JP2013204854A - Apparatus and method for filling gas - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蒸気発生器などの熱交換器の製造時において伝熱管の内部にガスを封入するためのガス封入装置およびガス封入方法に関する。 The present invention relates to a gas sealing device and a gas sealing method for sealing a gas inside a heat transfer tube when manufacturing a heat exchanger such as a steam generator.
加圧水型原子炉(PWR:Pressurized Water Reactor)では、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電するものである。そして、この加圧水型原子炉は、高温高圧の一次冷却水の熱を蒸気発生器により二次冷却水に伝えて、二次冷却水で水蒸気を発生させるものである。この蒸気発生器は、多数の細い伝熱管の内側を一次冷却水が流れ、外側を流れる二次冷却水に熱を伝えて水蒸気を生成し、この水蒸気によりタービンを回して発電している。 In a pressurized water reactor (PWR), light water is used as a reactor coolant and neutron moderator, and high-temperature high-pressure water that does not boil throughout the core is sent to a steam generator for heat exchange. The steam is generated by this, and the steam is sent to a turbine generator to generate power. In this pressurized water reactor, heat of the high-temperature and high-pressure primary cooling water is transmitted to the secondary cooling water by the steam generator, and steam is generated by the secondary cooling water. In this steam generator, primary cooling water flows inside a large number of thin heat transfer tubes, heat is transferred to secondary cooling water flowing outside, and steam is generated, and a turbine is rotated by the steam to generate electric power.
この蒸気発生器において、中空密閉形状をなす胴部内に、その内壁面と所定間隔をもって管群外筒が配設され、この管群外筒内に逆U字形状をなす複数の伝熱管が配設され、各伝熱管の端部が管板に支持され、管板の下部に接合された椀状の水室鏡および仕切板により一次冷却水の入口側水室および出口側水室が区画形成されている。また、水室鏡は、入口側水室において外部に開口する入口側管台が設けられ、出口側水室において外部に開口する出口側管台が設けられている。入口側管台は、加圧水型原子炉から高温高圧の一次冷却水を供給する冷却水配管が接続され、出口側管台は、熱交換を終了した一次冷却水を加圧水型原子炉に戻す冷却水配管が接続される。さらに、水室鏡は、入口側水室および出口側水室においてメンテナンス用のマンホールがそれぞれ設けられている。また、胴部内に、管群外筒の上方に位置して二次冷却水の入口部が設けられると共に、気水分離機と湿分分離機が上下に並んで配設され、その上方に蒸気出口が設けられている。 In this steam generator, a tube group outer cylinder is disposed at a predetermined distance from the inner wall surface in a hollow hermetically sealed body portion, and a plurality of inverted U-shaped heat transfer tubes are arranged in the tube group outer cylinder. The end of each heat transfer tube is supported by the tube plate, and the inlet side water chamber and the outlet side water chamber of the primary cooling water are partitioned by a bowl-shaped water chamber mirror and partition plate joined to the lower part of the tube plate Has been. The water chamber mirror is provided with an inlet side nozzle that opens to the outside in the inlet side water chamber, and an outlet side nozzle that opens to the outside in the outlet side water chamber. The inlet side nozzle is connected to a cooling water pipe for supplying high-temperature and high-pressure primary cooling water from the pressurized water reactor, and the outlet side nozzle is a cooling water for returning the primary cooling water after the heat exchange to the pressurized water reactor. Piping is connected. Further, the water chamber mirror is provided with maintenance manholes in the inlet side water chamber and the outlet side water chamber, respectively. In addition, an inlet portion of secondary cooling water is provided in the body portion above the outer tube of the tube group, and a steam-water separator and a moisture separator are arranged side by side, above which steam is placed. There is an exit.
特許文献1は、蒸気発生器の製造時において伝熱管を挿入する工程について記載されている。
上述したように、伝熱管、水室鏡の入口側水室および出口側水室、管板の水室側の面、および仕切板は、蒸気発生器の一次側として、高温高圧の一次冷却水が接触する部分であり、蒸気発生器の製造後、原子力設備に輸送し組まれるまで、錆などを防ぎその健全性を保つことが重要であり、窒素または不活性ガスなどのガスが封入される。 As described above, the heat transfer tube, the water chamber side inlet side water chamber and the outlet side water chamber, the tube plate water chamber side surface, and the partition plate are used as the primary side of the steam generator as a primary high-temperature cooling water. It is important to prevent rust and maintain its integrity until the steam generator is manufactured and transported to a nuclear facility, and nitrogen or inert gas is enclosed. .
ガスを封入する際、効率よく空気と置換するために、一旦、一次側を真空引きして空気を除去した後にガスを封入する。ここで、伝熱管の内部に空気中の水蒸気を含めて水分が存在すると、通常の真空引き速度では真空引きによって空気が断熱膨張して、温度低下に伴い水分が凝固して氷となる。氷の気化速度は遅いため真空引き後にも氷が残留しこれが後刻ガス封入後に融解して残留水分となってしまう。この残留水分により一次側の健全性を保つことが難しくなる。 In order to efficiently replace the air with the gas, the primary side is once evacuated to remove the air, and then the gas is sealed. Here, if moisture is present inside the heat transfer tube including water vapor in the air, the air is adiabatically expanded by evacuation at a normal evacuation speed, and the moisture solidifies and becomes ice as the temperature decreases. Since the vaporization rate of ice is slow, ice remains even after evacuation, and this melts after gas filling and becomes residual moisture. This residual moisture makes it difficult to maintain the integrity of the primary side.
本発明は、上述した課題を解決するものであり、熱交換器の一次側にガスを封入する場合に、伝熱管内部の残留水分を除去することのできるガス封入装置およびガス封入方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problems, and provides a gas sealing device and a gas sealing method capable of removing residual moisture inside a heat transfer tube when gas is sealed on the primary side of a heat exchanger. For the purpose.
上述の目的を達成するために、本発明のガス封入装置は、伝熱管の内部に通じる一次側と前記伝熱管の外側の二次側とを構成する熱交換器について、前記一次側にガスを封入するガス封入装置であって、前記一次側を真空引きする真空引手段と、前記一次側にガスを供給するガス供給手段と、前記伝熱管を加熱する加熱手段と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, the gas sealing apparatus of the present invention is configured to supply gas to the primary side of a heat exchanger that forms a primary side that communicates with the inside of the heat transfer tube and a secondary side that is outside the heat transfer tube. A gas sealing device for sealing, comprising: a vacuuming means for evacuating the primary side; a gas supply means for supplying gas to the primary side; and a heating means for heating the heat transfer tube. To do.
このガス封入装置によれば、加熱手段により、真空引きおよびガス供給時に伝熱管を加熱することで、伝熱管内で真空引き時に断熱膨張を発生しにくくする、或いは断熱膨張が発生して温度が低下して水分が凝固した氷を融解し液体となった水分を蒸発させることにより水分を効果的に除去する。この結果、一次側の湿度を十分に下げる、すなわち十分に蒸気圧を下げることができることから、出荷から納入にいたる長期間の温度変化に対しても一次側が結露しない露点温度を維持することができる。 According to this gas sealing apparatus, the heat transfer tube is heated by the heating means at the time of evacuation and gas supply, so that adiabatic expansion is less likely to occur at the time of evacuation in the heat transfer tube, or adiabatic expansion occurs and the temperature is increased. The water is effectively removed by melting the ice that has been reduced and solidified, and evaporating the water that has become liquid. As a result, the humidity on the primary side can be sufficiently reduced, that is, the vapor pressure can be sufficiently reduced, so that the dew point temperature at which the primary side does not condense can be maintained even with a long-term temperature change from shipment to delivery. .
また、本発明のガス封入装置は、前記一次側の酸素濃度を計測する酸素濃度計測手段と、前記一次側の露点温度を計測する露点温度計測手段と、を備えることを特徴とする。 Moreover, the gas sealing apparatus of the present invention is characterized by comprising oxygen concentration measuring means for measuring the oxygen concentration on the primary side and dew point temperature measuring means for measuring the dew point temperature on the primary side.
上述の目的を達成するために、本発明のガス封入方法は、伝熱管の内部に通じる一次側と前記伝熱管の外部となる二次側とを構成する熱交換器について、前記一次側にガスを封入するガス封入方法であって、前記伝熱管を加熱した状態で、前記一次側を真空引きおよび前記一次側にガスを注入することを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, the gas sealing method of the present invention includes a heat exchanger that configures a primary side that communicates with the inside of a heat transfer tube and a secondary side that is the outside of the heat transfer tube. In which the primary side is evacuated and gas is injected into the primary side while the heat transfer tube is heated.
このガス封入方法によれば、真空引きおよびガス供給時に伝熱管を加熱することで、伝熱管内で真空引き時に断熱膨張を発生しにくくする、或いは断熱膨張が発生して温度が低下して水分が凝固した氷を融解し液体となった水分を蒸発させることにより水分を効果的に除去することで結露しない露点温度を維持することができる。この結果、伝熱管内部の残留水分を除去することができる。 According to this gas sealing method, the heat transfer tube is heated at the time of evacuation and gas supply, so that adiabatic expansion is less likely to occur at the time of evacuation in the heat transfer tube, or the adiabatic expansion occurs and the temperature is lowered and moisture is reduced. The dew point temperature at which no dew condensation can be maintained can be maintained by effectively removing the water by evaporating the water that has become solid by melting the solidified ice. As a result, residual moisture inside the heat transfer tube can be removed.
本発明によれば、熱交換器の一次側にガスを封入する場合に、伝熱管内部の残留水分を、出荷から納入にいたる長期間の温度変化に対しても一次側が結露しない露点温度を維持することができるレベルまで除去することができる。 According to the present invention, when gas is sealed on the primary side of the heat exchanger, the residual moisture inside the heat transfer tube is maintained at a dew point temperature at which the primary side does not condense even with a long-term temperature change from shipment to delivery. To a level that can be done.
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。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily replaced by those skilled in the art or those that are substantially the same.
図3は、蒸気発生器の構成を示す説明図である。図3に示すように、熱交換器としての蒸気発生器101は、胴部102を有している。胴部102は、上下方向に延在され、かつ密閉された中空円筒形状をなし、上半部に対して下半部が若干小径とされている。胴部102は、その下半部内に、伝熱管群105Aが設けられている。伝熱管群105Aは、逆U字形状をなす複数の伝熱管105からなる。各伝熱管105は、U字形状の円弧部を上方に向け、下端部が管板104の管穴104aに挿通支持されているとともに、中間部が複数の管支持板106に支持されている。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the configuration of the steam generator. As shown in FIG. 3, the
胴部102は、その下端部に水室鏡107が接合されている。水室鏡107は、椀状に形成された開口縁が管板104に接合された状態で、その内部が仕切板108により入口側水室107Aと出口側水室107Bとに区画されている。入口側水室107Aは、各伝熱管105の一端部が連通され、出口側水室107Bは、各伝熱管105の他端部が連通されている。また、入口側水室107Aは、胴部102の外部に通じる入口側管台107Aaが形成され、出口側水室107Bは、胴部102の外部に通じる出口側管台107Baが形成されている。
The
図1は、本実施の形態に係るガス封入装置の構成図である。上述した蒸気発生器101は、製造時に横倒しの形態で組み立てられる。そして、出荷前の最終工程として、一次側および二次側に、例えば、窒素または不活性ガスなどのガス)を封入する。本実施の形態では、一次側にガスを封入するガス封入装置について説明する。
FIG. 1 is a configuration diagram of a gas sealing apparatus according to the present embodiment. The
ガス封入装置は、密閉手段1と、真空引手段2と、ガス供給手段3と、加熱手段4と、真空度計測手段5と、酸素濃度計測手段6と、露点温度計測手段7と、を含み構成されている。 The gas sealing apparatus includes a sealing means 1, a vacuum drawing means 2, a gas supply means 3, a heating means 4, a vacuum degree measuring means 5, an oxygen concentration measuring means 6, and a dew point temperature measuring means 7. It is configured.
密閉手段1は、蒸気発生器101の一次側を密閉するものである。蒸気発生器101の製造時、一次側は、水室鏡107に形成された各管台107Aa,107Baが開口している。密閉手段1は、これらを各管台107Aa,107Baの開口部を閉塞する閉塞蓋として構成されている。なお、水室鏡107は、図示しない各マンホールが形成されており、蒸気発生器101の使用時では、これらマンホールの開口部はマンホール蓋(図示せず)により閉塞されている。ガスの封入時では、マンホール蓋を密閉手段1の一部に含みマンホールを閉塞する。
The sealing means 1 seals the primary side of the
真空引手段2は、蒸気発生器101の一次側を真空引きするものである。真空引手段2は、上記閉塞蓋の一方に設けられて水室鏡107の外部に引き出され水室鏡107の内外に通じる接続管2aと、水室鏡107の外部にて接続管2aに接続される真空吸引部2bとを有している。真空吸引部2bは、接続管2aを介して一次側を真空引きする真空ポンプとして構成される。接続管2aは、その途中に当該接続管2aを開閉する真空開閉弁2cが設けられている。なお、真空引手段2を設ける開閉蓋として、図1では出口側管台107Baを閉塞するものを示しているが、入口側管台107Aaを閉塞する閉塞蓋であってもよい。
The evacuation means 2 evacuates the primary side of the
ガス供給手段3は、蒸気発生器101の一次側にガスを供給するものである。ガス供給手段3は、上記接続管2aの途中であって真空開閉弁2cよりも閉塞蓋側から分岐して接続管2aの一部を介して水室鏡107の内外に通じるガス供給管3aと、ガス供給管3aに接続されるガス供給部3bとを有している。ガス供給部3bは、ガスが貯留されるタンクと、タンクのガスを送出するポンプとで構成される。ガス供給管3aは、その途中に当該ガス供給管3aを開閉するガス開閉弁3cが設けられている。なお、ガス供給管3aは、接続管2aを介さず、直接閉塞蓋の一方に設けられて水室鏡107の内外に通じるように構成されていてもよい。
The gas supply means 3 supplies gas to the primary side of the
加熱手段4は、伝熱管105を加熱するものである。本実施の形態において加熱手段4は、蒸気発生器101の二次側に熱風を送り込むように、ヒータとファンとを有する熱風供給部4aとして構成される。蒸気発生器101の二次側に熱風を送り込む場合、蒸気発生器101の二次側の開口部を2つのみ残して閉塞して、開口する一方の開口部を介して二次側に加熱した空気を送り込み、他方の開口部を介して二次側から冷えた空気を排出させる。開口する2つの開口部としては、図1に示すように、伝熱管105の管板104側の開口部(例えば、ハンドホール)と、伝熱管105のU字形状の端部側の開口部(例えば、小口径管台)とが、伝熱管105を適宜加熱するうえで好ましい。また、加熱手段4は、蒸気発生器101の胴部102をヒータなどで覆うことで外側から伝熱管105を加熱する構成であってもよい。
The heating means 4 heats the
真空度計測手段5は、蒸気発生器101の一次側の真空度を計測するものである。真空度計測手段5は、一次側の内圧を計測する圧力計として構成される。
The degree-of-vacuum measuring means 5 measures the degree of vacuum on the primary side of the
酸素濃度計測手段6は、蒸気発生器101の一次側の酸素濃度を計測するものである。なお、酸素濃度計測手段6は、真空度計測手段5とは別に接続管2aに配置されていてもよい。
The oxygen concentration measuring means 6 measures the oxygen concentration on the primary side of the
露点温度計測手段7は、蒸気発生器101の一次側の露点温度を計測するものである。なお、露点温度計測手段7は、真空度計測手段5とは別に接続管2aに配置されていてもよい。
The dew point temperature measuring means 7 measures the dew point temperature on the primary side of the
図2は、本発明の実施の形態に係るガス封入方法のフローチャート図である。まず、加熱手段4により伝熱管105の加熱を開始する(ステップS1)。この伝熱管105の加熱は、少なくとも真空引きを行う前に開始することが好ましい。次に、一次側の真空引きを行う(ステップS2)。すなわち、ガス開閉弁3cを閉塞状態にするとともに真空開閉弁2cを開放状態として真空吸引部2bを稼動させる。そして、一次側が所定圧力(真空度)になるまで真空引きを続け(ステップS3:No)、所定圧力になった場合(ステップS3:Yes)、真空引きを止め、ガスを注入する(ステップS4)。そして、一次側が所定酸素濃度でかつ所定温度となるまで、ステップS2からステップS4を行い(ステップS5:No)、一次側が所定酸素濃度でかつ所定温度になった場合(ステップS5:Yes)、一次側が所定圧力に加圧されるまでガスを注入し(ステップS6:NoおよびステップS7)、所定圧力になった場合(ステップS6:Yes)、加熱手段4による伝熱管105の加熱を停止し(ステップS8)、一次側を封止、すなわち真空開閉弁2cおよびガス開閉弁3cを閉塞状態にして本作業を終了する。
FIG. 2 is a flowchart of the gas filling method according to the embodiment of the present invention. First, heating of the
このように、本実施の形態のガス封入装置は、伝熱管105の内部に通じる一次側と伝熱管105の外側の二次側とを構成する蒸気発生器(熱交換器)101について、一次側にガスを封入するガス封入装置であって、一次側を真空引きする真空引手段2と、一次側にガスを供給するガス供給手段3と、伝熱管105を加熱する加熱手段4と、を備える。
As described above, the gas sealing apparatus according to the present embodiment is configured so that the steam generator (heat exchanger) 101 constituting the primary side communicating with the
このガス封入装置によれば、加熱手段4により、真空引きおよびガス供給時に伝熱管105を加熱することで、伝熱管105内で真空引き時に断熱膨張を発生しにくくする、或いは断熱膨張が発生して温度が低下して水分が凝固した氷を融解し液体となった水分を蒸発させることにより水分を効果的に除去する。このため、一次側の湿度を十分に下げる、すなわち十分に蒸気圧を下げることができることから、出荷から納入にいたる長期間の温度変化に対しても一次側が結露しない露点温度を維持することができる。この結果、伝熱管105内部の残留水分を除去することが可能になる。
According to this gas sealing device, the
また、本実施の形態のガス封入装置は、一次側の酸素濃度を計測する酸素濃度計測手段6と、一次側の露点温度を計測する露点温度計測手段7と、を備える。
In addition, the gas sealing apparatus of the present embodiment includes an oxygen
また、本実施の形態のガス封入方法は、伝熱管105の内部に通じる一次側と伝熱管105の外部となる二次側とを構成する蒸気発生器(熱交換器)101について、一次側にガスを封入するガス封入方法であって、一次側を真空引きした後にガスを注入する際、伝熱管105を加熱することを特徴とする。
In addition, the gas sealing method of the present embodiment is such that the steam generator (heat exchanger) 101 constituting the primary side communicating with the inside of the
このガス封入方法によれば、真空引きおよびガス供給時に伝熱管105を加熱することで、伝熱管105内で真空引き時に断熱膨張を発生しにくくする、或いは断熱膨張が発生して温度が低下して水分が凝固した氷を融解し液体となった水分を蒸発させることにより水分を効果的に除去することで結露しない露点温度を維持することができる。この結果、伝熱管105内部の残留水分を除去することが可能になる。
According to this gas sealing method, the
また、本実施の形態のガス封入方法は、一次側を真空引きする工程と、次に、一次側が所定の真空度となった場合にガスを注入する工程と、を含み、一次側が所定の酸素濃度であって所定の温度となるまで真空引きおよびガスの注入を行い、その間、伝熱管105を継続して加熱する。このガス封入方法によれば、一次側の雰囲気を、伝熱管内部に残留水分が生じない酸素濃度および露点温度に設定することが可能になる。
The gas sealing method of the present embodiment includes a step of evacuating the primary side and a step of injecting a gas when the primary side reaches a predetermined degree of vacuum. Vacuuming and gas injection are performed until the concentration reaches a predetermined temperature, while the
1 密閉手段
2 真空引手段
3 ガス供給手段
4 加熱手段
5 真空度計測手段
6 酸素濃度計測手段
7 露点温度計測手段
101 蒸気発生器
105 伝熱管
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記一次側を真空引きする真空引手段と、
前記一次側にガスを供給するガス供給手段と、
前記伝熱管を加熱する加熱手段と、
を備えることを特徴とするガス封入装置。 About a heat exchanger that constitutes a primary side leading to the inside of a heat transfer tube and a secondary side outside the heat transfer tube, a gas sealing device that seals gas on the primary side,
Evacuation means for evacuating the primary side;
Gas supply means for supplying gas to the primary side;
Heating means for heating the heat transfer tube;
A gas sealing device comprising:
前記一次側の露点温度を計測する露点温度計測手段と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載のガス封入装置。 Oxygen concentration measuring means for measuring the oxygen concentration on the primary side;
Dew point temperature measuring means for measuring the dew point temperature on the primary side;
The gas sealing device according to claim 1, comprising:
前記伝熱管を加熱した状態で、前記一次側を真空引きおよび前記一次側にガスを注入することを特徴とするガス封入方法。 About a heat exchanger that constitutes a primary side that leads to the inside of a heat transfer tube and a secondary side that is the outside of the heat transfer tube, a gas sealing method for sealing gas to the primary side,
A gas filling method, wherein the primary side is evacuated and a gas is injected into the primary side while the heat transfer tube is heated.
次に、前記一次側が所定の真空度となった場合にガスを注入する工程と、
を含み、前記一次側が所定の酸素濃度であって所定の温度となるまで真空引きおよびガスの注入を行い、その間、前記伝熱管を継続して加熱することを特徴とする請求項3に記載のガス封入方法。 Evacuating the primary side;
Next, a step of injecting gas when the primary side has a predetermined degree of vacuum;
The evacuation and gas injection are performed until the primary side has a predetermined oxygen concentration and reaches a predetermined temperature, and the heat transfer tube is continuously heated during that time. Gas filling method.
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