JP3886686B2

JP3886686B2 - 腐食電位測定装置

Info

Publication number: JP3886686B2
Application number: JP35934999A
Authority: JP
Inventors: 幹郎伊藤; 純一高木; 英浩浦田; 英治関; 忠昭島津
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-12-17
Filing date: 1999-12-17
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2019-12-17
Also published as: JP2001174397A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子炉水や火力発電用ボイラ水のような高温高圧流体環境における材料の腐食電位を測定する装置に係り、実プラントの配管等に取付けられて漏洩等の不具合を生じない耐久性の優れた腐食電位測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、沸騰水型原子炉（BWR ）において水素注入技術の適用がなされている。水素注入は、BWR プラントの給水系に水素を注入することにより炉水中の酸素、過酸化水素等の酸化剤濃度を低減することにより材料の腐食電位を低下させ、材料の応力腐食割れ（SCC ）感受性を抑制する技術である。この技術を実プラントに適用する場合には、水素注入に伴う材料の腐食電位の低下挙動を定量的に把握する必要がある。水素注入に伴う腐食電位挙動は、プラント毎に異なることが知られており、当該プラントにおける腐食電位の測定が不可欠である。特に、原子炉内底部の状態を把握するためには、原子炉ボトムドレンライン、再循環系、或いはその分岐ライン等の配管内での腐食電位計測が重要となる。
【０００３】
一般に、100 〜340 ℃の高温高圧水中における電気化学的測定のための照合電極（参照電極）として、第２種電極が用いられている。
ところで、前記電気化学的測定方式には、室温下に設けた照合電極と被測定物を浸漬した試験水とを液絡させて測定する、いわゆる外部電極方式と、照合電極の全体を被測定物を浸漬した試験水中に配置して測定する、いわゆる内部電極方式とがある。
【０００４】
このうち外部電極方式は、照合電極の本体が置かれた環境と測定試験対象との温度差や圧力差に基づく種々の電位差を誤差として含み、さらに温度変化や圧力変化による測定試験対象の電極電位の相対的変化の測定等においては、使用範囲が大幅に制限されるという問題がある。
【０００５】
一方、内部電極方式は前記外部電極方式のような問題はなく、貴金属、金属、難溶性塩と共通イオンを含む電解質の水溶液との反応によって、測定温度で一義的に決まる熱力学的に意味のある平衡電位が得られる。
【０００６】
現在、銀／塩化銀／塩化カリウム水溶液を組み合わせた内部照合電極が多く使われているが、水素を共存した高純度水中では白金を用いた電極も使うことができる。すなわち、白金電極は熱力学的に一般的基準として扱われる水素の酸化還元電位を示すため、水素電極電位基準で試料の電位が直接得られる。従って、白金電極は水素注入下における原子炉水中での電位測定等に対する照合電極として非常に有効である。
【０００７】
上述のような照合電極と、対象とする材料でできた試料電極の組み合わせにより測定することができる腐食電位は、材料のSCC 感受性との強い相関があることが知られている。すなわち、腐食電位を測定することによりその材料の曝されている腐食環境の程度を評価することができる。
【０００８】
図２は従来の腐食電位測定装置を示す。配管１に接続した胴体２の上部がフランジ構造となっており、その内部に照合電極３および試料電極４を設置し、原子炉水等の高温高圧水５を導く。胴体２の上蓋６との間のフランジ面にはパッキン７が装着されボルト８の締め付けにより高温高圧水５をシールする。また、照合電極３のリード線９および試料電極４のリード線10は上蓋６の貫通孔を通過して外部に導かれている。リード線貫通部ではポリテトラフルオロエチレンなどのポリマーでできた絶縁性シール体11を締付けナット12で締め付けることにより高温高圧水５をシールしている。
【０００９】
図２は絶縁体11によりシールする例であるが、ＭＩケーブル（Mineral Insulated Cable ）のように金属シースと内部の芯線が電気的に絶縁されている場合には、食い込み継手を用いて金属接触でシールする例もある。
【００１０】
このような腐食電位測定装置を使用し、照合電極３と試料電極４の間の電位差を入力インピーダンスの高い電位差計により測定して試料電極４の材料の腐食電位が測定される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の腐食電位測定装置においては、照合電極および試料電極のリード線貫通部で、ポリマーなどでできた絶縁性シール体、或いは食い込み継手により高温高圧水をシールしているが、熱サイクルや高温での長期使用によりシール性が劣化するなどの問題がある。
【００１２】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、原子力プラントにおけるような高温高圧水等の流体の流通する配管等において長期間使用してもシール性を失うことなく、健全な構造を保つことができる腐食電位測定装置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】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、高温高圧水等の流体を収容しあるいは流通するプラント部材に接合された接続管と、この接続管に接合され中心孔を有して前記流体側に先細り円筒形状の電極支持部を有する外筒カラーと、この外筒カラーに接合された筒状部材と、この筒状部材の他端に接合され中心孔を有するシール部材と、前記電極支持部に接合された腐食電位測定電極と、この腐食電位測定電極に芯線が接合され前記外筒カラーの中心孔と前記筒状部材の内部と前記シール部材の中心孔を通りシースが前記外筒カラーおよび前記シール部材に接合された耐熱性の絶縁ケーブルとを備えた構成とする。
本発明によれば、外筒カラーと筒状部材とシール部材によって２重の圧力バウンダリが形成されるので、高いシール性を得ることができる。また、電極支持部が高温高圧水の流れによる振動等に耐えることができる。
【００１４】
請求項２の発明は、接合は溶接またはろう付けによる構成とする。
本発明によれば、諸部材が溶接あるいはろう付けにより接合されていることにより、長期間にわたり高温高圧水等において使用してもシール性が損なわれず健全な構造を保つことができる。
【００１６】
請求項３の発明は、絶縁ケーブルは、芯線と、この芯線を包囲する無機質の絶縁体と、この絶縁体を包囲する金属のシースとからなる構成とする。
本発明によれば、絶縁ケーブルに起因するシール漏れや電位測定上の不具合を防ぐことができる。
【００１７】
請求項４の発明は、筒状部材に耐圧試験を行うための孔が設けられている構成とする。
本発明によれば、筒状部材に第２の圧力バウンダリの耐圧試験を行うための孔が設けられていることから、本測定装置の製造工程でこの孔を使用して耐圧試験を行うことにより、第２の圧力バウンダリの構造健全性を確認し、実測定にはいってからの不具合発生を防止することができる。
【００１８】
請求項５の発明は、プラント部材に接合される接続管はＴ字管であり、このＴ字管が腐食電位の測定対象である構成とする。
本発明によれば、プラント内の調査すべき配管にＴ字管を介装することによって、その配管のおかれた高温高圧流体環境における腐食電位を測定することができる。
【００１９】
請求項６の発明は、腐食電位の測定対象となる配管の材質がステンレス鋼またはニッケル基合金のいずれかである構成とする。
本発明によれば、腐食電位の測定対象となる配管の材質がステンレス鋼またはニッケル基合金であることから、腐食電位測定電極を照合電極とした場合に、配管との間の電位差を測定することにより、SCC 特性に対する腐食環境の程度を把握することができる。
【００２０】
請求項７の発明は、腐食電位測定電極が白金電極である構成とする。
本発明によれば、腐食電位測定電極が白金電極であることから、特に水素注入条件の高温高圧水下において白金電極と配管との電位差を測定することにより、SCC 特性に対する腐食環境の程度を把握することができる。
【００２１】
請求項８の発明は、腐食電位測定電極が銀／塩化銀電極、金属／金属酸化物電極、等の照合電極のいずれかである構成とする。
本発明によれば、腐食電位測定電極が銀／塩化銀電極や金属／金属酸化物電極のような照合電極であることから、配管との電位差を測定することにより、水素注入条件に限らず材料のSCC 特性に対するその腐食環境の程度を把握することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１を参照して説明する。
すなわち、図１にその断面図を示すように本実施の形態の腐食電位測定装置は、主な構成部分として、配管13，14のあいだに接続されたＴ字管15および異径継手16と、この異径継手16に接続された外筒カラー17と、この外筒カラー17に接続された筒状部材18と、この筒状部材18の端部に取付けられたグランドシール19と、前記外筒カラー17の中心の先細りになった円筒の先端部に取付けられた白金電極20と、この白金電極20に接続され前記グランドシール19を通して外部へ引出されたMIケーブル21とから成る。
【００２３】
白金電極20は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、サファイヤなどのセラミックス製の絶縁体22とろう付けにより接合し、他と電気的に絶縁されて電極感応部23を形成する。絶縁体22のもう片方は、セラミックスと熱膨脹率等の特性が近いNi−Fe合金、コバール等でできた中間部材24とろう付けにより接合し、この中間部材24のもう片方はステンレス鋼等の金属製の外筒カラー17と溶接接合されている。外筒カラー17における電極の取付部分は共振など流体振動に耐えられるように先細り円筒状に形成されている。
【００２４】
白金電極20の内面にスポット溶接等により接合されたリード線25は、他と電気的に絶縁され、シースがステンレス鋼等の金属でできたMIケーブル21の芯線26と接続し、外部に信号が取出せる構造となっている。MIケーブル21が外筒カラー17を貫通する部分は、MIケーブル21と溶接接合されたステンレス鋼等のカラー27が外筒カラー17と溶接接合されている。
【００２５】
腐食電位測定電極感応部23が収容される空間は、外筒カラー17、異径継手16、Ｔ字管15がそれぞれ溶接接合された部分の内側であり、この部分が第１の圧力バウンダリを形成している。Ｔ字管15はステンレス鋼又はニッケル基合金製であり、その内面ノズル部で電極感応部23に最も近い部分が腐食電位測定対象となる。Ｔ字管15の２つの端面はそれぞれ配管13，14と溶接接合され、高温高圧水５等測定流体の流路を形成している。
【００２６】
外筒カラー17の上部には筒状部材18が溶接接合され、この筒状部材18の上部にはさらにMIケーブル21をシールするためのグランドシール19が溶接接合されている。また、MIケーブル21がグランドシール19の中央貫通孔を通過する部分は直接ろう付け接合されている。この外筒カラー17、筒状部材18、グランドシール19で構成されすべて溶接又はろう付けにより接合された部分が第２の圧力バウンダリを形成する。なお、筒状部材18には耐圧試験用孔28が設けられている。製作完了後にこの孔を使用して耐圧試験を行うことにより、第２のバウンダリの構造健全性を確認することができる。試験終了後この孔は、金属を挿入或いはねじ込み盲溶接にて閉止する。
【００２７】
本実施の形態の腐食電位測定装置の製作手順は以下のようになる。まず、腐食電位測定電極感応部23と外筒カラー17とMIケーブル21を接合して一体化し、その後グランドシール19をろう付けにより取付ける。次に、外筒カラー17と異径継手16とＴ字管15を溶接により接続する。その後、筒状部材18と外筒カラー17とを溶接により取付け、最後にグランドシール19を外筒カラー17に溶接する。最後のグランドシール19と外筒カラー17の溶接結合は、材料の熱変形を考慮して、内部に収納されるMIケーブル21にたるみをつけて施工する。
【００２８】
このような構成の本実施の形態の腐食電位測定装置を高温高圧水５の通過する配管13，14に取付け、MIケーブル21の芯線26と配管13，14との間の電位差を測定することにより、高温高圧水の流動状態に応じた材料の腐食電位が得られる。照合電極が白金電極の場合は水素注入条件で有効であるが、その他の銀／塩化銀電極、金属／金属酸化物電極、などの照合電極を用いることにより広範囲な水質条件で有効となる。
【００２９】
なお、MIケーブル21は一般的には芯線26の周りにアルミナを配し、その外側を金属のシースで覆ったものであるが、本発明においては、金属シースを有する耐熱性の信号線であれば、MIケーブル以外のものも採用することができる。
【００３０】
本実施の形態の腐食電位測定装置は、腐食電位測定電極感応部23を収容する部分の圧力バウンダリの接合部がすべて溶接又はろう付けにより構成されており、高温高圧水中での腐食電位測定に使用する場合、漏洩の危険性が非常に低い。
【００３１】
ろう付けは他の溶接方法に比べ耐圧強度が低いため、過剰な圧力が加わるなどして漏洩が発生する場合には、その発生場所はろう付け部になると考えられる。そのため、第１の圧力バウンダリを構成する外筒カラーの外側に溶接又はろう付け接合構造の第２の圧力バウンダリを形成して、万が一の漏洩にも対応するようにしている。また、第２の圧力バウンダリは、製作完了前に、予め設けられている孔を使用して耐圧試験を行うことにより、その構造健全性を確認することができる。このように構成した本実施の形態の腐食電位測定装置は、長期間にわたり高温高圧水等において使用した場合にも、シール性が損なわれず健全な構造を保つことができる。
【００３２】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されることなく、例えば、腐食電位測定電極をステンレス鋼やニッケル基合金のような試料電極とすることができる。この場合には、白金電極又は照合電極を収容した本発明の腐食電位測定装置と組み合わせて使用し、両者間の電位差を測定することにより、前述と同様に材料のSCC 特性に対するその腐食環境の程度を把握することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の腐食電位測定装置は、高温高圧水等の流体を導く配管等において長期間にわたり使用した場合、シール性が損なわれず、電極支持部が高温高圧水の流れによる振動等に耐えることができ、健全な構造を保つことができる。また、配管での流動状態に応じた構造材料の腐食電位挙動を精度良く計測することができる。従って、原子炉水中での腐食電位測定において使用することにより、従来に比べより有効で適正な水素注入運転を行うことが可能になり、原子炉一次系の信頼性、ひいては原子力プラントの信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の腐食電位測定装置の断面を示し、（ａ）は全体図、（ｂ）は（ａ）のｂ部拡大図。
【図２】従来の腐食電位測定装置を示す断面図。
【符号の説明】
１…配管、２…胴体、３…照合電極、４…試料電極、５…高温高圧水、６…上蓋、７…パッキン、８…ボルト、９，10…リード線、11…絶縁性シール体、12…締付けナット、13，14…配管、15…Ｔ字管、16…異径継手、17…外筒カラー、18…筒状部材、19…グランドシール、20…白金電極、21…MIケーブル、22…絶縁体、23…電極感応部、24…中間部材、25…リード線、26…芯線、27…カラー、28…耐圧試験用孔。

Claims

高温高圧水等の流体を収容しあるいは流通するプラント部材に接合された接続管と、この接続管に接合され中心孔を有して前記流体側に先細り円筒形状の電極支持部を有する外筒カラーと、この外筒カラーに接合された筒状部材と、この筒状部材の他端に接合され中心孔を有するシール部材と、前記電極支持部に接合された腐食電位測定電極と、この腐食電位測定電極に芯線が接合され前記外筒カラーの中心孔と前記筒状部材の内部と前記シール部材の中心孔を通りシースが前記外筒カラーおよび前記シール部材に接合された耐熱性の絶縁ケーブルとを備えたことを特徴とする腐食電位測定装置。
接合は溶接またはろう付けによることを特徴とする請求項１記載の腐食電位測定装置。
前記絶縁ケーブルは、芯線と、この芯線を包囲する無機質の絶縁体と、この絶縁体を包囲する金属のシースとからなることを特徴とする請求項１記載の腐食電位測定装置。
前記筒状部材に耐圧試験を行うための孔が設けられていることを特徴とする請求項１記載の腐食電位測定装置。
プラント部材に接合される前記接続管はＴ字管であり、このＴ字管が腐食電位の測定対象であることを特徴とする請求項１記載の腐食電位測定装置。
腐食電位の測定対象となる配管の材質がステンレス鋼またはニッケル基合金のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の腐食電位測定装置。
前記腐食電位測定電極が白金電極であることを特徴とする請求項１記載の腐食電位測定装置。
前記腐食電位測定電極が銀／塩化銀電極、金属／金属酸化物電極、等の照合電極のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の腐食電位測定装置。