JP2946207B2 - 原子力プラント及びその水質制御方法と装置 - Google Patents
原子力プラント及びその水質制御方法と装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は原子力プラント及び
その水質制御方法と装置に係り、特に、原子炉の一次冷
却水中の酸基の除去に好適な原子力プラント及びその水
質制御方法と装置に関する。
その水質制御方法と装置に係り、特に、原子炉の一次冷
却水中の酸基の除去に好適な原子力プラント及びその水
質制御方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】原子炉の炉水あるいは復水中の不純物を
除去するためにイオン交換樹脂が用いられている。イオ
ン交換樹脂が水中にリークすると熱分解あるいは放射線
照射による損傷を受け、炉水中に高濃度の酸基が形成さ
れる。このような酸基の代表例としては硫酸、硝酸、炭
酸、蟻酸などが挙げられる。樹脂リークが発生した場
合、復水浄化系は系統数が多く、リークの検知とともに
直ちにその系統を隔離すればよいので比較的対策が容易
である。しかし、熱損失等の制約から炉浄化系は通常２
系統しか無く、対策が難しい。一度、樹脂リークがあっ
た場合、炉水水質が平常に戻るまでに平均約１００時間
を要する。このため米国等では、樹脂インリークの対策
等に要する時間が、原子炉の総稼動時間の１１％に達す
ると報告されている。
除去するためにイオン交換樹脂が用いられている。イオ
ン交換樹脂が水中にリークすると熱分解あるいは放射線
照射による損傷を受け、炉水中に高濃度の酸基が形成さ
れる。このような酸基の代表例としては硫酸、硝酸、炭
酸、蟻酸などが挙げられる。樹脂リークが発生した場
合、復水浄化系は系統数が多く、リークの検知とともに
直ちにその系統を隔離すればよいので比較的対策が容易
である。しかし、熱損失等の制約から炉浄化系は通常２
系統しか無く、対策が難しい。一度、樹脂リークがあっ
た場合、炉水水質が平常に戻るまでに平均約１００時間
を要する。このため米国等では、樹脂インリークの対策
等に要する時間が、原子炉の総稼動時間の１１％に達す
ると報告されている。
【０００３】樹脂インリークによって炉水中に持ち込ま
れる酸基は、材料のＳＣＣ感受性に悪影響を及ぼすこと
が知られている。図４及び図５は、鋭敏化ＳＵＳ３０４
鋼のＣＥＲＴ試験における亀裂進展速度が、各種の酸基
をベースにした添加剤によって影響を受ける報告例を示
したものである。樹脂から形成される酸基のうち、硫酸
は特に影響が大きいことが分かる。図６は、ＳＵＳ３０
４鋼の亀裂進展速度の硫酸濃度依存性についての報告例
を示したもので、硫酸が低濃度でも亀裂進展に大きく影
響することが報告されている。図７は、低合金鋼の亀裂
進展速度に対する硫酸の影響を示したもので、硫酸が著
しい亀裂進展の加速効果を持つことが分かる。
れる酸基は、材料のＳＣＣ感受性に悪影響を及ぼすこと
が知られている。図４及び図５は、鋭敏化ＳＵＳ３０４
鋼のＣＥＲＴ試験における亀裂進展速度が、各種の酸基
をベースにした添加剤によって影響を受ける報告例を示
したものである。樹脂から形成される酸基のうち、硫酸
は特に影響が大きいことが分かる。図６は、ＳＵＳ３０
４鋼の亀裂進展速度の硫酸濃度依存性についての報告例
を示したもので、硫酸が低濃度でも亀裂進展に大きく影
響することが報告されている。図７は、低合金鋼の亀裂
進展速度に対する硫酸の影響を示したもので、硫酸が著
しい亀裂進展の加速効果を持つことが分かる。
【０００４】このような樹脂インリークの対策として、
従来は浄化装置内の樹脂の保持構造の改良などが加えら
れてきたが、樹脂リークが起きた場合の対策は特に取ら
れてこなかった。本発明に関連する従来技術として、沸
騰水型原子炉への水素注入技術に関連して、特開昭５４
−１３４２９２号公報、特開昭５６−１１１０１０号公
報、あるいは特開昭６０−１０８７５２号公報に記載の
ものが挙げられる。
従来は浄化装置内の樹脂の保持構造の改良などが加えら
れてきたが、樹脂リークが起きた場合の対策は特に取ら
れてこなかった。本発明に関連する従来技術として、沸
騰水型原子炉への水素注入技術に関連して、特開昭５４
−１３４２９２号公報、特開昭５６−１１１０１０号公
報、あるいは特開昭６０−１０８７５２号公報に記載の
ものが挙げられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】樹脂インリークが起き
た場合に生じる問題の第１は、その対策のために必要な
時間が、米国では総稼動時間の１１％に達するなど、原
子炉の稼動率を下げる大きな原因となる点にある。第２
の問題は、樹脂リークから生成される酸基の影響は、炉
水水質が回復した後も残るとされている点で、原子炉の
寿命を決定する一因となっている。そこで、樹脂インリ
ークを防ぐ対策も重要であるが、樹脂リークがあった場
合に、その影響を可能な限り速やかに除去すること、す
なわち、硝酸基などの酸基を速やかに除去することも重
要である。
た場合に生じる問題の第１は、その対策のために必要な
時間が、米国では総稼動時間の１１％に達するなど、原
子炉の稼動率を下げる大きな原因となる点にある。第２
の問題は、樹脂リークから生成される酸基の影響は、炉
水水質が回復した後も残るとされている点で、原子炉の
寿命を決定する一因となっている。そこで、樹脂インリ
ークを防ぐ対策も重要であるが、樹脂リークがあった場
合に、その影響を可能な限り速やかに除去すること、す
なわち、硝酸基などの酸基を速やかに除去することも重
要である。
【０００６】本発明の目的は、炉水中に硝酸基などの酸
基が存在する場合に、この酸基を速やかに除去できる原
子力プラント及びその水質制御方法と装置を提供するこ
とである。
基が存在する場合に、この酸基を速やかに除去できる原
子力プラント及びその水質制御方法と装置を提供するこ
とである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の原子力プラントの水質制御方法は、原子炉
の炉水中に水素を注入する工程と、前記炉水中に白金系
貴金属を注入する工程とを含むことを特徴とするもので
ある。また、本発明の原子力プラントは、原子炉の圧力
容器と、この圧力容器に注水する炉心注水系と、圧力容
器で生成した蒸気をタービンに送る蒸気ラインと、復水
を圧力容器へ戻す給水系と、炉水を浄化する炉水浄化系
とを備えた原子力プラントにおいて、前記炉水浄化系、
給水系及び炉心注水系の少なくともいずれかに、酸基を
還元するための水素を注入する水素注入装置と、前記注
入された水素の還元機能を加速する触媒を注入する触媒
注入装置とを設けたことを特徴とするものである。ま
た、本発明の原子力プラントの水質制御装置は、原子炉
の炉水中に水素を注入する手段と、前記炉水中に白金系
貴金属を注入する手段とを備えたことを特徴とするもの
である。
に、本発明の原子力プラントの水質制御方法は、原子炉
の炉水中に水素を注入する工程と、前記炉水中に白金系
貴金属を注入する工程とを含むことを特徴とするもので
ある。また、本発明の原子力プラントは、原子炉の圧力
容器と、この圧力容器に注水する炉心注水系と、圧力容
器で生成した蒸気をタービンに送る蒸気ラインと、復水
を圧力容器へ戻す給水系と、炉水を浄化する炉水浄化系
とを備えた原子力プラントにおいて、前記炉水浄化系、
給水系及び炉心注水系の少なくともいずれかに、酸基を
還元するための水素を注入する水素注入装置と、前記注
入された水素の還元機能を加速する触媒を注入する触媒
注入装置とを設けたことを特徴とするものである。ま
た、本発明の原子力プラントの水質制御装置は、原子炉
の炉水中に水素を注入する手段と、前記炉水中に白金系
貴金属を注入する手段とを備えたことを特徴とするもの
である。
【０００８】本発明によれば、以下のような作用があ
る。還元剤が樹脂などから発生した炉水中の酸基を還元
し、気体分子状の成分に置換するため、蒸気とともに放
出され、速やかに除去される。硫酸、炭酸、硝酸のそれ
ぞれに対応する主な気体成分は、ＳＯ2、ＣＯ、ＣＯ2、
ＮＯ、ＮＯ2などである。一例として硝酸に対して、水
素を注入すると、以下の反応によってＮＯｘに還元され
る。 Ｈ2 ＋ ＯＨ → Ｈ ＋ Ｈ2Ｏ ‥‥‥(１) ＮＯ3~ ＋ Ｈ → ＯＨ~ ＋ ＮＯ2↑ ‥‥‥(２) ＮＯ2~ ＋ Ｈ → ＯＨ~ ＋ ＮＯ↑ ‥‥‥(３) 上の反応（１)〜(３）は、比較的速い反応であるが、さ
らに反応を加速するために、触媒を利用することが望ま
しい。このような触媒として白金系貴金属（白金、パラ
ジウム、ロジウム、イリジウム、オスミウムなど）が挙
げられる。
る。還元剤が樹脂などから発生した炉水中の酸基を還元
し、気体分子状の成分に置換するため、蒸気とともに放
出され、速やかに除去される。硫酸、炭酸、硝酸のそれ
ぞれに対応する主な気体成分は、ＳＯ2、ＣＯ、ＣＯ2、
ＮＯ、ＮＯ2などである。一例として硝酸に対して、水
素を注入すると、以下の反応によってＮＯｘに還元され
る。 Ｈ2 ＋ ＯＨ → Ｈ ＋ Ｈ2Ｏ ‥‥‥(１) ＮＯ3~ ＋ Ｈ → ＯＨ~ ＋ ＮＯ2↑ ‥‥‥(２) ＮＯ2~ ＋ Ｈ → ＯＨ~ ＋ ＮＯ↑ ‥‥‥(３) 上の反応（１)〜(３）は、比較的速い反応であるが、さ
らに反応を加速するために、触媒を利用することが望ま
しい。このような触媒として白金系貴金属（白金、パラ
ジウム、ロジウム、イリジウム、オスミウムなど）が挙
げられる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を、図面
を参照して説明する。図１に示すように、原子炉の圧力
容器２に設けられている炉水浄化系１において、樹脂イ
ンリークがあった場合、熱交換器の下流では、樹脂の熱
分解により導電率が上昇、またはｐＨが低下する。原子
炉の炉水浄化系１の上流では水温が低いため、このよう
な導電率の上昇またはｐＨの低下は顕著には検出されな
い。こうして導電率モニタ１３により樹脂インリークが
検出されたとき、還元剤を注入する。また必要に応じ
て、触媒を含む粉末、又は可溶性成分として含む触媒溶
液を注入する。注入点は還元剤と触媒溶液が同一である
必要は無く、給水ポンプ１１が設けられている給水系、
炉水浄化系１、制御棒駆動機構冷却系６、炉心高／低圧
注水系７などが適当である。符号の１０は還元剤注入装
置、１４は触媒注入装置を示す。
を参照して説明する。図１に示すように、原子炉の圧力
容器２に設けられている炉水浄化系１において、樹脂イ
ンリークがあった場合、熱交換器の下流では、樹脂の熱
分解により導電率が上昇、またはｐＨが低下する。原子
炉の炉水浄化系１の上流では水温が低いため、このよう
な導電率の上昇またはｐＨの低下は顕著には検出されな
い。こうして導電率モニタ１３により樹脂インリークが
検出されたとき、還元剤を注入する。また必要に応じ
て、触媒を含む粉末、又は可溶性成分として含む触媒溶
液を注入する。注入点は還元剤と触媒溶液が同一である
必要は無く、給水ポンプ１１が設けられている給水系、
炉水浄化系１、制御棒駆動機構冷却系６、炉心高／低圧
注水系７などが適当である。符号の１０は還元剤注入装
置、１４は触媒注入装置を示す。
【００１０】本実施形態によれば、炉水中に樹脂の分解
などにより存在する硫酸基、炭酸基、硝酸基は、還元剤
の注入により還元されて、それぞれ、ＳＯｘ、ＣＯｘ、
ＮＯｘ等の安定なガスに形態を変えて、蒸気に同伴して
系外に放出される。環境へのガスの放出は軽微であり問
題にはならないが、バックアップとしてガス処理装置８
を設けている。ガス処理装置８の具体例としては、脱硫
装置、ＮＯｘ装置等が挙げられる。還元剤としては、水
素、アンモニア、ヒドラジンなどが適当であるが、これ
らの還元剤は注入量が多すぎると、通常時、硝酸の形で
溶存している放射性の16Ｎをも気体成分に置換してター
ビン系の線量率上昇の原因となる。そこで、本実施形態
では、主蒸気配管１５の線量率のモニタ１２の信号出力
に上限を設け、その上限を越えない範囲で、還元剤の注
入率を制御する還元剤注入量制御部が設けられている。
などにより存在する硫酸基、炭酸基、硝酸基は、還元剤
の注入により還元されて、それぞれ、ＳＯｘ、ＣＯｘ、
ＮＯｘ等の安定なガスに形態を変えて、蒸気に同伴して
系外に放出される。環境へのガスの放出は軽微であり問
題にはならないが、バックアップとしてガス処理装置８
を設けている。ガス処理装置８の具体例としては、脱硫
装置、ＮＯｘ装置等が挙げられる。還元剤としては、水
素、アンモニア、ヒドラジンなどが適当であるが、これ
らの還元剤は注入量が多すぎると、通常時、硝酸の形で
溶存している放射性の16Ｎをも気体成分に置換してター
ビン系の線量率上昇の原因となる。そこで、本実施形態
では、主蒸気配管１５の線量率のモニタ１２の信号出力
に上限を設け、その上限を越えない範囲で、還元剤の注
入率を制御する還元剤注入量制御部が設けられている。
【００１１】本発明は炉水の水質が正常値から外れた場
合のみが対象であるので、触媒は還元剤を注入している
間だけ炉水に何らかの形で接していればよく、この思想
に基いて適宜設計変更し得るものである。本発明によれ
ば、触媒、還元剤が短時間で炉水中にいきわたるので酸
基を効率的に除去することができる。なお、図におい
て、符号の３は炉心、４はタービン、１１は給水ポンプ
を示す。
合のみが対象であるので、触媒は還元剤を注入している
間だけ炉水に何らかの形で接していればよく、この思想
に基いて適宜設計変更し得るものである。本発明によれ
ば、触媒、還元剤が短時間で炉水中にいきわたるので酸
基を効率的に除去することができる。なお、図におい
て、符号の３は炉心、４はタービン、１１は給水ポンプ
を示す。
【００１２】図２は、本発明の他の実施形態を示す。同
図に示すように、任意の原子炉炉水配管に、還元剤と炉
水中に溶存している酸基との反応を促進する触媒の充填
槽５を設けても良い。炉心３内の燃料棒被覆管表面、あ
るいはその他の炉内構造物の表面に触媒層を形成しても
良い。触媒材料としては白金系貴金属（白金、パラジウ
ム、ロジウム、イリジウム、オスミウムなど）が好適で
ある。
図に示すように、任意の原子炉炉水配管に、還元剤と炉
水中に溶存している酸基との反応を促進する触媒の充填
槽５を設けても良い。炉心３内の燃料棒被覆管表面、あ
るいはその他の炉内構造物の表面に触媒層を形成しても
良い。触媒材料としては白金系貴金属（白金、パラジウ
ム、ロジウム、イリジウム、オスミウムなど）が好適で
ある。
【００１３】図３は、本発明を適用したときの炉水の導
電率の典型的な推移を示したもので、樹脂インリークが
あった場合、炉水の導電率は急速に上昇する。ある上限
値を越えた場合、従来の方法では、リークのあった系統
を止めて対策を施している間は、残りの系統で対処する
というものであるが、その方法では、既に述べたように
必要なレベルまで導電率を回復するのに、図中に点線で
示すように、平均として１００時間を要する。この時間
遅れは、酸基はシステムの淀み部分や、構造材料の隙間
に濃縮する上で十分な時間であり、材料への影響を避け
られない。これに対し、本発明のように主蒸気へ放出さ
せるケースでは、炉水インベントリ（約２００トン）／
炉水流量（５００００トン／ｈ）が脱気の時定数になる
ので、炉水水質の回復に要する時間は高々数分で済む。
電率の典型的な推移を示したもので、樹脂インリークが
あった場合、炉水の導電率は急速に上昇する。ある上限
値を越えた場合、従来の方法では、リークのあった系統
を止めて対策を施している間は、残りの系統で対処する
というものであるが、その方法では、既に述べたように
必要なレベルまで導電率を回復するのに、図中に点線で
示すように、平均として１００時間を要する。この時間
遅れは、酸基はシステムの淀み部分や、構造材料の隙間
に濃縮する上で十分な時間であり、材料への影響を避け
られない。これに対し、本発明のように主蒸気へ放出さ
せるケースでは、炉水インベントリ（約２００トン）／
炉水流量（５００００トン／ｈ）が脱気の時定数になる
ので、炉水水質の回復に要する時間は高々数分で済む。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したごとく、本発明によれば、
原子炉の炉水中から酸基を速やかに除去できるので、原
子炉材料の健全性確保、原子炉の寿命延長の上で大きな
効果がある。
原子炉の炉水中から酸基を速やかに除去できるので、原
子炉材料の健全性確保、原子炉の寿命延長の上で大きな
効果がある。
【図１】本発明の原子力プラントの一実施形態を示す構
成図である。
成図である。
【図２】本発明の他の実施形態を示す構成図である。
【図３】樹脂インリークが有った場合の炉水導電率の推
移を従来例および本発明を適用したときについて示した
図である。
移を従来例および本発明を適用したときについて示した
図である。
【図４】ＢＷＲ実機条件の温度、溶存酸素濃度の水の中
に各種の酸基をベースとして添加物を加えたときのＳＵ
Ｓ３０４鋼の亀裂進展速度を示した図である。
に各種の酸基をベースとして添加物を加えたときのＳＵ
Ｓ３０４鋼の亀裂進展速度を示した図である。
【図５】ＢＷＲ実機条件の温度、溶存酸素濃度の水の中
に各種の酸基をベースとして添加物を加えたときのＳＵ
Ｓ３０４鋼の亀裂進展速度を示した図である。
に各種の酸基をベースとして添加物を加えたときのＳＵ
Ｓ３０４鋼の亀裂進展速度を示した図である。
【図６】ＳＵＳ３０４鋼の亀裂進展速度の硫酸濃度依存
性を示した図である。
性を示した図である。
【図７】低合金鋼Ａ５３３の亀裂進展速度の硫酸濃度依
存性を示した図である。
存性を示した図である。
１ 炉水浄化系 ２ 圧力容器 ３ 炉心 ４ タービン ５ 触媒充填槽 ６ 制御棒駆動機構冷却系 ７ 炉心注水系 ８ ガス処理装置 ９ 復水浄化系 １０ 還元剤注入装置 １１ 給水ポンプ １２ 主蒸気線量率モニタ １３ 導電率計 １４ 触媒注入装置 １５ 主蒸気管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特許2818943（ＪＰ，Ｂ２) 原子力工業 第34巻第11号 内田俊介 他 「原子炉水化学の科学基盤と将来技 術 原子炉水化学における将来技術」 ｐ．29−36（1988) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G21D 3/08 GDB G21C 17/02 G21D 1/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (7)
- 【請求項１】 原子炉の炉水中に水素を注入する工程
と、前記炉水中に白金系貴金属を注入する工程とを含む
ことを特徴とする原子力プラントの水質制御方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の水質制御方法におい
て、前記貴金属は、白金、ロジウム、パラジウムの少な
くともいずれかである原子力プラントの水質制御方法。 - 【請求項３】 原子炉の圧力容器と、この圧力容器に注
水する炉心注水系と、圧力容器で生成した蒸気をタービ
ンに送る蒸気ラインと、復水を圧力容器へ戻す給水系
と、炉水を浄化する炉水浄化系とを備えた原子力プラン
トにおいて、前記炉水浄化系、給水系及び炉心注水系の
少なくともいずれかに、酸基を還元するための水素を注
入する水素注入装置と、前記注入された水素の還元機能
を加速する触媒を注入する触媒注入装置とを設けたこと
を特徴とする原子力プラント。 - 【請求項４】 請求項３に記載の原子力プラントにおい
て、前記触媒注入装置が、前記触媒を粉末又は可溶性成
分として含む溶液を注入するものである原子力プラン
ト。 - 【請求項５】 請求項３又は４に記載の原子力プラント
において、前記水素の還元機能を加速する触媒は、白
金、ロジウム、パラジウムの少なくともいずれかである
原子力プラント。 - 【請求項６】 原子炉の炉水中に水素を注入する手段
と、前記炉水中に白金系貴金属を注入する手段とを備え
たことを特徴とする原子力プラントの水質制御装置。 - 【請求項７】 請求項６に記載の水質制御装置におい
て、前記貴金属は、白金、ロジウム、パラジウムの少な
くともいずれかである原子力プラントの水質制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10092940A JP2946207B2 (ja) | 1998-04-06 | 1998-04-06 | 原子力プラント及びその水質制御方法と装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10092940A JP2946207B2 (ja) | 1998-04-06 | 1998-04-06 | 原子力プラント及びその水質制御方法と装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63334767A Division JP2818943B2 (ja) | 1988-12-28 | 1988-12-28 | 原子力プラント及びその運転方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10319181A JPH10319181A (ja) | 1998-12-04 |
| JP2946207B2 true JP2946207B2 (ja) | 1999-09-06 |
Family
ID=14068486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10092940A Expired - Fee Related JP2946207B2 (ja) | 1998-04-06 | 1998-04-06 | 原子力プラント及びその水質制御方法と装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2946207B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001057879A1 (fr) * | 2000-02-02 | 2001-08-09 | Hitachi, Ltd. | Procede pour attenuer la fissuration par corrosion sous contrainte d'elements de structure d'un groupe a reacteur nucleaire |
| JP4437256B2 (ja) * | 2004-03-31 | 2010-03-24 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 炭素鋼の腐食減肉防止方法 |
-
1998
- 1998-04-06 JP JP10092940A patent/JP2946207B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 原子力工業 第３４巻第１１号 内田俊介他 「原子炉水化学の科学基盤と将来技術 原子炉水化学における将来技術」ｐ．２９−３６（１９８８） |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10319181A (ja) | 1998-12-04 |
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