JP4418434B2 - 原子炉建屋に設置された熱交換器の解体方法 - Google Patents

Description

本発明は、原子炉建屋に設置された熱交換器の解体方法に関し、特に、解体に際し汚染管理区域を最小化することのできる原子炉建屋に設置された熱交換器の解体方法に関するものである。

近年、経済性の観点から原子力発電所の廃止措置工事が検討されている。

解体工事に係る作業は、放射能レベルが高い原子炉本体やその周辺設備が対象となるので、作業に伴い受ける放射線量や高所作業などの潜在的危険要因に十分配慮した解体技術及び工法を採用する必要がある。

解体手順は、まず、原子炉圧力容器等の解体に先立ち燃料取替機、熱交換器等の放射能レベルの比較的低い付属設備を先行して解体撤去し、作業スペースを確保する。次に、原子炉圧力容器など中心部の解体を進めていくことで検討されている。

具体的な解体工法を検討するにあたっては、以下に示す安全確保のための留意事項や技術の進歩を踏まえて検討を進めていく必要がある。

（1）解体に際して、既存の構造物を、放射性物質の外部への漏洩を防止するための障壁及び放射線遮蔽体として利用する。

（2）機器・構造物の高放射化した部分の切断を行う場合は、粉塵等二次生成物の発生の抑制及び除去を考慮した工法を採用する。

（3）放射線レベルの高い場所における作業及び高放射化部の機器・構造物の解体を行う場合等には、遮蔽や遠隔操作装置を活用する。

（4）必要に応じて、仮設の汚染拡大防止囲いや集塵装置の設置等を行う。

（5）解体作業で発生する切断物の取扱い、搬送、保管を適切に行い、汚染拡大の防止及び従事者被ばくの防止を図る。

上述したように、解体手順としては、まず、燃料取替機、熱交換器等の放射能レベルの比較的低い付属設備を先行して解体撤去することとなる。

図７は、原子力発電設備に用いられる熱交換器（以下、ＳＲＵともいう）の構造の一例を示す図である。

ＳＲＵ１００は、原子炉建屋の南北に２基ずつ、合計４基設置されており、ホットガスダクト１４０、本体１２０、コールドガスダクト１５０、ガス循環機などから構成されている。ＳＲＵ１基の大きさは、高さ約２５ｍ、直径約６ｍ、重量約７５０ｔ（ガスダクト、ガス循環機は除く）で、原子力発電所の中では大型機器である。ＳＲＵ本体部１２０の構造は、上からトップヘッド１１０、ティア７〜１（１２７〜１２１）、ボトムヘッド１３０に分かれており、このうちティア２（１２２）〜ティア７（１２７）には、伝熱管が収められている。

このように、ＳＲＵは大型機器であるため、解体撤去時に汚染管理区域を拡大することなく解体撤去可能な方法が要求されている。

このような、大型機器の解体法としては、ジャッキダウン法が良く知られている。例えば、特許文献１には、火力発電所のボイラーをジャッキダウン工法を用いて解体する方法が開示されている。
特開平１０−４６８３８号公報

上述したように、原子力発電設備の廃止措置においては、その汚染管理区域を最小限とする必要がある。しかしながら、特許文献１にはボイラー下部の具体的な切断方法が開示されておらず、放射性物質の外部への漏洩の防止や、粉塵等二次生成物の発生の抑制及び除去等がまったく考慮されていない。

本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたもので、汚染管理区域を最小限とすることが可能な原子炉建屋に設置された熱交換器の解体方法を提供しようとするものである。

本発明の原子炉建屋に設置された熱交換器の解体方法は、原子炉建屋内の一部の区域を汚染管理区域とし、原子炉建屋に設けられたジャッキダウンユニットにより熱交換器を原子炉建屋につり下げて、熱交換器の一部を降下させて汚染管理区域内に導入する導入工程と、汚染管理区域内の第１の切断エリアに設けられた第１の切断ユニットにより、つり下げられた熱交換器の一部を切断して、分割切断物を分離する第１の切断工程と、搬送ユニットにより、第１の切断エリアから汚染管理区域内の第２の切断エリアへ、分割切断物を搬送する搬送工程と、第２の切断エリアに設けられた第２の切断ユニットにより、搬送された分割切断物を細断する第２の切断工程と、細断された分割切断物を容器に充填して汚染管理区域から搬出する搬出工程とを有することを特徴とする。

本発明の原子炉建屋に設置された熱交換器の解体方法によれば、熱交換器の切断作業及び容器充填作業がすべて原子炉建屋の一部に設定された汚染管理区域にて作業がなされるため、汚染管理区域を最小限とすることが可能となる。

以下、本発明の実施形態である原子炉建屋に設置されたＳＲＵの解体方法について、図を参照して詳細に説明をする。

（１）ジャッキダウン工法
図１は、本実施形態の原子炉建屋に設置されたＳＲＵの解体方法において用いられるジャッキダウン工法を説明する図である。

本実施形態のＳＲＵ解体方法のジャッキダウン工法は、原子炉建屋１０のＳＲＵ１００が設けられている建屋の屋上に設置されたトラス２２０と、トラス２２０に固定された油圧ジャッキ２１０と、油圧ジャッキ２１０に取付けたストランドケーブル２２１と、からなるジャッキダウンユニットにより、ＳＲＵ１００の本体を吊降ろしながら、原子炉建屋１０の３階に設定する作業エリア（図の点線で囲まれたエリア：汚染管理区域１０ａとする）で解体を行う。

汚染管理区域１０ａ内に位置するＳＲＵ１００の一部の解体の進行に伴い（図１（ｂ））、油圧ジャッキ２１０を動作させ、次に解体を行うＳＲＵ１００の一部分を汚染管理区域１０ａ内にさらに導入して解体を行い（図１（ｃ））、最終的にＳＲＵ１００全体の解体作業を汚染管理区域１０ａ内のみで行う（図１（ｄ））。

ジャッキダウン工法の採用により、汚染管理区域１０ａとなる作業エリアを原子炉建屋１０の３階のエリアに限定することが可能となった。又、解体作業の遠隔解体化を図りやすくなった。

（２）遠隔解体操作システム
図２は、本実施形態の原子炉建屋に設置されたＳＲＵの解体方法において用いられる各ユニットの汚染管理区域における配置を示す斜視図である。また、図３は、本実施形態の原子炉建屋に設置されたＳＲＵの解体方法において用いられる各ユニットの汚染管理区域における配置を示す平面図である。

遠隔解体操作システムは、ＳＲＵ１００本体からの環状切断物１００’の切断・分離、及び、環状切断物１００’を２分割し、分割切断物１００ａ、１００ｂへの分割を行う一次切断ユニット３００と、２分割にされた分割切断物１００ａ、１００ｂを細断し、容器への充填を行う二次切断ユニット４００と、一次切断ユニット３００と二次切断ユニット４００との間において、分割切断物１００ａ、１００ｂを搬送するための搬送ユニット５００からなる。

一次切断ユニット３００は、汚染管理区域１０ａ内の、ジャッキダウンユニットによりつり下げられたＳＲＵ１００のほぼ直下に設けられた、一次切断エリア１０ｂに設置されている。また、二次切断ユニット４００は、汚染管理区域１０ａ内の他の空きスペースの二次切断エリア１０ｃ、１０ｄに設けられている。

このように、一次切断ユニット３００と二次切断ユニット４００と搬送ユニット５００とは、原子炉建屋１０の３階に設定された汚染管理区域１０ａ内にすべて収容されており、汚染管理区域を最小化することを可能としている。

本実施形態では、ＳＲＵ１００を一次切断ユニット３００で切断・分割して、分割切断物１００ａ、１００ｂとし、搬送ユニット５００を使って二次切断ユニット４００への移送を行う。分割切断物１００ａ、１００ｂは直径約６ｍの半円形であり、それを搬送する搬送ユニット５００は、構造上それ以上の大きさ（例えば、3500mm×6800mmの大きさ）が必要となる。また、一次切断ユニット３００での分割切断と二次切断ユニット４００での細断を同時に行いたいという工程の短縮の観点、及び、ＳＲＵ１００を吊っている状態（時間）をなるべく少なくしたいという安全上の観点から、本実施形態では、搬送ユニット５００を３台（５００ａ、５００ｂ、５００ｃ）、汚染管理区域１０ａ内に収容するものとする。搬送ユニット５００ａ、５００ｂ、５００ｃの３台により搬送を行うことにより、面積的に狭い、二次切断エリア１０ｃ、１０ｄにおいての分割切断物１００ａ、１００ｂの細断が可能となっている。なお、本実施形態では、３台の搬送ユニット５００を用いているが、これに限られず、例えば２台の搬送ユニット５００を用いて搬送を行うことも可能である。

尚、一次切断ユニット３００と二次切断ユニット４００とは同時に操作することが可能で、並行作業により工程の短縮が図れる。

また、一次切断ユニット３００及び二次切断ユニット４００では、多関節マニュピレータアームを使用することができる。

（i）一次切断ユニット
図４は、本実施形態の原子炉建屋に設置されたＳＲＵの解体方法において用いられる一次切断ユニットの構成を示す図である。

一次切断ユニット３００は、ＳＲＵ１００をティア単位の環状切断物１００’に切断する環状切断や、環状切断物１００’をさらに分割切断物１００ａ、１００ｂへ２分割するための垂直切断を行うユニットである。切断システムとしては、ＳＲＵ１００を一周する形で取付けられ環状モノレール３０１（半径約４ｍ）１基と、環状モノレール３０１に取付けられる切断用アーム３０２ａ、３０２ｂ（伸縮アーム、水平スライド、マニュピレータアーム）２台が設置される。

２台の切断用アーム３０２ａ、３０２ｂは、遠隔操作で切断用アームの先端ツールの交換が可能になっており、２台の切断用アーム３０２ａ、３０２ｂの先端ツールの組合せにより、２ヶ所同時に切断作業を行ったり、切断用アーム３０２ａ、３０２ｂの片方で切断片を支えながら、切断用アーム３０２ａ、３０２ｂのもう片方で切断を行ったりするなどの作業の組合せが可能である。

クランプ機構３０４は、切断用アーム３０２ａ、３０２ｂでＳＲＵ１００を切断した切断片をクランプして、別途用意する容器に入れるためのものである。ホイスト３０３は、モノレール３０１の移動を目的とするものである。ホイスト３０３の役割には、位置調整（ジャッキ装置によりＳＲＵ１００を吊り下げる際、基準点に定置させることは技術的に困難であるため、モノレール３０１に位置調整機能を持たせている）の役割、及び、メンテナンス時にモノレール３０１を３階床まで下ろす役割の２つがある。

一次切断ユニット３００の操作方法は、ミニマスターアームを用いて操作する方法や、プログラムを予め入力し自動制御する方法がある。

尚、一次切断ユニット３００における切断工法としては、アセチレンガス等の熱的切断や、ダイヤモンドカッター等の機械式切断を採用することができる。

（ii）二次切断ユニット
図５は、本実施形態の原子炉建屋に設置されたＳＲＵの解体方法において用いられる二次切断ユニット及び搬送ユニットの構成を示す図である。

二次切断ユニット４００は、環状切断・２分割されたＳＲＵ１００である分割切断物１００ａ、１００ｂの細断及び容器への収納を行うユニットで、レール４０２上をX−Y方向に移動可能なガントリー４０１が設置され、切断片を取扱う切断用アーム４０３が設置される。

ホイスト４０４は、切断用アーム４０３で切断した切断片１００ｃの搬出を行う。具体的には、切断用アーム４０３で切断する前に、分割切断物１００ｂを把持し、その後に切断用アーム４０３で切断を行う。切断完了後、切断片１００ｃを搬出容器（不図示）に入れるため、搬送を行う。

搬送ユニット５００は、分割切断物１００ａ、１００ｂを搬送するユニットであり、搬送ユニット５００上には分割切断物１００ａ、１００ｂが各々載置され、遠隔操作により原子炉建屋のフロアー上の一次切断エリア１０ａと二次切断エリア１０ｂ、１０ｃとの間の移動が可能である。搬送ユニット５００には、エアキャスターを使用することができる。

一次切断ユニット３００で環状切断・２分割された分割切断物１００ａ、１００ｂは、搬送ユニット５００にて二次切断ユニット４００へ移送された後、次に二次切断ユニット４００にて伝熱管パネル単位や胴体片である切断片１００ｃに細断され、ホイスト４０４を使用して、搬出口２０から切断片１００ｃを下ろし、原子炉建屋の１階に設置している搬出容器（不図示）に充填される。

（３）遠隔操作システムによる解体手順
図６は、本実施形態の原子炉建屋に設置されたＳＲＵの解体方法におけるＳＲＵの解体手順を示すフローチャートである。

ＳＲＵ１００の解体作業の大きな流れとしては、ステップ１００（なお、図中ではステップをＳと略す）では、ＳＲＵ１００のボトムヘッド１３０を、一次切断ユニット３００で環状切断・２分割し、２分割されたボトムヘッド１３０を二次切断エリア１０ｃ、１０ｄへ搬送した後に、ジャッキダウンユニット２１０により、ＳＲＵ１００を所定の量降下させ、汚染管理区域１０ａ内に、次の切断部分であるティア１（１２１）を導入する。

次に、ティア１（１２１）の解体（ステップ２００）を開始し、ティア１（１２１）を二次切断エリア１０ｃ、１０ｄへ搬送した後に、ティア２（１２２）を導入し、ティア２（１２２）の解体（ステップ３００）を開始する。

以後、ＳＲＵ１００の各部（１１０〜１３０）の解体と、ＳＲＵ１００の各部（１１０〜１３０）の汚染管理区域１０ａ内への導入を繰り返し、ＳＲＵ１００全体の解体処理を完了する（ステップ１００〜ステップ９００）。

次に、ＳＲＵ１００の各部（１１０〜１３０）の解体の詳細な解体方法を説明する。なお、ＳＲＵ１００の各部（１１０〜１３０）の解体の詳細な解体方法は、同一であるため、ここではボトムヘッド１３０の解体方法を代表として説明をする。

まず、ステップ１１０では、汚染管理区域１０ａ内に導入されたボトムヘッド１３０を、一次切断ユニット３００が、環状に切断し、環状切断物１３０’を分離する。

次に、ステップ１２０では、環状に切断されたボトムヘッド１３０の環状切断物１３０’を、一次切断ユニット３００が、さらに二分割に切断し、分割切断物１３０ａ、１３０ｂに分割する。そして、搬送ユニット５００は、環状に切断かつ二分割されたボトムヘッド１３０の分割切断物１３０ａ、１３０ｂを、二次切断エリア１０ｃ、１０ｄへ各々搬送する。

ステップ１３０では、二次切断ユニット４００は、ボトムヘッド１３０の分割切断物１３０ａ、１３０ｂを細断し、切断片１３０ｃとする。

ステップ１４０では、二次切断ユニット４００は、裁断されたボトムヘッド１３０の切断片１３０ｃを、原子炉建屋１０の汚染管理区域１０ａの搬出口２０から、原子炉建屋の１階に設置している所定の容器に充填する。

ステップ１５０では、二次切断ユニット４００は、ボトムヘッド１３０の切断片１３０ｃが充填された容器を搬出し、充填された容器は除染設備エリアに搬入される。

以上説明したように、本実施形態の原子炉建屋に設置されたＳＲＵの解体方法によれば、熱交換器の切断作業及び容器充填作業がすべて原子炉建屋の一部に設定された汚染管理区域にて作業がなされるため、汚染管理区域を最小限とすることが可能となる。

本実施形態の原子炉建屋に設置されたＳＲＵの解体方法において用いられるジャッキダウン工法を説明する図である。 本実施形態の原子炉建屋に設置されたＳＲＵの解体方法において用いられる各ユニットの配置を示す斜視図である。 本実施形態の原子炉建屋に設置されたＳＲＵの解体方法において用いられる各ユニットの汚染管理区域における配置を示す平面図である。 本実施形態の原子炉建屋に設置されたＳＲＵの解体方法において用いられる一次切断ユニットの構成を示す図である。 本実施形態の原子炉建屋に設置されたＳＲＵの解体方法において用いられる二次切断ユニット及び搬送ユニットの構成を示す図である。 本実施形態の原子炉建屋に設置されたＳＲＵの解体方法におけるＳＲＵの解体手順を示すフローチャートである。 原子炉建屋に設置されるＳＲＵの構造を示す図である。

符号の説明

１００：ＳＲＵ
３００：一次切断ユニット
４００：二次切断ユニット
５００：搬送ユニット

Claims (2)

1. 原子炉建屋に設置された熱交換器の解体方法であって、
   前記原子炉建屋内の一部の区域を汚染管理区域とし、原子炉建屋に設けられたジャッキダウンユニットにより前記熱交換器を原子炉建屋につり下げて、前記熱交換器の一部を降下させて前記汚染管理区域内に導入する導入工程と、
   前記汚染管理区域内の第１の切断エリアに設けられた第１の切断ユニットにより、前記つり下げられた熱交換器の一部を切断して、分割切断物を分離する第１の切断工程と、
   搬送ユニットにより、前記第１の切断エリアから前記汚染管理区域内の第２の切断エリアへ、前記分割切断物を搬送する搬送工程と、
   前記第２の切断エリアに設けられた第２の切断ユニットにより、前記搬送された前記分割切断物を細断する第２の切断工程と、
   前記細断された前記分割切断物を容器に充填して前記汚染管理区域から搬出する搬出工程と、
   を有することを特徴とする原子炉建屋に設置された熱交換器の解体方法。
2. 前記第１の切断工程において、
   前記分割切断物は、前記熱交換器の一部を環状切断して、さらに、２分割されたものであることを特徴とする請求項１に記載の原子炉建屋に設置された熱交換器の解体方法。

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