JP2020160030A - 原子力プラント構成部材の線量抑制方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ステンレス鋼部材への放射性核種の付着をさらに抑制できる原子力プラント構成部材の線量抑制方法を提供する。【解決手段】浄化系配管を有するBWRプラントを建設する(S6)。建設されたBWRプラントの運転開始前に、酸洗溶液注入装置、白金イオン注入装置及び還元剤注入装置を有する処理装置を浄化系配管に接続する(S10)。酸洗溶液注入装置からのフッ硝酸を用いて浄化系配管の内面に存在する加工歪層を除去する(S1)。白金イオン注入装置からの白金イオン及び還元剤注入装置からの還元剤を含む溶液を浄化系配管に供給する(S3,S4)。白金が浄化系配管の内面に付着する。処理装置をBWRプラントから撤去し、その後、BWRプラントの運転を開始する(S7)。【選択図】図12
Description
本発明は、原子力プラント構成部材の線量抑制方法に係り、特に、沸騰水型原子力プラントに適用するのに好適な原子力プラント構成部材の線量抑制方法に関する。
原子力プラントとして、例えば、沸騰水型原子力プラント(以下、BWRプラントという)及び加圧水型原子力プラント(以下、PWRプラントという)が知られている。例えば、BWRプラントでは、原子炉圧力容器(RPVと称する)内で発生した蒸気が、タービンに導かれ、タービンを回転させる。タービンから排出された蒸気は、復水器で凝縮されて水になる。この水は、給水として給水配管を通ってRPVに供給される。RPV内での放射性腐食生成物の発生を抑制するために、給水に含まれる金属不純物が、給水配管に設けられたろ過脱塩装置で除去される。
BWRプラント及びPWRプラントでは、RPVなどの主要な構成部材は、腐食を抑制するために、水が接触する接水部にステンレス鋼及びニッケル基合金などを用いる。原子炉浄化系、残留熱除去系、原子炉隔離時冷却系、炉心スプレイ系及び給水系などの構成部材には、プラントの製造所要コストを低減する観点、あるいは高温水に起因するステンレス鋼の応力腐食割れを避ける観点から、主に炭素鋼部材が用いられる。ただし、炉水浄化系配管及び残留熱除去系配管の高温水通水部は被ばく低減の観点からステンレス鋼が用いられる場合がある。
さらに、炉水(RPV内に存在する冷却水)の一部を原子炉浄化系の炉水浄化装置によって浄化し、炉水中に僅かに存在する金属不純物を積極的に除去している。
上述のような腐食防止対策を講じても、炉水中における極僅かな金属不純物の存在は避けられないため、一部の金属不純物が、金属酸化物として、燃料集合体に含まれる燃料棒の外面に付着する。燃料棒外面に付着した金属不純物に含まれる金属元素は、燃料棒内の核燃料物質から放出される中性子の照射により原子核反応を生じ、コバルト60、コバルト58、クロム51、マンガン54等の放射性核種になる。酸化物の形態で燃料棒外面に付着した一部の放射性核種は、取り込まれている酸化物の溶解度に応じて炉水中にイオンとして溶出し、また、クラッドとよばれる不溶性固体として炉水中に再放出される。炉水中の放射性核種の一部は、原子炉浄化系の炉水浄化装置で取り除かれる。しかしながら、除去されなかった放射性核種は炉水と共に再循環系などを循環している間に、構造部材の炉水と接触する表面に蓄積される。この結果、構造部材表面から放射線が放出され、定検作業時の従事者の放射線被ばくの原因となる。その従事者の被ばく線量は、各人毎に規定値を超えないように管理されている。しかしながら、近年この規定値が引き下げられ、各人の被ばく線量を経済的に可能な限り低くする必要が生じている。
運転を経験した原子力プラントの構成部材、例えば、配管の炉水と接触する表面に形成された、コバルト60及びコバルト58等の放射性核種を含む酸化皮膜を、化学薬品を用いた溶解により除去する化学除染法が提案されている(特開2000−105295号公報)。
また、配管への放射性核種の付着を低減する方法が様々検討されている。例えば、化学除染後の原子力プラントの構造部材の表面に、フェライト皮膜の一種であるマグネタイト皮膜を形成することによって、プラントの運転後においてその構造部材の表面に放射性核種が付着することを抑制する方法が、特開2006−38483号公報に提案されている。特開2007−182604号公報は、原子力プラントの運転停止中で、鉄(II)イオン、ニッケルイオン、酸化剤及びpH調整剤(例えば、ヒドラジン)を含む60℃〜100℃の範囲内の温度である皮膜形成液を、化学除染後において、原子力プラントの炭素鋼製の構造部材の表面に接触させ、この表面にニッケルフェライト皮膜を形成することを記載する。ニッケルフェライト皮膜の形成により、炭素鋼製の構造部材の腐食が抑制され、その構造部材への放射性核種の付着が抑制される。
特開2012−247322号公報は、原子力プラントの運転停止中で、鉄(II)イオン、酸化剤及びpH調整剤(ヒドラジン)を含む、温度が60℃〜100℃の範囲内にある皮膜形成液を、原子力プラントの、化学除染されたステンレス鋼製の構成部材の表面に接触させ、この表面にマグネタイト皮膜を形成することを記載する。特開2012−247322号公報には、運転停止中において、貴金属(例えば、白金)を含む水溶液を形成されたマグネタイト皮膜に接触させ、貴金属をマグネタイト皮膜上に付着させることも記載されている。
特開2018−48831号公報は、炭素鋼部材の、炉水と接触する表面にニッケルイオンを含む皮膜形成液を接触させてその表面にニッケル金属皮膜を形成し、このニッケル金属皮膜の表面に貴金属を付着し、貴金属が付着されたニッケル金属皮膜の表面に、酸素を含む200℃以上の水を接触させることによって、そのニッケル金属皮膜を、炭素鋼部材の表面を覆う、貴金属の作用によっても溶出しない安定なニッケルフェライト皮膜(Ni1-xFe2+xO4においてxが0であるニッケルフェライト皮膜)に変換させることを記載する。
特開2014−44190号公報は、原子力プラントの構成部材への貴金属付着方法を記載する。この貴金属付着方法では、原子力プラントの運転停止中に実施される化学除染において、還元除染剤の一部が分解された状態における、ステンレス鋼製の構成部材の表面への貴金属(例えば、白金)の付着、または還元除染剤分解工程後の浄化工程における、構成部材の表面への貴金属の付着を行っている。その構成部材の表面への貴金属の付着により、その表面への放射性核種の付着が抑制される。
特開2000−105295号公報
特開2006−38483号公報
特開2007−182604号公報
特開2012−247322号公報
特開2018−48831号公報
特開2014−44190号公報
特開2014−44190号公報に記載された原子力プラント構成部材への放射性核種の付着抑制方法では、化学除染後の配管などの構成部材表面に白金を付着させ、プラント運転後に形成される酸化皮膜の形成を抑制してCo−60等の炉水中の放射性核種の酸化皮膜への取り込み量を抑制することで原子力発電プラントの再循環配管等の構成部材の表面線量率を低減することができる。
発明者らは、特開2014−44190号公報に記載された原子力プラント構成部材への放射性核種の付着抑制方法よりも、原子力プラント構成部材への放射性核種の付着をさらに抑制できる方法の実現を目指した。
本発明の目的は、原子力プラントのステンレス鋼部材への放射性核種の付着をさらに抑制できる原子力プラント構成部材の線量抑制方法を提供することにある。
上記した目的を達成する本発明の特徴は、原子力プラントの構成部材であるステンレス鋼部材の、炉水と接触する表面に存在する加工歪層を除去し、その加工歪層を除去した、そのステンレス鋼部材の表面に貴金属を付着させることにある。
本発明によれば、加工歪層が除去されるため、ステンレス鋼部材の表面に形成される酸化皮膜(例えば、内層酸化皮膜)における空孔の形成が抑制され、空孔形成の抑制及び付着された貴金属の作用により、ステンレス鋼部材への放射性核種の付着がさらに抑制される。
本発明によれば、放射性核種の原子力プラント構成部材への付着を抑制することができる。
発明者らは、特開2014−44190号公報に記載された原子力プラント構成部材への放射性核種の付着抑制方法よりもさらなるステンレス鋼部材への放射性核種の付着の抑制を目指し、特開2014−44190号公報に記載された放射性核種の付着抑制方法による線量率低減について詳細な検討を行った。
ステンレス鋼製の試験片の表面に、特開2014−44190号公報に記載された方法によって白金を付着させ、炉水環境に浸漬した後、その試験片をその炉水から取り出し、試験片に形成された酸化皮膜の断面を観察した。その結果、膜状に形成された内層酸化皮膜に空孔が観察された。発明者らは、その空孔が形成される原因は試験片の金属母材表層に観察された、表面研磨時に形成された残留加工歪によるものであると推定した。そして、発明者らは、この酸化皮膜空孔が物質移動の経路として機能することから、空孔を通して母材の腐食と酸化皮膜の形成が進行し易くなったのではないかと考えた。
そこで発明者らは、空孔形成の要因となる表面加工歪を除去することで白金による酸化皮膜形成抑制の効果をより引き出すことができると考え、試験で確認することとした。その試験で使用したステンレス鋼製の試験片の断面の状態を図5に示す。耐水研磨紙で研磨したその試験片の表面には、母材内部に形成されている結晶粒よりも細かな結晶粒が加工歪の影響で形成されている。このような状態の試験片が高温水中に浸漬されると、試験片から鉄が溶出して試験片の表面に酸化物として再析出して外層酸化物を形成すると共に、試験片側に残留したクロムが酸化されて膜状の内層酸化皮膜が試験片に形成される(図6参照)。外層酸化物は鉄を主成分とするフェライト酸化物層であり、内層酸化皮膜はクロムを主成分とするクロマイト酸化物層である。
その空孔は、残留加工歪の影響を受けた微細結晶粒が酸化される際に、−500mVの低腐食電位の条件で形成されるステンレス鋼製の試験片の内層酸化皮膜に加工歪の影響で生じたものと考えられる。酸化皮膜の成長には高温水側から酸化剤である酸素が試験片の表面へ拡散し、試験片の表面からは腐食溶解した金属イオンが高温水側へ拡散する必要があるため、このような空孔の存在は酸化皮膜の形成に寄与するものと考えられる。更に、このような空孔の存在は高温水中のCo−60の酸化皮膜への拡散の経路としても利用されるため、酸化皮膜へのCo−60の取り込みを促進させる作用もあると考えられる。
このため、発明者らは、酸化皮膜へのCo−60の取り込みを抑制するために内層酸化皮膜への空孔の形成を抑制し、内層酸化皮膜における空孔形成の抑制のために試験片の表面の残留加工歪を除去すれば良いと考えた。加工歪を除去するためには試験片に応力を加えずに試験片の表面層を除去する必要があり、そのような方法の一つとして酸溶解法がある。酸溶解は、酸洗溶液による化学的な溶解作用によって、加工歪の影響が残る試験片の表面層を溶解して除去する方法である。
酸洗溶液である60℃のフッ硝酸水溶液(例えば、フッ酸濃度3%及び硝酸濃度10%)を、容器(PTFEをコーティングしたステンレス鋼製のオートクレーブ)内に充填し、加工歪の影響が残るステンレス鋼製の試験片を充填されたフッ硝酸水溶液に浸漬させる。フッ硝酸水溶液の作用によってその試験片の表面に存在する加工歪の影響が残る層(加工歪層)が除去される。このような酸溶解を施したステンレス鋼製の試験片の断面を図7に示す。
加工歪層が除去された試験片を、フッ硝酸水溶液から取り出して水洗し、その後、他の容器(ステンレス鋼製のオートクレーブ)内に充填された、貴金属イオン、例えば、白金イオンを含む60℃の水溶液(例えば、ヘキサヒドロキソ白金酸ナトリウム水和物(Na2[Pt(OH)6]・nH2O)の水溶液)に浸漬させ、その容器(ステンレス鋼製のオートクレーブ)内に還元剤(例えば、ヒドラジン)を添加する。この結果、加工歪層が除去された試験片の表面に、白金が付着する(図8参照)。
表面に白金が付着された試験片を、その容器(ステンレス鋼製のオートクレーブ)内の白金イオンを含む水溶液から取り出して水洗する。水洗されたその試験片を、他の容器(ステンレス鋼製のオートクレーブ)内に充填された酸素と水素を含む、100℃以上330℃以下の範囲内の温度、例えば、100℃の高温水に浸漬させる。この高温水への浸漬によって、白金が付着した試験片の表面に、空孔の少ない内層酸化皮膜及び外層酸化物が形成される。具体的には、白金が付着された試験片を高温水に浸漬した場合、高温水に接触しているその白金の作用により高温水中の溶存酸素と溶存水素の化合反応が促進され、試験片の腐食電位が−500mVに保持されるため、図9に示すように、内層酸化皮膜層には低電位で安定なクロム酸化物が空孔の少ない緻密な状態で形成されることになる。なお、白金が付着したステンレス鋼製の試験片の表面に、酸素を含む100℃未満の水を接触させても、その試験片の表面には、内層酸化皮膜層及び外層酸化物が形成されない。
発明者らは、加工歪の影響が残る表面層を酸洗によって除去し、その後、さらに白金を付着させて準備したステンレス鋼製の試験片、すなわち、試験片Dを、模擬炉水環境下でCo−60付着試験を実施した。発明者らは、試験片D以外に、ステンレス鋼を耐水研磨紙#600で研磨した後の加工歪が残留する試験片A、この試験片Aから加工歪の影響が残る表面層を酸洗処理にて除去した試験片B、及び試験片Aの表面に白金を付着した試験片Cを準備した。これらの試験片についても、上記したCo−60付着試験を実施した。
上記のCo−60付着試験では、試験片AないしDのそれぞれを、容器(ステンレス鋼製のオートクレーブ)内に充填した、Co−60を含むBWRの炉水を模擬した模擬高温水に、同じ時間、浸漬させた。そして、模擬高温水から取り出された各試験片に取り込まれたCo−60の量を比較した。その結果を図10に示す。試験片AのCo−60の付着量に対して、加工歪除去のため酸洗を実施した試験片Bのその付着量は約60%減、及び加工歪が残った試験片に白金を付着した試験片Cのその付着量は約50%減であった。これに対して、加工歪の影響が残る表面層を除去し、その後、さらに白金を付着させた試験片DのCo−60の付着量は、試験片AのCo−60付着量の約80%減であった。なお、図10に示す試験片CのCo−60の付着量は、特開2014−44190号公報に記載された原子力プラント構成部材への放射性核種の付着抑制方法により白金が表面に付着されたステンレス鋼製の試験片へのCo−60の付着量に相当する。
この結果、発明者らは、原子力プラントのステンレス鋼部材の表面に存在する加工歪の除去、及びステンレス鋼部材の表面への白金付着の実施が、ステンレス鋼部材の表面への高温水の接触によるステンレス鋼部材の表面に形成される酸化皮膜への放射性核種(例えば、Co−60)の取り込みの抑制に有効であることを確認した。
そのような知見を基に、発明者らは、原子力プラントのステンレス鋼部材から加工歪を除去し、加工歪を除去したステンレス鋼部材の表面に貴金属を含む水溶液を接触させ、貴金属をステンレス鋼部材の表面に付着させることにより、ステンレス鋼部材の線量を抑制できることを見出した。
以上に述べた検討結果を反映した、本発明の実施例を以下に説明する。
本発明の好適な一実施例である実施例1の原子力プラント構成部材の線量抑制方法を、図1、図2及び図3を用いて説明する。本実施例の原子力プラント構成部材の線量抑制方法は、沸騰水型原子力プラント(BWRプラント)の浄化系配管に適用される。
本実施例の原子力プラント構成部材の線量抑制方法が適用される原子力プラント、例えば、BWRプラントの概略構成を、図3を用いて説明する。BWRプラントは、改良型BWRプラント(ABWRプラント)であり、原子炉2、タービン9、復水器10、原子炉浄化系及び給水系等を備えている。原子炉格納容器25内に設置された原子炉2は、炉心4を内蔵する原子炉圧力容器(以下、RPVという)3を有する。RPV3内に設置された円筒状の炉心シュラウド5が、炉心4を取り囲んでいる。炉心4には複数の燃料集合体(図示せず)が装荷されている。各燃料集合体は、核燃料物質で製造された複数の燃料ペレットを充填した複数の燃料棒を含んでいる。RPV3の内面と炉心シュラウド5の外面の間には、環状のダウンカマ6が形成される。複数のインターナルポンプ7がRPV3の底部に設置される。インターナルポンプ7のインペラは、ダウンカマ6の下部に配置される。
給水系は、復水器10とRPV3を連絡する給水配管11に、復水ポンプ12、復水浄化装置13、給水ポンプ14、低圧給水加熱器15及び高圧給水加熱器16をこの順番に復水器10からRPV3に向って設置して構成される。水素注入装置30が、水素注入配管31によって、復水浄化装置13と給水ポンプ14の間で給水配管11に接続されている。開閉弁32が水素注入配管31に設けられる。原子炉浄化系は、RPV3と給水配管11を連絡する、ステンレス鋼製の浄化系配管(ステンレス鋼部材)17に、浄化系ポンプ18,再生熱交換器19,非再生熱交換器20及び炉水浄化装置21をこの順番で設置して構成される。本BWRプラントに設けられた残留熱除去系は、一端部がRPV3に接続されてダウンカマ6に連絡され、他端部が炉心4より上方でRPV3内に連絡される残留熱除去系配管22を有する。この残留熱除去系配管22に残留熱除去系ポンプ23及び熱交換器(冷却装置)24が設置される。浄化系配管17の一端は、残留熱除去系ポンプ23の下流で残留熱除去系配管22に接続される。
RPV3内のダウンカマ6に存在する冷却水(以下、炉水という)は、インターナルポンプ7で昇圧され、炉心4よりも下方の下部プレナムに導かれる。炉水は、下部プレナムから炉心4に供給され、燃料集合体の燃料棒に含まれる核燃料物質の核分裂で発生する熱によって加熱される。加熱された炉水の一部が蒸気になる。この蒸気は、RPV3から主蒸気配管8を通ってタービン9に導かれ、タービン9を回転させる。タービン9に連結された発電機(図示せず)が回転され、電力が発生する。タービン9から排出された蒸気は、復水器10で凝縮されて水になる。
この水は、給水として、給水配管11を通りRPV3内に供給される。給水配管11を流れる給水は、復水ポンプ12で昇圧され、復水浄化装置13で不純物が除去され、給水ポンプ14でさらに昇圧され、低圧給水加熱器15及び高圧給水加熱器16で加熱される。抽気配管26で主蒸気配管8及びタービン9から抽気された抽気蒸気が、低圧給水加熱器15及び高圧給水加熱器16にそれぞれ供給され、給水の加熱源となる。
RPV3内の炉水には給水に含まれる腐食生成物やRPV3内の構造材の腐食によって生じた生成物が含まれるため、一定の割合の炉水が炉水浄化系によって浄化される。RPV3内の炉水は、浄化系ポンプ18の駆動により、残留熱除去系配管22から分岐した浄化系配管17を通して再生熱交換器19及び非再生熱交換器20に供給され、これらの熱交換器により50℃程度まで冷却される。冷却された炉水が炉水浄化装置21を通ることによって炉水に含まれる腐食生成物が除去され、再生熱交換器19で昇温された後、給水配管11内を流れる給水と合流してRPV3に供給される。
原子炉2の運転を停止する時には、全制御棒が炉心に挿入される。全制御棒の挿入により核燃料物質の核分裂反応が停止され、原子炉2の運転が停止される。炉心4及びPRV3内の機器に残留する熱は炉水の蒸発によって除去されるが、ある程度、温度が低下すると炉水の蒸発による除熱効率が低下するため、炉水温度が150℃程度まで低下すると残留熱除去系を用いて炉心4及びRPV3内の機器を冷却する。すなわち、残留熱除去系ポンプ23の駆動によりRPV3内の炉水が残留熱除去系配管22を通して熱交換器24に供給され、そして、その炉水は熱交換器24で冷却されてRPV3に戻される。
原子炉運転中は炉水浄化系には、常時、炉水が流れているが、残留熱除去系には、基本的に、原子炉の運転停止時のみに炉水が流れる。このため、炉水に含まれるCo−60の、配管内面の酸化皮膜の成長に伴うその配管への取り込みは、浄化系配管17の高温部で生じ易い。従って、高温の炉水が常時流れる残留熱除去系配管22の、RPV3への接続点と浄化系配管17への接続点の間の部分、及び浄化系配管17の、残留熱除去系配管22への接続点と再生熱交換器19の間の部分でCo−60の取込みを抑制することが、配管線量率を抑制する上での課題となる。
本実施例の原子力プラント構成部材の線量抑制方法を図1に示す手順に基づいて説明する。その前に、まず、この線量抑制方法を実施する処理装置を、図3を用いて説明する。処理装置29は、循環配管30、酸洗溶液注入装置59、白金イオン注入装置35、還元剤注入装置40、循環ポンプ45及び46及びサージタンク47を有する。
開閉弁51、循環ポンプ46、サージタンク47、循環ポンプ45及び開閉弁52が、上流より下流に向かってこの順番で循環配管30に設けられている。
白金イオン注入装置(貴金属イオン注入装置)35が、薬液タンク36、注入ポンプ37及び注入配管38を有する。薬液タンク36は、注入ポンプ37及び弁39を有する注入配管38によって循環配管30に接続される。白金錯体(例えば、ヘキサヒドロキソ白金酸ナトリウム水和物(Na2[Pt(OH)6]・nH2O))を水に溶解して調整した白金イオンを含む水溶液(例えば、ヘキサヒドロキソ白金酸ナトリウム水和物水溶液)が、薬液タンク36内に充填されている。白金イオンを含む水溶液は貴金属イオンを含む水溶液の一種である。貴金属イオンを含む水溶液としては、白金イオンを含む水溶液以外に、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、オスミウム及びイリジウムのいずれかのイオンを含む水溶液を用いてもよい。
還元剤注入装置40が、薬液タンク41、注入ポンプ42及び注入配管43を有する。薬液タンク41は、注入ポンプ42及び弁44を有する注入配管43によって循環配管30に接続される。還元剤であるヒドラジンの水溶液が薬液タンク41内に充填される。還元剤としては、ヒドラジン、ホルムヒドラジン、ヒドラジンカルボアミド及びカルボヒドラジド等のヒドラジン誘導体及びヒドロキシルアミンのいずれかを用いるとよい。
酸洗溶液注入装置59は、フッ酸注入装置31及び硝酸注入装置60を有する。フッ酸注入装置31が、薬液タンク32、注入ポンプ33及び注入配管34を有する。薬液タンク32は、注入ポンプ33及び弁35Aを有する注入配管34によって、循環配管30に接続される注入配管65に接続される。フッ酸水溶液が薬液タンク32内に充填される。硝酸注入装置60が、薬液タンク61、注入ポンプ62及び注入配管63を有する。薬液タンク61は、注入ポンプ62及び弁64を有する注入配管63によって、注入配管65に接続される。硝酸水溶液が薬液タンク61内に充填される。酸洗水溶液であるフッ硝酸水溶液は、注入配管65内で、薬液タンク32内のフッ酸水溶液と薬液タンク61内の硝酸水溶液が混合されて生成される。
酸洗水溶液は、フッ硝酸水溶液の替りに塩酸水溶液を用いてもよい。塩酸水溶液を用いる場合には、酸洗溶液注入装置59は、フッ酸注入装置31として用いる薬液タンク32、注入ポンプ33及び注入配管34を有する。薬液タンク32は、注入ポンプ33及び弁35Aを有する注入配管34によって、循環配管30に接続される。塩酸水溶液が薬液タンク32に充填される。この場合には、その酸洗溶液注入装置59は、前述の硝酸注入装置60を構成する薬液タンク61、注入ポンプ62、注入配管63及び弁64、さらには注入配管65を含まない。
循環配管30の開閉弁51側の端部が、複数の配管を収納する容器53の底部に接続される。また、循環配管30の開閉弁52側の端部が、容器53の側壁に接続される。この結果、循環配管30及び容器53を含む閉ループが形成される。
開閉弁が設けられた水供給管(図示せず)が、循環配管30に、例えば、循環配管30の循環ポンプ46と開閉弁51の間の部分に接続される。開閉弁が設けられた排水管(図示せず)が、循環配管30に、例えば、循環配管30の循環ポンプ46とサージタンク47の間の部分に接続される。
BWRプラントの運転によって配管の内面に形成される酸化皮膜に取り込まれる放射性核種(例えば、Co−60)の量を低減する目的で、通常は表面粗さを低減するための機械的な研磨がその内面に対して実施される。その際、配管の内面に加工によって生じる歪が残留する。
加工歪を除去する(ステップS1)。BWRプラントの浄化系配管17に用いられる複数の配管の内面に存在する加工歪層を除去する。浄化系配管17の構成に必要なステンレス鋼製の複数の配管55を、容器53の上端の開放端を通して、配管55の軸方向を容器53の軸方向に対して少し傾斜させて容器53の側壁に立てかけるように、容器53内に収納し、配管55の収納後に、容器53の開放端が蓋(図示せず)を用いて密封される。尚、蓋には発生するガスの排出機構が設けられており、フッ硝酸のミストを捕捉する機能が備わっている。
循環配管30に接続された水供給管に設けられた開閉弁を開き、その水供給管から循環配管30内に水を供給する。循環配管30及び容器53内が、供給された水によって満たされる。循環ポンプ45及び46駆動することにより、その水を、循環配管30から容器53内に供給し、容器53及び循環配管30を含む閉ループ内を循環させる。その水は循環しながら加熱器48で加熱され、循環する水の温度が60℃まで上昇する。
弁35Aを開いて注入ポンプ33を駆動し、薬液タンク32内のフッ酸水溶液を注入配管34を通して注入配管65に注入する。フッ酸水溶液の注入配管65への注入量は、注入配管65内のフッ酸濃度が3%になるように、注入ポンプ33の回転速度(または弁35Aの開度)を制御して調節される。さらに、弁64を開いて注入ポンプ62を駆動し、薬液タンク61内の硝酸水溶液を注入配管63を通して注入配管65に注入する。硝酸水溶液の注入配管65への注入量は、注入配管65内の硝酸濃度が10%になるように、注入ポンプ62の回転速度(または弁64の開度)を制御して調節される。
注入配管65を用いることなく、フッ酸注入装置31の注入配管34を、直接、循環配管30に接続し、硝酸注入装置60の注入配管63を、直接、循環配管30に接続してもよい。注入配管34と循環配管30の接続点は、注入配管63と循環配管30の接続点よりも上流に位置している。この場合には、フッ酸注入装置31から循環配管30に注入されたフッ酸が注入配管63と循環配管30の接続点に達したとき、硝酸注入装置60から循環配管に硝酸が注入される。注入配管63と循環配管30の接続点よりも下流の循環配管30内で、フッ酸と硝酸が混合され、フッ硝酸水溶液が生成される。
注入配管65内では、フッ酸水溶液と硝酸水溶液が混合されて酸洗水溶液であるフッ硝酸水溶液が生成される。このフッ硝酸水溶液は、注入配管65から、循環配管30内を流れる60℃の水に注入される。循環ポンプ45及び46駆動することにより、フッ酸濃度3%及び硝酸濃度10%で60℃のフッ硝酸水溶液を、容器53内に供給し、容器53及び循環配管30を含む閉ループ内を循環させる。容器53内に収納された配管55は、10分間、フッ硝酸水溶液に接触される。
容器53内の一部のフッ硝酸水溶液は、配管55内に供給されて配管55の内面に接触する。配管55の内面に存在する加工歪層は、閉ループ内を循環するフッ硝酸水溶液に含まれるフッ硝酸によって溶解し、配管55から除去される。フッ硝酸によって配管55内面から加工歪層が除去されるときにガスが発生するが、このガスは、配管55内を上昇して、配管55内でフッ硝酸水溶液の液面の上方に形成される空間に達し、容器53の上端に取り付けられた蓋(図示せず)に設けられた上述の排出機構を通して排出される。
容器53内で複数の配管55を横置きにして積層させた場合には、フッ硝酸水溶液を用いた配管53内面の加工歪層の除去時に発生したガスが、配管55内から抜けずに配管55内に溜まってしまい、フッ硝酸水溶液と配管53内面の接触が阻害される恐れがある。このため、前述したように、各配管55は、容器53内で容器53の側壁に立てかけるように配置することが望ましい。
配管55の内面に存在する加工歪層の除去は、フッ硝酸水溶液の替りに、電解研磨によって行ってもよい。さらには、バフ研磨及びコロイダルシリカ研磨のいずれかの、配管55の内面の極表層部のみを研磨して金属光沢を得る研磨方法も、加工歪層の除去に適用できる。
配管55の内面からの加工歪層の除去が終了したとき、すなわち、容器53内に収納された配管55がフッ硝酸水溶液に10分間接触されたとき、注入ポンプ33及び62を停止させて弁35A及び64を閉じて循環配管30へのフッ硝酸水溶液の注入を停止させる。そして、循環配管30に接続された排水管に設けられた開閉弁を開いて排水管に設けたポンプを駆動し、容器53内及び循環配管30内のフッ硝酸水溶液を、その排水管を通して酸洗水溶液回収タンク(図示せず)に回収する。
洗浄を実施する(ステップS2)。フッ硝酸水溶液の排出が終了した後、循環配管30に接続された水供給管に設けられた開閉弁を開き、その水供給管から循環配管30内に洗浄水である水を供給する。循環ポンプ45及び46駆動することにより、洗浄水を、循環配管30から容器53内に供給し、容器53及び循環配管30を含む閉ループ内を循環させる。循環する洗浄水によって、容器53及び循環配管30内を洗浄し、容器53内の複数の配管55も洗浄される。容器53内の複数の配管55等の洗浄が終了した後、排水管の開閉弁を開いて、排水管に設けたポンプを駆動し、容器53内及び循環配管30内の洗浄水をこの排水管を通して洗浄水溶液回収タンク(図示せず)に回収する。
白金イオン水溶液を注入する(ステップS3)。洗浄水の排出が終了した後、排水管の開閉弁を閉じ、水供給管の開閉弁を開く。この水供給管から循環配管30内に水を供給し、容器53、循環配管30及びサージタンク47内を水で満たす。循環ポンプ45及び46駆動することにより、その水を、容器53及び循環配管30を含む閉ループ内を循環させながら加熱器48で加熱する。この加熱により、循環する水の温度が60℃まで上昇する。循環する60℃の水が配管55の内面に接触しても、その配管55の内面には、内層酸化皮膜及び外層酸化物が形成されない。
白金イオン注入装置35の弁39を開いて注入ポンプ37を駆動する。循環配管30内を流れる水は、加熱器48による加熱により60℃に保たれる。循環配管30内を流れる60℃の水に、注入配管38を通して薬液タンク36内の白金イオンを含む水溶液(例えば、ヘキサヒドロキソ白金酸ナトリウム水和物(Na2[Pt(OH)6]・nH2O)の水溶液)が注入される。
還元剤を注入する(ステップS4)。還元剤注入装置40の弁44を開いて注入ポンプ42を駆動し、薬液タンク41内の還元剤であるヒドラジンの水溶液を、注入配管43を通して循環配管30内を流れる、白金イオンを含む60℃の水溶液に注入される。白金イオン注入装置35により注入された白金イオンを含む60℃の水溶液が、注入配管43と循環配管30の接続点の位置に到達したとき、ヒドラジンの水溶液が循環配管30に注入される。
循環配管30内を流れる白金イオン及びヒドラジンを含む60℃の水溶液の白金イオン濃度が1ppmになるように、注入ポンプ37の回転数(または弁39)を制御して薬液タンク36から循環配管30に注入される白金イオンを含む水溶液の注入量を調節する。さらに、白金イオン及びヒドラジンを含む60℃の水溶液のヒドラジン濃度が10ppmになるように、注入ポンプ42の回転数(または弁44)を制御して薬液タンク41から循環配管30に注入されるヒドラジン水溶液の注入量を調節する。
1ppmの白金イオン及び10ppmのヒドラジンを含む60℃の水溶液が、循環配管30から容器53内に供給される。その水溶液は、容器53から循環配管30に排出され、容器53及び循環配管30を含む閉ループを循環する。白金イオン及びヒドラジンを含む60℃の水溶液は、その閉ループを循環しながら、容器53内の各配管55の内面に接触する。その水溶液に含まれる白金イオンが、配管55の内面に付着し、付着された白金イオンがヒドラジンの還元作用により白金(金属)に変換される。
配管55の内面への白金の付着が終了した後、排水管の開閉弁を開いて、排水管に設けたポンプを駆動し、容器53等内の白金イオン及びヒドラジンを含む水溶液をこの排水管を通して水溶液回収タンク(図示せず)に回収する。
洗浄を実施する(ステップS5)。白金イオン及びヒドラジンを含む水溶液の水溶液回収タンクへの回収が終了した後、排水管の開閉弁を閉じて、上記の水供給管から循環配管30及び容器53内に洗浄水である水を供給する。この洗浄水を上記の閉ループを循環させながら、容器53内、容器53内の各配管55及び循環配管30内を洗浄する。この洗浄が終了した後、前述したように、容器53等内の洗浄水を洗浄水溶液回収タンクに回収する。
ステップS1ないしS5の各工程を繰り返し、原子炉浄化系の構築に必要な本数の配管に対して内面の加工歪層の除去及びその内面への白金付着の各作業を実施する。
配管55の内面に存在する加工歪層の除去、及び配管55の内面への白金付着のそれぞれの作業を、図2に示すように、循環配管30の開閉弁51側の端部及び循環配管30の開閉弁52側の端部を複数の配管55を収納した容器53に接続した状態で実施することを説明したが、配管55の内面に存在する加工歪層の除去、及び配管55の内面への白金付着のそれぞれの作業は、図4に示すように、循環配管30の開閉弁51側の端部及び循環配管30の開閉弁52側の端部を複数の配管55を収納した容器53Aに接続した状態で実施することも可能である。
容器53Aは、内部に配管上部支持部材57及び配管下部支持部材58を設けている。配管下部支持部材58は容器53A内で容器53Aの底部より上方に配置され、配管上部支持部材57は容器53A内で配管下部支持部材58の上方に配置される。配管下部支持部材58の側面が容器53Aの内面に取り付けられ、配管上部支持部材57の側面も容器53Aの内面に取り付けられる。上部プレナム部67が容器53A内で配管上部支持部材57と容器53Aに取り付けられた蓋との間に形成される。下部プレナム部68が容器53A内で配管下部支持部材58と容器53Aの底部との間に形成される。配管上部支持部材57には、配管上部支持部材57を貫通して配管55が挿入される複数の孔部65が形成される。各孔部65の内径は配管65の外径と同じである。また、配管下部支持部材58には、配管下部支持部材58を貫通していなく配管55が挿入される複数の孔部66が形成される。各孔部66の内径は配管65の外径と同じである。配管下部支持部材58に形成された各孔部66は、配管上部支持部材57に形成された各孔部65と対向している。配管下部支持部材58の孔部66が形成された位置に、孔部66と下部プレナム部68を連絡する貫通孔59が形成される。貫通孔59の内径は孔部66の内径よりも小さい。
容器53Aを用いた、配管55の内面に存在する加工歪層の除去及び配管55の内面への白金付着を、以下に説明する。
蓋が取り外されて容器53Aの上端が解放されている状態で、複数の配管55を、配管上部支持部材57に形成された各孔部65内に挿入して容器53A内を下降させ、複数の配管55の下端部を、配管下部支持部材58に形成された各孔部66内に挿入する。各配管55の下端は、孔部66の内面と貫通孔59の内面の間に形成された、各孔部66の底面に保持される。全ての孔部65及び66内に各配管55が挿入された後、容器53Aの上端に蓋が取り付けられ、容器53Aが密封される。
配管55の内面に存在する加工歪層の除去、及び配管55の内面への白金付着のそれぞれを、図2に示すように、容器53内で実施する場合と同様に、フッ酸濃度3%及び硝酸濃度10%で60℃のフッ硝酸水溶液を、循環配管30から容器53A内に供給する。そのフッ硝酸水溶液は、上部プレナム部67から、配管上部支持部材57及び配管下部支持部材58によって保持された各配管55内に流入し、各配管55内を下降する。配管55内を下降したフッ硝酸水溶液は、貫通孔59から下部プレナム部68に導かれ、循環配管30に排出される。フッ硝酸水溶液を、循環配管30及び容器53Aを含む閉ループ、具体的には、循環配管30、上部プレナム部67、複数の配管55及び下部プレナム部68を含む閉ループ内を循環させる。循環するフッ硝酸水溶液に含まれるフッ硝酸によって、各配管55の内面に存在する加工歪層が除去される。
各配管55の内面の加工歪層が除去された後(フッ硝酸水溶液が配管55の内面に接触してから10分が経過した後)、洗浄水を用いたその閉ループの洗浄を行う。閉ループの洗浄後、1ppmの白金イオン及び10ppmのヒドラジンを含む60℃の水溶液を、その閉ループ内に循環させ、加工歪層が除去された各配管55の内面に白金を付着させる。各配管55の内面への白金の付着が終了した後、洗浄水によりその閉ループが、再度、洗浄される。二度目の洗浄が終了して閉ループから洗浄水が排出された後、蓋が取り外されて容器53Aの上端が解放される。配管上部支持部材57及び配管下部支持部材58によって保持されて内面の加工歪層の除去及び内面への白金の付着が実施された複数の配管55が、容器53Aから取り出される。
容器53Aを用いた、上記のステップS1ないしS5の各工程が繰り返され、原子炉浄化系の構築に必要な本数の配管55に対して内面の加工歪層の除去及びその内面への白金付着の各作業を実施する。
図4に示すように、容器53A内において配管上部支持部材57及び配管下部支持部材58によって保持された複数の配管55に対し、内面の加工歪層の除去及び内面への白金の付着を実施する場合には、図2に示すように容器53内において複数の配管55に対し、内面の加工歪層の除去及び内面への白金の付着を実施する場合に比べて、加工歪層の除去効率、及び内面への白金の付着効率を高めることができる。
原子力プラントを建設し、配管を敷設する(ステップS6)。BWRプラントを建設する。BWRプラントの建設に着手した後に、ステンレス鋼製の配管を用いた配管系(例えば、原子炉浄化系)を構築し、ステップS7の工程を実施する。BWRプラントの建設が進み、原子炉浄化系の構築の段階では、容器53(または容器53A)から取り出したステンレス鋼製の各配管55を互いに溶接にて接続し、さらに、浄化系ポンプ18,再生熱交換器19,非再生熱交換器20及び炉水浄化装置21にその配管55を接続する。この結果、浄化系ポンプ18,再生熱交換器19,非再生熱交換器20及び炉水浄化装置21を接続し、内面から加工歪層が除去されて内面に白金が付着した浄化系配管(ステンレス鋼部材)17を有する原子炉浄化系が完成する。原子炉浄化系の浄化系配管17は、一端部が残留熱除去系配管(ステンレス鋼部材)22に接続され、他端部が給水配管11に接続される。
さらに、容器53(または容器53A)から取り出したステンレス鋼製の各配管55を互いに溶接にて接続し、残留熱除去系ポンプ23及び熱交換器24にその配管55を接続する。この結果、残留熱除去系ポンプ23及び熱交換器24を接続し、内面から加工歪層が除去されて内面に白金が付着した残留熱除去系配管22を有する残留熱除去系が完成する。残留熱除去系の残留熱除去系配管22は、一端部がRPV3の側壁に接続されてダウンカマ6に連絡され、他端部が炉心4よりも上方の位置でRPV3の側壁に接続されてRPV3内の炉心4よりも上方の領域に連絡される。
原子力プラントの運転を開始する(ステップS7)。BWRプラントの建設が終了した後、或る運転サイクルにおけるBWRプラントの運転が開始される。BWRプラントが起動されたとき、RPV3内のダウンカマ6に存在する冷却水(以下、炉水という)は、炉心4よりも下方の下部プレナムから炉心4に供給され、炉心4に装荷された複数の燃料集合体に含まれる各燃料棒を冷却しながら各燃料集合体内を上昇し、ダウンカマ6に戻される。未臨界状態においても、炉水はインターナルポンプ7の駆動によって発生する熱によって加熱され、100℃まで上昇する。炉心4から制御棒(図示せず)が引き抜かれて炉心4が未臨界状態から臨界状態になり、さらなる制御棒の引き抜きによって、やがて、炉心4内の炉水が燃料棒内の核燃料物質の核分裂で生じる熱で加熱される(核加熱)。炉心4では蒸気が発生せず、まだ、タービン9には蒸気が供給されていない。さらに、制御棒が炉心4から引き抜かれ、原子炉2の昇温昇圧工程において、RPV3内の圧力が定格圧力まで上昇され、その核分裂で生じる熱によって炉水が加熱されてRPV3内の炉水の温度が定格温度(280℃)まで上昇される。RPV3内の圧力が定格圧力になり、炉水温度が定格温度に上昇した後、炉心4からの制御棒の引き抜き、及び炉心4に供給される炉水の流量増加により、原子炉出力が定格出力(100%出力)まで上昇される。定格出力を維持した、BWRプラントの定格運転が、その運転サイクルの終了まで継続される。原子炉出力が、例えば、10%出力まで上昇したとき、炉心4で発生した蒸気が主蒸気配管8を通してタービン9に供給されて発電が開始され、これ以降、BWRプラント1の運転が終了するまで、発電が継続される。
タービン9から排出された蒸気は、復水器10で凝縮されて水になる。この水は、給水として、給水配管11を通りRPV3内に供給される。給水配管11を流れる給水は、復水ポンプ12で昇圧され、復水浄化装置13で不純物が除去され、給水ポンプ14でさらに昇圧される。給水は、低圧給水加熱器15及び高圧給水加熱器16で加熱されてRPV3内に導かれる。抽気配管26でタービン9から抽気された抽気蒸気が、給水の加熱源として、低圧給水加熱器15及び高圧給水加熱器16にそれぞれ供給される。
RPV3内の炉水の一部は、浄化系ポンプ18の駆動によって残留熱除去系配管22を通して浄化系配管17内に流入し、再生熱交換器19及び非再生熱交換器20で冷却された後、炉水浄化装置21で浄化される。浄化された炉水は、再生熱交換器19で加熱されて浄化系配管18及び給水配管11を経てRPV3に戻される。
BWRプラントの運転開始後、100℃〜330℃(100℃以上330℃以下)の温度範囲内の100℃〜280℃(100℃以上280℃以下)の範囲内の温度の炉水が、加工歪層が除去されて白金が付着された浄化系配管17の内面に接触する。そのような温度の炉水が浄化系配管17の内面に接触することにより、浄化系配管17の、付着した白金よりも母材側に、クロムを主成分とする内層酸化皮膜層が形成され、付着した白金の間で内層酸化皮膜層の表面には、浄化系配管17から溶出した鉄が酸化物として析出した外層酸化物が形成される(図9参照)。内層酸化皮膜層が形成された後では、白金は内層酸化皮膜層の表面に付着した状態になる。
残留熱除去系配管22の内面から加工歪層が除去されてその内面に白金が付着された状態で、100℃〜280℃(100℃以上280℃以下)の範囲内の温度の炉水が残留熱除去系配管22の内面に接触されるため、浄化系配管17と同様に、残留熱除去系配管22の内面に内層酸化皮膜層が形成され、付着した白金の間で内層酸化皮膜層の表面に外層酸化物が形成される。
BWRプラントの運転状態が炉水温度280℃、原子炉出力100%の定格運転状態になったとき、ステンレス鋼部材、例えば、浄化系配管17等の応力腐食割れを抑制するため、水素注入が行われる。この水素注入は、開閉弁32を開いて水素注入装置30から水素注入配管31を通して給水配管11に水素を注入する。注入された水素は、給水と共にRPV3に供給され、炉水に注入される。水素の炉水への注入によって、この炉水と接触する、RPV3内に存在するステンレス鋼製の炉内構造物(例えば、炉心シュラウド5、炉心4内の燃料集合体の下端部を支持する炉心支持板及び燃料集合体の上端部を支持する上部格子板等)、浄化系配管17及び残留熱除去系配管22等の腐食電位を低下させ、これらの応力腐食割れを抑制する。
水素を含む280℃の炉水が浄化系配管17及び残留熱除去系配管22の各内面に接触するため、各内面において酸化皮膜(内層酸化皮膜及び外層酸化物)が成長するが、ステップS1の工程で加工歪層が除去されているため、図6に示すように、内層酸化皮膜における空孔の形成が抑制される。さらに、内面に付着された白金及び炉水に含まれる水素の作用により浄化系配管17及び残留熱除去系配管22のそれぞれの腐食電位が−500mVに維持されるので、内層酸化皮膜(クロマイト層)が安定化されて緻密に成長する。これら二つの要因により、Co−60を取り込む酸化皮膜の形成そのものが抑制される。内層酸化皮膜内の空孔の減少でCo−60の酸化皮膜への拡散も抑制される。このため、酸化皮膜へのCo−60、すなわち、放射性核種の取り込みが効果的に抑制され、浄化系配管17及び残留熱除去系配管22の線量率が低減される。BWRプラントの保守点検時等における作業従事者の被ばくを著しく低減することができる。
なお、原子炉出力が10%まで上昇したとき、タービン9から排出された蒸気が復水器10で凝縮されて水となり、この水が給水として給水配管11を通してRPV3に供給されるため、水素注入装置30から注入された水素を給水配管11内の給水と共に、RPV3内の炉水に注入することができる。このような水素注入が実施される前においては、100℃以上の炉水が浄化系配管17の加工歪層が除去されて白金が付着している内面に接触するため、その内面に酸化皮膜、例えば、白金が付着した内層酸化皮膜が形成される。水素注入が実施されていないため、形成されたその内層酸化皮膜は、不安定であり、炉水に溶解しやすい。このため、水素注入が行われていない状態では、その不安定な内層酸化皮膜の溶解により、浄化系配管17の内面の内層酸化皮膜に付着する放射性核種の量が増えなく、浄化系配管17への放射性核種の付着という観点ではあまり問題にはならない。
ただし、水素注入が実施される前の、100℃以上280℃以下の範囲内の温度の炉水が浄化系配管17の内面に接触する状態では、その内面に形成された内層酸化皮膜が、接触する炉水へ溶出するが、その内面上に残っている内層酸化皮膜の上に新たな内層酸化皮膜が形成される。このように、水素注入が実施される前では、浄化系配管17の、炉水に接触する内面からの内層酸化皮膜の溶出、及びその内面への新たな内層酸化皮膜の形成が繰り返される。内層酸化皮膜の溶出及び新たな内層酸化皮膜の形成が繰り返されても、内層酸化皮膜の表面上の、大部分の白金は、内層酸化皮膜の表面に付着したままである。
水素注入が実施された後では、前述したように、浄化系配管17及び残留熱除去系配管22のそれぞれの腐食電位が−500mVに維持されるので、安定で緻密な内層酸化皮膜がそれらの配管の内面に形成される。
水素注入装置30を、給水配管11ではなく、浄化系配管17、例えば、浄化系配管17の、炉水浄化装置21よりも下流側の部分に接続してもよい。浄化系配管17の、炉水浄化装置21よりも下流側の部分に接続された水素注入装置30から、その部分を流れる炉水に水素を注入し、注入された水素を含む炉水が、浄化系配管17及び給水配管11を通してRPV3内に供給される。
前述の或る運転サイクルでのBWRプラントの運転が開始されると、浄化系配管17内を流れる炉水の温度は、100℃以上280℃以下の範囲内で変化する。具体的には、その炉水の温度は100℃から280℃に向かって上昇する。水素注入装置30を浄化系配管17に接続した場合には、浄化系配管17の内面に接触する炉水の温度が100℃であっても、浄化系配管17内を流れるその炉水に水素を注入することができる。
100℃の炉水が、白金が付着した、浄化系配管17の内面に接触すると、Crを含む内層酸化皮膜がその内面に形成され、内層酸化皮膜の表面で付着した白金の粒子間に外層酸化物が形成される。注入された水素を含む100℃の炉水が形成された内層酸化皮膜の表面に接触すると、水素の作用により浄化系配管17の腐食電位が、負の電位、例えば、−500mVまで低下してこの電位に維持される。このため、炉水の温度が100℃であっても、内層酸化皮膜は安定化されて緻密になる。炉水の温度は、100℃からやがて280℃まで上昇する。
本実施例では、内面に形成された加工歪層を除去した後にその内面に白金を付着した複数のステンレス鋼製の配管55を互いに溶接して原子炉浄化系を構築しているため、隣り合う配管55相互の溶接部では、配管55の端部の内面に付着した白金が、溶接による配管55の溶融によってその内面に存在しなくなる。このため、配管55相互の溶接部の、白金が存在しない内面では、放射性核種の付着抑制効果が期待できなくなる。しかしながら、原子炉浄化系における配管55相互の溶接部の割合は、複数の配管55が接合されて構成された浄化系配管17の内面の総面積の極一部であり、浄化系配管17の残りの面積には、加工歪層が除去された後に付着された白金が存在する。このため、原子炉浄化系の浄化系配管17の内面への放射性核種の付着が著しく抑制される。
本発明の好適な他の実施例である、沸騰水型原子力プラントの再循環系配管に適用される実施例2の原子力プラント構成部材の線量抑制方法を、図11、図12及び図13を用いて説明する。本実施例の原子力プラント構成部材の線量低減方法は、沸騰水型原子力プラント(BWRプラント)の浄化系配管等に適用される。
本実施例では、実施例1において実施されるステップS1ないしS6の各工程が実施される。しかしながら、実施例1で「原子力プラントの建設及び配管の敷設(ステップS6)」の前で実施したステップS3ないしS5の各工程を「原子力プラントの建設及び配管の敷設(ステップS6)」の後で実施する。さらに、本実施例では、実施例1で実施されないステップS8及びS9の各工程が新たに追加される。
本実施例におけるステップS1(加工歪層の除去)及びS2(洗浄)の各工程は、実施例1と同様に、容器53内に複数の配管55を収納した状態で実施される。このとき、容器53に接続される処理装置は、実施例1で用いられる、図2に示される処理装置29から白金イオン注入装置35及び還元剤注入装置40が除去された構成を有する。その処理装置の酸洗溶液注入装置59からフッ硝酸水溶液を容器53内に供給して、容器53内の各配管55の内面に形成された加工歪層が除去される。さらに、加工歪層の除去後、実施例1と同様に、容器53等内のフッ硝酸水溶液が酸洗水溶液回収タンクに回収される。そして、処理装置から容器53内に洗浄水が供給され、容器53内、容器53内の各配管55及び循環配管30内の洗浄が実施される。
フッ硝酸水溶液による配管55等の内面への酸洗が終了したとき、実施例1と同様に、洗浄水による配管55等の内面への水洗が終了したとき容器53等内の洗浄水が、前述したように、洗浄水溶液回収タンクに回収される。
原子力プラントを建設し、配管を敷設する(ステップS6)。BWRプラントを建設する。BWRプラントの建設に着手した後に、ステップS1及びS2の各工程を実施する。BWRプラントの建設が進み、原子炉浄化系の構築の段階では、容器53から取り出したステンレス鋼製の各配管55を互いに溶接にて接続し、さらに、浄化系ポンプ18,再生熱交換器19,非再生熱交換器19及び炉水浄化装置21にその配管55を接続する。この結果、浄化系ポンプ18,再生熱交換器19,非再生熱交換器20及び炉水浄化装置21を接続し、内面に白金が付着していない浄化系配管(ステンレス鋼部材)17を有する原子炉浄化系が完成する(図12に示された状態)。
さらに、容器53から取り出したステンレス鋼製の各配管55を互いに溶接にて接続し、残留熱除去系ポンプ23及び熱交換器24にその配管55を接続する。この結果、残留熱除去系ポンプ23及び熱交換器24を接続し、内面に白金が付着されていない残留熱除去系配管22を有する残留熱除去系が完成する。
白金注入装置を配管系に接続する(ステップS8)。白金注入装置29Aは、図13に示すように、前述の処理装置29から酸洗溶液注入装置59を除去した構成を有する。
原子炉浄化系及び残留熱除去系を有するBWRプラントの建設が終了した後で建設が終了したBWRプラントが起動される前に、例えば、浄化系配管17が接続されている残留熱除去系配管22に設けられた弁50のボンネットを開放してRPV3側を封鎖する。白金注入装置29Aの循環配管30の開閉弁52側の一端部が、弁50のフランジに接続され、循環配管30の一端部が浄化系ポンプ18の上流側で残留熱除去系配管22に接続される(図12参照)。他方、炉水浄化装置21よりも上流側で浄化系配管17の、再生熱交換器19と非再生熱交換器20の間の部分に設置されている弁49のボンネットを開放して給水配管11側を封鎖する。循環配管30の開閉弁51側の他端部が、弁49のフランジに接続され、循環配管30の他端部が炉水浄化装置21よりも上流側で浄化系配管17に接続される(図12参照)。浄化系ポンプ18の上流で浄化系配管17に設けられた弁27が開いており、残留熱除去系ポンプ23の上流で残留熱除去系配管22に設けられた弁28が閉じている。循環配管30の両端が浄化系配管17及び残留熱除去系配管22に接続され、浄化系配管17、残留熱除去系配管22及び循環配管30を含む閉ループが形成される。
なお、循環配管30の開閉弁51側の他端部を接続する弁49は、炉水浄化装置21よりも上流側で浄化系配管17の、再生熱交換器19と非再生熱交換器20の間の部分ではなく、浄化系配管17の、非再生熱交換器20と炉水浄化装置21の間の部分に設けてもよい。
白金イオン水溶液を注入する(ステップS3)。さらに、還元剤を注入する(ステップS4)。白金イオン水溶液及び還元剤水溶液を注入する前に、実施例1と同様に、循環配管30に水を注入し、循環ポンプ45及び46を駆動して、その水を、浄化系配管17、残留熱除去系配管22及び循環配管30を含む閉ループ内を循環させながら加熱器48で60℃になるように加熱する。
循環する60℃の水に、白金イオン注入装置35から白金イオンを含む水溶液(例えば、ヘキサヒドロキソ白金酸ナトリウム水和物(Na2[Pt(OH)6]・nH2O)の水溶液)が注入される。さらに、還元剤注入装置40から還元剤であるヒドラジンの水溶液を循環配管30内を流れる白金イオンを含む60℃の水溶液に注入する。この結果、白金イオン及びヒドラジンを含む60℃の水溶液が循環配管30から浄化系配管17に供給される。白金イオン及びヒドラジンを含む60℃の水溶液が、浄化系配管17(浄化系配管17と残留熱除去系配管22の接続点と弁49との間の部分)、残留熱除去系配管22及び循環配管30を含む閉ループを循環する。循環する白金イオン及びヒドラジンを含む60℃の水溶液が、加工歪層が内面から除去された配管で構成された浄化系配管17の内面に接触する。その水溶液に含まれる白金イオンが、浄化系配管17の、浄化系配管17と残留熱除去系配管22の接続点と弁49との間の部分の内面に付着し、付着された白金イオンがヒドラジンの還元作用により白金(金属)に変換される。
浄化系配管17の内面への白金の付着が終了した後、浄化系配管17内の白金イオン及びヒドラジンを含む水溶液を水溶液回収タンクに回収する。
洗浄を実施する(ステップS5)。浄化系配管17の内面への白金の付着が終了して白金イオン及びヒドラジンを含む水溶液が浄化系配管17から水溶液回収タンクに回収された後、浄化系配管17、残留熱除去系配管22及び循環配管30を含む閉ループが形成されている状態で、循環配管30に接続された排水管の開閉弁を閉じて、上記の水供給管から浄化系配管17、残留熱除去系配管22及び循環配管30を含む閉ループに洗浄水である水を供給する。この洗浄水をその閉ループを循環させながら、浄化系配管17、残留熱除去系配管22及び循環配管30のそれぞれの内部を洗浄する。浄化系配管17、残留熱除去系配管22及び循環配管30を含む閉ループの洗浄が終了したとき、この閉ループ内の洗浄水が排水管を通して洗浄水回収タンクに回収される。
浄化系配管17に対するステップS5の洗浄工程が終了した後、白金注入装置29Aの循環配管30の開閉弁52側の一端部を弁50のフランジに接続したまま、循環配管30の開閉弁51側の他端部を、熱交換器24の下流で残留熱除去系配管22とRPV3の接続点付近で残留熱除去系配管22に接続する。この状態で、残留熱除去系配管22の内面に対するステップS3及びS4の各工程が実施され、残留熱除去系配管22の内面への白金の付着作業が実施される。
白金イオン水溶液及び還元剤水溶液を注入する前に、浄化系配管17の場合と同様に、循環配管30に水を注入し、循環ポンプ45及び46を駆動して、その水を、残留熱除去系配管22及び循環配管30を含む閉ループ内を循環させながら加熱器48で60℃になるように加熱する。このとき、弁28が開いており、弁27が閉じている。
循環する60℃の水に、白金イオン水溶液及びヒドラジン水溶液が注入される。白金イオン及びヒドラジンを含む60℃の水溶液が、循環配管30から残留熱除去系配管22に供給され、残留熱除去系配管22及び循環配管30を含む閉ループを循環する。循環する白金イオン及びヒドラジンを含む60℃の水溶液が、加工歪層が内面から除去された配管で構成された残留熱除去系配管22の内面に接触する。その水溶液に含まれる白金イオンが、残留熱除去系配管22の内面に付着し、付着された白金イオンがヒドラジンの還元作用により白金(金属)に変換される。残留熱除去系配管22の内面への白金の付着が終了した後、残留熱除去系配管22内の白金イオン及びヒドラジンを含む水溶液を水溶液回収タンクに回収する。
残留熱除去系配管22内の白金イオン及びヒドラジンを含む水溶液の水溶液回収タンクへの回収が終了した後、洗浄水による洗浄を、残留熱除去系配管22及び循環配管30を含む閉ループに対しても実施する。残留熱除去系配管22及び循環配管30を含む閉ループに対する洗浄が終了した後、残留熱除去系配管22及び循環配管30内の洗浄水が、排水管を通して洗浄水回収タンクに回収される。
白金注入装置を撤去する(ステップS9)。残留熱除去系配管22及び循環配管30内の洗浄水が洗浄水回収タンクに回収された後、白金注入装置29Aが、浄化系配管17及び残留熱除去系配管22から、具体的には、浄化系配管17の弁49及び残留熱除去系配管22の弁50から取り外されて撤去される。その後、浄化系配管17及び残留熱除去系配管22が復旧される。
原子力プラントの運転を開始する(ステップS7)。白金注入装置29Aが残留熱除去系配管22から撤去されて。浄化系配管17及び残留熱除去系配管22が復旧された後、或る運転サイクルにおけるBWRプラントの運転が開始される。BWRプラントの運転開始によって、100℃〜280℃(100℃以上280℃以下)の範囲内の温度の炉水が、加工歪層が除去されて白金が付着された浄化系配管17の内面、具体的には、浄化系配管17の、浄化系配管17と残留熱除去系配管22の接続点と弁49との間の部分の内面に接触する。このため、浄化系配管17のその部分の、付着した白金よりも母材側に、クロムを主成分とする内層酸化皮膜層が形成され、付着した白金の間で内層酸化皮膜層の表面には、浄化系配管17から溶出した鉄が酸化物として析出した外層酸化物が形成される。また、残留熱除去系配管22の内面にも、同様に、内層酸化皮膜層及び外層酸化物が形成される。
BWRプラントが定格運転状態になったとき、実施例1と同様に、水素が、水素注入装置56から給水配管11を介してRPV3内の炉水に注入される。この結果、BWRプラントのステンレス鋼部材の応力腐食割れが抑制される。
本実施例は、実施例1で生じる効果を得ることができ、ステンレス鋼部材への放射性核種の取り込みが抑制され、ステンレス鋼部材の線量率が低減される。さらに、本実施例では、浄化系配管及び残留熱除去系配管のそれぞれの溶接部の内面に白金が付着しているので、それらの溶接部への放射性核種の取り込みが抑制され、それらの溶接部でも線量率が低減される。
本発明の好適な他の実施例である、沸騰水型原子力プラントの浄化系配管に適用される実施例3の原子力プラント構成部材の線量抑制方法を、図14及び図15を用いて説明する。本実施例の原子力プラント構成部材の線量低減方法は、沸騰水型原子力プラント(BWRプラント)のステンレス鋼製の浄化系配管等に適用される。
本実施例では、実施例1において実施されるステップS1ないしS5の各工程が、原子力プラントの建設及び配管の敷設(ステップS6)の実施後に実施される。本実施例では、ステンレス鋼製の配管の内面に存在する加工歪層の除去が、BWRプラントの浄化系配管を有する原子炉浄化系が構築されてから行われる。
原子力プラントを建設し、配管を敷設する(ステップS6)。未処理の、ステンレス鋼製の複数の配管を互いに溶接にて接続し、さらに、浄化系ポンプ18,再生熱交換器19,非再生熱交換器19及び炉水浄化装置21にステンレス鋼製の未処理の配管を接続する。この結果、浄化系ポンプ18,再生熱交換器19,非再生熱交換器19及び炉水浄化装置21を接続し、内面に白金が付着していない浄化系配管(ステンレス鋼部材)17を有する原子炉浄化系が完成する。また、未処理の、ステンレス鋼製の複数の配管を互いに溶接にて接続し、さらに、残留熱除去系ポンプ23及び熱交換器24にステンレス鋼製の未処理の配管を接続する。この結果、残留熱除去系ポンプ23及び熱交換器24を接続し、内面に白金が付着していない残留熱除去系配管(ステンレス鋼部材)22を有する残留熱除去系が完成する。
処理装置を配管系に接続する(ステップS10)。処理装置29は、実施例1で用いられる処理装置29と同じ構成を有する。残留熱除去系及び原子炉浄化系を有するBWRプラントの建設が終了した後でそのBWRプラントの運転が開始される前に、処理装置29の循環配管30の開閉弁52側の一端部が、実施例2における白金注入装置29Aの配管系への接続(ステップS8)と同様に、残留熱除去系配管22に設けられた弁50のフランジに接続され、循環配管30の一端部が浄化系ポンプ18の上流側で残留熱除去系配管22に接続される。循環配管30の開閉弁51側の他端部が浄化系配管17に設けられた弁49のフランジに接続され、循環配管30の他端部が再生熱交換器19と非再生熱交換器20の間で浄化系配管17に接続される。処理装置29がBWRプラントに接続された状態は、図12において、白金注入装置29Aを処理装置29に替えた状態である。このとき、弁27が開いて弁28が閉じている。浄化系配管17、残留熱除去系配管22及び循環配管30を含む閉ループが形成される。
加工歪を除去する(ステップS1)。循環配管30に接続された水供給管に設けられた開閉弁を開き、その水供給管から循環配管30内に水を供給する。循環ポンプ45及び46駆動することにより、その水は構築された浄化系配管17及び循環配管30を含む閉ループ内を循環させる。その水は循環しながら加熱器48で加熱され、循環する水の温度が60℃まで上昇する。
実施例1と同様に、酸洗溶液注入装置59から循環配管30にフッ硝酸水溶液が注入され、60℃のフッ硝酸水溶液が浄化系配管17に供給される。このフッ硝酸水溶液は、浄化系配管17、残留熱除去系配管22及び循環配管30を含む閉ループ内を循環しながら、浄化系配管17の内面に接触する。フッ硝酸水溶液がその内面に接触することによって、浄化系配管17の内面に形成された加工歪層が除去される。フッ硝酸水溶液のその内面との接触は、10分間である。フッ硝酸水溶液がその内面に10分間接触したとき、浄化系配管17の内面からの加工歪層の除去が終了する。
加工歪層の除去が終了した後、前述したように、浄化系配管17及び循環配管30内のフッ硝酸水溶液が、酸洗水溶液回収タンクに回収される。
洗浄を実施する(ステップS2)。フッ硝酸水溶液による浄化系配管17の内面への酸洗が終了したとき、実施例1と同様に、洗浄水による浄化系配管17の内面の洗浄が実施される。この水洗が終了したとき、浄化系配管17内の洗浄水が、前述したように、洗浄水溶液回収タンクに回収される。
その後、実施例2と同様に、白金イオン水溶液の注入(ステップS3)、還元剤の注入(ステップS4)、及び洗浄の実施(ステップS5)の各工程が、浄化系配管17に対して実施される。浄化系配管17の内面には、加工歪層が存在しなく、外層酸化物及び内層酸化皮膜が形成されており、外層酸化物及び内層酸化皮膜に白金が付着されている。
浄化系配管17に対するステップS5の洗浄工程が終了した後、処理装置29の循環配管30の開閉弁52側の一端部を弁50のフランジに接続したまま、循環配管30の開閉弁51側の他端部を、熱交換器24の下流で残留熱除去系配管22とRPV3の接続点付近で残留熱除去系配管22に接続する。この状態で、残留熱除去系配管22の内面に対するステップS1ないしS5の各工程が実施され、残留熱除去系配管22の内面への白金の付着作業が実施される。
処理装置を撤去する(ステップS11)。残留熱除去系配管22及び循環配管30内の洗浄水が洗浄水回収タンクに回収された後、処理装置29が残留熱除去系配管22から取り外されて撤去される。その後、浄化系配管17及び残留熱除去系配管22が復旧される。
原子力プラントの運転を開始する(ステップS7)。処理装置29が残留熱除去系配管22から撤去されて。浄化系配管17及び残留熱除去系配管22が復旧された後、或る運転サイクルにおけるBWRプラントの運転が開始される。BWRプラントの運転開始によって、100℃〜280℃(100℃以上280℃以下)の範囲内の温度の炉水が、加工歪層が除去されて白金が付着された浄化系配管17の内面に接触する。このため、浄化系配管17の、付着した白金よりも母材側に、クロムを主成分とする内層酸化皮膜層が形成され、付着した白金の間で内層酸化皮膜層の表面には、浄化系配管17から溶出した鉄が酸化物として析出した外層酸化物が形成される。また、残留熱除去系配管22の内面にも、同様に、内層酸化皮膜層及び外層酸化物が形成される。
BWRプラントが定格運転状態になったとき、実施例1と同様に、水素が、水素注入装置30から給水配管11を介してRPV3内の炉水に注入される。この結果、BWRプラントのステンレス鋼部材の応力腐食割れが抑制される。
本実施例は、実施例1で生じる効果を得ることができ、ステンレス鋼部材への放射性核種の取り込みが抑制され、ステンレス鋼部材の線量率が低減される。本実施例は、原子炉浄化系及び残留熱除去系を有するBWAプラントの建設が終了した後でそのBWRプラントの運転が開始される前に、浄化系配管及び残留熱除去系配管の各内面から加工歪層を除去し、それらの内面に白金を付着させるため、浄化系配管及び残留熱除去系配管のそれぞれの溶接部の内面に加工歪層が存在しなく、それぞれの溶接部の内面に白金が付着しているので、それらの溶接部への放射性核種の取り込みが抑制され、それらの溶接部でも線量率が低減される。
実施例1ないし3は、PWRプラントにも適用することができる。具体的には、PWRプラントにおいて原子炉圧力容器に連絡されるステンレス鋼製の配管(ステンレス鋼部材)に対して実施例1ないし3のそれぞれを適用してもよい。なお、PWRプラントでは、100℃以上330℃以下の温度範囲内の温度の炉水が、原子炉圧力容器に連絡されるステンレス鋼製の配管の内面に接触される。
2…原子炉、3…原子炉圧力容器、4…炉心、9…タービン、11…給水配管、17…浄化系配管、19…再生熱交換器19…非再生熱交換器、21…炉水浄化装置、22…残留熱除去系配管、29…処理装置、29A…白金注入装置、30…循環配管、31…フッ酸注入装置、35…白金注入装置、40…還元剤注入装置、47…サージタンク、48…加熱器、59…酸洗溶液注入装置、60…硝酸注入装置。
Claims (15)
- 原子力プラントの構成部材であるステンレス鋼部材の、炉水と接触する表面に存在する加工歪層を除去し、前記加工歪層が除去された、前記ステンレス鋼部材の表面に貴金属を付着させることを特徴とする原子力プラント構成部材の線量抑制方法。
- 前記加工歪層の除去は、酸洗溶液を用いて実施される請求項1に記載の原子力プラント構成部材の線量抑制方法。
- 前記酸洗溶液として、フッ硝酸溶液及び塩酸溶液のいずれかを用いる請求項2に記載の原子力プラント構成部材の線量抑制方法。
- 前記加工歪層の除去は、電解研磨により実施される請求項1に記載の原子力プラント構成部材の線量抑制方法。
- 前記加工歪層の除去は、バフ研磨及びコロイダルシリカ研磨のいずれかにより実施される請求項1に記載の原子力プラント構成部材の線量抑制方法。
- 前記ステンレス鋼部材の前記加工歪層の除去及び前記加工歪層が除去された、前記ステンレス鋼部材の表面への貴金属の付着は、前記ステンレス鋼部材が前記原子力プラントに設置される前において、前記ステンレス鋼部材に対して実施され、
前記加工歪層が除去されて、前記加工歪層が除去された表面に貴金属が付着された前記ステンレス鋼部材を、前記原子力プラントに設置する請求項1ないし5のいずれか1項に記載の原子力プラント構成部材の線量抑制方法。 - 前記ステンレス鋼部材の前記加工歪層の除去は、前記ステンレス鋼部材が前記原子力プラントに設置される前において、前記ステンレス鋼部材に対して実施され、
前記加工歪層が除去された前記ステンレス鋼部材を前記原子力プラントに設置し、
前記原子力プラントに設置されて、前記加工歪層が除去されている前記ステンレス鋼部材の表面に前記貴金属を付着させる請求項1ないし5のいずれか1項に記載の原子力プラント構成部材の線量抑制方法。 - 前記ステンレス鋼部材を前記原子力プラントに設置し、
前記ステンレス鋼部材の前記原子力プラントへの設置後において、前記ステンレス鋼部材の前記加工歪層の除去、及び前記加工歪層が除去された、前記ステンレス鋼部材の表面への貴金属の付着が実施される請求項1ないし5のいずれか1項に記載の原子力プラント構成部材の線量抑制方法。 - 原子力プラントの原子力圧力容器に連絡されるステンレス鋼製の第1配管の、炉水と接触する内面に存在する加工歪層を除去し、前記加工歪層が除去された、前記第1配管の内面に貴金属を付着させることを特徴とする原子力プラント構成部材の線量抑制方法。
- 前記第1配管の前記加工歪層の除去は、酸洗溶液を前記第1配管の内面に接触させて行われる請求項9に記載の原子力プラント構成部材の線量抑制方法。
- 前記酸洗溶液として、フッ硝酸溶液及び塩酸溶液のいずれかを用いる請求項10に記載の原子力プラント構成部材の線量抑制方法。
- 前記第1配管に存在する前記加工歪層の除去は、電解研磨により行われる請求項9に記載の原子力プラント構成部材の線量抑制方法。
- 前記第1配管に存在する前記加工歪層の除去、及び前記加工歪層が除去された、前記第1配管の内面への貴金属の付着は、前記第1配管が前記原子力プラントに設置される前に、前記第1配管の内面に対して実施され、
前記加工歪層が除去されて、前記加工歪層が除去された内面に貴金属が付着された前記第1配管を、前記原子力プラントに設置する請求項9ないし12のいずれか1項に記載の原子力プラント構成部材の線量抑制方法。 - 前記第1配管に存在する前記加工歪層の除去は、前記第1配管が前記原子力プラントに設置される前に、前記第1配管に対して実施され、
前記加工歪層が除去された前記第1配管を前記原子力プラントに設置し、
前記原子力プラントに設置されて、前記加工歪層が除去されている前記第1配管に、前記第1配管に接続された第2配管を通して貴金属イオン及び還元剤を含む溶液を供給し、
貴金属イオン及び還元剤を含む前記溶液が接触する前記第1配管の内面に、貴金属を付着させる請求項9ないし12のいずれか1項に記載の原子力プラント構成部材の線量抑制方法。 - 前記第1配管を前記原子力プラントに設置し、
前記第1配管の前記原子力プラントへの設置後において、前記第1配管の前記加工歪層の除去、及び前記加工歪層が除去された、前記第1配管の内面への貴金属の付着が実施される請求項9ないし12のいずれか1項に記載の原子力プラント構成部材の線量抑制方法。
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