JP3074838B2 - シュラウドの保全方法及びその熱処理装置 - Google Patents

シュラウドの保全方法及びその熱処理装置

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JP3074838B2 JP03241677A JP24167791A JP3074838B2 JP 3074838 B2 JP3074838 B2 JP 3074838B2 JP 03241677 A JP03241677 A JP 03241677A JP 24167791 A JP24167791 A JP 24167791A JP 3074838 B2 JP3074838 B2 JP 3074838B2
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、原子炉圧力容器内のシ
ュラウドの応力腐食割れを防止するのに好適なシュラウ
ドの保全方法及びその熱処理装置に関する。
【0002】
【0003】
【従来の技術】オーステナイトステンレス鋼等の金属材
料は高温水中に置かれた場合その溶接部またはその近傍
において応力腐食割れ(以下、IGSCCと略す)が発
生することは、一般的に知られている。IGSCCは発
生要因として材料,応力,環境の因子が重畳した条件下
で生ずるとされている。材料因子としてはCr炭化物が
結晶粒界へ析出してその周囲に耐食性の劣るCr欠乏層
が形成されることに因る鋭敏化,応力因子としては溶接
や加工によって材料内部に残留する引張残留応力,環境
因子としては高温水中の溶存酸素量などが挙げられる。
IGSCCはこれらの3因子が重畳した条件下で発生す
ることから、これらの3因子の中から1つの因子を取り
除くことにより防止することが可能である。
【0004】このような溶接部のSCCを防止するため
に表面改質によって腐食に関係する部分の表面部のみを
脱鋭敏化する方法がとられており、高エネルギービーム
を照射することによって部材表面の鋭敏化部を溶体化温
度以上に加熱し、脱鋭敏化を計る方法が考案されてい
る。エネルギー源は急熱急冷の熱サイクルによって冷却
過程での炭化物の析出の抑止が可能な事からレーザビー
ムが有力視されている。公知例としては、特開昭60−16
5323号公報,特開昭61−52315 号公報,特開昭61−9602
5 号公報に記載のように部材表面を溶体化温度以上に加
熱する事例や、特開昭61−177325号公報に記載のように
表面を再溶融する事例がある。いずれも鋭敏化部材の表
面部に析出している炭化物を加熱によって固溶し、その
後の急冷によって炭化物の析出を抑止することで脱鋭敏
化させる事例である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、大気
中での片側表面改質技術としては有効な技術ではある
が、水中での適用については配慮がなされておらず、例
えば水中でこの技術を利用した場合には、次のような問
題があった。
【0006】特開昭60−165323号公報,特開昭61−5231
5 号公報,特開昭61−96025 号公報に記載のように部材
表面を溶体化温度以上に加熱する場合、レーザビームに
より照射された金属表面は高温となり、金属表面にて沸
騰現象が生じ気泡が発生する。その気泡の影響を受けレ
ーザビームは乱反射し所定の位置にレーザビームを集束
して照射することが極めて困難となる。
【0007】特開昭61−177325号公報に記載のように表
面を再溶融する場合、溶融した金属と水が反応して金属
内表面にブローホール等の欠陥が発生するなどの問題が
ある。
【0008】また、上記従来技術は何れもレーザビーム
を照射する側の片面のみの表面改質技術であり、シュラ
ウドの様に両面の改質が要求される場合2度の施工(内
面,外面)が必要となる。
【0009】本発明の目的は、シュラウドに発生する応
力腐食割れを未然に防止することが比較的容易に行え、
作業員の被爆を抑制できるシュラウドの保全方法及びそ
の熱処理装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の第1の発明は、原子炉圧力容器内にあるシュラウドの
保全方法であって、圧力容器フランジの上に放射線の遮
蔽材を設置し、内側の水が排除されているシュラウドの
熱処理対象部を内側から熱処理装置を用いて加熱し、そ
の後前記熱処理対象部を冷却して前記熱処理対象部の表
面残留応力の改善処理又は溶体化処理を行う。 第2の発
明は、原子炉圧力容器内にあるシュラウドの表面残留応
力の改善処理又は溶体化処理を行うシュラウドの熱処理
装置であって、シュラウドの内面を加熱する手段と、シ
ュラウドの内面を冷却する手段と、シュラウドの外面を
冷却する手段とを備える。
【0011】
【作用】第1の発明によれば、内側の水が排除されてい
るシュラウドの内側において、気中で熱処理対象部を加
熱して表面残留応力の改善処理又は溶体化処理を行うの
で、水中で加熱する場合に比べて、シュラウドの応力腐
食割れの防止を容易に行える。また、熱処理対象部を内
側から加熱するので、両側から加熱する場合に比べて、
シュラウドの応力腐食割れの防止を容易に行える。更
に、圧力容器フランジの上に放射線の遮蔽材を設置した
状態で表面残留応力の改善処理又は溶体化処理を行うの
で、作業員の被爆を抑制できる。
【0012】第2の発明によれば、シュラウドの内面を
加熱する手段を用いて、第1の発明におけるシュラウド
の熱処理対象部を内側から加熱する処理を実施できる。
また、シュラウドの内面を冷却する手段及びシュラウド
の外面を冷却する手段を用いて、第1の発明における加
熱処理に引き続く熱処理対象部の冷却処理による表面残
留応力の改善処理又は溶体化処理を実施できる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1〜図7により
説明する。図1は、本実施例で用いる炉心シュラウド熱
処理装置の全体構成図の一例を示す。本実施例は、炉心
シュラウド5の内面より誘導加熱し加熱後前記炉心シュ
ラウド5の内外面に冷却水をスプレイし急速冷却する場
合であり、同図では、原子炉圧力容器1を断面とし、本
発明の炉心シュラウド熱処理装置に直接関係のある原子
炉炉内機器の上部格子板3,炉心支持板4,給水スパー
ジャ19,炉心スプレイ配管20,シュラウドサポート
レグ6およびシュラウドサポートプレート7のみを示し
たものである。従って、その他の原子炉内部機器である
蒸気乾燥器,気水分離器,シュラウドヘッド,燃料集合
体等は除いている。炉心シュラウド熱処理装置は、誘導
加熱及び加熱後の冷却をする熱処理装置ヘッド10,該
熱処理装置ヘッド10を保持する開閉マスト9,該開閉
マスト9を保持する上部マスト8,該上部マスト8を上
下・回転移動させる駆動装置21,誘導加熱用のトラン
ス22,電源制御装置23およびケーブル24,誘導加
熱後の冷却用の冷却水供給ポンプ25,冷却水供給ホー
ス26より構成されている。また、水シールチャンバ
は、凹型円盤形状の本体16,シュラウドフランジ部と
該水シールチャンバ本体16をシールするシール18,
原子炉圧力容器内面に水シールチャンバ本体16をシー
ルするシール17を備えている。該水シールチャンバ
は、給水スパージャ19及び炉心スプレイ配管20との
干渉を避ける為、凹型円盤形状を呈し水シールチャンバ
本体16には、前記炉心シュラウド熱処理装置を搬入す
るための搬入口,前記水シールチャンバより下部を気中
雰囲気とするためのガス供給口および冷却水供給口が設
けられた構造と成っている。前記水シールチャンバ本体
16をシュラウドフランジ部に設定後図示しないがドレ
ンノズルおよび再循環水出口ノズルより前記水シールチ
ャンバ本体16より下部の炉水を抜き、ドライガス供給
ライン13を介しドライガス供給ノズル12よりドライ
ガスを供給し前記炉心シュラウドの内外面を気中雰囲気
とする。次に、前記水シールチャンバ本体16に設けた
炉心シュラウド熱処理装置を搬入するための搬入口よ
り、前記炉心シュラウド熱処理装置の熱処理装置ヘッド
10,開閉マスト9及び上部マスト8を搬入する。開閉
マスト9の開閉機構11が上部格子板3通過後に図示の
ように開閉マスト9を開く。開閉機構11についての詳
細記述は省くが、例えば傘のような構造を採用すること
により目的は達せられる。開閉マスト9を開いた後に、
誘導加熱を行なう。誘導加熱は、駆動装置21により熱
処理装置ヘッド10を上下・回転することにより炉心シ
ュラウド5の任意な熱処理対象部の加熱を行なうことが
可能である。加熱後熱処理装置ヘッド10および冷却水
スプレイライン14を介した冷却水スプレイノズル15
より冷却水を炉心シュラウド5の内外面にスプレイし急
速冷却をおこなう。加熱時間,温度および冷却速度を制
御することにより溶体化処理,表面残留応力の改善を行
なうことが可能である。駆動装置21は、原子炉圧力容
器フランジ2上に設置したサービスプラットホーム30
上に設置し操作は何れも遠隔にて行なう。
【0014】図2は、熱処理装置ヘッド10および開閉
マスト9の配置の一例を示す。熱処理装置ヘッド10を
複数個設けることにより熱処理時間の短縮が可能であ
る。図2の例では、炉心シュラウド5の中心に熱処理装
置を設定した場合を示し、上部マスト8に対し熱処理装
置ヘッド10は点対称に配置し、対称加熱を行なえる構
造とした。
【0015】図3は熱処理装置ヘッド10の概念を示し
た図で、上側に多数の冷却水噴出口27を、下側に誘導
加熱コイル28を備えた構成としている。
【0016】図4は、熱処理装置ヘッド10および開閉
マスト9の配置の他の例を示した図で、該熱処理装置ヘ
ッド10は、図示の様に連続した誘導加熱コイルと冷却
コイルとを備えた構造としている。図4の例でも、図2
と同様炉心シュラウド5の中心に熱処理装置を設定した
場合を示す。図2,4共に開閉マスト9を開いた状態を
示し、熱処理装置ヘッド10の搬入は、前述のように開
閉マスト9を閉じた状態で搬入し、その後、同図のよう
に開閉マスト9を開いた状態とする。誘導加熱コイル2
8用のケーブル24および冷却コイル29用の冷却水供
給ホース26は何れも上部マスト8内に収納する構造と
する。
【0017】図5は、図4の熱処理装置ヘッド10の一
例を示す。誘導加熱コイル28と冷却コイル29を交互
に配し冷却コイル29には多数の冷却水噴出口27を備
えた構成としている。
【0018】図6は、水シールチャンバの詳細図で、該
水シールチャンバは凹型円盤形状を呈しシュラウドフラ
ンジ部及び原子炉圧力容器内面の双方でシールする構造
としている。シュラウドフランジ部をシールするシール
18は原子炉炉心領域でシールするため耐放射線性に優
れ、熱処理時は高温となるために耐熱性に優れ、しかも
シュラウドフランジ部の形状に追従できるようなシール
材を採用する必要が有る。以上のような要求を満たす材
料の一例として、硬度40〜50のシリコンラバーが有
る。次に、原子炉圧力容器内面をシールするシール17
は原子炉圧力容器内面の多少の変形に追従でき、しかも
水シールチャンバを原子炉圧力容器1内に搬入する際、
原子炉圧力容器内壁と干渉しないような構造が要求され
る。以上のような要求を満たす構造の一例として、チュ
ーブ状のシールが有る。すなわち、水シールチャンバを
原子炉圧力容器1内に搬入する際には、原子炉圧力容器
内壁と干渉しないようにシール部にはガスを満たさず収
縮した状態とし、原子炉圧力容器内壁との間に一定のク
リアランスを設ける。シュラウドフランジ部に設定後に
は、ガス供給ライン31よりガスを供給しシール17を
図示のように膨張させ、原子炉圧力容器内面とシールす
る様にする。水シールチャンバ本体16に設けられた熱
処理装置搬入用パイプ32の長さは、水シールチャンバ
をシュラウドフランジ部に設定後、図1に示すように原
子炉圧力容器フランジ部下まで水を張れるような長さと
する。しかも、熱処理装置搬入用パイプ32の先端は、
熱処理装置搬入後に該熱処理装置の上部マスト8をシー
ルするシール32を設けた構造とする。該シール32
は、前記シール17と同様、ガスによりシール部を膨張
させシールする構造とする。
【0019】図7は、水シールチャンバの上面より見た
図で、該水シールチャンバには誘導加熱後シュラウド外
面を急速冷却するための冷却水スプレイライン14を多
数設けシュラウド外面全周を一度に冷却できる構造とし
ている。また、ドライガス供給ライン13は、水シール
チャンバより下面のシュラウド内外面を速やかにドライ
雰囲気とするに必要なガスを供給できるように適当数設
ける事とする。
【0020】図1,6及び7に示すような水シールチャ
ンバを使用することにより炉水を原子炉圧力容器フラン
ジ部下まで保持でき、作業者の被爆低減上、その効果は
大きいと言える。
【0021】本実施例では、水シールチャンバを設置し
炉水を原子炉圧力容器フランジ部下まで保持し、原子炉
圧力容器フランジ上にサービスプラットホームを設置し
た例であるが、水シールチャンバを設置せずサービスプ
ラットホームに遮蔽機能をもたせた装置を使用すること
もできる。
【0022】図1〜図7に示す例により中性子照射によ
る劣化した材料の特性を改善することも出来る。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、シュラウドの熱処理対
象部を内側から気中で加熱して表面残留応力の改善処理
又は溶体化処理を行うので、シュラウドの応力腐食割れ
の防止を容易に行える。また、圧力容器フランジの上に
放射線の遮蔽材を設置した状態で表面残留応力の改善処
理又は溶体化処理を行うので、作業員の被爆も抑制でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による炉心シュラウド熱処理
装置の全体構成を示す図。
【図2】熱処理装置ヘッドの構成図。
【図3】熱処理装置ヘッドの詳細図。
【図4】熱処理装置ヘッドの構成図。
【図5】熱処理装置ヘッドの詳細図。
【図6】水シールチャンバの詳細図。
【図7】水シールチャンバの上面図。
【符号の説明】
1…原子炉圧力容器、2…原子炉圧力容器フランジ、3
…上部格子板、4…炉心支持板、5…シュラウド、6…
シュラウドサポートレグ、7…シュラウドサポートプレ
ート、8…上部マスト、9…開閉マスト、10…熱処理
装置ヘッド、11…開閉機構、12…ドライガス供給ノ
ズル、13…ドライガス供給ライン、14…冷却水スプ
レイライン、15…冷却水スプレイノズル、16…水シ
ールチャンバ本体、17…シール、18…シール、19
…給水スパージャ、20…炉心スプレイ配管、21…駆
動装置、22…トランス、23…電源制御装置、24…
ケーブル、25…冷却水供給ポンプ、26…冷却水供給
ホース、27…冷却水噴出口、28…誘導加熱コイル、
29…冷却コイル、30…サービスプラットホーム、3
1…ガス供給ライン、32…シール。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青田 欣也 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 大高 正廣 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (72)発明者 辻村 浩 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 山本 道好 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G21C 19/02 G21D 1/00

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】原子炉圧力容器内にあるシュラウドの保全
    方法であって、圧力容器フランジの上に放射線の遮蔽材
    を設置し、内側の水が排除されているシュラウドの熱処
    理対象部を内側から熱処理装置を用いて加熱し、その後
    前記熱処理対象部を冷却して前記熱処理対象部の表面残
    留応力の改善処理又は溶体化処理を行うことを特徴とす
    シュラウドの保全方法。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記熱処理対象部の冷
    却は、シュラウドの内側及び外側の両方から行うことを
    特徴とするシュラウドの保全方法。
  3. 【請求項3】請求項1又は2において、前記冷却は水を
    用いて行うことを特徴とするシュラウドの保全方法。
  4. 【請求項4】請求項1乃至3の何れかにおいて、前記熱
    処理装置は加熱手段及び冷却手段を備え、前記加熱は前
    記加熱手段により行い、前記冷却は前記冷却手段により
    行うことを特徴とするシュラウドの保全方法。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至4の何れかにおいて、前記加
    熱は誘導加熱を用いて行うことを特徴とするシュラウド
    の保全方法。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至5の何れかにおいて、前記遮
    蔽材はサービスプラットホームであることを特徴とする
    シュラウドの保全方法。
  7. 【請求項7】 原子炉圧力容器内にあるシュラウドの表面
    残留応力の改善処理又は溶体化処理を行うシュラウドの
    熱処理装置であって、シュラウドの内面を加熱する手段
    と、シュラウドの内面を冷却する手段と、シュラウドの
    外面を冷却する手段とを備えたことを特徴とするシュラ
    ウドの熱処理装置。
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