JP2014130108A - 管台補修方法及び原子炉容器 - Google Patents

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Abstract

【課題】管台補修方法及び原子炉容器において、管台の溶接領域を所定の範囲に抑制することで補修作業の作業性の向上を図る。
【解決手段】開先溶接部206における炉内計装筒204との接続部(トレパニング加工部)208を除去する工程と、下鏡(半球部)66から炉内計装筒204を除去する工程と、開先溶接部206の表面に肉盛溶接して表面溶接肉盛部210を形成する工程と、この表面溶接肉盛部210を開先加工して溶接開先部212を形成する工程と、計装機器案内通路204dの外側に周方向に沿う溝部204fが設けられた新たな炉内計装筒204Aを取付孔203に挿入する工程と、溶接開先部212に開先溶接して新たな炉内計装筒204Aを固定する工程とを設ける。
【選択図】図1

Description

本発明は、原子炉容器に設けられる管台を補修するための管台補修方法、並びに、管台が設けられる原子炉容器に関するものである。
例えば、加圧水型原子炉(PWR:Pressurized Water Reactor)を備える原子力発電プラントは、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。
このような原子力発電プラントにて、加圧水型原子炉は、十分な安全性や信頼性を確保するために各種の構造物などを定期的に検査する必要がある。そして、各検査を施工して不具合を発見した場合は、その不具合に関係する必要箇所を補修している。例えば、加圧水型原子炉にて、原子炉容器本体は、下鏡を貫通する多数の計装管台が設けられ、この各計装管台は、炉内側の上端部に炉内計装案内管が固定される一方、炉外側の下端部にコンジットチューブが連結されている。そして、中性子束を計測可能な中性子束検出器は、コンジットチューブにより計装管台から炉内計装案内管を通して炉心(燃料集合体)まで挿入可能となっている。
この計装管台は、ニッケル基合金製の炉内計装筒が低合金鋼製の原子炉容器本体の取付孔に嵌入し、ニッケル基合金製の材料により溶接されて形成されている。そのため、長期の使用により、炉内計装筒に応力腐食割れが発生する可能性があり、この応力腐食割れが発生したときには、計装管台を補修する必要が生じる。従来の管台補修方法としては、例えば、下記特許文献1に記載されたものがある。この特許文献1に記載された長尺ハウジングの補修方法は、原子炉容器の下鏡溶接に固定支持された中性子束モニタハウジング等の長尺ハウジングを溶接部の上下方で切断し、切断されたハウジングを取り除いた後、原子炉容器管台の開先溶接部を残存ハウジングと共に除去し、管台頂部に開先部を復旧させ、原子炉圧力容器の貫通孔から挿入されたハウジングを管台の開先溶接部を介して固定支持させると共に挿入先端をハウジングに溶接により固定するものである。
特開平02−102493号公報
上述した従来の管台補修方法では、原子炉容器管台の開先溶接部を残存ハウジングと共に全て除去して開先部を復旧させるとき、貫通孔の内面を切削加工し、加工後の貫通孔に新しいハウジングを挿入し、管台の開先溶接部を溶接して固定することとなる。そのため、補修後にハウジングを挿入する貫通孔の内径は、補修前のものよりも大きくなり、一方で、新しいハウジングは、内径が変わらないものの、補修後の貫通孔の内径に合わせて外径が大きなものとなる。発電用原子力設備規格にて、溶接継手は、配管の板厚に対する深さや幅が設定されており、ハウジングの板厚が大きくなると、溶接継手の深さや幅が大きくなってしまう。原子炉容器本体の計装管台は、周辺内面にステンレス鋼を材料とする溶接肉盛層が形成されて構成されている。この溶接肉盛層は、原子炉容器本体の強度部材を構成するものではないことから、溶接継手は、この溶接肉盛層に至らない範囲内で留める必要がある。しかし、溶接継手の深さや幅が大きくなると、溶接部が溶接肉盛層にまで及ぶ可能性もあり、補修自体が困難となってしまうおそれがある。
本発明は、上述した課題を解決するものであり、管台の溶接領域を所定の範囲に抑制することで補修作業の作業性の向上を図る管台補修方法及び原子炉容器を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するための本発明の管台補修方法は、原子炉容器の半球部に形成された取付孔に炉内計装筒が挿入され、前記半球部の内面側が開先溶接されて前記炉内計装筒が固定された計装管台の補修方法であって、開先溶接部における前記炉内計装筒との接続部を除去する工程と、前記半球部から前記炉内計装筒を除去する工程と、前記開先溶接部の表面に肉盛溶接して表面溶接肉盛部を形成する工程と、前記表面溶接肉盛部を開先加工して溶接開先部を形成する工程と、計装機器案内通路の外側に周方向に沿う溝部が設けられた新たな炉内計装筒を前記取付孔に挿入する工程と、前記溶接開先部に開先溶接して前記新たな炉内計装筒を固定する工程と、を有することを特徴とするものである。
従って、炉内計装筒を除去した開先溶接部の表面に肉盛溶接して溶接開先部を形成し、計装機器案内通路の外側に周方向に沿う溝部が設けられた新たな炉内計装筒を取付孔に挿入し、溶接開先部に開先溶接してこの炉内計装筒を固定する。この新たな炉内計装筒は、周方向に沿う溝部が設けられていることから、開先溶接により取付孔に固定される厚さが溝部の外側で薄く形成されることとなり、溶接開先部及びこの溶接開先部への開先溶接部の深さや広さを所定の範囲に抑制することができ、補修作業の作業性を向上することができる。
本発明の管台補修方法では、前記開先溶接部の表面に前記表面溶接肉盛部を形成するとき、前記半球部の内面まで延出して肉盛溶接すると共に、前記取付孔側に延出して肉盛溶接することを特徴としている。
従って、残存した既設の開先溶接部の表面が隙間なく新たな表面肉盛溶接部で被覆されることとなり、耐応力腐食性を向上することができる。
本発明の管台補修方法では、前記開先溶接部の表面に前記表面溶接肉盛部を形成した後、前記取付孔の内面を切削加工することを特徴としている。
従って、取付孔の内面を切削加工してから新たな炉内計装筒をこの取付孔に挿入することとなり、取付精度を向上することができる。
本発明の管台補修方法では、前記溶接開先部は、前記開先溶接部の領域内に形成することを特徴としている。
従って、炉内計装筒を適正に取付孔に固定することができ、管台溶接部の耐久性を向上することができる。
本発明の管台補修方法では、前記新たな炉内計装筒は、前記取付孔に挿入される本体部と、前記本体部の上端部に連続して該本体部より小径の支持部と、前記本体部と前記支持部の内部を貫通する前記計装機器案内通路と、前記本体部と前記支持部との段差部に端部が開口する前記溝部とを有することを特徴としている。
従って、新たな炉内計装筒は、本体部と支持部との段差部に開口する溝部を形成することで、計装管台の簡素化を可能とすることができると共に、この炉内計装筒に対する溶接開先部及びこの溶接開先部への開先溶接部の深さや広さを所定の範囲に抑制することができる。
本発明の管台補修方法では、前記半球部に前記新たな炉内計装筒を固定するときに使用する溶接材料は、前記開先溶接部の溶接材料より高い耐応力腐食性を有する材料であることを特徴としている。
従って、従来の管台に比べて耐応力腐食性を向上することができる。
また、本発明の原子炉容器は、下部が半球形状をなす原子炉容器本体と、半球形状をなして前記原子炉容器本体の上部に装着される原子炉容器蓋と、前記原子炉容器本体の側部に設けられる入口ノズル及び出口ノズルと、前記原子炉容器本体の内部に配置されて多数の燃料集合体からなる炉心と、前記燃料集合体に対して挿入可能な多数の制御棒と、前記制御棒を上下動可能な制御棒駆動装置と、前記原子炉容器本体の下部に設けられて中性子束検出器を挿入可能な複数の計装管台と、を有し、前記複数の計装管台のうちのいずれかは、前記原子炉容器本体の下部に固定される本体部と、前記本体部の上端部に連続して該本体部より小径の支持部と、前記本体部と前記支持部の内部を貫通する計装機器案内通路と、前記本体部と前記支持部との段差部に端部が開口して周方向に沿う溝部と、を有することを特徴とするものである。
従って、新たな炉内計装筒は、周方向に沿う溝部が設けられていることから、開先溶接により取付孔に固定される厚さが溝部の外側で薄く形成されることとなり、溶接開先部及びこの溶接開先部への開先溶接部の深さや広さを所定の範囲に抑制することができ、補修作業の作業性を向上することができ、また、補修後の計装管台の構造を簡素化することができる。
本発明の管台補修方法及び原子炉容器によれば、新たな炉内計装筒にて、計装機器案内通路の外側に周方向に沿う溝部を設けるので、開先溶接により取付孔に固定される厚さが溝部の外側で薄く形成されることとなり、溶接開先部及びこの溶接開先部への開先溶接部の深さや広さを所定の範囲に抑制することができ、補修作業の作業性を向上することができる。
図1は、本発明の一実施例に係る管台補修方法により補修された原子炉容器の計装管台を表す断面図である。 図2は、原子力発電プラントの概略構成図である。 図3は、加圧水型原子炉を表す縦断面図である。 図4は、本実施例の管台補修方法を表すフローチャートである。 図5−1は、計装管台における炉内計装筒の止水作業を表す原子炉容器の概略図である。 図5−2は、炉内計装筒の止水作業を表す概略図である。 図6は、コンジットチューブの切断作業を表す概略図である。 図7は、止水キャップの取付作業を表す概略図である。 図8は、原子炉容器への案内装置及び支持架台の設置作業を表す概略図である。 図9は、原子炉容器内の水抜き作業を表す概略図である。 図10は、炉内計装筒の切断作業を表す概略図である。 図11−1は、炉内計装筒のトレパニング作業を表す概略図である。 図11−2は、トレパニングされた炉内計装筒を表す断面図である。 図12は、炉内計装筒の引抜作業を表す断面図である。 図13−1は、計装管台におけるステンレス鋼肉盛部の厚さ測定作業を表す概略図である。 図13−2は、計装管台におけるステンレス鋼肉盛部の厚さ測定作業を表す要部拡大図である。 図14−1は、計装管台における溶接部の範囲測定作業を表す概略図である。 図14−2は、計装管台における溶接部の範囲測定作業を表す要部拡大図である。 図15−1は、計装管台における肉盛溶接作業を表す概略図である。 図15−2は、肉盛溶接作業が施された計装管台を表す断面図である。 図16は、計装管台における整形作業が施された肉盛溶接部を表す断面図である。 図17は、計装管台における溶接部の計測作業を表す概略図である。 図18−1は、計装管台における溶接部の開先作業を表す概略図である。 図18−2は、計装管台における開先作業が施された溶接部を表す断面図である。 図19−1は、計装管台への炉内計装筒の挿入作業を表す概略図である。 図19−2は、計装管台へ挿入された炉内計装筒を表す断面図である。 図20−1は、計装管台における炉内計装筒の溶接作業及び検査作業を表す概略図である。 図20−2は、計装管台へ溶接された炉内計装筒を表す断面図である。 図21は、計装管台における炉内計装筒の溶接部の検査作業を表す概略図である。
以下に添付図面を参照して、本発明に係る管台補修方法及び原子炉容器の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
図2は、原子力発電プラントの概略構成図、図3は、加圧水型原子炉を表す縦断面図である。
本実施例の原子炉は、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加圧水型原子炉(PWR:Pressurized Water Reactor)である。
本実施例の加圧水型原子炉を有する原子力発電プラントにおいて、図2に示すように、原子炉格納容器11は、内部に加圧水型原子炉12及び蒸気発生器13が格納されており、この加圧水型原子炉12と蒸気発生器13とは高温側送給配管14と低温側送給配管15を介して連結されており、高温側送給配管14に加圧器16が設けられ、低温側送給配管15に一次冷却水ポンプ17が設けられている。この場合、減速材及び一次冷却水(冷却材)として軽水を用い、炉心部における一次冷却水の沸騰を抑制するために、一次冷却系統は加圧器16により150〜160気圧程度の高圧状態を維持するように制御している。
従って、加圧水型原子炉12にて、燃料(原子燃料)として低濃縮ウランまたはMOXにより一次冷却水として軽水が加熱され、高温の一次冷却水が加圧器16により所定の高圧に維持された状態で、高温側送給配管14を通して蒸気発生器13に送られる。この蒸気発生器13では、高温高圧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低温側送給配管15を通して加圧水型原子炉12に戻される。
蒸気発生器13は、加熱された二次冷却水、つまり、蒸気を送給する配管31を介して蒸気タービン32と連結されており、この配管31に主蒸気隔離弁33が設けられている。蒸気タービン32は、高圧タービン34と低圧タービン35を有すると共に、発電機(発電装置)36が接続されている。また、高圧タービン34と低圧タービン35は、その間に湿分分離加熱器37が設けられており、配管31から分岐した冷却水分岐配管38が湿分分離加熱器37に連結される一方、高圧タービン34と湿分分離加熱器37は低温再熱管39により連結され、湿分分離加熱器37と低圧タービン35は高温再熱管40により連結されている。
更に、蒸気タービン32の低圧タービン35は、復水器41を有しており、この復水器41は、配管31からバイパス弁42を有するタービンバイパス配管43が接続されると共に、冷却水(例えば、海水)を給排する取水管44及び排水管45が連結されている。この取水管44は、循環水ポンプ46を有し、排水管45と共に他端部が海中に配置されている。
そして、この復水器41は、配管47が接続されており、復水ポンプ48、グランドコンデンサ49、復水脱塩装置50、復水ブースタポンプ51、低圧給水加熱器52が接続されている。また、配管47は、脱気器53が連結されると共に、主給水ポンプ54、高圧給水加熱器55、主給水制御弁56が設けられている。
従って、蒸気発生器13にて、高温高圧の一次冷却水と熱交換を行って生成された蒸気は、配管31を通して蒸気タービン32(高圧タービン34から低圧タービン35)に送られ、この蒸気により蒸気タービン32を駆動して発電機36により発電を行う。このとき、蒸気発生器13からの蒸気は、高圧タービン34を駆動した後、湿分分離加熱器37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35を駆動する。そして、蒸気タービン32を駆動した蒸気は、復水器41で海水を用いて冷却されて復水となり、グランドコンデンサ49、復水脱塩装置50、低圧給水加熱器52、脱気器53、高圧給水加熱器55などを通して蒸気発生器13に戻される。
このように構成された原子力発電プラントの加圧水型原子炉12において、図3に示すように、原子炉容器61は、その内部に炉内構造物が挿入できるように、原子炉容器本体62とその上部に装着される原子炉容器蓋(上鏡)63により構成されており、この原子炉容器本体62に対して原子炉容器蓋63が複数のスタッドボルト64及びナット65により開閉可能に固定されている。
この原子炉容器本体62は、原子炉容器蓋63を取り外すことで上部が開口可能であり、下部が半球形状をなす下鏡66により閉塞された円筒形状をなしている。そして、原子炉容器本体62は、上部に一次冷却水としての軽水(冷却材)を供給する入口ノズル(入口管台)67と、軽水を排出する出口ノズル(出口管台)68が形成されている。また、原子炉容器本体62は、この入口ノズル67及び出口ノズル68とは別に、図示しない注水ノズル(注水管台)が形成されている。
原子炉容器本体62は、内部にて、入口ノズル67及び出口ノズル68より上方に上部炉心支持板69が固定される一方、下方の下鏡66の近傍に位置して下部炉心支持板70が固定されている。この上部炉心支持板69及び下部炉心支持板70は、円板形状をなして図示しない多数の連通孔が形成されている。そして、上部炉心支持板69は、複数の炉心支持ロッド71を介して下方に図示しない多数の連通孔が形成された上部炉心板72が連結されている。
原子炉容器本体62は、内部に円筒形状をなす炉心槽73が内壁面と所定の隙間をもって配置されており、この炉心槽73は、上部が上部炉心板72に連結され、下部に円板形状をなして図示しない多数の連通孔が形成された下部炉心板74が連結されている。そして、この下部炉心板74は、下部炉心支持板70に支持されている。即ち、炉心槽73は、原子炉容器本体62の下部炉心支持板70に吊り下げ支持されることとなる。
炉心75は、上部炉心板72と炉心槽73と下部炉心板74により形成されており、この炉心75は、内部に多数の燃料集合体76が配置されている。この燃料集合体76は、図示しないが、多数の燃料棒が支持格子により格子状に束ねられて構成され、上端部に上部ノズルが固定される一方、下端部に下部ノズルが固定されている。また、炉心75は、内部に多数の制御棒77が配置されている。この多数の制御棒77は、上端部がまとめられて制御棒クラスタ78となり、燃料集合体76内に挿入可能となっている。上部炉心支持板69は、この上部炉心支持板69を貫通して多数の制御棒クラスタ案内管79が固定されており、各制御棒クラスタ案内管79は、下端部が燃料集合体76内の制御棒クラスタ78まで延出されている。
原子炉容器61を構成する原子炉容器蓋63は、上部が半球形状をなして磁気式ジャッキの制御棒駆動装置80が設けられており、原子炉容器蓋63と一体をなすハウジング81内に収容されている。多数の制御棒クラスタ案内管79は、上端部が制御棒駆動装置80まで延出され、この制御棒駆動装置80から延出されて制御棒クラスタ駆動軸82が、制御棒クラスタ案内管79内を通って燃料集合体76まで延出され、制御棒クラスタ78を把持可能となっている。
この制御棒駆動装置80は、上下方向に延設されて制御棒クラスタ78に連結されると共に、その表面に複数の周溝を長手方向に等ピッチで配設してなる制御棒クラスタ駆動軸82を磁気式ジャッキで上下動させることで、原子炉の出力を制御している。
また、原子炉容器本体62は、下鏡66を貫通する多数の計装管台83が設けられ、この各計装管台83は、炉内側の上端部に炉内計装案内管84が連結される一方、炉外側の下端部にコンジットチューブ85が連結されている。各炉内計装案内管84は、上端部が下部炉心支持板70に連結されており、振動を抑制するための上下の連接板86,87が取付けられている。シンブルチューブ88は、中性子束を計測可能な中性子束検出器(図示略)が装着されており、コンジットチューブ85から計装管台83及び炉内計装案内管84を通り、下部炉心板74を貫通して燃料集合体76まで挿入可能となっている。
従って、制御棒駆動装置80により制御棒クラスタ駆動軸82を移動して燃料集合体76から制御棒77を所定量引き抜くことで、炉心75内での核分裂を制御し、発生した熱エネルギにより原子炉容器61内に充填された軽水が加熱され、高温の軽水が出口ノズル68から排出され、上述したように、蒸気発生器13に送られる。即ち、燃料集合体76を構成する原子燃料が核分裂することで中性子を放出し、減速材及び一次冷却水としての軽水が、放出された高速中性子の運動エネルギを低下させて熱中性子とし、新たな核分裂を起こしやすくすると共に、発生した熱を奪って冷却する。一方、制御棒77を燃料集合体76に挿入することで、炉心75内で生成される中性子数を調整し、また、制御棒77を燃料集合体76に全て挿入することで、原子炉を緊急に停止することができる。
また、原子炉容器61は、炉心75に対して、その上方に出口ノズル68に連通する上部プレナム89が形成されると共に、下方に下部プレナム90が形成されている。そして、原子炉容器61と炉心槽73との間に入口ノズル67及び下部プレナム90に連通するダウンカマー部91が形成されている。従って、軽水は、入口ノズル67から原子炉容器本体62内に流入し、ダウンカマー部91を下向きに流れ落ちて下部プレナム90に至り、この下部プレナム90の球面状の内面により上向きに案内されて上昇し、下部炉心支持板70及び下部炉心板74を通過した後、炉心75に流入する。この炉心75に流入した軽水は、炉心75を構成する燃料集合体76から発生する熱エネルギを吸収することで、この燃料集合体76を冷却する一方、高温となって上部炉心板72を通過して上部プレナム89まで上昇し、出口ノズル68を通って排出される。
このように構成された原子炉容器61にて、計装管台83は、炉内計装筒が原子炉容器本体62の下鏡66に形成された取付孔に嵌入し、炉内計装筒の上端部が下鏡66の内面に開先溶接により固定されて形成されている。原子炉容器本体62は、母材となる低合金鋼の内面にステンレス鋼が肉盛溶接されて構成され、ニッケル基合金製の炉内計装筒がこの原子炉容器本体62の取付孔に嵌入した状態で、ニッケル基合金製の材料により原子炉容器本体62に溶接されている。そのため、長期の使用により、炉内計装筒に応力腐食割れが発生する可能性があり、この応力腐食割れが発生したときには、計装管台83を補修する必要が生じる。
この計装管台83を補修する場合、計装管台83の開先溶接部をトレパニング加工して炉内計装筒を除去した後、取付孔の内面を切削加工し、加工後の取付孔に新しい炉内計装筒を挿入し、開先溶接して固定する。そのため、補修後の取付孔の内径は、補修前のものよりも大きくなり、新しい炉内計装筒は、内径が変わらないものの、外径が大きくなる。発電用原子力設備規格にて、溶接継手は、配管の板厚に対する深さや幅が設定されており、炉内計装筒の板厚が大きくなると、溶接継手の深さや幅が大きくなってしまう。すると、溶接継手が原子炉容器本体62の強度部材でない溶接肉盛層まで延設することとなり、補修が困難となってしまうおそれがある。
そこで、本実施例の管台補修方法は、既設の開先溶接部における炉内計装筒との接続部を除去する工程と、下鏡(半球部)66から炉内計装筒を除去する工程と、開先溶接部の表面に肉盛溶接して表面溶接肉盛部を形成する工程と、この表面溶接肉盛部を開先加工して溶接開先部を形成する工程と、計装機器案内通路の外側に周方向に沿う溝部が設けられた新たな炉内計装筒を取付孔に挿入する工程と、溶接開先部に開先溶接して新たな炉内計装筒を固定する工程と、を有するものである。この場合、新たな炉内計装筒は、周方向に沿う溝部が設けられていることから、開先溶接により取付孔に固定される厚さが溝部の外側で薄く形成されることとなり、溶接開先部及びこの溶接開先部への開先溶接部の深さや広さを所定の範囲に抑制することができ、補修作業の作業性を向上することができる。
図1は、本発明の一実施例に係る管台補修方法により補修された原子炉容器の計装管台を表す断面図、図4は、本実施例の管台補修方法を表すフローチャート、図5−1は、計装管台における炉内計装筒の止水作業を表す原子炉容器の概略図、図5−2は、炉内計装筒の止水作業を表す概略図、図6は、コンジットチューブの切断作業を表す概略図、図7は、止水キャップの取付作業を表す概略図、図8は、原子炉容器への案内装置及び支持架台の設置作業を表す概略図、図9は、原子炉容器内の水抜き作業を表す概略図、図10は、炉内計装筒の切断作業を表す概略図、図11−1は、炉内計装筒のトレパニング作業を表す概略図、図11−2は、トレパニングされた炉内計装筒を表す断面図、図12は、炉内計装筒の引抜作業を表す断面図、図13−1は、計装管台におけるステンレス鋼肉盛部の厚さ測定作業を表す概略図、図13−2は、計装管台におけるステンレス鋼肉盛部の厚さ測定作業を表す要部拡大図、図14−1は、計装管台における溶接部の範囲測定作業を表す概略図、図14−2は、計装管台における溶接部の範囲測定作業を表す要部拡大図、図15−1は、計装管台における肉盛溶接作業を表す概略図、図15−2は、肉盛溶接作業が施された計装管台を表す断面図、図16は、計装管台における整形作業が施された肉盛溶接部を表す断面図、図17は、計装管台における溶接部の計測作業を表す概略図、図18−1は、計装管台における溶接部の開先作業を表す概略図、図18−2は、計装管台における開先作業が施された溶接部を表す断面図、図19−1は、計装管台への炉内計装筒の挿入作業を表す概略図、図19−2は、計装管台へ挿入された炉内計装筒を表す断面図、図20−1は、計装管台における炉内計装筒の溶接作業及び検査作業を表す概略図、図20−2は、計装管台へ溶接された炉内計装筒を表す断面図、図21は、計装管台における炉内計装筒の溶接部の検査作業を表す概略図である。
以下、図1の断面図、図4のフローチャート、図5−1から図21の概略図を用いて本実施例の管台補修方法について詳細に説明する。
図4及び図5−1に示すように、ステップS11にて、加圧水型原子炉12にて、原子炉容器61を構成する原子炉容器本体62から原子炉容器蓋63を取外し、内部に収容されている炉内構造物(上部炉内構造物12A,下部炉内構造物12B)を撤去する。この場合、原子炉建屋101は、冷却水を貯留可能なキャビティ102が設けられており、加圧水型原子炉12が吊り下げ支持される原子炉プール103に隣接して機器仮置プール104が形成されている。そのため、上部炉内構造物12A及び下部炉内構造物12Bは、この機器仮置プール104で冷却水に浸漬した状態で仮置きされる。
図5−2に示すように、原子炉容器本体62は、低合金鋼により製造される母材201の内面にステンレス鋼を材料とする溶接肉盛層202が形成されて構成されている。そして、計装管台83は、原子炉容器本体62の下鏡66に鉛直方向に沿って形成された取付孔203にニッケル基合金(例えば、インコネル600/商標)製の炉内計装筒204が挿入位置決めされ、下鏡66の内面側に形成された開先部205に対して、ニッケル基合金(例えば、インコネル600)を材料とする開先溶接部206(下溶接部206a、本溶接部206b)が設けられて構成されている。
図4及び図5−1、図5−2に示すように、ステップS12にて、キャビティ102の上方に止水プラグ取扱装置105を設置し、止水プラグ取付装置106が止水プラグ107を把持し、キャビティ102の冷却水内を下降する。そして、原子炉容器本体62の計装管台83を構成する炉内計装筒204の上端部に止水プラグ107を嵌合し、施栓する。また、図4及び図6に示すように、ステップS13にて、炉内計装筒204の下端部に連結されているコンジットチューブ85を切断し、図4及び図7に示すように、ステップS14にて、計装管台83の下部に止水キャップ108を固定する。
この場合、止水キャップ108は、上端が開放されて下端部が閉塞されたケース108aと、このケース108aの下部に連結された配管108b、配管108bに設けられた開閉弁108cとから構成されている。一方、下鏡66は、外面にステンレス鋼を材料とする溶接肉盛層207が予め設けられている。そのため、止水キャップ108は、炉内計装筒204の下部を下から被覆するように、ケース108aの上端部が下鏡66の溶接肉盛層207に溶接して固定される。
計装管台83における既設の炉内計装筒204の上端部と下端部が止水されると、原子炉容器本体62内の水抜き処理を行うことで気中空間を形成する。即ち、図4及び図8に示すように、ステップS15にて、キャビティ102の上方から案内装置109が装着された支持架台110を冷却水内で下降し、案内装置109が所定の高さ位置に配置されるように高さ調整する。そして、図4及び図9に示すように、ステップS16にて、案内装置109が原子炉容器本体62内に設置されると、原子炉容器本体62の上端部をシールプレート111により止水し、案内管112を連結する。この状態で、キャビティ102の上方に図示しない乾式用設備を設置し、水中ポンプにより案内管112を通して原子炉容器本体62内の冷却水を排出し、炉内に気中空間(図9の斜線部)を形成する。この場合、原子炉容器本体62の入口ノズル67及び出口ノズル68も止水する。そして、原子炉容器本体62内に気中空間が形成されたら、計装管台83の炉内計装筒204の上端部から止水プラグ107を取外す。
なお、ここでは、原子炉容器本体62の上端部をシールプレート111により止水し、内部の全ての水を排出するようにしたが、計装管台83の周囲を図示しないケーシングで取り囲み、このケーシングの内部の冷却水を排出して気中空間を形成してもよい。
原子炉容器本体62内に気中空間が形成されたら、この原子炉容器本体62内で各種の作業を行うが、各種の装置は案内管112を通して原子炉容器本体62内に搬入し、案内装置109に支持して使用する。
図4及び図10に示すように、ステップS17にて、図示しない切断装置を用いて計装管台83における炉内計装筒204の上部を切断(または、切削)し、切断した炉内計装筒204の上部を回収する。図4及び図11−1に示すように、ステップS18にて、下鏡66に固定されている炉内計装筒204の開先溶接部206を図示しない切削装置を用いてトレパニング加工(トレパニング加工部208)し、図11−2に示すように、炉内計装筒204と開先溶接部206との間に開口隙間209を形成する。即ち、開先溶接部206における炉内計装筒204との接続部としてのトレパニング加工部208を除去する。このとき、トレパニング加工は、開先溶接部206における上端、つまり、下鏡66の内面側から、開先溶接部206の下方、つまり、下鏡66の母材201まで行われる。なお、切削装置を用いて炉内計装筒204の開先溶接部206をトレパニング加工するとき、図示しない吸引装置により発生した切粉の回収を行う。
図4及び図12に示すように、ステップS19にて、図示しない抜取装置を用いて下鏡66の取付孔203から炉内計装筒204を上方に抜き取って除去し、回収する。図4に示すように、ステップS20にて、開先溶接部206の検査を行う。まず、図13−1及び図13−2に示すように、加工ヘッド121に装着された厚さ計測装置(超音波探傷検査装置)122を開先溶接部206の周囲の溶接肉盛層202の表面に沿って移動することで、この溶接肉盛層202の厚さを計測し、溶接肉盛層202の厚さが所定厚さ以上あることを確認する。次に、図14−1及び図14−2に示すように、加工ヘッド123に装着された範囲計測装置(渦電流探傷検査装置)124を開先溶接部206の表面に沿って移動することで、この開先溶接部206の範囲を計測し、開先溶接部206の範囲が所定範囲以上あることを確認する。
図4及び図15−1に示すように、ステップS21にて、肉盛溶接装置125を用いて開先溶接部206の表面に肉盛溶接する。即ち、図15−1及び図15−2に示すように、まず、開先溶接部206の内側、つまり、取付孔203の上端部に支持ロッド126を用いて栓形状をなすタブ板127を位置決めし、次に、溶接ヘッド128を開先溶接部206の表面に沿って移動することで、この開先溶接部206の表面に肉盛溶接して表面溶接肉盛部210を形成する。なお、タブ板127は、栓形状に限らず、ドーナッツ形状などとしてもよい。このとき、カメラ129により加工状況を監視しながら、溶接ヘッド128を開先溶接部206の表面を越え、下鏡66(溶接肉盛層202)の内面(表面)まで移動すると共に、タブ板127の表面まで移動することで、表面溶接肉盛部210を下鏡66まで延出すると共に、取付孔203側にまで延出する。
この場合、開先溶接部206の表面に2層以上にわたって肉盛溶接を行い、少なくとも開先溶接部206の厚さより厚い表面溶接肉盛部210を形成する。その後、図示しない厚さ計測装置(浸透探傷検査装置)を表面溶接肉盛部210の表面に沿って移動することで、この表面溶接肉盛部210の厚さを計測し、表面溶接肉盛部210の厚さが所定厚さ以上あることを確認する。そして、図16に示すように、切削装置141を用いてタブ板127を除去する。また、この切削装置141を用いて取付孔203側に延出した表面溶接肉盛部210を除去して整形すると共に、取付孔203の内面を切削することでこの内面を整形する。そして、図17に示すように、下肉盛厚計測装置(渦電流探傷検査装置)130を用いて取付孔203における開先溶接部206の厚さ(深さ)を計測し、開先溶接部206の厚さが所定厚さ以上あることを確認する。
図4及び図18−1に示すように、ステップS22にて、加工ヘッド131に装着された開先加工装置132を用いて開先溶接部206(本溶接部206b)に対して開先加工を行う。即ち、図18−1及び図18−2に示すように、下鏡66の内面であって、取付孔203の周囲に設けられた表面溶接肉盛部210に対して、その取付孔203側の上端部を開先加工することで、下鏡66の表面方向に所定幅Wを有すると共に、下鏡66の厚さ方向に所定深さDを有する溶接開先部212を形成する。この場合、取付孔203の周囲は湾曲した形状であるものの、溶接開先部212は全周の形状が同様となっている。また、溶接開先部212は、表面溶接肉盛部210に形成されており、既設の開先溶接部206までは開先加工せずに残存している。このとき、図示しない浸透探傷検査装置を溶接開先部212の表面に沿って移動することで、この溶接開先部212の検査を行う。
図4及び図19−1に示すように、ステップS23にて、ニッケル基合金(例えば、インコネル690)を材料とする新しい炉内計装筒204Aを用意し、加工ヘッド133に設けられた拘束装置134によりこの新しい炉内計装筒204Aの上端部を拘束し、炉内計装筒204Aを下鏡66の取付孔203に上方から挿入する。
この場合、新しい炉内計装筒204Aは、図1に示すように、下鏡66の取付孔203に挿入される本体部204aと、本体部204aの下端部に連続して外径が本体部204aの外径より若干小さい本体下部204bと、本体部204aの上端部に連続して外径が本体部204aの外径より小さい支持部204cと、本体部204aと支持部204cの内部を貫通する計装機器案内通路204dと、本体部204aと支持部204cとの段差部204eに端部が開口する溝部204fとを有している。本体部204aは、外径Rが整形後の取付孔203の内径に対応したものに設定されている。また、溝部204fは、周方向に沿って連続したものであり、予め設定された所定深さに設定されている。そのため、新しい炉内計装筒204Aは、溝部204fによりこの溝部204fの外側に位置する外周壁部204gは、その厚さTが本体部204aの厚さより小さいものとなっており、炉内計装筒204Aが下鏡66の取付孔203に挿入されたとき、少なくとも表面溶接肉盛部210の内側に外周壁部204gが配置されることとなる。
この新しい炉内計装筒204Aを溶接により固定するとき、図19−1及び図19−2に示すように、表面溶接肉盛部210の内側に外周壁部204gが配置されるように、下鏡66に対して新しい炉内計装筒204Aの位置決めを行う。その後、加工ヘッド133に設けられた溶接装置135の溶接ヘッド136を用いて炉内計装筒204Aを仮溶接する。
図4及び図20−1に示すように、ステップS24にて、下鏡66の取付孔203に仮溶接された新しい炉内計装筒204Aを開先溶接により固定する。即ち、図20−1及び図20−2に示すように、カメラ137により溶接開先部212を監視しながら、溶接装置135の溶接ヘッド136を溶接開先部212に沿って移動することで、炉内計装筒204Aの外周部を開先溶接することで新開先溶接部213を形成して固定する。
この場合、下鏡66に固定する新たな炉内計装筒204Aの材料と、表面溶接肉盛部210の溶接材料、炉内計装筒204Aを固定するときに使用する溶接材料は、既設の炉内計装筒204や開先溶接部206の溶接材料であるニッケル基合金(例えば、インコネル600)より高い耐応力腐食性を有する溶接材料であるニッケル基合金(例えば、インコネル690)を使用することが望ましい。但し、新たな炉内計装筒204Aの材料と新開先溶接部213の溶接材料を既設の炉内計装筒204や開先溶接部206と同様の材料としてもよく、例えば、両者をステンレス鋼としてもよい。また、表面溶接肉盛部210の溶接材料も、高い耐応力腐食性を有する溶接材料であるニッケル基合金(例えば、インコネル690)を使用することが望ましいが、同様の材料としてもよく、ステンレス鋼としてもよい。
図4及び図21に示すように、ステップS25にて、新開先溶接部213の検査を行う。即ち、加工ヘッド138の支持部139により炉内計装筒204Aを支持し、図示しない傾斜計により炉内計装筒204Aの倒れ(起立角度)が所定範囲内かを確認する。また、浸透探傷検査装置140を新開先溶接部213の表面に沿って移動することで、この新開先溶接部213の検査を行って割れの有無を確認する。そして、図4に示すように、ステップS26にて、補修した計装管台83にコンジットチューブ85を連結した後、原子炉容器本体62内に冷却水を入れ、シールプレート111などの各種機器を撤去した後、原子炉容器本体62内に炉内構造物(上部炉内構造物12A,下部炉内構造物12B)を戻し、原子炉容器蓋63を取付けて復旧させる。
補修された計装管台83は、図1に示すように、低合金鋼製の母材201の内面にステンレス鋼製の溶接肉盛層202が形成された原子炉容器本体62の取付孔203に対して、内面側に半球形状をなす既設の開先溶接部206が設けられ、この開先溶接部206の表面に表面溶接肉盛部210が設けられ、ニッケル基合金製の炉内計装筒204Aが取付孔203に挿入されて位置決めされ、表面溶接肉盛部210に形成された溶接開先部212に対して、開先溶接部206より高い耐応力腐食性を有するニッケル基合金製の新開先溶接部213が設けられ、この新開先溶接部213により炉内計装筒204Aが固定されて構成されている。
このように本実施例の管台補修方法にあっては、開先溶接部206における炉内計装筒204との接続部(トレパニング加工部)208を除去する工程と、下鏡(半球部)66から炉内計装筒204を除去する工程と、開先溶接部206の表面に肉盛溶接して表面溶接肉盛部210を形成する工程と、この表面溶接肉盛部210を開先加工して溶接開先部212を形成する工程と、計装機器案内通路204dの外側に周方向に沿う溝部204fが設けられた新たな炉内計装筒204Aを取付孔203に挿入する工程と、溶接開先部212に開先溶接して新たな炉内計装筒204Aを固定する工程とを設けている。
従って、炉内計装筒204を除去した開先溶接部206の表面に肉盛溶接して溶接開先部212を形成し、溝部204fが設けられた新たな炉内計装筒204Aを取付孔203に挿入し、溶接開先部212に開先溶接してこの炉内計装筒204Aを固定する。この新たな炉内計装筒204Aは、周方向に沿う溝部204fが設けられていることから、溝部204fの外側に位置する外周壁部204gの厚さTが本体部204aの厚さより小さいものとなっている。
発電用原子力設備規格にて、溶接継手は、深さや幅が配管の板厚の0.75倍以上に設定されている。そのため、炉内計装筒204Aにおける外周壁部204gの厚さTを小さくすることで、新開先溶接部213(溶接開先部212)の深さや幅を小さくすることができる。原子炉容器本体62は、低合金鋼により製造される母材201の内面にステンレス鋼を材料とする溶接肉盛層202が形成されている。この溶接肉盛層202は、原子炉容器本体62の強度部材を構成するものではないことから、新開先溶接部213は、この溶接肉盛層202に至らない範囲内で留める必要がある。本実施例にて、新開先溶接部213は、幅Wと深さDが小さく設定され、既設の開先溶接部206の範囲A内にあることから、補修作業を容易に行うことができ、作業性を向上することができる。
本実施例の管台補修方法では、開先溶接部206の表面に表面溶接肉盛部210を形成するとき、下鏡66の内面まで延出して肉盛溶接すると共に、取付孔203側に延出して肉盛溶接している。従って、既設の開先溶接部206の表面が隙間なく新たな表面溶接肉盛部210で被覆されることとなり、耐応力腐食性を向上することができる。
本実施例の管台補修方法では、開先溶接部206の表面に表面溶接肉盛部210を形成した後、取付孔203の内面を切削加工している。従って、取付孔203の内面を切削加工してから新たな炉内計装筒204Aをこの取付孔203に挿入することとなり、取付精度を向上することができる。
本実施例の管台補修方法では、溶接開先部212を開先溶接部206の領域内に形成している。従って、新たな炉内計装筒204Aを適正に取付孔203に固定することができ、計装管台83の耐久性を向上することができる。
本実施例の管台補修方法では、新たな炉内計装筒204Aは、取付孔203に挿入される本体部204aと、本体部204aの上端部に連続する小径の支持部204cと、本体部204aと支持部204cの内部を貫通する計装機器案内通路204dと、本体部204aと支持部204cとの段差部204eに端部が開口して周方向に沿う溝部204fとを有している。従って、新たな炉内計装筒204aは、溝部204fが段差部204eに開口することで、この溝部204fを容易に形成することができ、この炉内計装筒204Aの簡素化を可能とすることができると共に、この炉内計装筒204Aに対する溶接開先部212及びこの溶接開先部212への新開先溶接部213の深さや広さを所定の範囲に抑制することができる。
本実施例の管台補修方法では、下鏡66に新たな炉内計装筒204Aを固定するときに使用する溶接材料(表面溶接肉盛部210、新開先溶接部213)を、開先溶接部206の溶接材料より高い耐応力腐食性を有する材料としている。従って、従来の計装管台83に比べて耐応力腐食性を向上することができる。
また、本実施例の原子炉容器にあっては、計装管台83の補修後、低合金鋼製の母材201の内面にステンレス鋼製の溶接肉盛層202が形成された原子炉容器本体62の取付孔203に対して、溶接肉盛層202の表面に表面溶接肉盛部210が設けられ、この表面溶接肉盛部210に溶接開先部212が形成され、ニッケル基合金製の炉内計装筒204Aが取付孔203に挿入されて位置決めされ、溶接開先部212に対して、開先溶接部206より高い耐応力腐食性を有するニッケル基合金製の新開先溶接部213が設けられ、この新開先溶接部213により炉内計装筒204Aが固定されている。
従って、高い耐応力腐食性を有する新開先溶接部213により新たな炉内計装筒204Aが原子炉容器本体62の下鏡66に固定されることとなり、計装管台83の耐応力腐食性を向上することができる。
本実施例の原子炉容器にあっては、炉内計装筒204Aにおける本体部204aとの段差部204eに端部が開口して周方向に沿う溝部204fを設けている。従って、溝部204fにより炉内計装筒204Aにおける外周壁部204gの厚さを小さくすることで、新開先溶接部213(溶接開先部212)の深さや幅を小さくすることができ、計装管台83の補修作業の作業性を向上することができ、また、補修後の計装管台83の構造を簡素化することができる。
なお、上述した実施例にて、炉内計装筒204Aに形成した溝部204fは、径方向の幅が深さ方向に対して一定としたが、幅を深さ方向に対して先細としてもよいが、外周壁部204gの厚さを一定とする必要がある。
また、上述した実施例では、原子炉容器本体62の下鏡66に設けられた計装管台83の補修方法について説明したが、原子炉容器蓋63の上鏡に設けられた計装管台の補修方法にも適用することができる。また、本発明の管台補修方法を加圧水型原子炉に適用して説明したが、沸騰水型原子炉に適用してもよい。
61 原子炉容器
62 原子炉容器本体
63 原子炉容器蓋
66 下鏡(半球部)
83 計装管台
84 炉内計装案内管
85 コンジットチューブ
88 シンブルチューブ
201 母材
202 溶接肉盛層
203 取付孔
204 炉内計装筒
204A 炉内計装筒
204a 本体部
204c 支持部
204d 計装機器案内通路
204f 溝部
204g 外周壁部
205 開先部
206 開先溶接部
208 トレパニング加工部(接続部)
210 表面溶接肉盛部
212 溶接開先部
213 新開先溶接部

Claims (7)

  1. 原子炉容器の半球部に形成された取付孔に炉内計装筒が挿入され、前記半球部の内面側が開先溶接されて前記炉内計装筒が固定された計装管台の補修方法であって、
    開先溶接部における前記炉内計装筒との接続部を除去する工程と、
    前記半球部から前記炉内計装筒を除去する工程と、
    前記開先溶接部の表面に肉盛溶接して表面溶接肉盛部を形成する工程と、
    前記表面溶接肉盛部を開先加工して溶接開先部を形成する工程と、
    計装機器案内通路の外側に周方向に沿う溝部が設けられた新たな炉内計装筒を前記取付孔に挿入する工程と、
    前記溶接開先部に開先溶接して前記新たな炉内計装筒を固定する工程と、
    を有することを特徴とする管台補修方法。
  2. 前記開先溶接部の表面に前記表面溶接肉盛部を形成するとき、前記半球部の内面まで延出して肉盛溶接すると共に、前記取付孔側に延出して肉盛溶接することを特徴とする請求項1に記載の管台補修方法。
  3. 前記開先溶接部の表面に前記表面溶接肉盛部を形成した後、前記取付孔の内面を切削加工することを特徴とする請求項1または2に記載の管台補修方法。
  4. 前記溶接開先部は、前記開先溶接部の領域内に形成することを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載の管台補修方法。
  5. 前記新たな炉内計装筒は、前記取付孔に挿入される本体部と、前記本体部の上端部に連続して該本体部より小径の支持部と、前記本体部と前記支持部の内部を貫通する前記計装機器案内通路と、前記本体部と前記支持部との段差部に端部が開口する前記溝部とを有することを特徴とする請求項1から4のいずれか一つに記載の管台補修方法。
  6. 前記半球部に前記新たな炉内計装筒を固定するときに使用する溶接材料は、前記開先溶接部の溶接材料より高い耐応力腐食性を有する材料であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一つに記載の管台補修方法。
  7. 下部が半球形状をなす原子炉容器本体と、
    半球形状をなして前記原子炉容器本体の上部に装着される原子炉容器蓋と、
    前記原子炉容器本体の側部に設けられる入口ノズル及び出口ノズルと、
    前記原子炉容器本体の内部に配置されて多数の燃料集合体からなる炉心と、
    前記燃料集合体に対して挿入可能な多数の制御棒と、
    前記制御棒を上下動可能な制御棒駆動装置と、
    前記原子炉容器本体の下部に設けられて中性子束検出器を挿入可能な複数の計装管台と、
    を有し、
    前記複数の計装管台のうちのいずれかは、
    前記原子炉容器本体の下部に固定される本体部と、
    前記本体部の上端部に連続して該本体部より小径の支持部と、
    前記本体部と前記支持部の内部を貫通する計装機器案内通路と、
    前記本体部と前記支持部との段差部に端部が開口して周方向に沿う溝部と、
    を有することを特徴とする原子炉容器。
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