JP2017044609A - Corrosive environment sensor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a corrosive environment sensor capable of measuring accurate conductivity of furnace water under corrosive environment in a narrow installation space.SOLUTION: A corrosive environment sensor comprises: a cylindrical metal housing 21; an insulation member 22 which is formed of an insulation material having radiation resistance and heat resistance, and is attached to the metal housing 21; a pair of metal electrodes 24, 25 one surface of which opposes to each other at a predetermined gap, and which are attached to the insulation member 22 in an electrically insulated state from the metal housing 21; a pair of conducting wires 28, 29 which are electrically connected to the pair of metal electrodes 24, 25 respectively, and extend into the insulation member 22 and the metal housing 21 in an insulated state from the metal housing 21; and an insulation covering part 26 which is formed of an insulation material having radiation resistance and heat resistance, and covers surfaces opposing to each other, attaching portions to the insulation member 22, and surfaces excluding a connection part of the pair of conducting wires 28, 29 out of each surface of the pair of metal electrodes 24, 25.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、腐食環境センサに係り、更に詳しくは、原子力発電プラントにおける金属製の構造部材が供用中に接触する原子炉冷却水の電気伝導度を少なくとも測定可能なセンサに関する。   The present invention relates to a corrosive environment sensor, and more particularly to a sensor capable of measuring at least the electrical conductivity of reactor cooling water that comes into contact with a metallic structural member in a nuclear power plant during service.

原子力発電プラントにおいて、ステンレス鋼やニッケル基合金等は構造材と呼ばれ、原子炉内機器や配管等の構造部材の材料として用いられている。これらの構造材は、特定の条件下で応力腐食割れ(SCC:Stress Corrosion Cracking)の感受性を示す。そこで、原子力発電プラントでは、その健全性を維持するために、SCCの抑制策が適用されている。また、近年、プラントの設備利用率の向上及び長寿命化のような経済性向上の観点からも、SCCの抑制策が適用されている。   In nuclear power plants, stainless steel, nickel-base alloys, and the like are called structural materials and are used as materials for structural members such as in-reactor equipment and piping. These structural materials exhibit susceptibility to stress corrosion cracking (SCC) under certain conditions. Therefore, in nuclear power plants, SCC suppression measures are applied to maintain the soundness. In recent years, SCC suppression measures have also been applied from the viewpoint of improving the facility utilization factor of the plant and improving economic efficiency such as extending the service life.

SCCの抑制策の1つとして、腐食環境の緩和を目的とした技術がある。沸騰水型原子力発電プラントでは、プラントの構造部材に接触する原子炉冷却水(以下、炉水という。)の腐食環境を改善するために、水素注入が広く用いられている。原子炉内の炉水は、炉水の放射線分解により生成された酸素及び過酸化水素を含んでいる。酸素及び過酸化水素は、構造部材の腐食の原因であり、腐食環境を形成する。水素注入は、給水配管等を介して水素を炉水に注入し、この水素を炉水中の酸素及び過酸化水素と反応させて水に戻す技術である。この反応により炉水中の酸素及び過酸化水素の濃度が低下する結果、炉水に接触している構造部材の腐食電位(ECP:Electrochemical Corrosion Potential)が低下し、構造部材におけるSCCの発生及び進展が緩和される。   As one of the measures for suppressing SCC, there is a technique for reducing the corrosive environment. In boiling water nuclear power plants, hydrogen injection is widely used to improve the corrosive environment of reactor cooling water (hereinafter referred to as reactor water) in contact with structural members of the plant. The reactor water in the nuclear reactor contains oxygen and hydrogen peroxide generated by radiolysis of the reactor water. Oxygen and hydrogen peroxide cause corrosion of structural members and form a corrosive environment. Hydrogen injection is a technique in which hydrogen is injected into the reactor water through a water supply pipe or the like, and this hydrogen is reacted with oxygen and hydrogen peroxide in the reactor water to return to the water. As a result of the decrease in the concentration of oxygen and hydrogen peroxide in the reactor water due to this reaction, the corrosion potential (ECP: Electrochemical Corrosion Potential) of the structural member in contact with the reactor water decreases, and the occurrence and progress of SCC in the structural member. Alleviated.

さらに、水素注入を実施した際の腐食電位の低下をさらに促進させる技術として、白金族貴金属元素を炉水に注入する技術(貴金属注入技術)が知られている。貴金属注入技術は、水素注入技術と併用され、白金族貴金属元素が有する水素の電気化学反応への触媒作用を利用するものであり、水素注入による腐食電位の低減幅をさらに大きくする。   Furthermore, as a technique for further promoting the reduction of the corrosion potential when hydrogen injection is performed, a technique for injecting a platinum group noble metal element into the reactor water (noble metal injection technique) is known. The noble metal injection technique is used in combination with the hydrogen injection technique and utilizes the catalytic action of the platinum group noble metal element on the electrochemical reaction of hydrogen, and further increases the reduction range of the corrosion potential due to hydrogen injection.

上記した腐食環境の緩和効果を確認するためには、構造部材の腐食電位を測定する必要がある。そこで、原子炉内あるいは原子炉に接続された配管に腐食電位センサを設置して構造部材の腐食電位を測定している(例えば、特許文献1参照)。腐食電位センサは、使用条件下で、炉水中の酸素及び過酸化水素の濃度とは無関係に腐食電位測定の基準となる一定の電位(基準電位)を発生させる。このため、腐食電位センサは、基準電極、参照電極、又は照合電極と呼ばれている。この腐食電位センサの有する基準電位と、構造部材が接触する炉水中に含まれる酸素、過酸化水素、及び水素のそれぞれの濃度、炉水の温度、並びに炉水の流速の条件下における構造部材の有する電位との電位差を、電位差計を用いて測定することによって、その構造部材の腐食電位を知ることができる。   In order to confirm the above-described mitigating effect of the corrosive environment, it is necessary to measure the corrosion potential of the structural member. Therefore, a corrosion potential sensor is installed in the reactor or in a pipe connected to the reactor to measure the corrosion potential of the structural member (for example, see Patent Document 1). The corrosion potential sensor generates a constant potential (reference potential) that serves as a reference for measuring the corrosion potential regardless of the oxygen and hydrogen peroxide concentrations in the reactor water under use conditions. For this reason, the corrosion potential sensor is called a reference electrode, a reference electrode, or a reference electrode. The reference potential of this corrosion potential sensor and the concentration of oxygen, hydrogen peroxide, and hydrogen contained in the reactor water in contact with the structural member, the temperature of the reactor water, and the flow rate of the reactor water The corrosion potential of the structural member can be known by measuring the potential difference from the potential with a potentiometer.

また、構造部材の腐食の発生や進展の可能性を管理・制御する上では、電気伝導度(以下、導電率という。)も重要な因子である。例えば、原子炉内模擬温度におけるステンレス鋼の粒界型応力腐食割れの発生感受性は、高温水中で測定された腐食電位と室温で測定された導電率とにより整理できると言われている。また、腐食の進行しやすさを表す重要な因子として知られているワグナー長さと称される指標を評価するには、導電率の値が必要となる。腐食反応は、金属材料が溶出して電子を放出するアノード反応と、アノード反応によって金属材料内に放出された電子を金属材料が接触している溶液側で受け取るカソード反応とがカップリングして進行する。このカップリング可能な距離をワグナー長さと称し、Lw=Rp・κで表される。ここで、Lwはワグナー長さ、Rpは分極抵抗、κは導電率を示している。このカップリング可能な距離が長くなれば、より広範囲でカソード反応が生じるので、より多くの金属が溶出することとなる。つまり、ワグナー長さは、アノード部とカソード部が分離する局部腐食のような腐食形態において、腐食の進行しやすさを表す重要な因子であり、その評価には、その腐食環境下での導電率を測定する必要がある。   In addition, electrical conductivity (hereinafter referred to as conductivity) is an important factor in managing and controlling the possibility of occurrence and progress of corrosion of structural members. For example, it is said that the susceptibility of intergranular stress corrosion cracking of stainless steel at simulated reactor temperatures can be organized by the corrosion potential measured in high temperature water and the conductivity measured at room temperature. Further, in order to evaluate an index called Wagner length, which is known as an important factor representing the ease of progress of corrosion, a value of conductivity is required. The corrosion reaction proceeds by coupling the anode reaction in which the metal material elutes to emit electrons and the cathode reaction in which the electrons released into the metal material by the anode reaction are received on the solution side in contact with the metal material. To do. This distance capable of coupling is referred to as Wagner length, and is represented by Lw = Rp · κ. Here, Lw represents Wagner length, Rp represents polarization resistance, and κ represents conductivity. If the distance that can be coupled is increased, the cathode reaction occurs in a wider range, so that more metal is eluted. In other words, the Wagner length is an important factor indicating the ease of corrosion in a corrosion mode such as local corrosion where the anode and cathode are separated. It is necessary to measure the rate.

沸騰水型原子炉においては、炉水として純水が使用されているので、炉水の導電率は、理想的には、水の解離で生じるHとOHの濃度で決まる。しかし、炉水中には、海水由来のClやイオン交換樹脂から溶出するSO 2-などの不純物が微量に含まれている可能性がある。それら微量な不純物は、腐食の発生や進展の原因となり得る。そこで、沸騰水型原子炉においては、微量な不純物に起因する炉水の導電率の変化を監視するため、例えば、給水配管等からサンプリング配管を介して採取して室温付近まで冷却した炉水の導電率を連続的に測定している。さらに、腐食挙動に影響を及ぼさない上限の導電率レベルを規定し、実測した室温の導電率がその規定の範囲内となるように炉水の水質を維持管理している。高温(原子炉発電プラントの運転時の炉水の温度、例えば、約280℃)の実環境下での腐食挙動と室温での炉水の導電率との相関を予め実験的に確認し、実機で室温の導電率を測定することで、工学的には腐食の制御・管理が可能である。このように室温の導電率を測定して腐食の制御、管理を行うのは、高温高圧水中での導電率の測定が技術的に困難であり、室温の導電率を測定しながら腐食試験を実施して腐食挙動と室温の導電率との相関を求めた知見がほとんどであることによる。 In boiling water reactors, pure water is used as the reactor water, so the conductivity of the reactor water is ideally determined by the concentrations of H + and OH generated by the dissociation of water. However, the reactor water may contain trace amounts of impurities such as seawater-derived Cl and SO 4 2− eluted from the ion exchange resin. These trace amounts of impurities can cause corrosion to occur and progress. Therefore, in a boiling water reactor, in order to monitor the change in the conductivity of the reactor water caused by a small amount of impurities, for example, the reactor water sampled from the feed water piping etc. via the sampling piping and cooled to near room temperature. Conductivity is measured continuously. Furthermore, the upper limit conductivity level that does not affect the corrosion behavior is specified, and the water quality of the reactor water is maintained and managed so that the measured room temperature conductivity is within the specified range. Confirmed experimentally in advance the correlation between the corrosion behavior in the actual environment at high temperature (reactor water temperature during operation of the reactor power plant, for example, about 280 ° C) and the conductivity of the reactor water at room temperature. By measuring the electrical conductivity at room temperature, engineering can control and manage corrosion. Controlling and managing corrosion by measuring room temperature conductivity in this way is technically difficult to measure conductivity in high-temperature high-pressure water, and conducts corrosion tests while measuring room-temperature conductivity. This is because most of the knowledge for correlating the corrosion behavior with the electrical conductivity at room temperature has been obtained.

導電率は、不溶性の一対の金属電極を評価対象の溶液中に浸漬し、2電極間に電流を流して抵抗を測定することで求められる。一対の金属電極の各面のうち面積の等しい矩形状の各1面同士を距離Lで平行に対面させ、2電極間に存在する溶液が直方体であって一対の金属電極と平行な面の断面積がAである場合には、2電極間の抵抗Rを実測することで、以下の式(I)の関係から導電率κを算出できる。
R=κ-1・L・A-1 … 式(I)
ここで、Rは溶液の抵抗、Lは2電極間の距離、Aは2電極間の導通部(電流の経路)の断面積を示している。
The conductivity is obtained by immersing a pair of insoluble metal electrodes in a solution to be evaluated, and passing a current between the two electrodes and measuring the resistance. One surface of a pair of metal electrodes having the same area is faced in parallel at a distance L, and the solution existing between the two electrodes is a rectangular parallelepiped, and the surface parallel to the pair of metal electrodes is cut off. When the area is A, the electrical conductivity κ can be calculated from the relationship of the following formula (I) by actually measuring the resistance R between the two electrodes.
R = κ −1 · L · A −1 Formula (I)
Here, R represents the resistance of the solution, L represents the distance between the two electrodes, and A represents the cross-sectional area of the conducting portion (current path) between the two electrodes.

式(I)から分かるように、測定した抵抗Rから導電率κを求めるには、2電極間を流れる電流の経路の幾何形状L・A-1が既知である必要がある。幾何形状の影響を示すこの定数は、一般にセル定数と呼ばれており、導電率の測定には必須のパラメータである。上述したように、2電極間に存在する溶液の形状が直方体等の単純な形状である場合には、幾何条件からセル定数L・A-1を算出することができる。それに対して、2電極間の溶液の形状が円筒状等の複雑な形状の場合には、導電率κが既知の溶液での2電極間の抵抗Rを測定することにより、セル定数L・A-1を実験的に予め求めておく。 As can be seen from the equation (I), in order to obtain the conductivity κ from the measured resistance R, the geometric shape L · A −1 of the path of the current flowing between the two electrodes needs to be known. This constant indicating the influence of the geometric shape is generally called a cell constant, and is an essential parameter for measuring conductivity. As described above, when the shape of the solution existing between the two electrodes is a simple shape such as a rectangular parallelepiped, the cell constant L · A −1 can be calculated from the geometric condition. On the other hand, when the shape of the solution between the two electrodes is a complicated shape such as a cylindrical shape, the cell constant L · A is obtained by measuring the resistance R between the two electrodes in a solution having a known conductivity κ. -1 is experimentally obtained in advance.

室温の炉水の導電度を測定する場合には、高分子樹脂やガラス等の絶縁材料で形成した容器状又は筒状の部材を用いて一対の金属電極を包囲することで、電流が2電極間に挟まれた炉水中を確実に流れるように、電流経路を規定している。このため、セル定数L・A-1を幾何条件又は実験から定めることができ、測定した2電極間の抵抗から式(I)を用いて、室温の炉水の正確な導電率を算出することができる。 When measuring the electrical conductivity of reactor water at room temperature, a pair of metal electrodes are surrounded by a container-like or cylindrical member formed of an insulating material such as a polymer resin or glass, so that two currents are supplied. The current path is defined so as to flow reliably through the reactor water sandwiched between them. For this reason, the cell constant L · A −1 can be determined from geometric conditions or experiments, and the accurate conductivity of room temperature reactor water can be calculated from the measured resistance between the two electrodes using equation (I). Can do.

特開2009−42111号公報JP 2009-42111 A

室温の導電率を測定して構造部材の腐食の制御・管理を行うためには、高温での腐食挙動と室温での導電率との相関を予め実験的に確認する必要があるが、このような実験は煩雑である。また、ワグナー長さを評価して腐食挙動の詳細を解析する場合には、原子力発電プラントの運転中における腐食環境下での炉水の導電率を把握する必要がある。つまり、室温ではなく、腐食環境下の実温実圧における炉水の導電率を測定したいという要求がある。   In order to control and manage the corrosion of structural members by measuring the electrical conductivity at room temperature, it is necessary to experimentally confirm the correlation between the corrosion behavior at high temperature and the electrical conductivity at room temperature in advance. Such an experiment is complicated. When analyzing the details of corrosion behavior by evaluating the Wagner length, it is necessary to grasp the conductivity of the reactor water in a corrosive environment during operation of the nuclear power plant. In other words, there is a demand for measuring the conductivity of the reactor water not at room temperature but at actual temperature and actual pressure in a corrosive environment.

原子力発電プラントの定格運転中に、原子炉内又は炉水の流動する配管内で炉水の導電率を測定する場合においても、基本的には、不溶性の一対の金属電極を炉水中に浸漬し、測定した2電極間の抵抗から上記した式(I)を用いて算出することができる。しかし、室温の炉水の導電度を測定するセンサは、放射線が照射される原子炉内の高温高圧の炉水の導電度を測定するような仕様を備えていないので、腐食環境下の導電率の測定に使用することはできない。   Even when measuring the conductivity of reactor water in the reactor or the piping through which reactor water flows during the rated operation of a nuclear power plant, basically a pair of insoluble metal electrodes is immersed in the reactor water. From the measured resistance between the two electrodes, it can be calculated using the above formula (I). However, sensors that measure the conductivity of reactor water at room temperature do not have specifications that measure the conductivity of high-temperature and high-pressure reactor water in a reactor that is exposed to radiation. It cannot be used for measurement.

そこで、原子炉内に設置可能な特許文献1に記載の腐食電位センサ2本を対向するように設置することで、高温高圧の腐食環境下の炉水の導電率を測定することが考えられる。しかし、放射線が照射される原子炉内の高温高圧の炉水中では、常温での測定とは異なり、高分子樹脂やガラス等の耐放射線性や耐熱性の乏しい絶縁材料で形成された筒状等の部材を用いることはできないので、2本の腐食電位センサの電極の周囲を包囲できず、2電極間の電流経路を規定することができない。このため、セル定数L・A-1が定まらず、炉水の導電率を上記の式(I)から算出することができない。 Therefore, it is conceivable to measure the conductivity of the reactor water in a high-temperature and high-pressure corrosive environment by installing two corrosion potential sensors described in Patent Document 1 that can be installed in the nuclear reactor so as to face each other. However, in high-temperature and high-pressure reactor water that is irradiated with radiation, unlike measurements at room temperature, cylinders made of insulating materials with poor radiation resistance and heat resistance, such as polymer resins and glass, etc. Therefore, the surroundings of the electrodes of the two corrosion potential sensors cannot be surrounded, and the current path between the two electrodes cannot be defined. For this reason, the cell constant L · A −1 is not determined, and the conductivity of the reactor water cannot be calculated from the above formula (I).

また、2本の腐食電位センサの電極間の距離よりも一方の腐食電位センサの電極の近くに配管部材や構造部材等の金属部材が存在する場合、電流は、最も抵抗が小さくなるように、腐食電位センサ近傍の金属部材を経由して2電極間を流れる。そのため、電流が2電極間に存在する炉水のみを経由して流れる場合の抵抗値よりも小さい値が測定されるので、算出された導電率は誤差を含んだものとなる。   In addition, when there is a metal member such as a piping member or a structural member near one electrode of the corrosion potential sensor rather than the distance between the electrodes of the two corrosion potential sensors, the current is such that the resistance becomes the smallest. It flows between the two electrodes via a metal member near the corrosion potential sensor. Therefore, a value smaller than the resistance value when the current flows only through the reactor water existing between the two electrodes is measured, and thus the calculated conductivity includes an error.

さらに、定常状態の炉水は、純水に近く、高い電気抵抗を有するので、2本の腐食電位センサの電極を数mm程度まで近接させる必要がある。また、原子炉内には多くの炉内機器類が配置されていること、及び、腐食電位センサを炉水の流れに直接晒さないように狭隘な部位に設置する必要があることから、2本の腐食電位センサの設置位置の自由度は低い。つまり、炉水の導電率の測定に適した数mmまで近接させた位置に2本の腐食電位センサを設置することは困難である。   Furthermore, since steady-state reactor water is close to pure water and has high electrical resistance, it is necessary to bring the electrodes of the two corrosion potential sensors close to about several millimeters. In addition, since there are many in-reactor equipment in the reactor, and it is necessary to install the corrosion potential sensor in a narrow area so as not to be directly exposed to the flow of reactor water. The degree of freedom in installing the corrosion potential sensor is low. That is, it is difficult to install two corrosion potential sensors at positions close to several millimeters suitable for measuring the conductivity of the reactor water.

このように、原子炉内の高温高圧の腐食環境下における炉水の導電度を測定しようとする場合、2電極間に流れる電流の経路を規定することが困難であると共に、狭隘な設置スペースにおいて炉水の伝導率の測定に適した位置に2電極を配置することも困難である。   Thus, when measuring the conductivity of reactor water in a high temperature and high pressure corrosive environment in a nuclear reactor, it is difficult to define the path of the current flowing between the two electrodes, and in a narrow installation space. It is also difficult to arrange the two electrodes at a position suitable for measuring the conductivity of the reactor water.

本発明は、上記の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、狭隘な設置スペースにおいて腐食環境下の炉水の正確な導電率を測定可能な腐食環境センサを提供することである。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a corrosive environment sensor capable of measuring the accurate conductivity of reactor water in a corrosive environment in a narrow installation space. It is.

上記課題を解決するため、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、原子炉プラントにおける腐食環境下の原子炉冷却水が流通する構造部材に配置される筒状の金属製筐体と、耐放射線性及び耐熱性を有する絶縁材料で形成され、前記金属製筐体に取り付けられた絶縁部材と、互いに一つの面が所定の間隔をあけて対向すると共に、前記金属製筐体と電気的に絶縁された状態で前記絶縁部材に取り付けられた一対の金属電極と、前記一対の金属電極にそれぞれ電気的に接続され、前記金属製筐体と電気的に絶縁された状態で前記絶縁部材及び前記金属製筐体の内部に延在する1組の導線と、耐放射線性及び耐熱性を有する絶縁材料で形成され、前記一対の金属電極の各表面のうち、互いに対向する面、前記絶縁部材への取付部分、及び前記1組の導線の接続部分を除いた表面を被覆している絶縁被覆部とを備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, for example, the configuration described in the claims is adopted.
The present application includes a plurality of means for solving the above-mentioned problems. For example, a cylindrical metal casing disposed in a structural member through which reactor cooling water in a corrosive environment in a nuclear reactor plant flows. And an insulating member formed of an insulating material having radiation resistance and heat resistance and attached to the metal casing, and one surface thereof facing each other with a predetermined interval, and the metal casing A pair of metal electrodes attached to the insulating member in an electrically insulated state, and the insulation in a state electrically connected to the pair of metal electrodes and electrically insulated from the metal casing A pair of conductive wires extending inside the member and the metal casing, and an insulating material having radiation resistance and heat resistance, the surfaces of the pair of metal electrodes facing each other, Attaching part to insulation member, Further comprising an insulating coating portion covering the surface except the connection portion of the fine the set of conductors and said.

本発明によれば、1つの金属製筐体に対して、一対の金属電極を互いに1つの面が対向するように設けると共に、一対の金属電極の対向する面以外の表面のほとんどを耐放射線性及び耐熱性の絶縁被覆部で被覆したので、狭隘な設置スペースに一対の金属電極を配置可能で、かつ、一対の金属電極間を流れる電流の経路を確実に規定できる。すなわち、原子炉内等の狭隘な設置スペースにおいて腐食環境下の原子炉冷却水の正確な導電率を測定することができる。その結果、原子炉内等の腐食環境下で実測した導電率に基づいて、腐食を抑制するための効果的な水化学管理を行うことができ、炉内構造部材の健全性の維持又は向上を図ることができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
According to the present invention, a pair of metal electrodes are provided on one metal casing so that one surface faces each other, and most of the surfaces other than the surfaces facing the pair of metal electrodes are radiation resistant. And since it covered with the heat-resistant insulation coating part, a pair of metal electrodes can be arrange | positioned in a narrow installation space, and the path | route of the electric current which flows between a pair of metal electrodes can be prescribed | regulated reliably. That is, it is possible to measure the exact conductivity of the reactor cooling water in a corrosive environment in a narrow installation space such as in the reactor. As a result, based on the conductivity measured in a corrosive environment such as in a nuclear reactor, it is possible to perform effective water chemistry management to suppress corrosion, and maintain or improve the soundness of the structural members in the reactor. Can be planned.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.

本発明の腐食環境センサの実施の形態を設置する沸騰水型原子炉プラントを示す系統図である。1 is a system diagram showing a boiling water reactor plant in which an embodiment of a corrosive environment sensor of the present invention is installed. FIG. 本発明の腐食環境センサの第1の実施の形態を断面にした状態で示す腐食環境測定装置の構成図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram of a corrosive environment measuring device showing a first embodiment of a corrosive environment sensor of the present invention in a cross-sectional state. 図2に示す本発明の腐食環境センサの第1の実施の形態の一部を構成する電極部を拡大して示す縦断面図及びその縦断面図をA−A矢視から見た断面図である。FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing an enlarged electrode part constituting a part of the first embodiment of the corrosive environment sensor of the present invention shown in FIG. 2 and a sectional view of the longitudinal sectional view seen from the arrow AA. is there. 本発明の腐食環境センサの第1の実施の形態を備えた腐食環境測定装置を用いた沸騰水型原子炉プラントの原子炉内の腐食環境の測定方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the measuring method of the corrosive environment in the reactor of a boiling water reactor plant using the corrosive environment measuring apparatus provided with 1st Embodiment of the corrosive environment sensor of this invention. 本発明の腐食環境センサの第2の実施の形態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows 2nd Embodiment of the corrosion environment sensor of this invention. 図5に示す本発明の腐食環境センサの第2の実施の形態の一部を構成する電極部を拡大して示す縦断面図及びその側面図である。It is the longitudinal cross-sectional view which expands and shows the electrode part which comprises a part of 2nd Embodiment of the corrosion environment sensor of this invention shown in FIG. 5, and its side view. 本発明の腐食環境センサの第2の実施の形態を備えた腐食環境測定装置を用いた沸騰水型原子炉プラントの配管内の腐食環境の測定方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the measuring method of the corrosive environment in piping of a boiling water reactor plant using the corrosive environment measuring apparatus provided with 2nd Embodiment of the corrosive environment sensor of this invention.

以下、本発明の腐食環境センサの実施の形態を図面を用いて説明する。
まず、本発明の腐食環境センサの実施の形態が設置される沸騰水型原子炉プラントの構成を図1を用いて説明する。図1は本発明の腐食環境センサの実施の形態を設置する沸騰水型原子炉プラントを示す系統図である。図1において、矢印は原子炉冷却水の流れ方向、又は、水素や貴金属を含んだ水溶液の注入方向を示している。
Hereinafter, embodiments of a corrosive environment sensor of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the configuration of a boiling water reactor plant in which an embodiment of the corrosion environment sensor of the present invention is installed will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a system diagram showing a boiling water reactor plant in which an embodiment of a corrosive environment sensor of the present invention is installed. In FIG. 1, the arrows indicate the flow direction of the reactor cooling water or the injection direction of the aqueous solution containing hydrogen and noble metals.

図1において、沸騰水型原子炉プラントは、炉心101を内蔵した原子炉圧力容器102と、原子炉圧力容器102を収容する原子炉格納容器103と、原子炉格納容器103の外部に設置され、原子炉圧力容器102内で発生した蒸気により駆動されるタービン104と、タービン104の直下に設置され、タービン104から排出された蒸気を復水に戻す復水器105と、復水器105で得られた復水を原子炉圧力容器102内に供給する給水系とを備えている。原子炉圧力容器102及びタービン104には、原子炉圧力容器102内で発生した蒸気をタービン104に供給する主蒸気配管107の両端がそれぞれ接続されている。給水系は、復水器105と原子炉圧力容器102とに接続された給水配管109と、給水配管109に設けられた給水ポンプ110とを有している。   In FIG. 1, a boiling water reactor plant is installed outside a reactor pressure vessel 102 containing a reactor core 101, a reactor containment vessel 103 containing the reactor pressure vessel 102, and a reactor containment vessel 103. The turbine 104 driven by the steam generated in the reactor pressure vessel 102, the condenser 105 installed immediately below the turbine 104 and returning the steam discharged from the turbine 104 to the condensate, and the condenser 105 are obtained. And a water supply system for supplying the condensed water into the reactor pressure vessel 102. Both ends of a main steam pipe 107 that supplies steam generated in the reactor pressure vessel 102 to the turbine 104 are connected to the reactor pressure vessel 102 and the turbine 104, respectively. The water supply system has a water supply pipe 109 connected to the condenser 105 and the reactor pressure vessel 102, and a water supply pump 110 provided in the water supply pipe 109.

また、沸騰水型原子炉プラントは、原子炉圧力容器102内の原子炉冷却水(以下、炉水という。)を強制的に循環させる再循環系を、例えば2系統備えている。各再循環系は、原子炉圧力容器102の下部における上下にそれぞれ両端が接続された再循環系配管112と、再循環系配管112に設けられた再循環ポンプ113とを有しており、原子炉格納容器103内に配置されている。   The boiling water reactor plant includes, for example, two recirculation systems that forcibly circulate reactor cooling water (hereinafter referred to as reactor water) in the reactor pressure vessel 102. Each recirculation system has a recirculation system pipe 112 having both ends connected to the upper and lower sides of the lower part of the reactor pressure vessel 102 and a recirculation pump 113 provided in the recirculation system pipe 112. It is disposed in the furnace containment vessel 103.

沸騰水型原子炉プラントは、さらに、炉水の不純物の除去又は希釈を行う原子炉浄化系を備えている。原子炉浄化系は、再循環系配管112と給水配管109とに接続された浄化系配管115と、浄化系配管115に設けられた浄化装置116と、浄化系配管115における浄化装置116よりも上流側に設けられた浄化系ポンプ117とを有している。   The boiling water reactor plant further includes a reactor purification system for removing or diluting reactor water impurities. The nuclear reactor purification system includes a purification system pipe 115 connected to the recirculation system pipe 112 and the water supply pipe 109, a purification device 116 provided in the purification system pipe 115, and upstream of the purification device 116 in the purification system pipe 115. And a purification system pump 117 provided on the side.

原子炉圧力容器102内の炉心101には、核燃料物質を含む複数の燃料棒を有する複数の燃料集合体(図示せず)が装荷されている。原子炉圧力容器102内における炉心101の上方には、気水分離器121及び蒸気乾燥器122が設置されている。原子炉圧力容器102の底部には、ボトムドレン配管123の一端が接続されている。ボトムドレン配管123の他端は、浄化系配管115における浄化系ポンプ117よりも上流側に接続されている。   A core 101 in the reactor pressure vessel 102 is loaded with a plurality of fuel assemblies (not shown) having a plurality of fuel rods containing nuclear fuel material. A steam-water separator 121 and a steam dryer 122 are installed above the core 101 in the reactor pressure vessel 102. One end of a bottom drain pipe 123 is connected to the bottom of the reactor pressure vessel 102. The other end of the bottom drain pipe 123 is connected to the upstream side of the purification system pump 117 in the purification system pipe 115.

給水配管109には、水素を給水に添加する水素注入装置125が接続されている。また、浄化系配管115における浄化装置116の下流には、白金等の貴金属を炉水に添加する貴金属注入装置126が接続されている。   Connected to the water supply pipe 109 is a hydrogen injection device 125 for adding hydrogen to the water supply. Further, a noble metal injection device 126 for adding a noble metal such as platinum to the reactor water is connected to the purification system pipe 115 downstream of the purification device 116.

上記のように構成された沸騰水型原子炉プラントにおいて、原子炉圧力容器102内の炉水は、炉心101内の燃料集合体(図示せず)に含まれる核燃料物質の核分裂により発生する熱で加熱され、一部が蒸気になる。この蒸気は、気水分離器121及び蒸気乾燥器122で水分が分離された後、原子炉圧力容器102から排出されて主蒸気配管107を通ってタービン104に供給され、タービン104を回転させる。これにより、タービン104に連結された発電機(図示せず)が回転し、電力が発生する。   In the boiling water reactor plant configured as described above, the reactor water in the reactor pressure vessel 102 is generated by the heat generated by the nuclear fission of the nuclear fuel material contained in the fuel assembly (not shown) in the core 101. It is heated and part becomes steam. The steam is separated from the water by the steam separator 121 and the steam dryer 122, then discharged from the reactor pressure vessel 102, supplied to the turbine 104 through the main steam pipe 107, and rotates the turbine 104. As a result, a generator (not shown) connected to the turbine 104 rotates to generate electric power.

タービン104から排出された蒸気は、復水器105で凝縮されて水になる。この凝縮水は、給水として、給水ポンプ110で昇圧され、給水配管109を通って原子炉圧力容器102に供給される。給水配管109内を流れる給水には、水素注入装置125から水素が添加される。添加された水素は、給水と共に原子炉圧力容器102内に導かれる。   The steam discharged from the turbine 104 is condensed by the condenser 105 to become water. This condensed water is boosted by feed water pump 110 as feed water, and is supplied to reactor pressure vessel 102 through feed water pipe 109. Hydrogen is added from the hydrogen injection device 125 to the water supply flowing through the water supply pipe 109. The added hydrogen is introduced into the reactor pressure vessel 102 together with the feed water.

炉心101で加熱された炉水のうち、蒸気とならずに気水分離器121及び蒸気乾燥器122で分離された炉水は、原子炉圧力容器102と炉心101の間に形成されるダウンカマ129内を下降する。このとき、ダウンカマ129内の炉水は、給水配管109を介して原子炉圧力容器102内に供給された水素を含む給水と混合される。給水と混合された炉水は、再循環ポンプ113により再循環系配管112内に流入する。再循環系配管112の炉水は、ダウンカマ129内に設置されたジェットポンプ(図示せず)内に供給される。この炉水は、ジェットポンプから吐出されて炉心101に供給される。   Of the reactor water heated by the core 101, the reactor water separated by the steam / water separator 121 and the steam dryer 122 without being steamed is a downcomer 129 formed between the reactor pressure vessel 102 and the reactor core 101. Go down inside. At this time, the reactor water in the downcomer 129 is mixed with the feed water containing hydrogen supplied into the reactor pressure vessel 102 via the feed water pipe 109. The reactor water mixed with the feed water flows into the recirculation system pipe 112 by the recirculation pump 113. Reactor water in the recirculation piping 112 is supplied into a jet pump (not shown) installed in the downcomer 129. This reactor water is discharged from the jet pump and supplied to the reactor core 101.

再循環系配管112内に流入した炉水の一部は、浄化系配管115に導かれ、浄化装置116によって浄化される。浄化された炉水は、浄化系配管115及び給水配管109を通って原子炉圧力容器102内に戻される。浄化系配管115内を流れる浄化された炉水には、貴金属注入装置126から貴金属(例えば、白金)を含む水溶液が添加される。白金を含む炉水は、給水配管109を通って原子炉圧力容器102内に導かれる。炉水に添加された白金は、原子炉圧力容器102内の炉内構造物の表面や再循環系配管112、浄化系配管115等の内面等に付着する。   A part of the reactor water flowing into the recirculation system pipe 112 is guided to the purification system pipe 115 and purified by the purification device 116. The purified reactor water is returned into the reactor pressure vessel 102 through the purification system pipe 115 and the feed water pipe 109. An aqueous solution containing a noble metal (for example, platinum) is added from the noble metal injection device 126 to the purified reactor water flowing in the purification system pipe 115. Reactor water containing platinum is introduced into the reactor pressure vessel 102 through the water supply pipe 109. The platinum added to the reactor water adheres to the surface of the reactor internal structure in the reactor pressure vessel 102, the inner surface of the recirculation system piping 112, the purification system piping 115, and the like.

このように、沸騰水型原子炉プラントでは、SCCの抑制策として、水素注入及び貴金属注入を行っている。水素注入により、炉水に接触する構造部材の腐食電位が低下し、構造部材におけるSCCの発生及び進展が緩和される。さらに、貴金属注入を水素注入と併用することで、水素注入による腐食電位の低減幅がさらに大きくなる。   Thus, in the boiling water reactor plant, hydrogen injection and noble metal injection are performed as a measure for suppressing SCC. By the hydrogen injection, the corrosion potential of the structural member in contact with the reactor water is reduced, and the occurrence and progress of SCC in the structural member is mitigated. Furthermore, by using noble metal injection together with hydrogen injection, the range of reduction of the corrosion potential due to hydrogen injection is further increased.

これらのSCC抑制策の効果の確認や構造部材の腐食の発生や進展の管理・制御のためには、腐食環境下の構造部材の腐食電位を測定する必要がある。加えて、構造部材の腐食の発生や進展を管理・制御するための指標としてのワグナー長さを評価するためには、腐食環境下の実温実圧における炉水の導電率も測定する必要がある。   In order to confirm the effects of these SCC suppression measures and to manage and control the occurrence and progress of corrosion of structural members, it is necessary to measure the corrosion potential of the structural members in a corrosive environment. In addition, in order to evaluate the Wagner length as an index for managing and controlling the occurrence and progress of corrosion of structural members, it is necessary to measure the conductivity of reactor water at actual temperature and actual pressure in a corrosive environment. is there.

そこで、原子炉圧力容器102内(例えば、後述の炉内計測管131)、再循環系配管112、及びボトムドレン配管123の部分に、それぞれ、水素注入や貴金属注入時における構造部材の腐食電位及び炉水の導電率を測定可能な腐食環境測定装置1を設置している。   Therefore, in the reactor pressure vessel 102 (for example, the in-core measurement tube 131 described later), the recirculation system piping 112, and the bottom drain piping 123, respectively, A corrosion environment measuring device 1 capable of measuring the conductivity of the reactor water is installed.

[第1の実施の形態]
次に、本発明の腐食環境センサの第1の実施の形態を備えた腐食環境測定装置の構成を図2及び図3を用いて説明する。
図2は本発明の腐食環境センサの第1の実施の形態を断面にした状態で示す腐食環境測定装置の構成図、図3は図2に示す本発明の腐食環境センサの第1の実施の形態の一部を構成する電極部を拡大して示す縦断面図及びその縦断面図をA−A矢視から見た断面図である。なお、図2及び図3において、図1に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
[First Embodiment]
Next, the structure of the corrosive environment measuring apparatus provided with the first embodiment of the corrosive environment sensor of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a block diagram of a corrosive environment measuring apparatus showing the first embodiment of the corrosive environment sensor of the present invention in a cross-sectional state, and FIG. 3 is a first embodiment of the corrosive environment sensor of the present invention shown in FIG. It is the longitudinal cross-sectional view which expands and shows the electrode part which comprises some forms, and sectional drawing which looked at the longitudinal cross-sectional view from the AA arrow. 2 and 3, the same reference numerals as those shown in FIG. 1 are the same parts, and detailed description thereof is omitted.

図2において、腐食環境測定装置1は、腐食環境センサ2と、腐食環境センサ2に接続された測定器3とで構成されている。腐食環境センサ2は、例えば、白金型の腐食電位センサと同等の腐食電位測定機能と、導電率センサとしての導電率測定機能とを併せ持つセンサである。測定器3は、例えば、腐食環境センサ2に接続された電位差計5と、腐食環境センサ2に接続されたポテンショスタット6と、ポテンショスタット6に接続された周波数応答分析器7とを備えている。   In FIG. 2, the corrosive environment measuring apparatus 1 includes a corrosive environment sensor 2 and a measuring instrument 3 connected to the corrosive environment sensor 2. The corrosion environment sensor 2 is, for example, a sensor having both a corrosion potential measurement function equivalent to a platinum type corrosion potential sensor and a conductivity measurement function as a conductivity sensor. The measuring device 3 includes, for example, a potentiometer 5 connected to the corrosive environment sensor 2, a potentiostat 6 connected to the corrosive environment sensor 2, and a frequency response analyzer 7 connected to the potentiostat 6. .

腐食環境センサ2は、原子炉プラントにおける腐食環境下の炉水が流通する構造部材(例えば、後述の炉内計測管131やサンプリング配管132等)に配置される略円筒状の金属製筐体21と、一端部(図2では下端部)が金属製筐体21の一方側(図2では上側)の開口部を閉塞するように金属製筐体21に取り付けられた略円柱状の絶縁部材22と、絶縁部材22の他端の先端面(図2では上端面)に取り付けられた電極部23と、電極部23に電気的に接続され、絶縁部材22及び金属製筐体21の内部に延在する第1の導線28及び第2の導線29と、金属製筐体21の内部において第1の導線28及び第2の導線29に電気的に接続されると共に、測定器3に接続される鉱物絶縁ケーブル31とで構成されている。   The corrosive environment sensor 2 is a substantially cylindrical metal casing 21 disposed in a structural member (for example, an in-core measurement tube 131 and a sampling pipe 132 described later) through which reactor water in a corrosive environment in a nuclear reactor plant flows. And a substantially cylindrical insulating member 22 attached to the metal casing 21 such that one end (the lower end in FIG. 2) closes the opening on one side (the upper side in FIG. 2) of the metal casing 21. And an electrode portion 23 attached to the tip end surface (the upper end surface in FIG. 2) of the other end of the insulating member 22, and electrically connected to the electrode portion 23, and extends into the insulating member 22 and the metal casing 21. The first conducting wire 28 and the second conducting wire 29 that are present and are electrically connected to the first conducting wire 28 and the second conducting wire 29 inside the metal casing 21 and also connected to the measuring instrument 3. It is composed of a mineral insulated cable 31.

金属製筐体21内には、金属製筐体21と第1の導線28及び第2の導線29とを電気的に絶縁する電気絶縁体(図示せず)が充填されている。電気絶縁体は、プラント運転中の原子炉圧力容器102(図1参照)内の炉水の高温(例えば、約280°C)や高圧に対して耐熱性や耐圧性を有すると共に、炉心101(図1参照)から放射される放射線に対して耐放射線性を有する樹脂および無機絶縁材料のいずれかで製作されている。   The metal casing 21 is filled with an electrical insulator (not shown) that electrically insulates the metal casing 21 from the first conductor 28 and the second conductor 29. The electrical insulator has heat resistance and pressure resistance against the high temperature (for example, about 280 ° C.) and high pressure of the reactor water in the reactor pressure vessel 102 (see FIG. 1) during plant operation, and the core 101 ( It is made of either a resin or an inorganic insulating material that is resistant to radiation emitted from (see FIG. 1).

絶縁部材22は、アルミナ、イットリア安定化ジルコニア、チタニア、セリア、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、コージライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライト、及びサーメットのうち、何れか1種以上の材料を用いて形成されている。すなわち、絶縁部材22は、プラント運転中の原子炉圧力容器102内の炉水の高温や高圧に対して耐熱性や耐圧性を有すると共に、炉心101から放射される放射線に対して耐放射線性を有している。   The insulating member 22 is formed using any one or more materials of alumina, yttria stabilized zirconia, titania, ceria, aluminum nitride, silicon nitride, cordierite, mullite, steatite, forsterite, and cermet. ing. That is, the insulating member 22 has heat resistance and pressure resistance against the high temperature and high pressure of the reactor water in the reactor pressure vessel 102 during plant operation, and has radiation resistance against the radiation emitted from the core 101. Have.

電極部23は、図2及び図3に示すように、金属製筐体21と電気的に絶縁された状態で絶縁部材22に取り付けられた第1の金属電極24及び第2の金属電極25を有している。第1の金属電極24及び第2の金属電極25は、例えば、同一寸法の矩形状の平板である。具体例としては、例えば、1辺が5mmの正方形で、厚さが1mmの平板である。第1の金属電極24及び第2の金属電極25は、互いに一つの面が所定の間隔をあけて対向すると共に、互いに対向する平面がその法線方向で互いに重なり合うように平行に配置されている。この所定の間隔は、高い電気抵抗を有する炉水の導電率を測定可能な範囲に設定されている。さらに、この所定の間隔は、腐食環境センサ2を原子炉圧力容器102(図1参照)内等に設置した時に、腐食環境センサ2の設置領域の近傍に存在する金属製の構造部材と第1の金属電極24又は第2の金属電極25との距離よりも、最短の距離となるように設定されている。所定の間隔として、例えば、約1mmである。   As shown in FIGS. 2 and 3, the electrode portion 23 includes a first metal electrode 24 and a second metal electrode 25 attached to the insulating member 22 in a state of being electrically insulated from the metal housing 21. Have. The first metal electrode 24 and the second metal electrode 25 are, for example, rectangular flat plates having the same dimensions. As a specific example, for example, a flat plate with a side of 5 mm and a thickness of 1 mm is used. The first metal electrode 24 and the second metal electrode 25 are arranged in parallel so that one surface of the first metal electrode 24 and the second metal electrode 25 are opposed to each other with a predetermined interval, and the mutually opposed planes overlap each other in the normal direction. . This predetermined interval is set to a range in which the conductivity of the reactor water having a high electric resistance can be measured. Further, the predetermined interval is such that when the corrosive environment sensor 2 is installed in the reactor pressure vessel 102 (see FIG. 1) or the like, the metal structural member existing in the vicinity of the area where the corrosive environment sensor 2 is installed and the first structural member. The distance is set to be the shortest distance than the distance from the metal electrode 24 or the second metal electrode 25. The predetermined interval is, for example, about 1 mm.

第1の金属電極24及び第2の金属電極25は、例えば、白金により形成されている。つまり、第1の金属電極24及び第2の金属電極25は、不溶性、かつ、酸化被膜が形成されにくい性質を有している。また、放射線を受けても長寿命の放射性核種が生じない性質を有している。さらに、水素の電極反応が生じる性質を有しており、水素注入が行われた際の炉水中において、腐食電位測定における基準電位を発生する。   The first metal electrode 24 and the second metal electrode 25 are made of, for example, platinum. That is, the first metal electrode 24 and the second metal electrode 25 are insoluble and have a property that an oxide film is difficult to be formed. In addition, it has the property that long-lived radionuclides are not generated even when receiving radiation. Furthermore, it has the property of causing an electrode reaction of hydrogen, and generates a reference potential in the corrosion potential measurement in the reactor water when hydrogen injection is performed.

第1の金属電極24及び第2の金属電極25における絶縁部材22への取付部分の一部には、それぞれ第1の導線28及び第2の導線29が接続されている。第1の導線28及び第2の導線29は、異種間金属接触による腐食および熱起電力の発生を抑制するために、第1の金属電極24及び第2の金属電極25と同じ材料で形成されることが望ましい。   A first conducting wire 28 and a second conducting wire 29 are respectively connected to part of the first metal electrode 24 and the second metal electrode 25 attached to the insulating member 22. The first conductive wire 28 and the second conductive wire 29 are formed of the same material as the first metal electrode 24 and the second metal electrode 25 in order to suppress corrosion due to dissimilar metal contact and generation of thermoelectromotive force. It is desirable.

第1の金属電極24及び第2の金属電極25の表面のうち、互いに対向する面、絶縁部材22への取付部分、及び1組の導線28、29の接続部分を除いた表面は、耐熱性や耐放射線性等を有する絶縁材料で形成された絶縁被覆部26により被覆されている。絶縁被覆部26は、導電率の測定の際に、腐食環境センサ2の設置領域の近傍に存在する金属製の構造部材に対して第1の金属電極24及び第2の金属電極25を電気的に絶縁し、第1の金属電極24及び第2の金属電極25の対向する面の間に存在する炉水中を電流が確実に流れるように電流経路を規定するものである。絶縁被覆部26は、絶縁部材22と同様に、アルミナ、イットリア安定化ジルコニア、チタニア、セリア、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、コージライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライト、及びサーメットのうち、何れか1種以上の材料を用いて形成されている。絶縁被覆部26は、第1の金属電極24及び第2の金属電極25と共に電極部23を構成している。   Of the surfaces of the first metal electrode 24 and the second metal electrode 25, the surfaces excluding the surfaces facing each other, the attachment portion to the insulating member 22, and the connection portion of the pair of conductors 28 and 29 are heat resistant. And an insulating covering portion 26 formed of an insulating material having radiation resistance and the like. The insulation coating portion 26 electrically connects the first metal electrode 24 and the second metal electrode 25 to the metal structural member existing in the vicinity of the installation area of the corrosion environment sensor 2 when measuring the conductivity. The current path is defined so that the current flows reliably in the reactor water existing between the opposing surfaces of the first metal electrode 24 and the second metal electrode 25. As with the insulating member 22, the insulating coating portion 26 is any one of alumina, yttria-stabilized zirconia, titania, ceria, aluminum nitride, silicon nitride, cordierite, mullite, steatite, forsterite, and cermet. It is formed using the above materials. The insulation coating part 26 constitutes an electrode part 23 together with the first metal electrode 24 and the second metal electrode 25.

鉱物絶縁ケーブル31は、図2に示すように、筒状の金属製の外皮(シース)32と、外皮32内に配置されて、第1の導線28及び第2の導線29にそれぞれ電気的に接続された第1の芯線33及び第2の芯線34と、外皮32と第1の芯線33及び第2の芯線34との間に充填され、アルミナ等の鉱物で形成された電気絶縁体(図示せず)とで構成されている。電気絶縁体は、外皮32と第1の芯線33及び第2の芯線34とを電気的に絶縁するものである。鉱物絶縁ケーブル31は、その一部が金属製筐体21の内部に配置されると共に、残りの部分が金属製筐体21の外側に延在している。鉱物絶縁ケーブル31は、その外皮32が金属製筐体21の他端(図2では下端)に取り付けられている。   As shown in FIG. 2, the mineral insulated cable 31 is disposed in a cylindrical metal outer sheath (sheath) 32 and the outer sheath 32, and is electrically connected to the first conductor 28 and the second conductor 29, respectively. An electrical insulator formed between a first core wire 33 and a second core wire 34 connected to each other and between the outer skin 32 and the first core wire 33 and the second core wire 34 and formed of a mineral such as alumina (see FIG. (Not shown). The electrical insulator electrically insulates the outer skin 32 from the first core wire 33 and the second core wire 34. A part of the mineral insulated cable 31 is disposed inside the metal casing 21, and the remaining part extends to the outside of the metal casing 21. The outer wall 32 of the mineral-insulated cable 31 is attached to the other end (the lower end in FIG. 2) of the metal casing 21.

電位差計5は、内部インピーダンスが100TΩ以上のものである。電位差計5の一方のリード線41は、腐食環境センサ2の鉱物絶縁ケーブル31の第2の芯線34に接続されている。他方のリード線42は、腐食電位を測定する際に、腐食電位を測定する配管等の構造部材に接続される。各リード線41、42をこのように接続した電位差計5により、鉱物絶縁ケーブル31の第2の芯線34に電気的に接続されている第2の金属電極25の電位と構造部材の電位との電位差を測定する。   The potentiometer 5 has an internal impedance of 100 TΩ or more. One lead wire 41 of the potentiometer 5 is connected to the second core wire 34 of the mineral insulated cable 31 of the corrosion environment sensor 2. The other lead wire 42 is connected to a structural member such as a pipe for measuring the corrosion potential when the corrosion potential is measured. By the potentiometer 5 in which the lead wires 41 and 42 are connected in this manner, the potential of the second metal electrode 25 electrically connected to the second core wire 34 of the mineral insulated cable 31 and the potential of the structural member Measure the potential difference.

ポテンショスタット6は、対極接続用リード線44及び参照極接続用リード線45がともに、鉱物絶縁ケーブル31の同じ第1の芯線33に接続されている。それに対して、作用極接続用リード線46は、鉱物絶縁ケーブル31の第2の芯線34に接続されている。ポテンショスタット6の作用極接続用リード46が電位差計5の一方のリード線41と同じ鉱物絶縁ケーブル31の第2の芯線34に接続されているが、電位差計5の内部インピーダンスが100TΩ以上と高いので、導電率の測定時に流れる電流は電位差計5側にほとんど流れない。このため、導電率の測定と腐食電位の測定は、相互に影響を及ぼすことがない。つまり、腐食環境測定装置1は、それ単体で、構造部材の腐食電位及び炉水の導電率の両方を測定可能である。   In the potentiostat 6, the counter electrode connecting lead wire 44 and the reference electrode connecting lead wire 45 are both connected to the same first core wire 33 of the mineral insulated cable 31. On the other hand, the working electrode connecting lead wire 46 is connected to the second core wire 34 of the mineral insulated cable 31. The working electrode connection lead 46 of the potentiostat 6 is connected to the second core wire 34 of the mineral insulated cable 31 which is the same as the one lead wire 41 of the potentiometer 5, but the internal impedance of the potentiometer 5 is as high as 100 TΩ or more. Therefore, the current that flows when measuring the conductivity hardly flows to the potentiometer 5 side. For this reason, the measurement of conductivity and the measurement of corrosion potential do not affect each other. That is, the corrosion environment measuring device 1 can measure both the corrosion potential of the structural member and the conductivity of the reactor water by itself.

周波数応答分析器7は、その電圧出力端子がポテンショスタット6の電位入力端子に接続されると共に、その電圧入力端子がポテンショスタット6の電流出力端子に接続されている。   The frequency response analyzer 7 has its voltage output terminal connected to the potential input terminal of the potentiostat 6 and its voltage input terminal connected to the current output terminal of the potentiostat 6.

次に、本発明の腐食環境センサの第1の実施の形態を備えた腐食環境測定装置を用いた構造部材の腐食電位及び炉水の導電率の測定方法を図3及び図4を用いて説明する。ここでは、腐食環境センサ2を原子炉圧力容器102内に設けられた炉内計装管131の内部に設置して炉内計装管131の腐食電位及び炉水の導電率の測定する方法について説明する。
図4は本発明の腐食環境センサの第1の実施の形態を備えた腐食環境測定装置を用いた沸騰水型原子炉プラントの原子炉内の腐食環境の測定方法を示す説明図である。である。なお、図4において、図1乃至図3に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
Next, a method for measuring the corrosion potential of the structural member and the electrical conductivity of the reactor water using the corrosive environment measuring apparatus provided with the first embodiment of the corrosive environment sensor of the present invention will be described with reference to FIGS. To do. Here, a method for measuring the corrosion potential of the in-core instrumentation tube 131 and the conductivity of the reactor water by installing the corrosion environment sensor 2 inside the in-core instrumentation tube 131 provided in the reactor pressure vessel 102 will be described. explain.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a method for measuring a corrosive environment in a nuclear reactor of a boiling water reactor plant using the corrosive environment measuring apparatus provided with the first embodiment of the corrosive environment sensor of the present invention. It is. In FIG. 4, the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 to 3 are the same parts, and detailed description thereof is omitted.

図4に示すように、原子炉圧力容器102内に設けられた炉内計測管131には、原子炉圧力容器102内の炉水が炉内計測管131内に流入可能に通水孔131aが設けられている。この炉内計測管131内に腐食環境測定装置1の腐食環境センサ2を固定する。腐食環境センサ2は、炉内計測管131の腐食電位と原子炉圧力容器102内の炉水の導電率との両方を検出する。腐食電位を測定する際には、電位差計5の他方のリード線42を炉内計測管131に予め接続しておく。   As shown in FIG. 4, the in-reactor measurement tube 131 provided in the reactor pressure vessel 102 has a water passage hole 131 a so that the reactor water in the reactor pressure vessel 102 can flow into the in-reactor measurement tube 131. Is provided. The corrosion environment sensor 2 of the corrosion environment measuring device 1 is fixed in the in-furnace measurement tube 131. The corrosion environment sensor 2 detects both the corrosion potential of the in-reactor measuring tube 131 and the conductivity of the reactor water in the reactor pressure vessel 102. When measuring the corrosion potential, the other lead wire 42 of the potentiometer 5 is connected in advance to the in-furnace measurement tube 131.

腐食電位の評価は、炉内計測管131の内面と腐食環境センサ2の第2の金属電極25との間の電位差を電位差計5によって測定することで行われる。原子炉圧力容器102内の構造部材には、構造部材に接触する炉水に含まれる酸素、過酸化水素、及び水素の各濃度、炉水の温度、並びに、炉水の流速の条件下に応じた電位が発生する。それに対して、第2の金属電極25には、炉水に含まれる水素濃度に応じた基準電位が発生する。   The corrosion potential is evaluated by measuring the potential difference between the inner surface of the in-furnace measuring tube 131 and the second metal electrode 25 of the corrosion environment sensor 2 with the potentiometer 5. The structural member in the reactor pressure vessel 102 depends on the oxygen, hydrogen peroxide, and hydrogen concentrations contained in the reactor water in contact with the structural member, the reactor water temperature, and the reactor water flow rate conditions. Generated potential. On the other hand, a reference potential corresponding to the concentration of hydrogen contained in the reactor water is generated at the second metal electrode 25.

導電率の測定は、第1の金属電極24及び第2の金属電極25の間の炉水の液抵抗を測定することで行われる。液抵抗の測定は、上記した電位差計5による腐食電位の測定と同時に、例えば、ポテンショスタット6及び周波数応答分析器7を用いた電気化学インピーダンス法により行う。周波数応答分析器7を用いて周波数を1mHzから100kHzに変化させた交流の正弦波電圧を、ポテンショスタット6を介して、第1の金属電極24及び第2の金属電極25との間に印加する。正弦波電圧の印加によりこれら一対の金属電極24、25間に流れた交流電流をポテンショスタット6で測定する。印加された周波数が1mHzから100kHz間の交流電圧と測定された交流電流とからインピーダンスを算出する。算出されたインピーダンスの実数成分を横軸に、虚数成分を縦軸に表示してナイキストプロットを作成し、高周波数側の半円の切片から液抵抗Rを算出する。この液抵抗Rの測定結果に基づいて、以下に示す式(1)から導電率を算出する。
R=κ−1・L・A−1 … 式(1)
ここで、Rは炉水の液抵抗、κは導電率、Lは一対の金属電極間の距離、Aは一対の金属電極間の導通部の断面積を示している。
The conductivity is measured by measuring the liquid resistance of the reactor water between the first metal electrode 24 and the second metal electrode 25. The liquid resistance is measured by the electrochemical impedance method using, for example, the potentiostat 6 and the frequency response analyzer 7 simultaneously with the measurement of the corrosion potential by the potentiometer 5 described above. An AC sine wave voltage whose frequency is changed from 1 mHz to 100 kHz using the frequency response analyzer 7 is applied between the first metal electrode 24 and the second metal electrode 25 via the potentiostat 6. . An alternating current flowing between the pair of metal electrodes 24 and 25 by applying a sine wave voltage is measured by the potentiostat 6. The impedance is calculated from the AC voltage between the applied frequency of 1 mHz and 100 kHz and the measured AC current. The Nyquist plot is created by displaying the real component of the calculated impedance on the horizontal axis and the imaginary component on the vertical axis, and the liquid resistance R is calculated from the semicircular intercept on the high frequency side. Based on the measurement result of the liquid resistance R, the conductivity is calculated from the following formula (1).
R = κ− 1 · L · A −1 Formula (1)
Here, R is the resistance of the reactor water, κ is the conductivity, L is the distance between the pair of metal electrodes, and A is the cross-sectional area of the conduction portion between the pair of metal electrodes.

本実施の形態においては、図3に示すように、各金属電極24、25の表面のうち、互いに対向する面、絶縁部材22への取付部分、及び1組の導線28、29の接続部分を除いた表面を、絶縁被覆部26により被覆することで、第1の金属電極24及び第2の金属電極25間の炉水中を確実に電流が流れるように導通部(電流経路)Pを規定することができる。このため、上記の式(1)のセル定数L・A-1を定めることができ、液抵抗Rの測定結果に基づいて上記の式(1)から正確な導電率を算出することができる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 3, of the surfaces of the metal electrodes 24, 25, the surfaces facing each other, the attachment portion to the insulating member 22, and the connection portion of the pair of conductors 28, 29 are provided. By covering the removed surface with an insulating coating portion 26, a conduction portion (current path) P is defined so that current flows reliably in the reactor water between the first metal electrode 24 and the second metal electrode 25. be able to. For this reason, the cell constant L · A −1 of the above equation (1) can be determined, and the accurate conductivity can be calculated from the above equation (1) based on the measurement result of the liquid resistance R.

また、本実施の形態においては、第1の金属電極24及び第2の金属電極25が同一寸法の矩形状の平板であり、互いに対向するように平行に配置されているので、導通部(電流経路)Pを2電極間に存在する略直方体状の部分に規定することができる。したがって、第1の金属電極24及び第2の金属電極25の幾何的形状及び配置からセル定数L・A-1を算出することができる。つまり、セル定数L・A-1は、第1の金属電極24及び第2の金属電極25の間の距離をLとし、第1の金属電極24及び第2の金属電極25の平板の対向する1面の面積をAとすることで求めることができる。具体例としては、上記構成の説明で示したように、第1の金属電極24及び第2の金属電極25を1辺5mmの正方形の平板電極とし、1mmの間隔をあけて平行に配置させた場合、セル定数L・A-1は、L=1×10-3(m)、A=25×10-6(m)から2.5×10-8(1/m)と求まる。既知のこのセル定数L・A-1及び液抵抗Rの測定結果に基づき、上記の式(1)から導電率κを算出する。 In the present embodiment, the first metal electrode 24 and the second metal electrode 25 are rectangular flat plates having the same dimensions and are arranged in parallel so as to face each other. Path) P can be defined as a substantially rectangular parallelepiped portion existing between two electrodes. Therefore, the cell constant L · A −1 can be calculated from the geometric shape and arrangement of the first metal electrode 24 and the second metal electrode 25. That is, in the cell constant L · A −1 , the distance between the first metal electrode 24 and the second metal electrode 25 is L, and the flat plates of the first metal electrode 24 and the second metal electrode 25 are opposed to each other. It can be determined by assuming that the area of one surface is A. As a specific example, as shown in the description of the above configuration, the first metal electrode 24 and the second metal electrode 25 are square plate electrodes having a side of 5 mm, and are arranged in parallel with an interval of 1 mm. In this case, the cell constant L · A −1 is obtained from L = 1 × 10 −3 (m) and A = 25 × 10 −6 (m 2 ) to 2.5 × 10 −8 (1 / m). Based on the known measurement results of the cell constant L · A −1 and the liquid resistance R, the conductivity κ is calculated from the above equation (1).

それに対して、本実施の形態とは異なり、第1の金属電極24及び第2の金属電極25に絶縁被覆部26が被覆されていない場合には、これらの金属電極24、25間に存在する炉水中を確実に電流が流れるように電流の導通部(電流経路)を規定することができない。例えば、第1の金属電極24の側面から第2の金属電極25の側面に大きな円弧を描くように電流が流れる可能性がある。また、第1及び第2の金属電極24、25の対向する面以外の平面から近接する金属製の構造部材に電流が流れる可能性もある。つまり、セル定数L・A-1を定めることができないので、正確な導電率を算出することはできない。 On the other hand, unlike the present embodiment, when the first metal electrode 24 and the second metal electrode 25 are not covered with the insulating coating portion 26, they exist between these metal electrodes 24 and 25. The current conduction part (current path) cannot be defined so that the current flows reliably in the reactor water. For example, a current may flow so as to draw a large arc from the side surface of the first metal electrode 24 to the side surface of the second metal electrode 25. In addition, a current may flow from a plane other than the opposing surfaces of the first and second metal electrodes 24 and 25 to the adjacent metal structural member. That is, since the cell constant L · A −1 cannot be determined, an accurate conductivity cannot be calculated.

腐食環境測定装置1による測定の結果、原子炉圧力容器102内の炉水の導電率が上昇していることが判明した場合、それらの測定値に基づいて沸騰水型原子炉プラントに対してより適切な水質管理を行う。例えば、貴金属注入を実施しているときに、導電率が設定基準値を超えた場合、貴金属注入量を低下させるか又は貴金属注入を停止する。このような操作を行うことにより、炉水の導電率の上昇を抑えることができ、結果として、ステンレス鋼製等の構造部材におけるSCCの発生や構造部材のき裂の進展を抑制することができる。   As a result of the measurement by the corrosive environment measuring device 1, when it is found that the conductivity of the reactor water in the reactor pressure vessel 102 is increased, the boiling water reactor plant is more based on those measured values. Proper water quality management. For example, when conducting the noble metal injection, if the electrical conductivity exceeds a set reference value, the noble metal injection amount is reduced or the noble metal injection is stopped. By performing such an operation, it is possible to suppress an increase in the conductivity of the reactor water, and as a result, it is possible to suppress the occurrence of SCC and the development of cracks in the structural member in a structural member made of stainless steel or the like. .

上述した本発明の腐食環境センサの第1の実施の形態によれば、1つの金属製筐体21に対して、一対の金属電極24、25を互いに1つの面が対向するように設けると共に、一対の金属電極24、25の対向する面以外の表面のほとんどを耐放射線性及び耐熱性の絶縁被覆部26で被覆したので、狭隘な設置スペースに一対の金属電極24、25を配置可能で、かつ、一対の金属電極24、25間を流れる電流の経路を確実に規定できる。すなわち、原子炉内等の狭隘な設置スペースにおいて腐食環境下の炉水(原子炉冷却水)の正確な導電率を測定することができる。その結果、原子炉内等の腐食環境下で実測した導電率に基づいて、腐食を抑制するための効果的な水化学管理を行うことができ、炉内構造部材の健全性の維持又は向上を図ることができる。   According to the first embodiment of the corrosive environment sensor of the present invention described above, a pair of metal electrodes 24 and 25 are provided on one metal casing 21 so that one surface faces each other, Since most of the surfaces of the pair of metal electrodes 24, 25 other than the opposing surfaces are covered with the radiation-resistant and heat-resistant insulating coating portion 26, the pair of metal electrodes 24, 25 can be arranged in a narrow installation space. In addition, the path of the current flowing between the pair of metal electrodes 24 and 25 can be defined reliably. That is, the accurate conductivity of the reactor water (reactor cooling water) in a corrosive environment can be measured in a narrow installation space such as in the reactor. As a result, based on the conductivity measured in a corrosive environment such as in a nuclear reactor, it is possible to perform effective water chemistry management to suppress corrosion, and maintain or improve the soundness of the structural members in the reactor. Can be planned.

また、本実施の形態によれば、第1の金属電極24及び第2の金属電極25をそれぞれ、水素の電極反応が生じる白金を用いて形成したので、腐食環境下の炉水の導電率の測定だけでなく、炉内構造部材の腐食電位の測定も可能である。   In addition, according to the present embodiment, the first metal electrode 24 and the second metal electrode 25 are each formed using platinum in which an electrode reaction of hydrogen occurs, so that the conductivity of the reactor water in a corrosive environment is increased. In addition to the measurement, it is possible to measure the corrosion potential of the structural member in the furnace.

さらに、本実施の形態によれば、第1の金属電極24及び第2の金属電極25を、互いに対向する面を同一寸法の平面となるように形成すると共に、対向する平面がその法線方向で互いに重なり合うように平行に配置するように構成したので、第1の金属電極24及び第2の金属電極25の幾何学形状及び配置からセル定数を算出することができる。このため、導電率が既知の溶液を用いてセル定数を予め実験的に求めておく必要がない。   Furthermore, according to the present embodiment, the first metal electrode 24 and the second metal electrode 25 are formed such that the surfaces facing each other are planes having the same dimensions, and the facing planes are in the normal direction. Therefore, the cell constant can be calculated from the geometric shape and arrangement of the first metal electrode 24 and the second metal electrode 25. For this reason, it is not necessary to experimentally obtain the cell constant in advance using a solution having a known conductivity.

また、本実施の形態によれば、平板の第1の金属電極24及び第2の金属電極25を平行に配置したので、第1の金属電極24及び第2の金属電極25が炉水の流れ方向に沿うように腐食環境センサ2を設置することで、第1及び第2の金属電極24、25の間の炉水の流動性を確保することができる。   In addition, according to the present embodiment, since the first metal electrode 24 and the second metal electrode 25 that are flat plates are arranged in parallel, the first metal electrode 24 and the second metal electrode 25 flow in the reactor water. By installing the corrosive environment sensor 2 along the direction, the fluidity of the reactor water between the first and second metal electrodes 24 and 25 can be ensured.

さらに、本実施の形態によれば、絶縁被覆部26を耐放射線性及び耐熱性を有する絶縁材料で形成したので、高温(約280℃)で高圧な炉水との接触や原子炉内で照射される放射線に対して、電気的絶縁性の性質を維持することができる。   Furthermore, according to the present embodiment, since the insulating coating portion 26 is formed of an insulating material having radiation resistance and heat resistance, it is irradiated with high temperature (about 280 ° C.) high pressure reactor water or irradiation in the nuclear reactor. It is possible to maintain an electrical insulating property against the emitted radiation.

[第2の実施の形態]
次に、本発明の腐食環境センサの第2の実施の形態を図5乃至図7を用いて説明する。
図5は本発明の腐食環境センサの第2の実施の形態を示す縦断面図、図6は図5に示す本発明の腐食環境センサの第2の実施の形態の一部を構成する電極部を拡大して示す縦断面図及びその側面図、図7は本発明の腐食環境センサの第2の実施の形態を備えた腐食環境測定装置を用いた沸騰水型原子炉プラントの配管内の腐食環境の測定方法を示す説明図である。なお、図5乃至図7において、図1乃至図4に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the corrosive environment sensor of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a second embodiment of the corrosive environment sensor of the present invention, and FIG. 6 is an electrode part constituting a part of the second embodiment of the corrosive environment sensor of the present invention shown in FIG. FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing an enlarged view and a side view thereof, and FIG. 7 shows corrosion in piping of a boiling water reactor plant using a corrosive environment measuring apparatus provided with a second embodiment of the corrosive environment sensor of the present invention. It is explanatory drawing which shows the measuring method of an environment. 5 to 7, the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 to 4 are the same parts, and detailed description thereof is omitted.

図5及び図6に示す本発明の腐食環境センサの第2の実施の形態は、第1の実施の形態の電極部23に対して、その形状及び構成材料が相違するものである。具体的には、腐食環境センサ2Aの電極部23Aは、絶縁部材22の他端の先端面(図5及び図6では上端面)における径方向中央部に取り付けられた円柱状の第1の金属電極24Aと、内周面が第1の金属電極24Aの外周面と所定の間隔をあけて対向し、第1の金属電極24Aと同心状に絶縁部材22の先端面に取り付けられた円筒状の第2の金属電極25Aとを有している。この所定の間隔は、第1の実施の形態の場合と同様に、高い電気抵抗を有する炉水の導電率を測定可能な範囲に設定されている。さらに、腐食環境センサ2Aを設置した時に、腐食環境センサ2Aの設置領域の近傍に存在する金属製の構造部材と第1の金属電極24A又は第2の金属電極25Aとの距離よりも最短の距離となるように設定されている。所定の間隔として、例えば、約1mmである。第1の金属電極24A及び第2の金属電極25Aは、略同一の高さ(図5及び図6での上下方向の長さ)を有している。   The second embodiment of the corrosive environment sensor of the present invention shown in FIGS. 5 and 6 is different from the electrode portion 23 of the first embodiment in shape and constituent material. Specifically, the electrode portion 23A of the corrosive environment sensor 2A is a columnar first metal attached to the central portion in the radial direction of the distal end surface (the upper end surface in FIGS. 5 and 6) of the other end of the insulating member 22. A cylindrical shape attached to the distal end surface of the insulating member 22 concentrically with the first metal electrode 24A, with the electrode 24A facing the outer peripheral surface of the first metal electrode 24A at a predetermined interval. And a second metal electrode 25A. This predetermined interval is set to a range in which the conductivity of the reactor water having a high electric resistance can be measured, as in the case of the first embodiment. Further, when the corrosive environment sensor 2A is installed, a distance that is the shortest than the distance between the metal structural member existing in the vicinity of the area where the corrosive environment sensor 2A is installed and the first metal electrode 24A or the second metal electrode 25A. It is set to become. The predetermined interval is, for example, about 1 mm. The first metal electrode 24A and the second metal electrode 25A have substantially the same height (length in the vertical direction in FIGS. 5 and 6).

また、第1の金属電極24A及び第2の金属電極25Aは、白金でめっきされたチタン製である。白金でめっきされたチタン製の電極は、白金製の電極と同様に、不溶性、酸化被膜が形成されにくい性質、放射線を受けても長寿命の放射性核種が生じない性質、及び水素の電極反応が生じる性質を有している。   The first metal electrode 24A and the second metal electrode 25A are made of titanium plated with platinum. Titanium electrodes plated with platinum, like platinum electrodes, are insoluble, difficult to form an oxide film, long-lived radionuclides are not generated even when exposed to radiation, and have a hydrogen electrode reaction. It has the properties that occur.

絶縁被覆部26Aは、第1の実施の形態の絶縁被覆部26の場合と同様に、第1の金属電極24Aの表面のうち、第2の金属電極25Aに対向する面、絶縁部材22への取付部分、第1の導線28の接続部分を除いた表面、すなわち、第1の金属電極24Aの円状の先端面(図5及び図6では上端面)を被覆している。また、第2の金属電極25Aの表面のうち、第1の金属電極24Aに対向する面(内周面)、絶縁部材22への取付部分、第2の導線29の接続部分を除いた表面、すなわち、第2の金属電極25Aの外周面及び円環状の先端面(図5及び図6では上端面)を被覆している。   As in the case of the insulation coating portion 26 of the first embodiment, the insulation coating portion 26A has a surface facing the second metal electrode 25A on the surface of the first metal electrode 24A, the surface facing the insulation member 22. The surface excluding the attachment portion and the connection portion of the first conductor 28, that is, the circular tip surface (the top surface in FIGS. 5 and 6) of the first metal electrode 24 </ b> A is covered. Further, of the surface of the second metal electrode 25A, the surface excluding the surface (inner peripheral surface) facing the first metal electrode 24A, the attachment portion to the insulating member 22, and the connection portion of the second conductor 29, That is, the outer peripheral surface of the second metal electrode 25A and the annular front end surface (the upper end surface in FIGS. 5 and 6) are covered.

次に、本発明の腐食環境センサの第2の実施の形態を備えた腐食環境測定装置を用いた構造部材の腐食電位及び炉水の導電率の測定方法を図7を用いて説明する。ここでは、腐食環境センサ2Aをボトムドレン配管123(図1参照)に接続されたサンプリング配管132内に設置して構造部材の腐食電位及び炉水の導電率の測定する方法について説明する。   Next, a method for measuring the corrosion potential of the structural member and the electrical conductivity of the reactor water using the corrosive environment measuring apparatus provided with the second embodiment of the corrosive environment sensor of the present invention will be described with reference to FIG. Here, a method for measuring the corrosion potential of the structural member and the conductivity of the reactor water by installing the corrosion environment sensor 2A in the sampling pipe 132 connected to the bottom drain pipe 123 (see FIG. 1) will be described.

まず、腐食環境センサ2Aをサンプリング配管132に設置する前に、上記の式(1)におけるセル定数L・A−1を予め定めておく。具体的には、導電率κが133μS/cmと既知である0.0746g/1.0kgのKCl水溶液中に腐食環境センサ2Aの電極部23A(図5参照)を浸漬し、ポテンショスタット6と周波数応答分析器7を用いて液抵抗Rを測定する。液抵抗Rの測定方法は、上述した第1の実施の形態の場合と同様に、電気化学インピーダンス法を用いて測定する。測定された液抵抗Rと既知の導電率κとに基づいて、上記の式(1)からセル定数L・A−1を算出する。 First, before installing the corrosive environment sensor 2A in the sampling pipe 132, the cell constant L · A −1 in the above equation (1) is determined in advance. Specifically, the electrode portion 23A (see FIG. 5) of the corrosive environment sensor 2A is immersed in a 0.0746 g / 1.0 kg KCl aqueous solution whose conductivity κ is known to be 133 μS / cm, and the potentiostat 6 and the frequency The liquid resistance R is measured using the response analyzer 7. The liquid resistance R is measured using the electrochemical impedance method as in the case of the first embodiment described above. Based on the measured liquid resistance R and the known conductivity κ, the cell constant L · A −1 is calculated from the above equation (1).

次に、図7に示すように、サンプリング配管132から分岐した分岐管132aに腐食環境測定装置1Aの腐食環境センサ2Aを設置する。腐食環境センサ2Aは、サンプリング配管132の腐食電位とサンプリング配管132内を流動する炉水の導電率との両方を検出する。腐食電位を測定する際には、電位差計5の他方のリード線42をサンプリング配管132に予め接続しておく。   Next, as shown in FIG. 7, the corrosive environment sensor 2A of the corrosive environment measuring apparatus 1A is installed in the branch pipe 132a branched from the sampling pipe 132. The corrosion environment sensor 2 </ b> A detects both the corrosion potential of the sampling pipe 132 and the conductivity of the reactor water flowing in the sampling pipe 132. When measuring the corrosion potential, the other lead wire 42 of the potentiometer 5 is connected in advance to the sampling pipe 132.

腐食電位の評価は、第1の実施の形態の場合と同様に、サンプリング配管132の内面と腐食環境センサ2Aの第2の金属電極25Aとの間の電位差を電位差計5によって測定することで行われる。   The corrosion potential is evaluated by measuring the potential difference between the inner surface of the sampling pipe 132 and the second metal electrode 25A of the corrosion environment sensor 2A with the potentiometer 5 as in the case of the first embodiment. Is called.

導電率の測定は、第1の金属電極24A及び第2の金属電極25Aの間の炉水の液抵抗を測定することで行われる。液抵抗の測定は、第1の実施の形態の場合と同様に、上記した電位差計5による腐食電位の測定と同時に、ポテンショスタット6及び周波数応答分析器7を用いた電気化学インピーダンス法により行う。本実施の形態においては、セル定数L・A−1が予め決定されているので、液抵抗Rの測定結果に基づいて、上記の式(1)から導電率κを算出することが可能である。 The conductivity is measured by measuring the liquid resistance of the reactor water between the first metal electrode 24A and the second metal electrode 25A. The liquid resistance is measured by the electrochemical impedance method using the potentiostat 6 and the frequency response analyzer 7 simultaneously with the measurement of the corrosion potential by the potentiometer 5 as in the case of the first embodiment. In the present embodiment, since the cell constant L · A −1 is determined in advance, it is possible to calculate the conductivity κ from the above equation (1) based on the measurement result of the liquid resistance R. .

本実施の形態においては、第1及び第2の金属電極24A、25Aの表面のうち、第1及び第2の金属電極24A、25Aの対向する面、絶縁部材22への取付部分、第1及び第2の導線28、29の接続部分を除いた表面を、絶縁材料で形成した絶縁被覆部26Aで被覆したので、第1の金属電極24A及び第2の金属電極25A間の炉水中を確実に電流が流れるように電流の導通部(電流経路)を規定することができる。このため、セル定数L・A-1を決定することができるので、液抵抗Rの測定結果に基づいて、上記の式(1)から正確な導電率を算出することができる。 In the present embodiment, of the surfaces of the first and second metal electrodes 24A and 25A, the opposing surfaces of the first and second metal electrodes 24A and 25A, the attachment portions to the insulating member 22, the first and second Since the surface excluding the connecting portion of the second conductive wires 28 and 29 is covered with the insulating coating portion 26A formed of an insulating material, the reactor water between the first metal electrode 24A and the second metal electrode 25A is surely provided. A current conduction part (current path) can be defined so that a current flows. Therefore, since the cell constant L · A −1 can be determined, an accurate conductivity can be calculated from the above equation (1) based on the measurement result of the liquid resistance R.

上述した本発明の腐食環境センサの第2の実施の形態によれば、前述した第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。   According to the second embodiment of the corrosive environment sensor of the present invention described above, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained.

また、本実施の形態によれば、第1及び第2の金属電極24A、25Aを、白金でめっきした不働態の金属電極としたので、白金等の高価な金属の使用量を低減でき、その結果、材料コストを低減することができる。   Further, according to the present embodiment, since the first and second metal electrodes 24A and 25A are made of passive metal electrodes plated with platinum, the amount of expensive metal such as platinum used can be reduced. As a result, the material cost can be reduced.

[その他の実施の形態]
なお、上述した本発明の腐食環境センサの第1の実施の形態においては、第1及び第2の金属電極24、25として、白金製の電極を用いた例を示したが、白金以外の、不溶性、酸化被膜が形成されにくい性質、放射線を受けても長寿命の放射性核種が生じない性質、及び水素の電極反応が生じる性質の4つの性質を有する金属材料により形成された金属電極を用いることも可能である。すなわち、第1及び第2の金属電極24、25を、金、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、及びオスミウムのうち、何れか1種以上の材料を用いて形成することができる。
[Other embodiments]
In the above-described first embodiment of the corrosive environment sensor of the present invention, an example in which platinum electrodes are used as the first and second metal electrodes 24 and 25 is shown. Use a metal electrode made of a metal material that has four properties: insolubility, the property of being difficult to form an oxide film, the property of not generating long-lived radionuclides even when exposed to radiation, and the property of causing an electrode reaction of hydrogen. Is also possible. That is, the first and second metal electrodes 24 and 25 can be formed using one or more materials of gold, platinum, palladium, rhodium, iridium, ruthenium, and osmium.

また、上述した本発明の腐食環境センサの第2の実施の形態においては、第1及び第2の金属電極24A、25Aとして、白金でめっきしたチタン製の金属電極を用いた例を示したが、不溶性、酸化被膜が形成されにくい性質、放射線を受けても長寿命の放射性核種が生じない性質、及び水素の電極反応が生じる性質の4つの性質を有する金属材料によりめっきされた金属電極を使用することも可能である。すなわち、金、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、及びオスミウムのうち、何れか1種以上の材料を用いてめっきした不働態の金属電極を用いることも可能である。   In the second embodiment of the corrosive environment sensor of the present invention described above, an example is shown in which titanium metal electrodes plated with platinum are used as the first and second metal electrodes 24A and 25A. Uses a metal electrode plated with a metal material that has four properties: insoluble, the property that an oxide film is difficult to form, the property that a long-lived radionuclide is not generated even when exposed to radiation, and the property that a hydrogen electrode reaction occurs It is also possible to do. That is, it is also possible to use a passive metal electrode plated with one or more materials of gold, platinum, palladium, rhodium, iridium, ruthenium, and osmium.

なお、上述した第1の実施の形態においては、第1及び第2の金属電極24、25として、上記金属材料により形成された金属電極を用いた例を示したが、第1及び第2の金属電極として、上述した第2の実施の形態の第1及び第2の金属電極24A、25Aのように、上記金属材料のうち、何れか1種以上の金属材料を用いてめっきした不働態の金属電極を用いることも可能である。   In the first embodiment described above, an example in which the metal electrode formed of the metal material is used as the first and second metal electrodes 24 and 25 is shown. As the metal electrode, as in the first and second metal electrodes 24A and 25A of the second embodiment described above, a passive state plated using any one or more of the above metal materials. It is also possible to use metal electrodes.

また、上述した第2の実施の形態においては、第1及び第2の金属電極24A、25Aとして、上記金属のうち、何れか1種以上の金属材料でめっきした不働態の金属電極を用いた例を示したが、上述した第1の実施の形態の第1及び第2の金属電極24、25のように、上記金属材料のうち、何れか1種以上の金属材料で形成した金属電極を用いることも可能である。   In the second embodiment described above, a passive metal electrode plated with any one or more of the above metals is used as the first and second metal electrodes 24A and 25A. Although an example has been shown, a metal electrode formed of any one or more of the above metal materials, such as the first and second metal electrodes 24 and 25 of the first embodiment described above, is used. It is also possible to use it.

なお、上述した実施の形態においては、第2の金属電極25、25Aを用いて構造部材の腐食電位を測定した例を示したが、第1の金属電極24、24Aを用いて構造部材の腐食電位を測定することも可能である。   In the above-described embodiment, the example in which the corrosion potential of the structural member is measured using the second metal electrodes 25 and 25A has been shown. However, the corrosion of the structural member using the first metal electrodes 24 and 24A is shown. It is also possible to measure the potential.

また、上述した第1の実施の形態においては、第1及び第2の金属電極24、25を同一寸法の矩形状の平板に形成した例を示したが、第1及び第2の金属電極を矩形状以外の任意の外形の同一寸法の平板に形成することも可能である。また、対向する面が同一寸法の平面であって、対向する面がその法線方向で互いに重なり合うように平行に配置可能な形状であれば、平板以外の金属電極も可能である。例えば、矩形状の平面を対向するように配置した一対の半円柱状の金属電極を用いることも可能である。この場合も、平板の第1の金属電極24及び第2の金属電極25と同様に、対向する平面が炉水の流れ方向に沿うように配置することで、一対の半円柱状の金属電極間に存在する炉水の流動性を確保することができる。   In the above-described first embodiment, the first and second metal electrodes 24 and 25 are formed as rectangular flat plates having the same dimensions. However, the first and second metal electrodes are formed as follows. It is also possible to form on a flat plate of the same size with any outer shape other than a rectangular shape. Further, metal electrodes other than flat plates are also possible as long as the opposing surfaces are planes having the same dimensions and can be arranged in parallel so that the opposing surfaces overlap each other in the normal direction. For example, it is possible to use a pair of semi-cylindrical metal electrodes arranged so that rectangular planes face each other. Also in this case, similarly to the first metal electrode 24 and the second metal electrode 25 which are flat plates, the opposing flat surfaces are arranged along the flow direction of the reactor water, so that a pair of semi-cylindrical metal electrodes are disposed. It is possible to ensure the fluidity of the reactor water present in

なお、上述した第2の実施の形態においては、第1の金属電極24Aを円柱状に形成した例を示したが、第1の金属電極を円筒状に形成することも可能である。   In the above-described second embodiment, the example in which the first metal electrode 24A is formed in a columnar shape is shown, but the first metal electrode can also be formed in a cylindrical shape.

また、本発明は上述した第1及び第2の実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。   Further, the present invention is not limited to the first and second embodiments described above, and includes various modifications. The above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to the one having all the configurations described. For example, part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Moreover, it is also possible to add, delete, or replace another configuration for a part of the configuration of each embodiment.

2、2A…腐食環境センサ、 21…金属製筐体、 22…絶縁部材、 24、24A…第1の金属電極(一対の金属電極)、 25、25A…第2の金属電極(一対の金属電極)、 26、26A…絶縁被覆部、 28…第1の導線(1組の導線)、 29…第2の導線(1組の導線)、 131…炉内計装管(構造部材)、 132…サンプリング配管(構造部材) 2, 2A ... Corrosion environment sensor, 21 ... Metal casing, 22 ... Insulating member, 24, 24A ... First metal electrode (pair of metal electrodes), 25, 25A ... Second metal electrode (pair of metal electrodes) , 26, 26A ... insulation coating portion, 28 ... first conducting wire (one set of conducting wires), 29 ... second conducting wire (one set of conducting wires), 131 ... in-core instrumentation tube (structural member), 132 ... Sampling piping (structural members)

Claims (6)

原子炉プラントにおける腐食環境下の原子炉冷却水が流通する構造部材に配置される筒状の金属製筐体と、
耐放射線性及び耐熱性を有する絶縁材料で形成され、前記金属製筐体に取り付けられた絶縁部材と、
互いに一つの面が所定の間隔をあけて対向すると共に、前記金属製筐体と電気的に絶縁された状態で前記絶縁部材に取り付けられた一対の金属電極と、
前記一対の金属電極にそれぞれ電気的に接続され、前記金属製筐体と電気的に絶縁された状態で前記絶縁部材及び前記金属製筐体の内部に延在する1組の導線と、
耐放射線性及び耐熱性を有する絶縁材料で形成され、前記一対の金属電極の各表面のうち、互いに対向する面、前記絶縁部材への取付部分、及び前記1組の導線の接続部分を除いた表面を被覆している絶縁被覆部とを備える
ことを特徴とする腐食環境センサ。
A cylindrical metal casing disposed on a structural member through which reactor cooling water in a corrosive environment in a nuclear reactor plant circulates;
An insulating member formed of an insulating material having radiation resistance and heat resistance, and attached to the metal casing;
A pair of metal electrodes attached to the insulating member in a state where one surface faces each other with a predetermined interval and is electrically insulated from the metal casing,
A pair of conductive wires that are electrically connected to the pair of metal electrodes, respectively, and that are electrically insulated from the metal casing, and extend inside the insulating member and the metal casing;
It is formed of an insulating material having radiation resistance and heat resistance, and the surfaces of the pair of metal electrodes that are opposed to each other, the mounting portion to the insulating member, and the connecting portion of the set of conducting wires are excluded. A corrosive environment sensor comprising an insulating coating covering the surface.
請求項1に記載の腐食環境センサにおいて、
前記一対の金属電極は、互いに対向する面が同一寸法の平面であり、対向する平面がその法線方向で互いに重なり合うように平行に配置されている
ことを特徴とする腐食環境センサ。
The corrosion environment sensor according to claim 1,
The corrosion environment sensor, wherein the pair of metal electrodes are arranged in parallel so that the surfaces facing each other are planes having the same dimension, and the surfaces facing each other overlap each other in the normal direction.
請求項1に記載の腐食環境センサにおいて、
前記一対の金属電極は、
円柱状又は円筒状の第1の金属電極と、
前記第1の金属電極の外周側に前記第1の金属電極と同心状に配置された円筒状の第2の金属電極とで構成される
ことを特徴とする腐食環境センサ。
The corrosion environment sensor according to claim 1,
The pair of metal electrodes are:
A columnar or cylindrical first metal electrode;
A corrosive environment sensor comprising: a cylindrical second metal electrode disposed concentrically with the first metal electrode on an outer peripheral side of the first metal electrode.
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の腐食環境センサにおいて、
前記一対の金属電極は、金、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウムのうち何れか1種以上の材料を用いて形成されている
ことを特徴とする腐食環境センサ。
The corrosion environment sensor according to any one of claims 1 to 3,
The pair of metal electrodes are formed using at least one material selected from gold, platinum, palladium, rhodium, iridium, ruthenium, and osmium.
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の腐食環境センサにおいて、
前記一対の金属電極は、金、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウムのうち何れか1種以上の材料を用いてめっきした不動態の電極である
ことを特徴とする腐食環境センサ。
The corrosion environment sensor according to any one of claims 1 to 3,
The pair of metal electrodes are passive electrodes plated with one or more materials selected from gold, platinum, palladium, rhodium, iridium, ruthenium, and osmium.
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の腐食環境センサにおいて、
前記絶縁被覆部は、アルミナ、イットリア安定化ジルコニア、チタニア、セリア、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、コージライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライト、サーメットのうち何れか1種以上の材料を用いて形成されている
ことを特徴とする腐食環境センサ。
The corrosion environment sensor according to any one of claims 1 to 3,
The insulating coating portion is formed using any one or more materials of alumina, yttria stabilized zirconia, titania, ceria, aluminum nitride, silicon nitride, cordierite, mullite, steatite, forsterite, and cermet. Corrosion environment sensor characterized by
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