JP4948755B2 - 圧力容器クラッディングの損傷区域を補修するためのシールプレート - Google Patents

Description

本発明は、総括的には圧力容器に関し、より具体的にはシールプレートを用いて容器クラッディングを補修することに関する。

圧力容器、例えば原子炉圧力容器においては、原子炉冷却水環境は、保護処理されていない原子炉圧力容器低合金鋼に対しては腐食性である。通常、ステンレス鋼又はニッケル系クラッディングにより、水を低合金鋼に接触させないようにするバリヤが形成される。クラッディングが損傷して水密閉バリヤに破損が生じた場合には、例えば欠陥部位におけるクラッディングを局部的に交換するか又は修理することによって補修することを考慮しなければならない。

溶接クラッディングの直接的溶接補修は、一般的に焼戻しビード溶接法を用いて行われ、この方法は、下にある熱変質部（ＨＡＺ）を軟化させるための後続の溶接後熱処理を一般的に必要としないで、焼き入れ可能材料上に溶接することを可能にする。焼戻しビード溶接は、各溶接パスを溶着させるときに充分に緩慢な制御冷却速度になるように乾燥環境で行われなければならない。容器のような厚肉セクションへの溶接補修の本質的に大きい引張り残留応力に耐えることができるほど充分に軟質なＨＡＺミクロ組織を生じるように溶接入熱が適当に制御されない場合、この作業の間又は後で実使用に戻したときに、低合金鋼に割れが発生する危険性がある。

上述の割れ発生の危険性に加えて、特殊な焼戻しビード溶接法は、ＨＡＺの以前に焼戻しをした部分を過度に軟化させることも再硬化させることもなく適度の焼戻しを行うために、各ビードを高精度で配置して隣接する以前の溶着ビード上に各ビードが重なるように制御する必要がある。溶接処理を遠隔的に施工する場合、特に原子炉容器内部構造を整備するときのようにアクセスが厳しく制限される場合には、このような高精度の入熱制御及びビード配置は極めて困難である。さらに、簡易水中溶接方法（アークが直接水中にあるような）が、現用の焼戻しビード法に適用するために開発されてきた。さらに、湿潤又は水中環境での低合金鋼に対する何らかの融接法の使用は、水素誘発割れ発生を生じる危険性がある。
特開２００２−１１３５７２号公報

１つの態様では、圧力容器クラッディングの損傷区域を補修するためのシールプレートを提供する。本シールプレートは、第１の側面及び反対側の第２の側面と、第２の側面に設置されたシーリング部分とを含み、シーリング部分はシールプレートを囲でいる。本シールプレートはまた、シーリング部分の周辺部から延びたシールリップと、第２の側面内に設置された空洞とを含み、空洞はシーリング部分によって囲まれている。本シールプレートはさらに、第１の側面から空洞まで延びた少なくとも１つのパージポートを含む。各パージポートは、空洞と流体連通している。

別の態様では、原子炉を提供する。本原子炉は、クラッディングによって覆われた内部表面を有する原子炉圧力容器と、圧力容器の内部表面に取付けられたシールプレートとを含む。シールプレートは、第１の側面及び反対側の第２の側面と、第２の側面に設置されたシーリング部分とを含み、シーリング部分はシールプレートを囲んでいる。シールプレートはまた、シーリング部分の周辺部から延びたシールリップと、第２の側面内に設置された空洞とを含み、空洞はシーリング部分によって囲まれている。シールプレートはさらに、第１の側面から空洞まで延びた少なくとも１つのパージポートを含む。各パージポートは、空洞と流体連通している。

別の態様では、圧力容器クラッディングの損傷区域を補修する方法を提供する。本方法は、圧力容器クラッディングの損傷区域を覆ってシールプレートを配置する段階を含む。シールプレートは、第１の側面及び反対側の第２の側面と、第２の側面に設置されかつ該シールプレートを囲んだシーリング部分と、シーリング部分の周辺部から延びたシールリップと、第２の側面内に設置されかつシーリング部分によって囲まれた空洞と、第１の側面から空洞まで延びた少なくとも１つのパージポートとを含み、各パージポートは、空洞と流体連通している。本方法はまた、少なくとも１つのパージポートを通してシールプレート空洞から水をパージする段階と、シールプレートを所定位置に溶接する段階とを含む。

圧力容器に溶着されたクラッディングの損傷区域を補修するためのシールプレートを、以下に一層詳細に説明する。このシールプレートは、損傷区域をパージしてその区域を乾燥させ、損傷区域内の露出した低合金鋼又は他の非耐性材料を水誘発腐食或いは応力腐食割れを含む環境的劣化に対して永久的に密閉することを可能にする。シールプレートは、原子炉冷却水のような圧力容器の常用流体内における環境的劣化に対して充分に耐性があるステンレス鋼又は他の材料から作られる。また、シールプレートは、圧力容器表面クラッディングの全体輪郭に緊密に適合するように必要に応じて特注機械加工される。シールプレートは、沸騰水型原子炉を参照して以下に説明するが、他の種類の原子炉、例えば加圧水型原子炉にも使用することができる。

図１は、沸騰水型原子炉圧力容器（ＲＰＶ）１０の一部を切除した断面図である。ＲＰＶ１０は、ほぼ円筒形の形状を有し、一端が底部ヘッド１２によって閉鎖され、また他端が取外し可能な上部ヘッド１４によって閉鎖される。側壁１６が、底部ヘッド１２から上部ヘッド１４まで延びる。側壁１６は、上部フランジ１８を含む。上部ヘッド１４は、上部フランジ１８に取付けられる。円筒形状の炉心シュラウド２０が、炉心２２を囲む。シュラウド２０は、一端においてシュラウド支持体２４によって支持され、また反対側の取外し可能なシュラウドヘッド２６を含む。アニュラス２８が、シュラウド２０と側壁１６との間に形成される。リング形状をしたバッフルプレート３０が、シュラウド支持体２４とＲＰＶ側壁１６との間で延びる。バッフルプレート３０は、複数の円形の開口３２を含み、各開口はジェットポンプ３４を収納する。ジェットポンプ３４は、炉心シュラウド２０の周りで円周方向に分散配置される。入口昇水管３６が、遷移組立体３８により２台のジェットポンプ３４に結合される。各ジェットポンプ３４は、入口ミキサ４０とディフューザ４２とを含む。

核分裂性物質の燃料集合体４６を含む炉心２２の内部で、熱を発生させる。炉心２２を通って上方に循環する水は、少なくとも１部が蒸気に変換される。汽水分離器４８が、水から蒸気を分離し、その水は再循環される。蒸気乾燥器５０が、蒸気から残留水を除去する。蒸気は、容器上部ヘッド１４付近の蒸気出口５２を通してＲＰＶ１０から流出する。

炉心２２内で発生する熱量は、例えばハフニウムのような中性子吸収材料の制御棒５４を挿入及び引き出すことによって調整される。制御棒５４が燃料集合体４６中に挿入される程度に応じて、制御棒５４は、そうでなければ炉心２２内で熱を発生する連鎖反応を促進するのに利用できる筈であった中性子を吸収する。

制御棒５４は、制御棒駆動装置（ＣＲＤ）５８に結合され、制御棒駆動装置（ＣＲＤ）５８は、制御棒５４を炉心プレート６４及び燃料集合体４６に対して移動させる。ＣＲＤ５８は、底部ヘッド１２を貫通して延びて、制御棒駆動装置ハウジング６６内に納められる。制御棒案内管５６が、制御棒駆動装置ハウジング６６から炉心プレート６４まで垂直方向に延びる。制御棒案内管５６は、制御棒５４の挿入及び引き出しの間に該制御棒５４の非垂直方向運動を制限する。

耐食性クラッディング６８が、ＲＰＶ１０の内部表面に溶着される。クラッディング６８は、ＲＰＶ１０の側壁１６、上部ヘッド１４及び底部ヘッド１２を形成するのに用いられている低合金鋼に水が接触するのを防止するバリヤを形成する。クラッディング６８は、任意の適当な材料、例えばステンレス鋼クラッディング又はニッケル系合金クラッディングとすることができる。

図２は、本発明の実施形態によるシールプレート７０の概略上面図である。図３は、シールプレート７０の概略断面図であり、また図４は、シールプレート７０の一部の概略拡大図である。図２〜図４を参照すると、例示的な実施形態においては、シールプレート７０は、第１の側面７２及び反対側の第２の側面７４を含む。シーリング部分７６が、第２の側面７４に設置され、シールプレート７０を囲む。シールリップ７８が、シーリング部分７６の周辺部から延びる。シールリップ７８は、シールプレート７０の第２の側面７４と該シールプレートが施工される現用のクラッディング表面との間の最大取付け間隙を減少させるように対処する変形可能なリップすなわちコンプライアンスシールである。この間隙の減少はまた、シールプレートが水中環境で溶接される場合に、シールプレートの背面から水を完全にパージすると同時に不活性ガス流を供給して湿気を排除しまた重要なルートパスを溶接する間の酸化を防止する能力を改善する。１つの実施形態におけるシールリップ７８は、「バター」層のような先置きしかつ機械加工した溶接埋め材で作られるが、別の実施形態では、シールプレート素材から一体形に機械加工される。シールリップ７８内の複数の半径方向スリット７９は、シールリップ７８内の局部的ばね作用によりシールリップ７８を平坦でない表面に適合させることを可能にする。

シールプレート７０の第１の側面７２内には、シールプレート７０の第２の側面７４内の空洞８２と流体連通した少なくとも１つのパージ穴又はポート８０（２つが図示されている）が組み込まれる。空洞８２は、シーリング部分７６によって囲まれる。パージポート８０は、シールプレート７０の圧力容器１０への、例えば溶接によるような取付けの間に調節可能なクロスフローを可能にする。パージポート８０はまた、溶接が完了した後にシールプレート７０を圧力試験することも可能にする。この例示的な実施形態では、パージポート８０は、シールプレート７０が圧力容器１０に取付けられた後には垂直方向に整列されて、空洞８２から閉じ込められた流体を排出すること及び湿気含有ガスを通気することを可能にする。パージポート８０はさらに、溶接の間の過度の酸化を防止するために溶接ルートの背面に不活性ガスの流れを供給するのにも用いられる。空洞８２を排水する場合には、ガスパージ流量を比較的多くしてクラッディングの表面又は欠陥に付着する液滴を排除するようにする。ルートパスの溶接の間、不活性ガス流量は、比較的少なく、すなわち水中環境で施工する場合にシールプレート７０の背後に周囲の水が再流入するのを防止するのに充分であるが、シール溶接の施工の間に溶融金属を排除するか又は過度に急冷するのには不充分であるようにする。シールプレート７０の周辺周りの撓み性シーリングリップ７８は、パージガスが均等に空洞８２から逸出するような充分に小さくかつ一様な隙間が存在することを保証する。

プラグ８４が、各パージポート８０内に設置される。プラグ８４は、途中まで該プラグ８４内に延びた流路８６を含む。プラグ８４が開位置８７にあるとき、少なくとも１つの流れポート８８が、プラグ流路８６とパージポート８０との間の流体連通をもたらす。プラグ８４が閉位置８９にあるとき、流れポート８８は、パージポート８０には開口しておらず、プラグ流路８６とパージポート８０との間の流体連通はなく、従ってパージポート８０を密閉する。閉位置８９では、プラグ８４は、パージポート８０内部のプラグシーリング面９０に接触係合する。プラグ８４とパージポート８０との間のねじ込み継手９２は、プラグ８４が開位置８７と閉位置８９との間を移動することを可能にする。パージプレート７０が所定位置に溶接されかつ空洞８２がパージされた後に、プラグ８４を閉位置８９に締め付けて空洞８２を永久的に密閉する。その後、プラグ８４を、所定位置に仮溶接し、シール溶接し、ピン止めするか又はかしめて、実使用時に起こり得る弛みを防止する。

さらに図５及び図６を参照すると、着脱可能なパージホース組立体９４が、各パージポート８０に取付けられる。パージホース組立体９４は、パージポート８０を不活性パージガス（図示せず）の供給源又はガス及び流体回収システム（図示せず）に接続する。パージホース組立体９４は、パージシールコネクタ部材９８に結合されたホース９６を含む。パージシールコネクタ部材９８は、パージポート８０の外面１００と螺合する。パージシール部材９８は、パージポート８０を受ける大きさにされたシーリングチャンバ１０４を画成する外部壁１０２を含む。シールリング１０６が、外部壁１０２の内面１０８内に設置されて、ねじ込み継手１１０を通り抜ける漏れを防止する。

さらに図７を参照すると、圧力容器１０のクラッディング６８内の欠陥１１６を補修するためにシールプレート７０を取付けるのに先立って、クラッディング６８の欠陥１１６の周りに滑らかな環状表面１２０が機械加工される。環状表面１２０は、シールプレート７０のシーリング部分７６に適合するような大きさ及び配置にされて、シールリップ７８を圧力容器１０に溶接するのを容易にする。さらに、面取り区域１２２が、環状表面１２０の周りでクラッディング６８内に機械加工されて、溶接するのを容易にする。クラッディング６８が滑らかであるような実施形態においては、シールプレート７０とクラッディング６８との間のシールを得るのに、環状表面１２０及び／又は面取り区域１２２は必要でない。

パージプレート７０は、空洞８２が欠陥１１６を包含し、パージポート８０が垂直方向に整列し、かつシーリング部分が環状表面１２０を機械加工したクラッディング１１８上に着座した状態で、欠陥１１６を覆って所定位置に配置される。水が、パージポート８０及びパージホース組立体９６を通して空洞８２からパージされる。不活性パージガスが、上部パージポート８０を通して空洞８２内に導入され、閉じ込められた流体及び湿気含有ガスが、下部パージポート８０を通して除去される。次いでパージプレート７０を所定位置に仮溶接し、第１の溶接パスを実施する。次いでパージポート８０を加圧することによりパージプレート７０を漏れ試験することができる。その後、最終的な溶接パスを実施し、最終圧力試験を行う。パージホース組立体９６をパージポート８０から除去し、プラグ８４を閉位置８９に締め付けて空洞８２を永久的に密閉する。その後、プラグ８４を、所定位置に仮溶接し、シール溶接し、ピン止めするか又はかしめて、実使用時に起こり得る弛みを防止する。

さらに、空洞８２内の流体の完全パージ又は溶接ルート溶け込みが問題となる場合には、パージポート８０を用いて溶接剤を導入してルートパスを溶接するのを可能にすることができる。さらに、パージポート８０は、高い感度の溶接漏れ試験の目的でヘリウムを導入するのに用いることができる。さらに、溶接ルートパスの完了後に、パージポート８０を用いて、腐食防止剤又は他の添加剤を空洞８２に導入することができる。

図８は、圧力容器１０の一部に取付けられた、別の実施形態によるパージプレート１３０の概略斜視図である。パージプレート１３０は、上述のパージプレート７０に類似しているが、さらに補助的荷重支持部材を取付けることができる構造ボス又はクレビス１３２を含む。

様々な特定の実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施できることは、当業者には明らかであろう。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。

沸騰水型原子炉圧力容器の一部を切除した概略断面図。 本発明の実施形態によるシールプレートの概略上面図。 図２に示すシールプレートの概略断面図。 図２に示すシールプレートの一部の概略拡大図。 パージホース組立体を取付けた、図２に示すシールプレートの概略上面図。 図５に示すパージポート及びパージホース組立体の概略断面図。 図１に示す原子炉圧力容器の一部のクラッディングにおける欠陥の概略図。 図１に示す圧力容器の一部に取付けられた、別の実施形態によるパージプレートの概略斜視図。

符号の説明

７０ シールプレート
７２ 第１の側面
７４ 第２の側面
７６ シーリング部分
７８ シールリップ
８０ パージポート
８２ 空洞
８４ プラグ
８７ プラグの開位置
８８ 流れポート
８９ プラグの閉位置
９０ プラグシーリング面
９２ ねじ込み継手

Claims (9)

1. 圧力容器クラッディング（６８）の損傷区域（１１６）を現場にて補修するためのシールプレート（７０）であって、
   前記圧力容器クラッディング（６８）に対向する第２の側面（７４）と、この第２の側面（７４）と反対側の第１の側面（７２）と、
   前記第２の側面（７４）の外縁に設置され、該シールプレート（７０）を囲むように前記圧力容器クラッディング（６８）側に伸びるシーリング部分（７６）と、
   前記シーリング部分（７６）の周辺部から延びたシールリップ（７８）と、
   前記第２の側面（７４）内に設置され、前記シーリング部分（７６）によって囲まれた空洞（８２）と、
   各々が、前記空洞（８２）をパージするために前記第１の側面（７２）の外側からこの第１の側面（７２）を貫通し、更に前記空洞（８２）まで延びることにより、該空洞（８２）と流体連通する、複数のパージポート（８０）と、
   を含むことを特徴とするシールプレート（７０）。
2. 各パージポート（８０）内に配置され、各々が対応するパージポートをシールするような大きさにされたプラグ（８４）をさらに含む、請求項１記載のシールプレート（７０）。
3. 各パージポート（８０）に接続されたパージホース組立体（９４）をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載のシールプレート（７０）。
4. 各プラグ（８４）が、
   流路（８６）と、
   前記流路と流体連通した少なくとも１つの流れポート（８８）と、を含むことを特徴とする請求項２記載のシールプレート（７０）。
5. 前記プラグ（８４）は閉位置と開位置とを有し、対応するプラグ（８４）が開位置（８７）にあるとき、各流れポート（８８）が前記空洞（８２）と流体連通し、前記対応するプラグが閉位置（８８）にあるとき、前記流れポートが前記空洞（８２）と流体連通しないことを特徴とする請求項４記載のシールプレート（７０）。
6. 前記パージホース組立体（９４）が、
   前記パージポート（８４）に適合する大きさにされたパージシール部材（９８）と、
   前記パージシール部材に結合されかつ該パージシール部材と流体連通したホース（９６）と、
   を含むことを特徴とする請求項３記載のシールプレート（７０）。
7. 前記パージシール部材（９８）が、
   前記パージシールポート（８０）を受ける大きさにされたシールチャンバ（１０４）をその中に画成した外部壁（１０２）と、
   前記パージシール部材（９８）の外部壁（１０２）の内面（１０８）内に設置されたシールリング（１０６）と、
   を含むことを特徴とする請求項６記載のシールプレート（７０）。
8. 前記シールリップ（７８）が、複数の半径方向スリット（７９）を含むことを特徴とする請求項１記載のシールプレート（７０）。
9. 前記第１の側面から延びたボス（１３２）をさらに含むことを特徴とする請求項１記載のシールプレート（７０）。

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