

これらの図面は、本発明の例示実施形態を参照して方法及び構成要素の一般的特徴を説明するものであり、以下で説明する詳細な説明を補足することを意図するものである。しかしながら、これらの図面の縮尺は正確なものではなく、実施形態の特徴を正確に反映していないことがあり、本発明の範囲内にある実施形態の価値又は特徴の範囲を定義又は限定するものと解釈すべきではない。特に、個別の要素及び構造の相対的な寸法及び配置は、明確さのために縮小又は強調されていることがある。異なる図面において用いられている類似の又は同一の参照番号は、類似又は同一の要素又は特徴の存在を示すためのものである。

以下、蒸気発生器（SG）等の熱交換器又は同様に構成された容器の二次側から沈着物及び不純物を除去する方法及び装置の例示実施形態をより詳細に開示する。熱交換器に応用される本方法の例示実施形態は、典型的には、熱交換器の運転を停止させる工程、熱交換器の二次側から作動流体を排出する工程、少なくとも１つの二次側通路貫通孔から通路カバー（通路カバー）を除去する工程、開口された通路貫通孔に一時アダプタを設置する工程、熱交換器を満たす前、満たす間、又は満たした後に加熱流体の供給を開始する工程、熱交換器内で洗浄速度を向上させるために十分な温度まで洗浄剤を加熱するために十分な量の加熱流体を熱交換器に供給する工程、洗浄完了後に加熱流体の注入を終了する工程、洗浄剤を熱交換器から排出する工程、一時アダプタを通路貫通孔から取り外す工程、通路カバーを通路貫通孔に設置する工程、及び、熱交換器の運転を再開する工程を含む。当該一時アダプタは、加熱流体（例えば、蒸気及び／又は他の気体）を熱交換器の二次側に注入することにより、熱交換器システムを加熱するように配置及び構成されている。

本方法の他の実施形態は、（1）単体の又は予混された少なくとも１つの洗浄化学試薬を熱交換器内に存在する作動流体（例えば、水）に導入してin situで液体洗浄剤を形成し、（2）環境への熱伝導により失われるエネルギーを補うため洗浄プロセスの間に継続的又は断続的に加熱流体を追加し続ける追加的工程を備えてもよい。

当業者に理解されるように、洗浄化学試薬の導入は、一時アダプタの１つを通じて熱交換器に対して直接なされてもよく、又は、通常熱交換器に接続されている例えばドレイン管、供給管、及び／又はブローダウン管を含む一又は複数の既存の配管に「外部」導入することによってなされてもよい。

どの導入手段を利用した場合であっても、熱交換器内における作動流体の残存量は、熱交換器の過充填を防止するために、導入される凝縮蒸気及び化学洗浄剤の予定量を受け入れ可能な量に調整又は維持される。流体の量又は水位の監視は、既存のプラント設備又は一時的設備によって行うことができる。または、熱交換器における流体の量及び／又は圧力を洗浄処理の実施中における目標量に維持するために、量調節構造及び／又は圧力逃し構造が組み込まれてもよい。

本方法及び装置の他の実施形態は、熱交換器及び／又は洗浄剤に対する加熱速度又は加熱温度の目標範囲を実現するために、加熱流体の流速を制御することを含んでもよい。使用される制御システムに応じて、加熱流体の流れは、実質的に一定でもよく、連続的で流速が変化するものであってもよく、及び／又は断続的であってもよい。加熱流体は、例えば、過熱蒸気及び／又は飽和蒸気を含む。10 psig〜250 psig（0.69〜17バールゲージ）以下の飽和蒸気及び／又は約100°Ｆ（55.6℃）まで過熱された蒸気は、本開示の方法の例示実施形態を実行するために適したものである。

当業者に理解されるように、洗浄処理の間に、蒸気温度及び蒸気圧を調整することができる。例えば、熱交換器における流体静水頭圧を調節するために、水位の上昇に応じて蒸気圧を上昇させることができ、目標温度範囲を実現した後は蒸気流速、蒸気温度又は過熱を減少させることができる。

本開示の方法を実施する例示装置は、既存の熱交換器の通路貫通孔へ取り付けられるように構成された一時アダプタを含むことができ、さらに既存の通路貫通孔と結合するフランジ、適切なガスケット、及び一時アダプタと通路貫通孔との間を液密に封止する留め具、加熱流体やその他の物質を熱交換器に供給し及び／又は熱交換器から除去する一時アダプタに設けられた一又は複数の貫通孔、及び、加熱流体を熱交換器に運搬する一又は複数のノズルを含むことができる。当業者に理解されるように、ノズルは、例えば、排出装置、調整型直接蒸気、スパージャー、又はこれらの組み合わせ等を含む様々な手法により構成することができる。

上述のとおり、本開示の方法は、多くの装置構成を提供する。この装置構成には、加熱流体ノズルの総面積が調整可能な構成（例えば、弁調整、ディスク移動、又はこれら以外の手段を通じて行われる）、及び、例えば格納容器内に配置される簡易な再循環ループを構成することにより、加熱流体を熱交換器の一つのアダプタに接続された短いホース又は導管に注入して第２のアダプタを通って蒸気発生器に再循環させる構成を含む。後者の構成は、加熱流体が短い再循環配管内に設けられる排出装置ノズルを通って供給される場合に特に適している。当業者に理解されるように、洗浄剤を作るために用いられる多くの構成物質が再循環ループに注入されてもよい（例えば、従来の化学洗浄法において用いられる洗浄剤、スケール調整剤、分散剤、及び／又は除染剤のうち一つ又は複数）。

本開示の方法を実施する本装置の他の実施形態は、追加的に混合を行い、及び／又は、蒸気発生器装置のキャビテーション又は振動が発生する可能性を低減するための気体注入を提供することができる。使用される気体は、実質的に一定速度に注入されてもよく、流速を変化させて連続的に注入してもよく、及び／又は、断続的に注入してもよい。この気体は、加熱流体とともに注入されてもよく、蒸気発生器底部ブローダウンシステム等の既存のプラントシステムを通して注入されてもよい。洗浄中に還元性環境が必要な場合には、窒素、アルゴン等の不活性ガス、又はこれらの混合物を用いることができる。酸化性環境が必要な場合には、大気、酸素、オゾン等の酸化性ガス、又はこれらの混合物を用いることができる。

多くの用途において、適切な気体流速は5〜100 cfm（毎分0.14〜2.8 m³）であり、さらに望ましい気体流速は5〜30 cfm（毎分0.14〜0.84 m³）である。この流速の目標範囲は、システムの超過圧力に対して補正される。他の実施形態は、洗浄プロセス中に容器に損傷が発生する可能性を低減するために、例えば、電気化学的腐食監視又は定期的な洗浄溶剤のサンプリングを含んでもよい。

本発明の目的の一つは、プラントがオフライン（Mode 5又はMode 6）の間に、85〜285°Ｆ（30〜140℃）の温度で原子力蒸気発生器を洗浄する方法及び装置を提供することである。この方法によれば、プラントは、原子炉冷却システムの一次側の温度が約40℃以下になるまで、従来の方法によりMode 5において制約無く冷却される。蒸気発生器は、その後排気される。典型的に備えられている通路貫通孔カバー（「ハンドホール」カバー、「アイホール」カバー、検査ポートカバー等と称される）の一又は複数が除去される。

除去されたカバーは、一時アダプタで置換される。このアダプタは、（1）蒸気発生器の二次側に蒸気を直接注入することにより蒸気発生器及び化学洗浄溶剤を加熱し又はその温度を維持することができ、（2）CMSプローブ及び腐食試験用金属片を用いた腐食監視を行うことができ、（3）典型的なプラント機器等の他の手段が利用できない場合に温度又は流体レベルを監視することができ、及び／又は（4）化学的特徴及び洗浄の進行を評価するために溶剤をサンプリングできるように構成される。また、少量の非凝縮性気体が注入された蒸気と混合され、ノズルにおける蒸気キャビテーション及び／又はノズルの振動の可能性を低減することができる。ノズルにおける蒸気キャビテーションは、蒸気注入ノズル／排出装置のエロ−ジョン摩耗を増加させる可能性があり、処理中に許容されないレベルのノイズが発生する可能性があるため望ましくない。上述のとおり、洗浄中に還元性環境が必要とされる場合に窒素、アルゴン等の不活性ガスが用いられる。酸化性環境が必要とされる場合に、大気、酸素、又はオゾンが用いられる。通路貫通孔の寸法に応じて、上記の特徴の全てを単一の通路貫通孔アダプタに組み込むこともできる。このことは、幾つかの外部熱プロセスでは１０以上のアダプタを使用しなければならないことと対照的である。

今日まで、蒸気発生器への直接蒸気注入は、従来の化学洗浄溶剤又は最近になって開発されたスケール調整剤によって原子力蒸気発生器の洗浄を行う際に必要な加熱を行うためには使用されていなかった。しかしながら、直接蒸気注入は、米国特許第5,066,137号（以下「King」という。）、Schroyer, J. A.「Understanding the Basics of Steam Injection Heating」Chemical Engineering Progress、1997年5月、及びPick「Consider Direct Steam Injection for Heating Liquids」Chemical Engineering、1982年6月等の文献にて説明されているように、液体を加熱する非常に効率的な技術である。直接蒸気注入による加熱は、外部加熱ループ中で蒸気により加熱される間接熱交換器において発生する凝縮液の帰還流が存在しないため、典型的なオフライン法／外部熱法と比較してエネルギー消費を低減できる。

原子力蒸気発生器用の蒸気注入システムの設計は、スパージャー又はベンチュリ排出装置を含む複数の種類の注入装置の一つを含んでもよい（各SGに対して複数の注入装置を並行して用いることができる）。ポンプが格納容器内に配置され、一のアダプタ貫通孔から一時配管又はホースを通って蒸気注入装置貫通孔へ流れを押し流す場合には、「調節（modulating）」型の注入システム又は蒸気混合ティーを用いることもできる。このポンプの配置は、蒸気発生器から1500フィート（457 m）以上離れて配置されることが多い処理装置領域へ溶剤を再循環させる典型的な再循環ポンプの配置よりも非常に単純である。ホース長は、僅か10〜15フィート（3〜4.6 m）で足りる。かかるポンプをSG内部に設置し、外部ホースを不要とすることも可能である。必要に応じ、蒸気注入のために設置されたものと同じアダプタ又は別の利用可能な蒸気発生器貫通孔を用いて、リアルタイムのin situ腐食監視及び溶剤サンプリングを蒸気発生器から直接行うことも可能である。

蒸気源は、アダプタが設置された後に接続される。蒸気源は、装置外の格納容器の近くに設置される可搬型ボイラーであってもよい。典型的な外部熱処理システムが10万ft²（9300m²）以上の設置面積を必要とすることとは対照的に、可搬型ボイラー用の設置面積は、400〜500 ft²（37〜46 m²）以下で足りる。可搬型ボイラーの代わりに、隣接する発電所からの蒸気を利用することもできる。いずれにせよ、蒸気導管は、蒸気源から単一の格納容器貫通孔又は装置ハッチ（equipment hatch）と呼ばれる場所を通じてアダプタに取り付けられる。

蒸気導管は、可撓性のある蒸気導管又は硬質の配管であってもよいが、多くの他の業界や用途において用いられている可撓性のある蒸気導管が望ましい。また、任意の構成として、圧力チェックを行うため、及び、より重要には、蒸気と混合される気体の濃度を小さくして（数パーセント）配管内又はノズル出口においてキャビテーションが起こる可能性を抑制するために、気体源を蒸気導管に接続してもよい。この気体は、蒸気が不要になった際に、残留蒸気を蒸気導管の外へ掃き出すために用いることもできる。

これ以外に、格納容器の外部では、蒸気発生器ブローダウン配管等のプラントシステムとの接続がなされる。この配管は、典型的には、通常の発電動作を行っている間に流体を蒸気発生器の底部から吸い出す直径2〜4インチ（5.1〜10.2 cm）の配管であり、溶解性及び非溶解性の不純物がRSG内に蓄積することを防止する等のために設けられる。SG内のブローダウン配管又は導管は、典型的には、流速が所定値に制御されている場合にスパージングのために化学物質及び／又は気体を適切に供給する有孔導管である。ブローダウン配管への接続部は、通常、付属建造物内部又はプラント外部にあり、（1）事前に混合された化学洗浄溶剤又は濃縮物の導入及び洗浄プロセス時における化学物質の構成又は補充を行い、（2）加熱、洗浄、及び冷却時における蒸気発生器内での混合を補助するためにスパージングする気体の供給を促進する。濯ぎ水もブローダウンシステム又は通常のプラント主給水システム又は副給水システムを用いて注入される。最後に、化学洗浄溶剤は、ブローダウンシステムへの接続部を通じて、重力の作用により又は一時化学物質注入ポンプを逆に操作して貯蔵タンクに排出される。

一実施形態において、蒸気発生器はまず、従来のプラントシステム（副給水）又はブローダウンを用いて、外部水源からの水で部分的に満たされる。初期の水位は、（1）蒸気発生器内部の液体の温度を上昇させるために注入される凝縮蒸気、（2）蒸気発生器を洗浄するために添加される化学薬品、（3）蒸気発生器の温度を維持するために注入される蒸気の凝縮物、及び（4）洗浄実施中に注入される追加的な任意の洗浄溶剤、を累積した後に、最終的な（洗浄終了時の）水位に達するように選択される。典型的な蒸気発生器において、最終的な水位は、蒸気発生器の底部又は「管板」から約300〜400インチ（7.6〜10.2 m）である。かかる用途における流体の最終的な量は、典型的には15000〜18000ガロン（57〜68 m³）である。洗浄される容器の設計及び洗浄溶剤（例えば、EPRI／SGOG EDTA系溶剤、スケール調整剤、除染剤等）の性質に応じ、初期の水位は200〜300インチ（5.1〜7.6 m）程度であり、最終的な充填量が上述したものと異なっていてもよい。

次に蒸気源が作動され、蒸気が蒸気発生器に直接供給される。蒸気は、蒸気の質量流量の2%以下である低比率の非凝縮性気体とともに供給されてもよく、非凝縮性気体を伴わずに供給されてもよい。初期に水で３分の２程度が満たされる典型的なRSGについては、毎時2,000ポンドの125 psig飽和蒸気（毎時907kgの8.6バール飽和蒸気）を用いる場合、加熱時間は４〜７時間程度となる。この加熱には、流体の加熱に加え、設計に応じて100〜230トン以上（90.7〜209メートルトン）の金属に相当する蒸気発生器構造物の加熱も含む。上記よりも急速に加熱すると、プラントの「技術仕様」上の制限を超える可能性があるので、より高速な蒸気流速は不要である。

排出装置ノズルの設計において、排出装置のポンプ動作は、SGの二次側における温度の均一性を維持する働きをするジェットポンプ動作となる。実験によれば、排出装置の設計に応じ、ポンプ動作及び排出装置内又は排出装置のごく近くにおける周辺液体の蒸気との混合によって、排出装置のジェット中心線に沿って約5〜7排出装置排出口径だけ離れた位置における流体温度が、典型的には10°Ｆ（5.6℃）以下でバルク流体の温度よりも高くなる。典型的な排出装置の排出口径は2〜5 cmである。ジェット軸に直交する排出装置ハウジングに隣接する液体の温度は、存在する流体ジェットとの流体巻き込みにより、本質的にバルク流体温度となる。その結果、排出装置出口から5〜7ノズル径よりも近い位置にはSG構造物が存在しないようにノズル／排出装置をSG内に配置した場合に、蒸気がバルク流体温度よりも100〜300°Ｆ（55〜167℃）だけ高い温度で供給されるにもかかわらず、局所的な加熱又は蒸気発生器構造物への二次応力が最小化される。低蒸気注入速度（毎時約100〜200ポンド（毎時45.4〜90.7 kg）以下）においては、熱勾配、振動又はキャビテーションの懸念を限定するという観点から排出装置を用いずに蒸気スパージャーを使用することができる。しかしながら、必要とされる加熱時間は増大し、排出装置からのジェットポンプ動作の利点が十分に実現されない。複数の排出装置、及び／又は、組み合わせ排出装置／スパージャー構成は、特に蒸気流速が上昇した場合に、蒸気をより分散させ、キャビテーション／振動を減少させるために用いられる。

蒸気発生器内において一様な化学的条件及び温度条件を維持するために、アダプタに不可欠な気体スパージャー又はブローダウン配管を用いて気体スパージングが任意的に提供される。所望の水温になった後に、化学物質注入ポンプを有するブローダウンシステムを用いて化学洗浄剤が導入される。幾つかの用途においては、初期の充填水又は化学物質の注入と並行して蒸気注入を実行することも望ましい。洗浄プロセス（典型的には12〜60時間）の間に、溶剤のサンプルが、アダプタのサンプル用ポートから定期的に直接採取される。サンプルを取得するために蒸気発生器を排水／排気する必要はない。サンプル分析の結果は、上記で引用した文献の提案に従ってプロセスを監視するために用いられる。腐食は、電気化学CMSを用いてリアルタイムで監視することもできるので、許容できない腐食が起きる可能性を最小化することができる。

洗浄が完了すると、溶剤がプラントブローダウンシステムを通じて排出され、濯ぎが行われる。濯ぎは、冷却のために溶剤温度よりも低い温度で実施できる。

上記の観点から、本明細書にて説明される本発明は、装置の単純さ、設置時間の短さ等のオンライン洗浄プロセスの利点と、腐食監視を実行でき、蒸気発生器の二次側から流体サンプルを直接得ることができるという外部熱プロセスの利点とを組み合わせることができる。この利点は、格納容器内の能動機器（ポンプ、バルブ、制御装置等）を用いることなく、蒸気発生器ごとの格納容器外から格納容器内への単一の接続部材（蒸気導管）を用いて実現できる。２以上の蒸気発生器を並行して洗浄する場合には、蒸気発生器の各々に個別の蒸気導管が提供される。上述の例示実施形態から、本明細書の直接蒸気注入方法及び装置は、熱勾配、キャビテーション、及び／又は蒸気注入装置の振動により洗浄実施中にSGや他の容器の内部に損傷が発生する可能性を低減又は除去することができることが分かる。

最後に、直接蒸気注入による蒸気発生器の加熱は、Frenier（キレート剤、有機酸、アミン、及び鉱酸を用いたプロセス）及びEPRI／SGOGの文献によって説明されている従来の化学洗浄溶剤、及び上述の特許文献に記載されているスケール調整剤、又は、これら以外の温度制御が必要な任意の洗浄プロセスに同様に適用可能である。直接蒸気注入による蒸気発生器の加熱は、化学洗浄の前に、化学洗浄と同時に、又は化学洗浄の後に行われる機械的洗浄方法と組み合わせることもできる。

図１には、従来の外部熱化学洗浄プロセスが示されている。蒸気発生器（10）は、プラント外部に配置された外部処理システムに一時アダプタ（17）を用いて接続される。この蒸気発生器は、二次側（11）、一次側（12）、及びＵ字型管束（13）を含む。この一時アダプタ（17、18）は、プラントが停止し、SGが排気／排水された後に設置される。ブローダウン（19）、給水（14）、又は蒸気導管（16）等の既存のプラントシステムへの接続は形成されない。CMSシステムは、蒸気発生器（21）に隣接して設置される。

格納容器（15）外部の処理エリアには、ポンプ、ボイラー、冷却塔、制御ヴァン、熱交換器、混合タンク、混合ポンプ、流出液及び漏れ液を含む盛り土、バルブ、及び数百に及ぶこれら以外の付属品及び部品を含む機器がある。

６つ以上の一時格納容器貫通孔（20）が外部処理システムと蒸気発生器との相互接続のために必要とされる。この貫通孔には、バルブポジショナーを制御するエア用の貫通孔、システムを不活性化する窒素用の貫通孔、及び管板排出管用の貫通孔を含む。典型的な溶剤再循環導管の貫通孔寸法は、直径4〜6インチ（10.2〜15.2 cm）であり、8インチ（20.3 cm）以上の直径が必要とされることもある。格納容器内の装置には、多数のホース、ポンプ、配管、バルブ、フランジ、リーク防止装置、及び排水ます（流出液及び漏れ液を吸収するもの）が含まれる。図１の装置を動作させるために、各シフトにつき３０名の人員が通常必要とされる。

図２には、直接蒸気注入を用いた洗浄プロセスが示されている。この蒸気発生器（10）は、一時蒸気導管（26）に、SG貫通孔アダプタ（17）、好ましくは4〜8インチ（10.2〜20.3 cm）の「ハンドホール貫通孔」を介して接続される。この通路貫通孔に取り付けられる典型的なプラントカバーは、従来SGを約40℃以下に冷却してから除去され、蒸気発生器は従来のプラント処理及びシステムを用いて排気されていた。このアダプタは、オンライン腐食監視装置（21）又は熱電温度計等の温度監視装置等の器具が挿入できるように構成されてもよい。好ましい実施形態において、単一のアダプタが用いられるが、貫通孔が4〜8インチ（10.2〜20.4 cm）よりも小さい場合又はSGに必須の構成要素がアクセスを制限する場合には２以上のアダプタが用いられる。アダプタが設置された後に、格納容器を経由する蒸気導管及び単一の格納容器貫通孔（20）がアダプタに接続される。

図３には、単一の排出装置一時アダプタ（40）が示されている。この排出装置一時アダプタ（40）は、既存の容器貫通孔と結合する取り付けフランジ（41）、フランジ（42）内に設けられ蒸気を供給するための硬い導管（43）用の貫通孔、単一の排出装置（44）、及び、加熱流体供給連結部（45）から成る。排出装置は、加熱流体注入口（46）、容器流体を取り込む吸引口（47）、及び排出口（48）から成る。

図４には、複数の排出装置一時アダプタ（50）が示されている。この排出装置一時アダプタ（50）は、既存の容器貫通孔と結合する取り付けフランジ（51）、フランジ（52）内に設けられ蒸気を供給するための硬い導管（53）用の貫通孔、複数の排出装置（54）、及び、加熱流体供給連結部（55）から成る。排出装置の各々は、加熱流体注入口（56）、容器流体を取り込む吸引口（57）、及び排出口（58）から成る。

図５には、単一の排出装置一時アダプタ（40）の典型的な設置が示されている。アダプタフランジ（41）は、ボルト（62）及びシール（63）用のガスケットを用いて、既存の貫通孔（61）で蒸気発生器（10）に設けられる。

本発明の他の実施形態においては、調節型の直接蒸気注入装置がアダプタの一部として又はアダプタに隣接して設けられ、蒸気発生器から直接蒸気注入が起こる容器に液体を搬送するために格納容器内のポンプが用いられる。その後、混合された流れ（蒸気発生器からの水又は洗浄溶剤が注入された蒸気と混合される）は蒸気発生器に帰還する。

SGにおける接続に加えて、水及び／又は化学物質をSGに導入するために、原子炉格納建造物外部を介した接続、好ましくはブローダウン配管（19）における既存のプラントシステムを介した接続が形成される。この接続もまたブローダウン配管を介して気体を導入するために機能し、又は、混合を促進し又は必要に応じて蒸気発生器に酸化性環境又は還元性環境を確立するために機能する。水又は洗浄用化学薬品を導入するための代替手段には、図２に示すようなプラント副給水システム内の連結部を介した導入が含まれる。

全ての連結が完了した後、水が蒸気発生器に導入される。既存のプラント機器又は暫定水位機器を用いて全プロセスにわたって水位が監視される。好ましい実施形態において、この水は、脱塩水等の純度の高い純水（凝縮水）であり、例えば副給水システムを介し、プラントのシステム及び手順を用いてSGに供給される。好ましい実施形態において、当初の水位は、濃縮蒸気が累積し、化学洗浄剤を導入した後の最終的な水位が洗浄のための目標水位となるように選択される。この水位は、通常、管束上部よりも上にあるが、「周溶接部」（32）等の蒸気発生器の主要部分よりも下にある。二次側の洗浄の結果として孔状の腐食が発生する場合には、この周溶接部に亀裂が発生しやすい。また、SGを過充填することによって、化学物質及び／又は処理中に生成される泡が給水頭部を介して給水システム等のプラントシステムに溢れる恐れがある。過充填によってより多くの廃棄物が作り出される。

図２に図示したシステムを再び参照して説明する。一旦水で満たされると、蒸気が直接蒸気注入装置へ流れ始める。蒸気源は、好ましくは可搬パッケージボイラー（22）であるが、近くにある発電所であってもよい。補給水は、ボイラー（30）に提供される。蒸気発生器に取り付けられた注入装置は、排出装置又はスパージャー（27）であってもよい。約12,000ガロン（45.4 m³）の充填量について、例えばEPRI文献にて説明されているEPRI／SGOG処理のための従来の実行温度である195°Ｆ（90℃）までSG及び水を予熱するために必要な時間は、125 psig（8.6バール）の飽和蒸気（352°Ｆ又は177℃）の流量が毎時2000ポンド（毎時907 kg）として、約６時間である。当業者に理解されるように、この加熱時間は洗浄時間全体のわずかな部分にすぎず、充填、加熱、及び化学物質の注入が同時に行われる場合には、追加時間はほとんど又は全くない。

蒸気との流体巻き込みによって排出装置から排出される流体は、この圧力ではなくSGにおける水柱ヘッド圧と等価の圧力である。排出装置から数ノズル径の位置の温度は、バルク流体温度以上で10°Ｆ（5.6℃）以下であった。

本発明の一実施形態においては、少量の非凝縮性気体が蒸気供給部で蒸気と混合されて、ノイズ／振動及び排出装置又は隣接する容器の内部に対してキャビテーションによる損傷が起こる可能性を低減する。典型的には、非凝縮性気体の量は１%未満であるが、３%以上であってもよい。蒸気の総流量は、格納容器の外部にある圧力調整バルブ（28）によって制御される。

SG及び注入水を加熱する本発明の方法は、上記の文献で説明されているEPRI／SGOG EDTA系溶剤を含む多くの洗浄化学溶剤に適合する。この溶剤は、EDTA、ヒドラジン、水酸化アンモニウム、及び防食剤を使用する。溶剤の濃縮剤（EDTAの場合30-40%）は、その後、好ましくはブローダウン連結部と接続されるポンプ（25）によって、保存タンク（24）からホースを通して汲み上げられる。SG内での溶剤の最終的な濃度は、EDTAの場合4〜25%である。ポンプ流量はSG内での温度が蒸気注入によって維持されるように制御される。本発明の方法は、スケール調整剤及び他のアミン、有機酸、鉱酸、又はキレート剤／錯体形成剤系の酸化物又は金属種用沈着物除去溶剤に適合する。

当該濃縮物の注入中又は注入後の混合は、ブローダウンシステム（19）を介した連続的な気体のスパージングや、溶剤注入中又は溶剤注入後に当該濃縮物を気体と混合することにより改善する。混合は、２以上の熱交換器が同時洗浄される場合には、熱交換器間で流体を移動させることにより実現できる。

濃縮物の注入の完了後に、定期的に蒸気を注入することにより又は蒸気をより低い流速又はより低い温度で注入することによりSGの温度を維持することができる。これらのパラメータは全て格納容器の外部からボイラーで制御される。

溶剤のサンプルは、ボイラー（22）を排水することなくSGから直接得られ、又は、スパージングを一時中止してブローダウンシステム（23、23a、23b）の排出接続部を介してサンプリングすることができる。補給用の化学物質は、必要に応じ、注入ポンプ（25）を用いブローダウンを介して追加される。例えば、化学薬品又は補給用の化学種（例えば、還元性の分解処理の場合には防腐剤や還元剤）が補給される。廃棄物タンク（29）への部分的な排出を行うことにより、補給又は追加された物質を受け入れることができる。図２は、再循環システムが必要とされず処理中の廃棄物の量が少ないため、図１よりも少ない数の廃棄物タンクを示している。再循環システムは、典型的には、外部熱洗浄プロセスにおける全システムのボリュームの5〜25%を占める。これにより、原子力蒸気発生器の洗浄に関して廃棄物処理コストを低減することができる。廃棄物処理コストは、１ガロンあたり３０米ドル（１リットルあたり８米ドル）又は１処理あたり数百万ドルを超える。

溶剤のガス放出（例えば、ヒドラジン等の還元剤の分解による窒素の発生）又はスパージングによってSG内の圧力が増加するにつれて、大気放出バルブ（31）等のプラント蒸気システムバルブが定期的に開放されるようにしてもよい。この処理は、化学洗浄の標準的な手順である。しかしながら、前記気体が、窒素（窒息剤）等の化学種、アンモニアやモルホリン等のアミン（弱毒性）、及びヒドラジン（発癌性物質）を含んでいるため、これらのバルブを通じて放出される気体の量を制限することが望ましい。そこで、混合のために用いられる気体の流量を減少させること、又は、洗浄プロセス中に適当な還元性又は酸化性の条件を確立すること、が本発明の一つの目的である。窒素やアルゴン等の不活性ガスは、典型的には、洗浄プロセス中に還元分解（すなわち、他の種類の磁鉄鉱又は酸化物から除去すること）を促進するために用いられ、大気、酸素、又はオゾンが、酸化分解（すなわち、銅等の金属を除去すること）を促進するために用いられる。

ブローダウンシステムによる気体スパージング速度は、SG内の混合及び温度を均一にするとともに環境放出を最小限とするように設定される。本発明における好ましい範囲は、5〜100 cfm（毎分0.15〜2.8 m³）である。この流速は先行技術で報告されているものよりも非常に低いが、実験及び分析によれば、この流速はRSGの二次側において約１０分以内に「回転（turnover）」が起こるために十分なものである。スパージングは、連続的であってもよく断続的であってもよい。断続的に行う場合には、スパージングがアクティブな時間は、単位量の回転（one volume turnover）が起こる最小量（例えば、30 cfm（毎分0.85 m³）で６分間）となる。

以上のとおり、原子力蒸気発生器の化学洗浄に対し直接蒸気注入を行うことによって、装置の複雑さや人員面の要求事項を軽減することができる。本発明の他の利点は、プロセスや装置の単純さにもかかわらず、蒸気発生器内部に電気化学的腐食監視装置及び腐食試験用金属片を設置することができるとともに、蒸気発生器を排気することなく溶剤をサンプリングすることができることである。本明細書に開示された同様の外部熱法のさらなる利点には、Mode 5におけるプラント冷却を遅延させるプロセスおいて絶対的なクリティカルパス・スケジュールへの影響を軽減できることが含まれる。また、典型的には従来の外部熱プロセスで使用される再循環システムを用いないため、廃棄物の量を減少させることができる。

本方法及び本装置は、従来の化学洗浄法、スケール調整剤、分散剤もしくは除染溶液、又はこれら以外の温度制御が必要なもしくは望ましい熱交換器又は同様の容器を洗浄する任意のプロセスに適用することができる。当業者であれば、本明細書において説明された好ましい実施形態は化学物質をプラントブローダウンシステムを通して注入することを含むが、他の手段として、蒸気発生器アダプタ、副給水システム、又はこれら以外の適当なアクセスポイントによっても化学物質を注入できることを理解できる。

Claims (19)

1. 作動流体を熱交換器の二次側から通路貫通孔を露出させるまで除去する工程と、
   前記露出した通路貫通孔に直接蒸気注入用に構成された一時アダプタを設置する工程と、
   前記一時アダプタを介して前記熱交換器の二次側に蒸気を注入し、前記注入された蒸気が前記熱交換器及び残留液体を目標洗浄温度範囲に加熱する工程と、
   前記熱交換器及び前記残留液体を洗浄期間において前記洗浄目標温度範囲に維持する工程と、
   を備える熱交換器の二次側から沈着物及び不純物を除去する方法。
2. 前記残留液体が、作動流体、化学洗浄化合物、化学洗浄溶剤、化学洗浄溶剤、水及びこれらの混合物から成る群より選択された成分を含む請求項１に記載の方法。
3. 前記残留液体内で気体スパージングを引き起こすために十分な流速で気体を前記残留液体に注入する工程をさらに備え、前記気体が蒸気、非凝縮性気体及びこれらの混合物から成る群より選択される請求項１に記載の方法。
4. 前記気体が、容器ブローダウンシステム及び前記一時アダプタから成る群より選択された注入口を介して前記残留液体に注入される請求項２に記載の方法。
5. 所定量の水を前記熱交換器の二次側に導入する工程、及び、所定量の化学洗浄試薬を前記水に導入して熱交換器の二次側で洗浄溶剤を形成する工程、をさらに備える請求項１に記載の方法。
6. 前記洗浄期間内に前記化学洗浄試薬を追加量を導入する工程をさらに含む請求項５に記載の方法。
7. 導入された前記所定量の水が選択されることにより、凝縮された蒸気及び前記化学洗浄試薬の追加が二次側における所定量を超過しない請求項５に記載の方法。
8. 蒸気注入速度を制御して前記残留液体内における所定の加熱プロファイルを生成する工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
9. 前記蒸気が飽和蒸気、過熱蒸気及びこれらの混合物から成る群より選択される請求項１に記載の方法。
10. 前記注入された蒸気温度及び蒸気圧を制御して、洗浄期間において前記熱交換器内の流体静水頭圧範囲の変動を補償する工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
11. 非凝縮性気体を前記蒸気を混合することにより、熱交換器の二次側に注入するための混合気体流を生成する工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
12. 前記非凝縮性気体が0.01%〜3%の前記混合気体流を含む請求項１１に記載の方法。
13. 前記化学洗浄溶剤が、キレート剤、錯体形成剤、還元剤及びこれらの混合物から成る群より選択される洗浄化学試薬を含む請求項２に記載の方法。
14. 前記錯体形成剤がEDTA、NTA、有機酸及びこれらの混合物から成る群より選択される請求項１３に記載の方法。
15. 第１の既存の通路貫通孔に一時的に設置されるように構成され、
    前記通路貫通孔と結合するように構成されたフランジと、
    前記通路貫通孔に前記アダプタを固定する手段と、
    前記通路貫通孔を通じて流体を導入又は除去する導管と、
    熱交換器の二次側に設けられた開口部と
    を備える第１のアダプタと、
    前記導管に接続するように構成された蒸気源と、
    前記アダプタを通じた熱交換器の二次側への前記蒸気注入を制御するように構成された制御部と、
    を備える熱交換器の二次側から沈着物及び不純物を除去するシステム
16. 前記排出口が一つの排出装置として構成される請求項１５に記載のシステム。
17. 前記排出口が複数の排出装置として構成される請求項１５に記載のシステム。
18. 前記排出口が、調整型直接蒸気ノズル、スパージャー、排出装置、及びこれらの組み合わせから成る群から選択される請求項１５に記載のシステム
19. 第２の既存の通路貫通孔に一時的に設置されるように構成された第２のアダプタをさらに備え、
    前記第１及び第２のアダプタは、熱交換器の二次側における流体の流れを前記第１のアダプタから前記第２のアダプタに誘導するように構成された請求項１５に記載のシステム。