JP2020101378A

JP2020101378A - 原子炉の防食方法

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Publication number: JP2020101378A
Application number: JP2018237994A
Authority: JP
Inventors: 哲治金子; Tetsuji Kaneko; 阿部　友紀; Tomonori Abe; 友紀阿部; 徳彦田中; Norihiko Tanaka
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2020-07-02
Anticipated expiration: 2038-12-20
Also published as: JP7140672B2

Abstract

【課題】原子炉について効果的かつ効率的に防食を行うことを容易に実現する。【解決手段】実施形態の原子炉の防食方法は、原子炉の内部に気化性防錆剤を導入する導入工程を含み、気化性防錆剤が原子炉の内部において気化することによって、原子炉の内部を防食する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、原子炉の防食方法に関する。

原子力プラントにおいて、電源喪失などの事故が発生した場合、原子炉の炉心を冷却するための冷却水（純水）が不十分になる可能性がある。このため、原子力プラントの安全性を確保するために、原子力プラントの外部から海水または淡水を非常用の冷却水として導入する場合がある。海水または淡水は、金属材料を腐食させる電解質を含有している。このため、海水または淡水を非常用の冷却水として用いた場合には、原子炉を構成する金属材料（炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼など）の腐食が促進し、原子炉の健全性が低下する可能性がある。

上記課題を解決するために、たとえば、防錆剤を用いることなどが提案されている。

特開２０１３−９２３９２号公報特開２０１３−１９４２７４号公報

上述したように、海水または淡水を非常用の冷却水として用いた場合には、原子炉の内部に非常用の冷却水を含む水が、長期間、滞留する可能性がある。この場合において、その滞留した水の中に燃料が存在しているときには、その水が燃料によって加熱されて、蒸気が発生する。このため、原子炉の内部においては、非常用の冷却水を含む液相部が下部に位置し、蒸気を含む気相部が上部に位置する。気相部において、蒸気は、冷却されて凝縮し、原子炉を構成する圧力容器や格納容器の壁面に水膜を形成する。上記のように形成された水膜は、その厚さによっては金属表面への酸素の供給が速くなる。その場合、原子炉では、液相部よりも、気相部のうち水膜が形成される部分において、金属材料の腐食が進行しやすい。つまり、腐食速度は、液相部よりも、気相部のうち水膜が形成される部分の方が高い。

しかしながら、従来においては、気相部のうち水膜が形成される部分の腐食を十分に抑制することが困難であった。このような事情により、原子炉について効果的かつ効率的に防食を行うことが容易でなかった。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、原子炉について効果的かつ効率的に防食を行うことを容易に実現可能な、原子炉の防食方法を提供することである。

実施形態の原子炉の防食方法は、原子炉の内部に気化性防錆剤を導入する導入工程を含み、気化性防錆剤が原子炉の内部において気化することによって、原子炉の内部を防食する。

図１は、第１実施形態に係る原子炉１の防食方法について説明するための図である。図２は、第２実施形態に係る原子炉１の防食方法について説明するための図である。図３は、第３実施形態に係る原子炉１の防食方法について説明するための図である。

＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る原子炉１の防食方法について図１を用いて説明する。図１では、原子炉１の縦断面を模式的に図示している。

図１に示すように、原子炉１は、たとえば、沸騰水型であって、原子炉格納容器１０、原子炉圧力容器２０、および、圧力抑制室４０を備えている。

原子炉１において、原子炉格納容器１０は、下部に基礎部１１が設けられており、その基礎部１１の上面にペデスタル１２が設置されている。原子炉圧力容器２０は、原子炉格納容器１０の内部において、ペデスタル１２に支持されている。圧力抑制室４０は、原子炉格納容器１０の外部において、原子炉格納容器１０の下部の周りを囲むように設けられている。圧力抑制室４０の内部は、複数のベント管５０を介して、原子炉格納容器１０の内部に連通している。

図１では、原子炉１において炉心溶融事故が生じ、原子炉１の外部から海水または淡水が非常用の冷却水として導入された状態を例示している。ここでは、非常用の冷却水などの水によって圧力抑制室４０の全体が満たされていると共に、原子炉格納容器１０の内部の下側部分に非常用の冷却水などの滞留水Ｗ１０が滞留している。つまり、原子炉１を構成する原子炉格納容器１０の内部においては、非常用の冷却水を含む液相部が下部に位置し、気相部が上部に位置している。

既に説明したように、原子炉１の内部に滞留した滞留水Ｗ１０の中に炉心溶融等による燃料が存在しているときには、その滞留水Ｗ１０が燃料によって加熱されて、蒸気が発生する。このため、原子炉１の上部に位置する気相部では、その発生した蒸気が冷却されて凝縮し、原子炉１を構成する原子炉格納容器１０および原子炉圧力容器２０の壁面に水膜（図示省略）を形成する。水膜は、その厚さによっては金属材料表面への酸素の供給が速くなるので、原子炉１では、液相部よりも、気相部のうち水膜が形成される部分において、金属材料（炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼など）の腐食が進行しやすい。

しかしながら、本実施形態では、原子炉１を構成する金属材料を防食するために、原子炉１の内部に気化性防錆剤を導入する導入工程を実行する。これにより、本実施形態においては、原子炉１の下部に位置する液相部と共に、原子炉１の上部に位置する気相部についても、金属材料の腐食を効果的に防止することができる。以下より、詳細内容について説明する。

気化性防錆剤（ＶＣＩ；ＶｏｌａｔｉｌｅＣｏｒｒｏｓｉｏｎＩｎｈｉｂｉｔｏｒ）は、常温で気化する金属の腐食抑制剤である（ＪＩＳ−Ｚ−０１０３）。本実施形態では、気化性防錆剤は、水溶性であって、導入工程では、冷却水Ｗ２０と共に、その水溶性の気化性防錆剤が溶解した水溶液が原子炉１の内部に注入される。

ここでは、原子炉１は、冷却水注入ラインＬ２０に防錆剤注入装置６０が設置されている。防錆剤注入装置６０は、気化性防錆剤が溶解した水溶液を貯蔵するタンク（図示省略）を含み、冷却水注入ラインＬ２０を介して原子炉圧力容器２０へ流れる冷却水Ｗ２０に、その気化性防錆剤の水溶液が防錆剤注入装置６０から注入される。これにより、気化性防錆剤は、冷却水Ｗ２０と共に原子炉圧力容器２０へ導入される他に、たとえば、原子炉圧力容器２０の破損部（図示省略）を介して、原子炉圧力容器２０から原子炉格納容器１０へ導入される。

気化性防錆剤は、原子炉１の内部において、水蒸気と共に気化する。これにより、原子炉１を構成する金属材料の表面に水蒸気が水膜を形成するときに、たとえば、気化性防錆剤が原子炉１を構成する金属材料を酸化して、金属酸化物の皮膜が形成される。この場合に用いられる気化性防錆剤は、たとえば、炭酸アンモニウムなどのアンモニア化合物系である。

上記の他に、水溶液中のイオン種と反応して不溶性塩である沈殿皮膜を形成する気化性防錆剤を用いることができる。また、金属表面に吸着することで吸着皮膜を形成する有機化合物である気化性防錆剤を用いることができる。

その結果、本実施形態においては、原子炉１の上部に位置する気相部に関しても、効果的に防食を実行可能である。

なお、本実施形態では、気化性防錆剤が最初に原子炉圧力容器２０に導入され、その気化性防錆剤が原子炉圧力容器２０を介して原子炉格納容器１０へ導入される場合について説明したが、これに限らない。気化性防錆剤を直接的に原子炉格納容器１０へ導入してもよい。

図示を省略しているが、必要に応じて、原子炉１の内部に不活性ガス（窒素ガス、アルゴンガスなど）を導入するように、原子炉１を構成してもよい。これにより、液相部に存在する水の酸素濃度、および、気相部において金属材料の表面に形成される水膜の酸素濃度が低下する。原子炉１を構成する金属材料が水に溶解する腐食反応は、アノード反応（電子を放出する反応）であって、水膜中の溶存酸素が還元するカソード反応（電子を消費する反応）と同時に進行する。このため、不活性ガスの導入によって溶存酸素濃度を低下させることによって、溶存酸素が還元する反応（カソード反応）の速度が低下するので、原子炉１を構成する金属材料が水に溶解する腐食反応（アノード反応）の速度を低下させることができる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る原子炉１の防食方法について図２を用いて説明する。図２では、図１と同様に、原子炉１の縦断面を模式的に図示している。

図２に示すように、本実施形態では、原子炉１の一部の構造、および、原子炉１の内部に気化性防錆剤を導入する方法が異なっている。これらの点、および、関連する点を除き、本実施形態は、第１実施形態の場合と同様である。このため、第１実施形態の内容と重複する事項に関しては、適宜、説明を省略する。

本実施形態では、図２に示すように、原子炉１は、第１実施形態の場合と異なり、防錆剤注入ラインＬ２１に防錆剤注入装置６０が設置されている。防錆剤注入ラインＬ２１は、原子炉１の内部に位置する一端部に噴霧器２１が設けられている。ここでは、噴霧器２１は、原子炉１を構成する原子炉圧力容器２０の内部に設置されている。

気化性防錆剤の水溶液Ｗ２１は、防錆剤注入装置６０から防錆剤注入ラインＬ２１を介して噴霧器２１へ流れる。そして、気化性防錆剤の水溶液Ｗ２１は、噴霧器２１によって原子炉圧力容器２０の内部に霧状に噴出される。気化性防錆剤の水溶液Ｗ２１の噴霧は、連続的または間歇的に実行される。

これにより、気化性防錆剤は、第１実施形態の場合と同様に、原子炉圧力容器２０へ導入される他に、たとえば、原子炉圧力容器２０の破損部（図示省略）を介して、原子炉圧力容器２０から原子炉格納容器１０へ導入される。そして、気化性防錆剤の水溶液Ｗ２１が原子炉１の内壁面において下方へ落下することによって、皮膜が原子炉１の内壁面に形成される。

その結果、本実施形態においては、第１実施形態の場合と同様に、原子炉１の下部に位置する液相部と共に、原子炉１の上部に位置する気相部についても、金属材料の腐食を効果的に防止することができる。

なお、本実施形態では、気化性防錆剤を原子炉圧力容器２０の内部において噴霧する場合について説明したが、これに限らない。気化性防錆剤を原子炉格納容器１０の内部において噴霧してもよい。

図示を省略しているが、本実施形態の場合においても、第１実施形態の場合と同様に、必要に応じて、原子炉１の内部に不活性ガス（窒素ガス、アルゴンガスなど）を導入してもよい。これにより、原子炉１を構成する金属材料の腐食速度を低減させることができる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態に係る原子炉１の防食方法について図３を用いて説明する。図３では、図１と同様に、原子炉１の縦断面を模式的に図示している。

図３に示すように、本実施形態では、原子炉１の一部の構造、および、原子炉１の内部に気化性防錆剤を導入する方法が異なっている。これらの点、および、関連する点を除き、本実施形態は、第１実施形態の場合と同様である。このため、第１実施形態の内容と重複する事項に関しては、適宜、説明を省略する。

本実施形態では、図３に示すように、原子炉１は、第１実施形態の場合と異なり、防錆剤注入装置６０が設置されておらず、防錆剤収容容器６１が設置されている。ここでは、防錆剤収容容器６１は、複数であって、原子炉１を構成する原子炉圧力容器２０および原子炉格納容器１０の内部に設置されている。導入工程では、原子炉の内部に固定された防錆剤収容容器６１に固体状態の気化性防錆剤を収容させることによって、気化性防錆剤の導入を行う。たとえば、気化性防錆剤の粉体または塊を防錆剤収容容器６１に収容させる。

防錆剤収容容器６１において、気化性防錆剤は、原子炉１の内部の熱によって気化する。これにより、原子炉１を構成する金属材料の表面に形成された水膜に気化性防錆剤が混入することによって、その表面に皮膜が形成される。

＜その他＞
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…原子炉、１０…原子炉格納容器、１１…基礎部、１２…ペデスタル、２０…原子炉圧力容器、２１…噴霧器、４０…圧力抑制室、５０…ベント管、６０…防錆剤注入装置、６１…防錆剤収容容器、Ｌ２０…冷却水注入ライン、Ｌ２１…防錆剤注入ライン、Ｗ１０…滞留水、Ｗ２０…冷却水、Ｗ２１…水溶液

Claims

原子炉の内部に気化性防錆剤を導入する導入工程
を含み、前記気化性防錆剤が前記原子炉の内部において気化することによって、前記原子炉の内部を防食する、
原子炉の防食方法。
前記気化性防錆剤は、水溶性であって、
前記導入工程では、冷却水と共に前記気化性防錆剤の水溶液を前記原子炉の内部に注入する、
請求項１に記載の原子炉の防食方法。
前記気化性防錆剤は、水溶性であって、
前記導入工程では、前記気化性防錆剤の水溶液を前記原子炉の内部に噴射する、
請求項１に記載の原子炉の防食方法。
前記導入工程では、固体状態の前記気化性防錆剤を前記原子炉の内部に設置する、
請求項１に記載の原子炉の防食方法。