JP2950652B2

JP2950652B2 - 蒸気発生器

Info

Publication number: JP2950652B2
Application number: JP3167929A
Authority: JP
Inventors: 建二森
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-07-09
Filing date: 1991-07-09
Publication date: 1999-09-20
Anticipated expiration: 2014-09-20
Also published as: JPH0518502A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば液体金属冷却型高
速増殖炉プラントに適用される蒸気発生器に係り、特に
二重伝熱管を用いた蒸気発生器に関する。

【０００２】

【従来の技術】液体金属冷却型高速増殖炉プラントでは
一般に、冷却材として液体ナトリウムが用いられる。こ
の液体ナトリウムは、水と激しく反応するため、ナトリ
ウムと水との熱交換器である蒸気発生器には、とりわけ
高い信頼性が要求される。そこで従来、このような蒸気
発生器の信頼性を向上させる対策の一つとして、ナトリ
ウムと水との境界を二重化する二重伝熱管を用いること
が検討されている。図７は二重伝熱管を用いた従来の蒸
気発生器の構成を示している。

【０００３】蒸気発生器は縦長な密閉円筒状の本体胴１
を有し、この本体胴１の内部に多数の二重伝熱管２から
なる伝熱管束が縦方向に設置される。二重伝熱管２は大
径な外管の内部に小径な内管を挿通して構成され、内管
の上下端部は外管の上下端部よりも長く突出している
（図示せず）。

【０００４】本体胴１の上端側内部には、胴内を上下方
向で区画する上部ナトリウム管板３が設けられ、上部ナ
トリウム管板３の上方には、蒸気側管板４が上部ナトリ
ウム管板３と一体に設けられる。上部ナトリウム管板３
と蒸気側管板４との間には、上部ガスプレナム５が形成
される。主蒸気管板６は、上部ナトリウム管板３、蒸気
側管板４および上部ガスプレナム５から構成される。ま
た、本体胴１の下端側内部には同様に、下部ナトリウム
管板７、水側管板８および下部ガスプレナム９を有する
主給水管板１０が設置される。

【０００５】そして、二重伝熱管２の外管の上下端部が
上部ナトリウム管板３と下部ナトリウム管板７とに接合
され、また内管の上下端部は上部ナトリウム管板３およ
び下部ナトリウム管板７を貫通して、蒸気側管板４の上
方および水側管板８の下方に開口している。これによ
り、内外管の隙間が上部ガスプレナム５および下部ガス
プレナム９に連通している。

【０００６】また、本体胴１の上側部には、ナトリウム
入口ノズル１１が設けられ、本体胴１内の上部ナトリウ
ム管板３と下部ナトリウム管板７との間の空間に液体ナ
トリウムを導入する。また本体胴１の下側部には、ナト
リウム出口ノズル１２が設けられ、本体胴１外にナトリ
ウムを導出する。

【０００７】さらに本体胴１の上端部には、主蒸気ノズ
ル１３を備えた蒸気水室１４が形成され、また本体胴１
の下端部には、給水ノズル１５を備えた給水水室１６が
形成される。そして蒸気水室１４および給水水室１６に
二重伝熱管２の内管が連通している。上部ガスプレナム
５および下部ガスプレナム９には、不活性ガスが封入さ
れ、これら各プレナム５、９にはリーク検出器１７、１
８がそれぞれ設けられる。

【０００８】ところで、高温のナトリウムは本体胴１上
部のナトリウム入口ノズル１１から本体胴１内に流入
し、その後本体胴１内で下降してナトリウム出口ノズル
１２から胴外に流出する。一方、水は本体胴１下部の給
水ノズル１５から主給水管板１０を経て二重伝熱管２の
内管内に流入し、上昇する。そして、上昇途中で管外の
ナトリウムとの熱交換により加熱されて蒸気となり、主
蒸気管板６を経て主蒸気水室１４に入り、主蒸気ノズル
１３から所要箇所に導かれる。

【０００９】上記構成の二重伝熱管２を用いる蒸気発生
器においては、二重伝熱管２の内管または外管において
万一リークが生じた場合、これをできるだけ速やかに検
出し、内管および外管の双方を貫通する貫通リークの発
生前に、リ−クの発生した伝熱管を同定し、その伝熱管
を止栓することが必要である。このようにリークの発生
した伝熱管を同定して止栓することにより、リ−ク発生
時における一次側冷却材である水との激しい反応による
事故を防止することができ、蒸気発生器の信頼性を向上
させ、ひいては高速増殖炉プラントの信頼性を向上させ
ることができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来では、例えば内管
にリ−クが発生した場合、リ−ク伝熱管の同定を以下の
ようにして行っている。まず、給水水室１６および伝熱
管２の内側に水を満たし、主蒸気水室１４内に突出した
内管の上方に水面を形成する。次に、上部ガスプレナム
５および下部ガスプレナム９を介して伝熱管２の外管と
内管との間の隙間内のヘリウムガスを加圧する。そし
て、内管のリ−ク孔を通して二重伝熱管の隙間部から内
管の内側へ噴出するヘリウムガスにより蒸気側管板４の
上面に充填された水面に生じる気泡を発見するか、ある
いは噴出時の音響を計測することにより、リ−クの発生
した伝熱管を同定する。

【００１１】ところで、上述した従来の蒸気発生器で
は、二重伝熱管２が直管型であり、１００万ＫＷｅクラ
スの４ループ構成の高速増殖炉プラントの場合、１基当
り約４０００本の伝熱管を収容している。このような多
数の伝熱管の中からリ−クの発生した伝熱管を同定して
止栓するまでには、長期に亘りプラントを停止する必要
がある。

【００１２】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、二重伝熱管を構成する内管からのリ−ク時に、
リ−クの発生した二重伝熱管の同定を容易に行うことが
できる蒸気発生器を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る蒸気発生器
は、上述した課題を解決するために、液体金属が流通す
る本体胴内に多数の伝熱管を配し、この伝熱管に供給す
る水を前記液体金属との熱交換により加熱して蒸気発生
を行わせる蒸気発生器において、前記伝熱管を外管と内
管とからなる二重管構造とし、上記二重伝熱管を（Ｍ×
Ｎ）組（Ｍ＞１，Ｎ＞１）に分割する一方、前記二重伝
熱管の蒸気側と給水側との各端部をそれぞれ接合するＭ
個の主蒸気管板とＮ個の主給水管板とをそれぞれ設け、
上記主蒸気管板および主給水管板に不活性ガスが封入さ
れる二重伝熱管の内外管の隙間に連通するガスプレナム
をそれぞれ形成し、前記二重伝熱管の（Ｍ×Ｎ）組の隙
間の一側をＭ番目の主蒸気管板のガスプレナムに連通さ
せ、前記二重伝熱管の（Ｍ×Ｎ）組の隙間の他側をＮ番
目の主給水管板のガスプレナムに連通させたものであ
る。

【００１４】

【作用】本発明に係る蒸気発生器は、二重伝熱管の内管
にリ−クが生じた場合、内管から流出した水分が二重伝
熱管の内管と外管との間の隙間を経由して両ガスプレナ
ムに流入し、両ガスプレナムにそれぞれ接続された各リ
−ク検出器によって検出される。各リーク検出器の属す
る主蒸気管板と主給水管板とが判明すると、これら両管
板にそれぞれ連通する二重伝熱管の組が判明する。従っ
て、判明した組に属する伝熱管の中からリ−クの発生し
た伝熱管を同定することができ、リーク発生伝熱管の同
定が容易に行える。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例を図１〜図３を
参照して説明する。

【００１６】図１は本発明の第１の実施例に係る蒸気発
生器の全体構成を示す全体構成図、図２は図１の蒸気発
生器の二重伝熱管束と主蒸気管板および主給水管板との
接続関係を示す概念図、図３は図１の主蒸気管板部の断
面図である。

【００１７】本発明の第１の実施例に係る蒸気発生器
は、図１に示すように、縦長な本体胴３１の内部中心位
置に内筒３２が配置され、内筒３２の周囲位置に多数の
ヘリカルコイル状の二重伝熱管３３が層状に配置されて
管束を構成している。本体胴３１の頂部には、ナトリウ
ム入口ノズル４６が設置され、液体金属としての液体ナ
トリウムを本体胴３１内部に導入する。また、本体胴３
１の底部には、ナトリウム出口ノズル４７が設置され、
本体胴１外にナトリウムを導出する。

【００１８】ところで、本体胴３１の上側部にはＭ個
（Ｍ＞１）の主蒸気管板３４が設けられる一方、Ｎ個
（Ｎ＞１）の主給水管板３５が本体胴３１の下部に設け
られる。なお、本実施例の説明に当たり主蒸気管板３４
の個数Ｍを８個、主給水管板３５の個数Ｎを８個として
説明するが、個数Ｍと個数Ｎの数が異なっていてもよ
い。伝熱管としての二重伝熱管３３は、全組数Ｔが主蒸
気管板３４の個数Ｍ（Ｍ＝８）と主給水管板３５の個数
Ｎ（Ｎ＝８）を乗じた数（Ｍ×Ｎ）で、ほぼ均等な本数
毎に分割され（ほぼＴ／（Ｍ×Ｎ）に近似した本数）、
各組を構成している。従って、例えば二重伝熱管３３の
総本数を約４０００本とすると、二重伝熱管３３は８×
８＝６４の組に分割され、一組当たり６２〜６３本で構
成される。

【００１９】二重伝熱管３３は、図３に示すように、大
径な外管３３ａの内部に小径な内管３３ｂを挿通して二
重管構造に構成される。内管３３ｂの上下端部は外管３
３ａの上下端部よりも長く突出するとともに、外管３３
ａと内管３３ｂとの間には、隙間５８が形成されヘリウ
ム等の不活性ガスが封入される。

【００２０】各主蒸気管板３４は、図３に示すように、
上部ナトリウム管板３６と、蒸気側管板３７と、上部ガ
スプレナム３８とによって構成される。上部ナトリウム
管板３６は蒸気側管板３７と一体に設けられ、上部ナト
リウム管板３６と蒸気側管板３７との間に上部ガスプレ
ナム３８が形成される。上部ガスプレナム３８にはプレ
ナムノズル３９を介して独立したリ−ク検出器４０が備
えられる。主蒸気管板３４には主蒸気水室４１が連設さ
れ、主蒸気水室４１には主蒸気ノズル４２と蓋体４３と
が設けられる。また、上部ガスプレナム３８が一組の二
重伝熱管３３の上端部で隙間５８と連通し、主蒸気水室
４１が内管３３ｂと連通している。

【００２１】なお、主給水管板３５については詳細な図
示を省略するが、主蒸気管板３４と同様に、下部ナトリ
ウム管板と、水側管板と、下部ガスプレナム５９とによ
って構成され、下部ガスプレナム５９にはプレナムノズ
ルを介して独立したリ−ク検出器４４が備えられる。こ
の主給水管板３５には給水水室４５が連設される。ま
た、下部ガスプレナム５９が一組の二重伝熱管３３の下
端部で隙間５８と連通し、給水水室４５が内管３３ｂと
連通している。

【００２２】また、図１に示すように、主蒸気水室４１
および給水水室４５にそれぞれ備えられた主蒸気ノズル
４２および給水ノズル４９には、主蒸気管５０および給
水管５１が接続される。これら主蒸気管５０および給水
管５１は、主蒸気ヘッダ５２および給水ヘッダ５３へと
接続される。

【００２３】リ−ク検出器４０、４４は、内管３３ｂの
リ−ク検出に用いられる湿分検出計で、水分が内管３３
ｂから隙間３８にリークした際、この水分を隙間３８に
連通するそれぞれの上下部ガスプレナム３８，５９を介
して検出する。

【００２４】ところで、二重伝熱管３３は、図２に示す
ように、（Ｍ×Ｎ）組に分割されて構成されているが、
これら（Ｍ×Ｎ）個の二重伝熱管３３の組Ａ(1 x 1) 〜
Ａ(mx n) は、各組Ａ(1 x 1) 〜Ａ(m x n) 毎に隙間５
８が、第１から第ＭまでＭ個の主蒸気管板３４のうちい
ずれか１つの上部ガスプレナム３８と接続されて連通さ
れるとともに、第１から第ＮまでＮ個の主給水管板３５
のうちいずれか１つの下部ガスプレナム３８と接続され
て連通される。すなわち、二重伝熱管３３の各組Ａ(1 x
1) 〜Ａ(m x n) は、第１〜第Ｍの主蒸気管板３４のう
ちのいずれか１つおよび第１〜第Ｎの主給水管板３５の
うちのいずれか１つと組み合わされて接続される。

【００２５】そして、１つの上部ガスプレナム３８は、
Ｎ組の二重伝熱管３３の隙間５８に連通し、１つの下部
ガスプレナム５９はＭ組の二重伝熱管の隙間に連通す
る。従って、例えば、一組の二重伝熱管３３の本数が６
２〜６３本であれば、１つの主蒸気管板３４あるいは主
給水管板３５には、それぞれ８組の二重伝熱管３３が接
続されるので、４９６〜５０４本の二重伝熱管３３が接
続される。

【００２６】このため、第１から第Ｍまでの主蒸気管板
３４のうち１つの主蒸気管板３４と第１から第Ｎまでの
主給水管板３５のうち１つの主給水管板３５とが特定さ
れると、特定された主蒸気管板３４と主給水管板３５と
にそれぞれ接続された二重伝熱管３３の１組が判明し、
主蒸気管板３４と主給水管板３５とが複数特定される
と、二重伝熱管３３の複数の組が判明するようになって
いる。次に、上記第１の実施例に係る蒸気発生器の作用
について説明する。

【００２７】高温のナトリウムは、ナトリウム入口ノズ
ル４６から本体胴３１に流入し、本体胴３１内を下降
し、ナトリウム出口ノズル４７から胴外に流出までの間
に、ヘリカルコイル状の管束を構成する二重伝熱管３３
内を上昇する水と熱交換される。一方、水は、給水ヘッ
ダ５３から給水管５１および給水ノズル４９を経て給水
水室４５に流入し、ここから主給水管板３５を経てヘリ
カルコイル状の二重伝熱管３３内を上昇する。この上昇
する水は、途中で蒸気となり、主蒸気管板３４を経て主
蒸気水室４１に入り、主蒸気ノズル４２から主蒸気管５
０を経て主蒸気ヘッダ５２に流入する。

【００２８】万一、二重伝熱管３３の内管３３ｂでリ−
クが生じた場合には、流出した水分が二重伝熱管３３の
外管３３ａと内管３３ｂとの間の隙間５８を経由して、
リークの発生した二重伝熱管３３の属する組が接続され
た主蒸気管板３４または主給水管板３５の上下部ガスプ
レナム３８、５９に流入する。上下部ガスプレナム３
８、５９に流入した水分は、リ−ク検出器４０、４４に
よってリ−ク検出がなされる。リーク検出がなされる
と、蒸気発生器は停止され、リーク検出がなされたリー
ク検出器４０、４４がそれぞれどの主蒸気管板３４と主
給水管板３５とに属するリーク検出器４０、４４である
かが判明する。

【００２９】リーク検出がなされた主蒸気管板３４と主
給水管板３５とが判明すると、たとえば第Ｍ番目の主蒸
気管板３４と第Ｎ番目の主給水管板３５とでリーク検出
がなされたことが判明すると、第Ｍ番目の主蒸気管板３
４に接続される二重伝熱管３３の組と第Ｎ番目の主給水
管板３５に接続される二重伝熱管３３の組とのうち同一
の組（第Ａ(m x n) 組）が同定される。このため、リー
ク検出器４０、４４によりリークの検出がなされると、
容易かつ迅速にリークを起こした二重伝熱管の組が同定
でき、組に属する少数の数に限定された二重伝熱管３３
のうちからリークした二重伝熱管３３を同定し、止栓す
る作業に移ることができる。

【００３０】なお、リーク検出器として、外管３３ａお
よび内管３３ｂのリ−ク検出に用いられる圧力計等もあ
る。また図示しないが、蒸気発生器のナトリウム側出口
配管には、ヘリウムガス検出計を設置してもよく、外管
３３ａのリ−クを検出するとともに、組毎成分比を異な
らせたヘリウムガスに混入されたタグガスの成分を分析
して、どの組の伝熱管３３がリ−クしたかを判別するこ
ともできる。図４および図５は上述した蒸気発生器に用
いられる二重伝熱管３３の変形例をそれぞれ示してい
る。

【００３１】図４に示すものでは、二重伝熱管１３３が
外管１３３ａおよび内管１３３ｂにより二重の耐圧バウ
ンダリーを有しており、両管１３３ａ，１３３ｂ間の隙
間１４８には不活性ガスとして熱伝導率の高いヘリウム
ガスが封入される。隙間１４８が上部ガスプレナム３８
および下部ガスプレナム５９に接続され、外管１３３ａ
の内面に４本の溝１４８ａがリーク検出用として形成さ
れる。

【００３２】また、図５に示すものでも、二重伝熱管２
３３が外管２３３ａおよび内管２３３ｂにより二重の耐
圧バウンダリーを有しており、両管間の隙間２４８には
不活性ガスとして熱伝導率の高いヘリウムガスが封入さ
れる。隙間２４８が上部ガスプレナム３８および下部ガ
スプレナム５９に接続される。二重伝熱管２３３では、
外管２３３ａと内管２３３ｂとの間に多孔質金属層２４
８ｂが設けられ、さらにリーク検出特性の向上が図られ
ている。図６は、本発明の第２の実施例を示している。

【００３３】本実施例では、リ−ク検出器３４０、３４
４はそれぞれ１個づつ設けられる。各リーク検出器３４
０、３４４はそれぞれ複数の主蒸気管板３４および主給
水管板３５に切替器３６１、３６２を介して切換え可能
に接続されて兼用される。切換器３６１、３６２は、切
換えに応じて個々の組の二重伝熱管３３の隙間５８とリ
ーク検出器３４０、３４４とを上下部ガスプレナム３
８、５９を介して独立に連通させる。このため、リーク
検出器３４０、３４４は、個々の組の二重伝熱管３３の
リークを独立して検出することができる。他の構成は前
記実施例と同様である。本実施例によれば、切換器３６
１、３６２を用いることにより、リ−ク検出器の数を節
減でき、コストの低減および配置上の利点が得られる。

【００３４】なお、以上の各実施例では、各管板を８組
に分けた構成としたが、その組数または個数については
設計上の選択により自由に設定できるものであることは
いうまでもない。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る蒸気発生器
によれば、伝熱管を外管と内管とからなる二重管構造と
し、不活性ガスが封入される内外管の隙間に連通するガ
スプレナムを形成するとともに、二重伝熱管の蒸気側と
給水側との各端部をそれぞれ接合する主蒸気管板と主給
水管板とをそれぞれ設け、各ガスプレナムにリークの有
無を検出可能なリーク検出器を接続し、主蒸気管板と主
給水管板とをそれぞれＭ個（Ｍ＞１）とＮ個（Ｎ＞１）
とに分割して設け、二重伝熱管を（Ｍ×Ｎ）組に分割す
るとともに、二重伝熱管の各組の隙間の一側を各主蒸気
管板のガスプレナムの１つに連通させ、二重伝熱管の各
組の隙間の他側を各主給水管板のガスプレナムの１つに
連通させたことにより、リークの発生した二重伝熱管の
組を同定し、さらにリ−クの発生した伝熱管の同定を容
易に行うことができ、リ−ク発生後のプラント運転への
復旧も迅速に行うことができる。このため、高速増殖炉
プラントの信頼性の向上とともに稼動効率の向上を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る蒸気発生器の第１の実施例を示す
全体構成図。

【図２】図１の蒸気発生器の二重伝熱管束と主蒸気管板
および主給水管板との接続関係を示す概念図。

【図３】図１の主蒸気管板部の断面図。

【図４】二重伝熱管の変形例を示す横断面図。

【図５】二重伝熱管の変形例を示す横断面図。

【図６】本発明に係る蒸気発生器の第２の実施例を示す
全体構成図。

【図７】従来の蒸気発生器を示す一部破断全体構成図。

【符号の説明】

３１本体胴３３二重伝熱管（伝熱管）３３ａ外管３３ｂ内管３４主蒸気管板３５主給水管板３８上部ガスプレナム（ガスプレナム）４０，４４リ−ク検出器５８隙間５９下部ガスプレナム（ガスプレナム）Ｍ主蒸気管板の個数Ｎ主給水管板の個数Ａ(1 x 1) 〜Ａ(m x n) 二重伝熱管の組数

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】液体金属が流通する本体胴内に多数の伝
熱管を配し、この伝熱管に供給する水を前記液体金属と
の熱交換により加熱して蒸気発生を行わせる蒸気発生器
において、前記伝熱管を外管と内管とからなる二重管構
造とし、上記二重伝熱管を（Ｍ×Ｎ）組（Ｍ＞１，Ｎ＞
１）に分割する一方、前記二重伝熱管の蒸気側と給水側
との各端部をそれぞれ接合するＭ個の主蒸気管板とＮ個
の主給水管板とをそれぞれ設け、上記主蒸気管板および
主給水管板に不活性ガスが封入される二重伝熱管の内外
管の隙間に連通するガスプレナムをそれぞれ形成し、前
記二重伝熱管の（Ｍ×Ｎ）組の隙間の一側をＭ番目の主
蒸気管板のガスプレナムに連通させ、前記二重伝熱管の
（Ｍ×Ｎ）組の隙間の他側をＮ番目の主給水管板のガス
プレナムに連通させたことを特徴とする蒸気発生器。