JP5411412B2 - セグメント式ケーソンを使用して原子炉底部ヘッドの水中補修のための乾燥環境を形成する方法 - Google Patents

Description

本発明は、制限されたアクセス環境における原子炉底部ヘッドの水中補修のための乾燥環境を形成する方法に関する。

沸騰水型原子炉の底部ヘッドにおける溶接補修を行うための新たな必要性が存在する。例えば、原子炉容器の底部ヘッドに沿ったスタブチューブ、炉内ハウジング貫通部、圧力管路貫通部及びクラッド表面の補修は、溶接補修を必要とすることが多い。一般的に、そのような溶接ヘッド補修は、原子炉容器を水抜きして溶接のための乾燥環境を形成した後に行われてきた。
米国特許第７，０７６，０１７号公報 米国特許第６，４１７，４７６号公報 米国特許第６，２６５，６８９号公報 米国特許第６，０６０，６８６号公報 米国特許第５，８７６，１４６号公報 米国特許第５，８５２，２７１号公報

従って、原子炉容器を水抜きせずにかつ全体的には乾燥環境内で原子炉容器の底部ヘッドにおける溶接補修及び検査を行う方法に対する必要性が存在する。

本発明の好ましい実施形態では、炉心プレートと複数の貫通部を備えて制御棒駆動装置が該貫通部を貫通して制御棒を支持するのを可能にするほぼ半球形状の底部ヘッドとを有する原子炉容器において、容器の底部ヘッドにおける割れ形成を補修又は軽減する方法を提供し、本方法は、炉心プレートの孔を通過させて第１のケーソンのセグメントを底部ヘッドに固定されかつ貫通部を囲むチューブの周りの位置まで通す段階と、チューブの周りにセグメントを組み立てる段階と、セグメントを互いにかつ底部ヘッドに対して密封する段階と、炉心プレートの孔を通過させてかつ第１のケーソンと係合状態になるように第２のケーソンを通す段階と、第１及び第２のケーソンから水を除去して、溶接のための無水環境を形成する段階と、第２のケーソンを通過させてかつ第１のケーソン内に溶接ヘッドを下降させて、チューブの周りに又は底部ヘッドに沿って溶接部を施工する段階とを含む。

本発明の別の好ましい実施形態では、炉心プレートとほぼ半球形状の底部ヘッドとを有する原子炉容器において、容器の底部ヘッドにおける割れ形成を補修又は軽減する方法を提供し、本方法は、炉心プレートの孔を通過させて第１のケーソンのセグメントを底部ヘッドに隣接する位置まで通す段階と、セグメントを組み立てて囲いを形成する段階と、セグメントを互いにかつ底部ヘッドに対して密封する段階と、炉心プレートの孔を通過させて第２のケーソンを通しかつ該第２のケーソンの下端部を第１のケーソンに対して密封する段階と、第１及び第２のケーソンから水を除去して、溶接のための無水環境を形成する段階と、第２のケーソンを通過させてかつ第１のケーソン内に溶接ヘッドを下降させて溶接部を施工する段階とを含む。

次に図１を参照すると、その全体を参照符号１０で表した原子炉容器を示しており、原子炉容器１０は、炉心プレート１４上に支持された複数の核燃料集合体１２、トップガイド１６、汽水分離器組立体１８、蒸気乾燥器組立体２０及び頂部ヘッド２２を含む。炉心プレートは、複数の開口部１５を有する。炉心プレート１４の下方には、ほぼ半球形状の底部ヘッド２４が設けられ、底部ヘッド２４を貫通してスタブチューブ２６、制御棒ハウジング３４及び他の炉内ハウジングを含む様々な貫通部が形成され、制御棒ハウジング３４を貫通して制御棒駆動装置２８が受けられる。底部ヘッドは、容器１０内の水を収容することが分かるであろう。また、炉心シュラウド３０を図示しており、炉心シュラウド３０は、炉心を囲み、環状の炉心と容器の外壁との間の下降流から炉心を通る上昇流を分離する障壁を形成する。炉心を構成する核燃料集合体の各々は、制御棒ガイドチューブの上端に取り付けられたオリフィス上に載置されることもまた分かるであろう。トップガイド１６は、各核燃料集合体の上端と係合し、核燃料集合体に対して横方向の支持を与える。

図２〜図４を参照すると、半球形底部ヘッド２４に固定された制御棒駆動装置ハウジング３４及びスタブチューブ３６を示しており、底部ヘッド２４のスチールクラッド３７は、該底部ヘッド２４の内面に沿って設けられる。前述のように、溶接補修が、底部ヘッド２４に隣接して、例えばスタブチューブ３６の周りで及び底部ヘッド上のクラッド表面補修のためにしばしば必要とされる。以前は、補修を行うために、原子炉容器は水抜きをされていた。しかしながら、容器がこれら補修を実行するために水抜きする必要がなく、その代わりに水中で補修を行うことができる場合には、より経済的である。これには、乾燥環境が必要である。

本発明の好ましい態様によると、乾燥溶接環境は、ケーソンを配置することによって形成される。しかしながら、溶接のための乾燥環境を達成するようにケーソンを設けることには、幾つかの困難性がある。例えば、底部ヘッドに沿った半球形でかつ平坦でないクラッド表面上にケーソンを設置することは、底部ヘッドの内部に対するアクセスを得るためにそれを通過させて全ての装置を通さなければならない炉心プレート孔の直径寸法には寸法制限があるので、困難である。第２に、底部ヘッドの極めて平坦でない表面に対してケーソンを密封することは、半球形表面上にクラッドが存在するために困難である。底部ヘッドの外周部に隣接する該ヘッドの急勾配の傾斜に対してケーソンを密封することはより一層困難である。

一般的に、炉心プレート孔の直径は、孔を通過させてケーソンを通すのに必要な空間よりも小さい。孔はまた、小さ過ぎて、溶接器具を作業領域で操作すること、すなわち底部ヘッドの内面に隣接する位置まで炉心プレート孔を通過させて通すことができない。本発明は、セグメント式下部ケーソン４８を準備することによってこれら２つの問題を解決し、このセグメント式下部ケーソン内では、セグメントは、炉心プレート孔を通過させて受け入れることができて、底部ヘッドの内面に隣接して組み立てるようにする。各下部ケーソンの各セグメントは、底部ヘッドの内面に沿ったその位置に応じて固有のものとすることができる。溶接補修を行うことになる各位置における底部ヘッドの半球形状のために、各セグメントケーソンの下端縁は、その位置における底部ヘッドの形状と相補関係になった端縁を形成するように傾斜又はテーパしていることが分かるであろう。例えば、図２及び図５に示すように、下部ケーソンセグメント５０は、底部ヘッド２４の内面の形状とほぼ相補関係になった下端縁を有する、好ましくは円筒形の四分円形状の壁を含み、この底部ヘッド２４の内面に対してセグメントの下端縁が密封されて、他のケーソンセグメントと共に乾燥ケーソン環境を形成することになる。ケーソンセグメント５０の上端縁は、平坦な内向きに向いたフランジ５２を有し、このフランジ５２は、ケーソンセグメントの全てが例えばスタブチューブ３６の周りに密封されかつ固定されると、上部円筒形ケーソンの下端縁を受けるための水平支持面を形成することになる。図２には、１つのセグメントを示し、図３には、２つのセグメントを示し、また図４には、スタブチューブ３６の周りに完全な環帯（アニュラス）を形成した４つのセグメントを示している。また、以下で説明するように、最終組み立て環帯は、炉心プレート開口部１５の直径よりも大きい直径を有し、従ってその組み立て状態ではそれら炉心プレート開口部１５を通過させて通すことができないことも分かるであろう。

原子炉容器から最初に水抜きせずに溶接補修を行うようにスタブチューブの周りに下部ケーソンを形成するか又は底部ヘッドに対して下部ケーソンを固定するために、セグメント締め具５３がまず設置される。図２を参照すると、各セグメント締め具５３は、隣接する制御棒駆動装置ハウジング３４の周りに係合するような寸法にされたリング５４と別個の締め具ラグ５６とを含む。リング５４及びラグ５６は、炉心プレート孔１５を通過させて通すような寸法にされる。適当な従来型の工具を用いて制御棒駆動装置ハウジング３４の周りにリングを適正に位置決めすると、それに対して補修を行うことになるスタブチューブ３６に隣接させて、別個のラグ５６をリング５４の一側にボルト止めすることができる。ラグ５６は、リング５４に対して組み付けた時に、ケーソンセグメント５０の上に位置しかつ押し下げることができるフランジ５８を含む。補修を必要とするスタブチューブ３６を囲むハウジング３４の適所に４つのセグメント締め具５３が配置されると、４つのセグメント５０は順序どおり配列される、すなわち炉心プレート孔１５を通過させて挿入されかつフランジ５８の下方に設置される。それに代えて、各締め具５３を取り付けた後にセグメント５０を取り付け、セグメント５０は、取り付けた締め具５３のフランジ５８の下方に設置される。従って、ラグ５６上のフランジ５８は、該フランジと底部ヘッド２４の内面との間にセグメントを保持する。従って、図４に示すように、下部ケーソンの４つのセグメントは、スタブチューブ３６の周りに環帯を形成し、それらの下端縁は底部ヘッド２４の内面に対して保持される。

水硬化性ポリマーが、下部ケーソンのセグメント５０間及びケーソンセグメントの下端縁と底部ヘッド２４の内面３７との間の接合部の全て内に圧力注入される。水硬化性ポリマーは流動することができるので、水硬化性ポリマーは、漏れ経路となる可能性がある全ての空洞を充填する。さらに、セグメント式下部ケーソンは、スタブチューブとセグメントケーソンとの間で溶接工具又はトーチを操作するための余地を可能にするが、組立労力を最小にするのに十分なほど短い高さ及び幅で設けられる。また、最終組み立て下部ケーソンは、第２のかつより背の高い上部乾燥ケーソン６０を該下部ケーソンに組み合わせるのを可能にする水平フランジ平面５２を形成する。第２のケーソンは、炉心プレート孔１５の直径よりも小さい直径を有し、それにより、炉心プレート孔を通過させて第２のケーソンを下降させてその環状下端縁が下部ケーソンの水平環状フランジ５２上に着座するようにすることが可能になる。シール６２が、上部及び下部ケーソン間に設けられ、例えば上部ケーソンの下端部にＯリングシールを設けてフランジに対して密封することができる。上部ケーソン６０は、各長さ間にＯリングシールなどのシールを備えた状態で個別長さとして設けて、上部ケーソン６０の上端部が上部ヘッド２２のボリューム内に延びるようにすることができる。下部ケーソン４８が底部ヘッド２４に対して密封され、かつ上部ケーソン６０が下部ケーソン４８に対して密封されると、ケーソン内の水は、ケーソン４８、６０が空になるようにポンプで汲み出すことができる。空になると、上部ケーソン６０を通過させて下部ケーソン４８内に溶接装置を配置することができ、溶接ヘッド６４が、乾燥環境内でスタブチューブ３６又は底部ヘッド２４の内面のクラッド３７に沿って補修を行うように設置される。ティグ溶接法を使用することができる。補修作業が完了すると、溶接装置は撤収することができ、同様にケーソンが除去され、また締め具も除去される。

現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、むしろ特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更及び均等な構成を保護しようとするものであることを理解されたい。

沸騰水型原子炉容器の一部を破断した断面斜視図。 原子炉容器のほぼ半球形状の底部ヘッドの内面を見下ろした部分斜視図。 原子炉容器のほぼ半球形状の底部ヘッドの内面を見下ろした部分斜視図。 原子炉容器のほぼ半球形状の底部ヘッドの内面を見下ろした部分斜視図。 補修を必要とするスタブチューブの周りでのセグメント式ケーソンを示す部分拡大断面図。 溶接補修を行うケーソン内の溶接ヘッドを示す、図５と同様の図。

符号の説明

１０ 原子炉容器
１２ 核燃料集合体
１４ 炉心プレート
１５ 開口部
１６ トップガイド
１８ 汽水分離器組立体
２０ 蒸気乾燥器組立体
２２ 頂部ヘッド
２４ 底部ヘッド
２６、３６ スタブチューブ
２８ 制御棒駆動装置
３０ 炉心シュラウド
３４ 制御棒ハウジング
３６ スタブチューブ
３７ 底部ヘッドのスチールクラッド（又は内面）
４８ セグメント式下部ケーソン
５０ 下部ケーソンセグメント
５２ フランジ
５３ セグメント締め具
５４ リング
５６ 締め具ラグ
５８ フランジ
６０ 乾燥（上部）ケーソン
６２ シール
６４ 溶接ヘッド

Claims (7)

1. 炉心プレート（１４）と、複数の貫通部を備えて制御棒駆動装置（２８）が該貫通部を貫通して複数の制御棒のそれぞれを支持するのを可能にするほぼ半球形状の底部ヘッド（２４）とを有する原子炉容器（１０）において、前記容器（１０）の底部ヘッド（２４）における割れ形成を補修又は軽減する方法であって、
   前記炉心プレート（１４）の孔を通過させて第１のケーソン（４８）の複数の個別セグメント（５０）を前記半球形状の底部ヘッドに固定されかつ前記貫通部を囲むチューブ（３６）の周りの位置まで通す段階と、
   前記チューブ（３６）の周りに前記複数の個別セグメント（５０）を組み立てる段階と、
   前記複数の個別セグメントを互いにかつ前記ほぼ半球形状の底部ヘッドに対して密封する段階と、
   前記炉心プレート内の孔のうちの１つを通って第２のケーソン（６０）を通して、前記第２ケーソンの下端縁を前記第１のケーソン（４８）の上端縁と係合させる段階と、
   前記第１及び第２のケーソンから水を除去して、溶接のための無水環境を形成する段階と、
   前記第２のケーソン（６０）を通過させてかつ前記第１のケーソン（４８）内に溶接ヘッド（６４）を下降させて、前記チューブ（３６）の周りに又は前記ほぼ半球形状の底部ヘッド（２４）に沿って溶接部位で溶接する段階と、
   を含み、さらに
   前記炉心プレートの孔を通過させて締め具（５３）を通す段階と、
   前記締め具（５３）を、前記チューブ（３６）に隣接する制御棒ハウジングの周りに係合させて、前記ほぼ半球形形状の底部ヘッド（２４）に固定する段階と、
   前記複数のセグメントを互いにかつ前記ほぼ半球形形状の底部ヘッドに対して密封するのに先だって、前記締め具と前記複数のセグメントのうちの少なくとも１つとを係合させて、前記ほぼ半球形形状の底部ヘッドの内面に隣接させて該複数のセグメントのうちの少なくとも１つを保持する段階と、
   を含む方法。
2. 前記第１のケーソン（４８）の直径が、前記炉心プレート内の孔のうちの１つの直径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記ほぼ半球形状の底部ヘッド（２４）に適合するように互いにその構成が固有でありかつ異なる前記第１のケーソン（４８）の少なくとも１対のセグメントを形成する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記ほぼ半球形形状の底部ヘッド（２４）が、その最下点を通る垂直方向に延びる軸線を有し、
   その上端縁が前記垂直方向に延びる軸線に垂直な水平面内に位置するように互いに異なる高さを有する前記第１のケーソン（４８）の前記複数のセグメント（５０）のうちの少なくとも１対のセグメントを形成する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記複数のセグメント（５０）の下端縁が、前記ほぼ半球形形状の底部ヘッド（２４）に沿った傾斜に適合するようにテーパしていることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記締め具（５３）を少なくとも２つの個別部品（５４、５６）として形成する段階と、
   前記炉心プレート内の孔のうちの１つ以上の孔を通過させて前記少なくとも２つの個別部品を別々に通す段階と、
   前記炉心プレートの下方でかつ前記原子炉容器の水中環境内で前記少なくとも２つの個別部品を互いに組み立て、組み立てた締め具を形成する段階と、
   前記組み立てた締め具及び前記少なくとも１つのセグメントを係合させて前記ほぼ半球形形状の底部ヘッドの内面に隣接させて該少なくとも１つのセグメントを保持する段階と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記底部ヘッド（２４）が、前記チューブの周りの位置で該ほぼ半球形形状の底部ヘッドから上向きに突出した複数の制御棒駆動装置ハウジング（３４）を含み、
   前記炉心プレート内の孔のうちの１つ以上の孔を通過させて複数の個別締め具部品（５４、５６）を別々に通して複数の締め具（５３）に組み立てる段階と、
   前記チューブ（３６）の周りで前記制御棒駆動装置ハウジング（３４）に対して前記複数の締め具を固定する段階と、
   前記複数の締め具及び前記複数のセグメントを互いに係合させて前記チューブの周りで前記ほぼ半球形形状の底部ヘッドに隣接させて該複数のセグメントを保持する段階と、
   を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
   

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