JP4533818B2

JP4533818B2 - 非常用補機冷却系の改造工法

Info

Publication number: JP4533818B2
Application number: JP2005213758A
Authority: JP
Inventors: 弘詞山崎; 和夫久島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-07-25
Filing date: 2005-07-25
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2025-07-25
Also published as: JP2007033102A

Description

本発明は、原子力発電所に既設の非常用補機冷却系の改造工法に関する。

一部の沸騰水型原子炉では、非常用ディーゼル発電設備および非常用空調機などの非常用機器は非常用補機冷却系により冷却され、残留熱除去系熱交換器と非常用炉心冷却系ポンプ冷却器およびモータ冷却器は残留熱除去海水系により冷却される。これらの機器から発生した熱は、最終的にはプラント施設外の海または大気に放出している（例えば、特許文献１参照）。一般に海水により冷却を行う系統には、機器、配管内の海生物の成長によるシステム抵抗の増加、冷却器の伝熱管の腐食による性能劣化の可能性がある。このため、高い頻度のメンテナンスが必要である。

一方、近年のプラントでは、メンテンナンス低減およびプラントの安定運転の観点から、海水で冷却する機器、配管の物量を最小限とするため、淡水の中間ループを設置している。この中間ループにより、非常用ディーゼル発電機や、非常用炉心冷却系ポンプ冷却器およびモータ冷却器を冷却している。この淡水は、非常用補機冷却系海水ポンプにより供給される海水と熱交換し冷却されている。中間ループを用いた場合には、非常用炉心冷却系ポンプ冷却器などの放射性流体と熱交換を行う機器でリークが起きても、外部へ放射性流体が放出されることを防止できる利点もある。

一般に非常用補機冷却系の海水ポンプおよび海水排出口は非常用機器から離れた場所にあるため、海水ポンプと非常用機器を連絡する非常用補機冷却系海水供給配管、および、非常用機器と海水排出口を連絡する非常用補機冷却系海水放出配管のメンテナンスに膨大な作業を要している。
特開平１１−１６０４８１号公報

一部のプラントでは、非常用ディーゼル発電機や、非常用炉心冷却系ポンプ冷却器およびモータ冷却器などは海水により冷却されている。このため、海生物の付着、腐食による配管と非常用機器の劣化が懸念され、高い頻度のメンテナンスが必要である。また、万が一放射性流体と熱交換する冷却器から漏えいが発生した場合は海水放出配管を介して外部へ放射性物質が放出される恐れがある。

このような問題を解決するために、近年のプラントと同様に中間ループを設置し、海水配管を削減することが考えられる。また、残留熱除去海水系全体の淡水冷却化は規模が大きすぎて困難であることから、一部の負荷のみを非常用補機冷却系に移し、淡水冷却化することが考えられる。しかしながら、海水と淡水が熱交換する熱交換器、淡水ポンプおよび配管などの新設に伴う配置の問題、中間ループを設置することによる冷却水温の上昇などの問題、残留熱除去海水系の一部の負荷を淡水冷却化する場合には必要流量および除熱量の増加などの課題がある。

そこで、本発明は、原子力発電所の既設の非常用補機冷却系を改造し、既設の機器および配管の配置を大きく変更せずに、海水が流れる機器および配管を削減することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、海水ポンプ、海水放出口、非常用機器、前記海水ポンプと前記非常用機器とを連絡する第一の配管、および、前記非常用機器と前記海水放出口とを連絡する第二の配管を備える原子力発電所の既設の非常用補機冷却系の一部を改造する非常用補機冷却系の改造工法において、前記非常用機器に淡水を流す淡水ポンプを設置する第一の工程と、海水と熱交換させて前記淡水の温度を低下させる熱交換器を設置する第二の工程と、前記第一の配管を切断する第三の工程と、前記第二の配管を切断する第四の工程と、前記熱交換器の淡水を流す流路と前記淡水ポンプとを接続する工程と、前記第一の工程、前記第二の工程および前記第三の工程の後に、前記熱交換器の淡水を流す流路と前記非常用機器とを、切断された前記第一の配管の一部であって前記非常用機器に接続している配管を介して接続する工程と、前記第一の工程、前記第二の工程および前記第四の工程の後に、前記熱交換器の淡水を流す流路と前記非常用機器とを、切断された前記第二の配管の一部であって前記非常用機器に接続している配管を介して接続する工程と、前記第一の工程、前記第二の工程および前記第三の工程の後に、前記熱交換器の海水を流す流路の入口と前記海水ポンプとを、切断された前記第一の配管の一部であって前記海水ポンプに接続している配管を介して、切断前の前記第一の配管の長さよりも短くなるように接続する工程と、前記第一の工程、前記第二の工程および前記第四の工程の後に、前記熱交換器の海水を流す流路の出口と前記海水放出口とを、切断された前記第二の配管の一部であって前記海水放出口に接続している配管を介して、切断前の前記第二の配管の長さよりも短くなるように接続する工程と、を有することを特徴とする。

本発明により、原子力発電所の既設の非常用補機冷却系を改造し、既設の機器および配管の配置を大きく変更せずに、海水が流れる機器および配管を削減することができる。

本発明に係る非常用補機冷却系の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

［実施形態１］
図２は実施形態１における、改造前の非常用補機冷却系の系統図である。残留熱除去海水系と、改造範囲１８も併せて示している。

改造前の残留熱除去海水系は、海水を吸い込む残留熱除去海水系ポンプ１６と、非常用炉心冷却系ポンプ冷却器２および残留熱除去系熱交換器１３と、残留熱除去海水系海水放水口１７を有している。残留熱除去海水系ポンプ１６と、非常用炉心冷却系ポンプ冷却器２および残留熱除去系熱交換器１３との間、および、非常用炉心冷却系ポンプ冷却器２および残留熱除去系熱交換器１３と残留熱除去海水系海水放水口１７との間は、それぞれ残留熱除去海水系配管１４で連絡している。

また、改造前の非常用補機冷却系は、海水を吸い込む非常用補機冷却系海水ポンプ１１と、非常用ディーゼル発電機１および非常用空調機３と、非常用補機冷却系海水放水口１２を有している。非常用補機冷却系海水ポンプ１１と非常用ディーゼル発電機１および非常用空調機３との間、および、非常用ディーゼル発電機１および非常用空調機３と非常用補機冷却系海水放水口１２との間は、それぞれ非常用補機冷却系海水供給配管１０および非常用補機冷却系海水放出配管９で連絡している。

実施形態１の改造範囲１８は、非常用補機冷却系海水供給配管１０、非常用補機冷却系海水放出配管９、残留熱除去海水系配管１４に亘る。

図１は本発明に係る実施形態１における、改造後の非常用補機冷却系の系統図である。

海水取水口（図示せず）から海水を吸い上げる海水ポンプ１１は、非常用補機冷却系海水供給配管１０を介して淡水と海水が熱交換する熱交換器６の海水が流れる流路（図示せず）に連絡している。また、熱交換器６の海水が流れる流路は、非常用補機冷却系海水放出配管９を介して、非常用補機冷却系海水放出口１２にも連絡している。

熱交換器６の淡水が流れる流路（図示せず）は、中間ループ配管８を介して非常用ディーゼル発電機１および非常用空調機３に連絡している。また、熱交換器６の淡水が流れる流路は、中間ループ配管８を介して、淡水用のポンプ７の吸い込み側に連絡している。淡水用のポンプ７の吐き出し側は、熱交換器６の淡水が流れる流路に連絡している。また、中間ループ配管８の非常用ディーゼル発電機１および非常用空調機３よりも下流側には、放射線モニタ１５が設置されている。さらに、改造前には残留熱除去海水系で冷却されていた非常用炉心冷却系ポンプ冷却器２は、非常用ディーゼル発電機１および非常用空調機３と並列に配設されている。

淡水は、中間ループ配管８を通って、非常用ディーゼル発電機１と非常用空調機３と非常用炉心冷却系ポンプ冷却器２とに送られる。淡水は、これらの機器で発生する熱を除去することにより温度が上昇し、淡水用ポンプを介して熱交換器６に送られる。熱交換器６に送られた淡水は、海水ポンプ１１で吸い上げられた海水と熱交換して、温度が低下し、再度非常用ディーゼル発電機１と非常用空調機３と非常用炉心冷却系ポンプ冷却器２とに送られる。熱交換器６で淡水と熱交換した海水は、非常用補機冷却系海水放出配管９を介して、非常用補機冷却系海水放水口１２から海に排出される。なお、放射線モニタ１５は非常用炉心冷却系ポンプ冷却器２のように放射性流体と直接熱交換を行う機器からの放射性物質の漏えいを監視している。

次にこの実施形態１の改造の工程を説明する。

まず、既設の非常用補機冷却系海水供給配管１０および非常用補機冷却系海水放出配管９を、それぞれ切断し、新たな熱交換器６を適切な場所に設置する。次に、切断された非常用補機冷却系海水供給配管１０の海水ポンプ１１に接続している既設配管の一部を流用して、熱交換器６の海水が流れる流路と海水ポンプ１１を連絡する。また、切断された非常用補機冷却系海水放出配管９の非常用補機冷却系海水放水口１２に接続している既設配管の一部を流用して、熱交換器６の海水が流れる流路と非常用補気冷却系海水放水口１２を連絡する。熱交換器６の形状および設置場所に応じて、適宜新しく配管を設置してもよい。また、不要になった配管を、撤去または別の場所に流用してもよい。

次に、新たな淡水ポンプ７を設置する。次に、切断された非常用補機冷却系海水供給配管１０の非常用ディーゼル発電機１と非常用空調機３とに接続している既設配管の一部を流用して中間ループ配管８とし、熱交換器６の淡水が流れる流路と非常用ディーゼル発電機１と非常用空調機３とを連絡する。また、切断された非常用補機冷却系海水放出配管９の非常用ディーゼル発電機１と非常用空調機３とに接続している既設配管の一部を流用して中間ループ配管８とし、非常用ディーゼル発電機１と非常用空調機３を、熱交換器６の淡水が流れる流路と連絡する。さらに、淡水ポンプ７と熱交換器６の淡水が流れる流路とを連絡する配管を設置し、中間ループを構成する。熱交換器６および淡水ポンプ７の形状および設置場所に応じて、適宜新しく配管を設置してもよい。また、不要になった配管を、撤去または別の場所に流用してもよい。

さらに、改造前には残留熱除去海水系で冷却されていた非常用炉心冷却系ポンプ冷却器２の冷却材流入口と冷却材流出口を残留熱除去海水系から切り離す。その後に、非常用ディーゼル発電機１への冷却材流入口に連絡する配管を分岐し、非常用炉心冷却系ポンプ冷却器２の冷却材流入口に連絡し、非常用ディーゼル発電機１への冷却材流出口に連絡する配管を分岐し、非常用炉心冷却系ポンプ冷却器２の冷却材流出口に連絡する。また、放射線モニタ１５を中間ループ配管８の途中に設置する。なお、改造前には残留熱除去海水系で冷却されていた、例えばモータ冷却器などの他の機器（図示せず）も、同様の改造により非常用補機冷却系で冷却するようにしてもよい。

なお、上述の改造は一例であり、様々な形態で実施することができる。例えば、淡水ポンプ７と熱交換器６は、設置場所以外（たとえば工場内）で互いに接続してから、設置場所に移動して設置するなどの方策をとってもよい。また、図１には淡水ポンプ７を２台並列に設置しているが、３台以上用いてもよい。

実施形態１によれば、改造前は海水で冷却されるようになっていた非常用ディーゼル発電機１、非常用空調機３および非常用炉心冷却系ポンプ冷却機２が淡水により冷却されるようになるため、これらの機器のメンテナンス負荷が削減される。また、非常用炉心冷却系ポンプ冷却器２のように放射性流体と直接熱交換を行う機器と海水が直接の熱交換を行わないようにすることにより、発電所外部への放射性物質の漏えいを回避できる。

新設熱交換器６を非常用補機冷却系海水ポンプ１１近傍に配置しておけば、改造前は建屋内の非常用ディーゼル発電機１および非常用空調機３まで引き回されていた非常用補機冷却系の海水配管の長さが大幅に短くなり、配管に要するメンテナンスの負荷をさらに削減することができる。また、既設の海水供給配管を利用して淡水系の中間ループの配管８を敷設するため、新設配管設置工事のみならず、干渉物調査等の作業も削減される。

なお、非常用補機冷却系で冷却する機器の増加および中間ループの配置により、海水で除熱すべき熱量が増加し、海水の流量の増加が必要となる場合がある。図３に非常用補機冷却系海水ポンプの流量−揚程特性を、改造前および改造後の非常用補機冷却系のシステム抵抗と併せて示す。図３に示すように、改造後の非常用補機冷却系の海水系のシステム抵抗は小さくなるため、非常用補機冷却系海水ポンプ１１の必要揚程も小さくなり、既設の非常用補機冷却系海水ポンプ１１を使用したまま海水流量を増加させることができる。したがって、既設の非常用補機冷却系海水ポンプ１１を改造したり、新たな海水ポンプを設置したりすることなく、非常用補機冷却系で冷却する機器を増加させたり、中間ループを配置したりすることが可能である。

［実施形態２］
図４は、本発明に係る実施形態２における改造後の非常用補機冷却系の系統図である。実施形態２では、大気冷却による冷却塔５を熱交換器６と並列に設置している。なお、冷却塔５と熱交換器６は直列に設置してもよいし、冷却塔５は冷凍機としても良い。冷却塔５の設置により、非常用補機冷却系の除熱性能は向上し、冷却対象機器を増やすことも可能である。また、非常用ディーゼル発電機１、非常用空調機３などの非常用機器の熱を大気中に逃がすため、非常用補機冷却系海水放水口１２から排出される海水の温度の上昇を抑制する効果もある。

［実施形態３］
図５は、本発明に係る実施形態３における改造後の非常用補機冷却系の系統図である。実施形態３では、図４に示す実施形態２の非常用補機冷却系から、熱交換器６、非常用補機冷却系海水ポンプ１１、非常用補機冷却系海水供給配管１０、非常用補機冷却系海水放出配管９および非常用補機冷却系海水放水口１２を除いた構成としている。

本実施の形態によれば、非常用補機冷却系として海水を一切使用しないため、メンテナンス負荷を大幅に削減できるとともに、放射性流体の発電所外への漏えいの可能性を低減することができる。

実施形態１に係る改造後の非常用補機冷却系の系統図である。実施形態１に係る改造前の非常用補機冷却系の系統図である。実施形態１に係る非常用補機冷却系海水ポンプの流量−揚程曲線である。実施形態２に係る改造後の非常用補機冷却系の系統図である。実施形態３に係る改造後の非常用補機冷却系の系統図である。

符号の説明

１…非常用ディーゼル発電機、２…非常用炉心冷却系ポンプ冷却器、３…非常用空調機、５…冷却塔、６…熱交換器、７…淡水用ポンプ、８…中間ループ配管、９…非常用補機冷却系海水放出配管、１０…非常用補機冷却系海水供給配管、１１…非常用補機冷却系海水ポンプ、１２……非常用補機冷却系海水放水口、１３…残留熱除去系熱交換器、１４…残留熱除去海水系配管、１５…放射線モニタ、１６…残留熱除去海水系ポンプ、１７…残留熱除去海水系海水放水口、１８…既設非常用補機冷却系改造範囲

Claims

海水ポンプ、海水放出口、非常用機器、前記海水ポンプと前記非常用機器とを連絡する第一の配管、および、前記非常用機器と前記海水放出口とを連絡する第二の配管を備える原子力発電所の既設の非常用補機冷却系の一部を改造する非常用補機冷却系の改造工法において、
前記非常用機器に淡水を流す淡水ポンプを設置する第一の工程と、
海水と熱交換させて前記淡水の温度を低下させる熱交換器を設置する第二の工程と、
前記第一の配管を切断する第三の工程と、
前記第二の配管を切断する第四の工程と、
前記熱交換器の淡水を流す流路と前記淡水ポンプとを接続する工程と、
前記第一の工程、前記第二の工程および前記第三の工程の後に、前記熱交換器の淡水を流す流路と前記非常用機器とを、切断された前記第一の配管の一部であって前記非常用機器に接続している配管を介して接続する工程と、
前記第一の工程、前記第二の工程および前記第四の工程の後に、前記熱交換器の淡水を流す流路と前記非常用機器とを、切断された前記第二の配管の一部であって前記非常用機器に接続している配管を介して接続する工程と、
前記第一の工程、前記第二の工程および前記第三の工程の後に、前記熱交換器の海水を流す流路の入口と前記海水ポンプとを、切断された前記第一の配管の一部であって前記海水ポンプに接続している配管を介して、切断前の前記第一の配管の長さよりも短くなるように接続する工程と、
前記第一の工程、前記第二の工程および前記第四の工程の後に、前記熱交換器の海水を流す流路の出口と前記海水放出口とを、切断された前記第二の配管の一部であって前記海水放出口に接続している配管を介して、切断前の前記第二の配管の長さよりも短くなるように接続する工程と、
を有することを特徴とする非常用補機冷却系の改造工法。
前記熱交換器は淡水と海水が熱交換するもの、および、淡水と周辺空気が熱交換するものを組み合わせたものであることを特徴とする請求項１記載の非常用補機冷却系の改造工法。
海水で機器を冷却する既設の系統であって非常用補機冷却系以外の系統により冷却されるように設置されていた既設の機器を、前記淡水で冷却するように改造する工程を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の非常用補機冷却系の改造工法。