JP5749666B2 - 除染装置および除染方法 - Google Patents

Description

本発明は、原子炉内の圧力容器内面および炉内構造物を除染するための除染装置および除染方法に係わり、更に詳しくは、薬品使用量および除染時間を減少させて、効率的に除染することができる除染装置および除染方法に関する。

原子力発電プラントにおいて、圧力容器に供給される冷却材は、原子炉冷却材再循環系配管（以下、「ＰＬＲ配管」という）を介し、原子炉冷却材再循環ポンプ（以下、「ＰＬＲポンプ」という）により循環させている。そして、圧力容器内の冷却材を循環させて、燃料の核分裂によって発生した熱を吸収させて蒸気とし、湿分を分離・乾燥させた後にタービンへ送り、発電に供せられている。

原子力発電所では、技術の進歩に伴って開発される予防保全技術を既存の原子炉に適用することによって、信頼性の向上を図っている。例えば予防保全の一環として、圧力容器内での冷却材の流れを整えるシュラウドを取り替える工事が行われる場合がある。また、高経年化した原子力発電所に対しては廃炉作業が行われる。

ここで、圧力容器の内面には酸化皮膜が付着しており、酸化皮膜中に放射性物質が含まれている。そのため、圧力容器内のシュラウド取り替え作業あるいは廃炉作業に先立って、圧力容器内面の酸化皮膜を除去して放射性物質を除去することが作業時の被ばく低減に有効である。その方法として、配管内表面に付着している酸化皮膜を化学薬品により溶解させる化学除染方法が行われている。

この化学除染に関する技術としては、以下に示すような技術が開示されている。

例えば、特許文献１に記載されたものは、原子炉圧力容器内の除染液水位を調整し、除染効果を向上させるために、原子炉格納容器内の空間に、水を内包した耐薬品性のゴムあるいは合成樹脂等からなる袋容器を挿入して除染液の低減を図るとともに、袋容器に給水ラインと排水ラインを設け、袋容器内の水の量を調整するものである。

また、特許文献２，３には化学的に除染するものが記載されている。

特開２００１−２３５５９４号公報 特開平７−２５３４９６号公報 特開２００９−１０９２５３号公報

しかし、特許文献１では、圧力容器を除染する際に水を内包した袋容器を挿入することで、準備する薬品量を減少させ、かつ化学分解時間の短縮を図ることはできるものの、圧力容器内において除染液の流れを発生させることが難しく、除染ムラが発生する可能性があるという問題がある。また、除染液を加熱するためにシェル型の電気ヒーターを使用する必要があるが、この電気ヒーターはボイラー関係法令を遵守する必要があり、その取扱いや点検、手入れに非常に手間がかかるという課題がある。

また、特許文献２，３では、除染効率が良いとはいえないとの問題や、装置の大型化が必要との問題がある。

本発明は、原子炉内の圧力容器内面および炉内構造物の除染に関し、除染剤の使用量を減らしつつも、洗浄ムラが生じることがなく、高効率かつ短時間で除染を行うことができる除染装置と除染方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の発明は、原子炉内の圧力容器の内面に除染液を噴出して除染する除染装置であって、前記圧力容器内における除染時の前記除染液の収容容積を減少させるように、前記圧力容器内に設けた除染液減容用の構造物と、前記除染液を前記圧力容器の内面に向けて噴出するように前記除染液減容用の構造物に設けた除染液噴射装置と、加圧された除染液を前記洗浄液噴射装置に供給する配管と、除染後の除染液を排出するように前記圧力容器の底部に設けたドレン配管と、前記配管と前記ドレン配管との間に配設された除染処理手段とを備え、前記除染液減容用の構造物は、前記除染液を直接加熱する電気ヒーターが設けられた。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記除染液噴射装置は、前記除染液減容用の構造物に設けられ、加圧された前記除染液を取り込む環状の管体と、前記管体に周方向に間隔を持って設けた散液ノズルとを備えた。

また、第３の発明は、第２の発明において、前記散液ノズルを備えた管体は、前記除染液減容用の構造物のフランジ部に取り付けた。

また、第４の発明は、第３の発明において、前記除染液減容用の構造物におけるフランジ部は、前記原子炉圧力容器の上鏡を固定する本設ボルトが挿入されるボルト挿入孔を設けた。

また、第５の発明は、第１ないし第４の発明において、前記除染液減容用の構造物は、更に、放射線線量測定機器が設けられる。

また、第６の発明は、原子炉内の圧力容器の内面を除染する除染方法であって、前記圧力容器内に、第１ないし第５のいずれかの発明の除染装置を設置し、加熱された除染液を前記除染液噴射装置に供給し、前記除染液噴射装置から前記圧力容器内面に噴射させ、前記圧力容器内の除染後の除染液を前記ドレン配管を介して前記圧力容器から排出・回収し、回収後の除染液を調整し、調整後の除染液を前記除染液噴射装置に再度供給する。

上述した本発明によれば、除染剤の使用量を減らしつつも、洗浄ムラが生じることがなく、高効率かつ短時間で除染を行うことができる除染装置と除染方法が提供される。

本発明の除染装置の一実施の形態を示す構成図である。 本発明の除染装置を構成する除染液減容用の構造物の断面図である。 本発明の除染方法における処理ステップを示すフローチャート図である。

本発明の除染装置および除染方法の実施の形態を図面を用いて説明する。
まず、本発明の除染装置の一実施の形態を図１乃至図３を用いて説明する。

図１は本発明の除染装置の一実施の形態を示す構成図で、図１において、除染すべき対象は、原子炉の圧力容器２０である。この圧力容器２０内の除染作業に際して、除染前に圧力容器２０の上鏡を開放し、シュラウド，蒸気乾燥器，セパレータ及び燃料集合体等の圧力容器内の様々な機器を系外に予め取り出しておき、その後、圧力容器２０に除染液減容用の構造物６０を設置する。この除染液減容用の構造物６０の詳細について、図１および図２を用いて説明する。

図２は、本発明の除染装置を構成する除染液減容用の構造物６０の縦断面図を示すもので、図２において、除染液減容用の構造物６０は、圧力容器２０内の除染液の減容機能をさらに高めるためのもので、有底円筒状の金属（例えばＳＵＳ）製の本体６０ａと、この本体６０ａの上部に設けられ、圧力容器２０のフランジ２０ａ上に当接するフランジ６０ｂを備えている。フランジ６０ｂには、後述する圧力容器２０側の本設ボルト６３が挿入されるボルト挿入孔６０ｃが設けられている。

また除染液減容用の構造物６０の本体６０ａは、その大きさが排除できる除染液量に比例するため、なるべく大きく、圧力容器２０よりやや小さいサイズであることが、除染液の使用量削減の観点から望ましい。しかし、あまりに大きいと原子炉建屋へ搬入する際の制約もあるため、いくつかに分割して搬入して建屋内で結合するために、上下方向に２分割している。

除染液減容用の構造物６０のフランジ６０ｂの下面側には、除染液噴射装置６１が設けられている。除染液噴射装置６１は、加圧された除染液を取り込む環状の管体６１ａと、管体６１ａの外周側で周方向に間隔を持ち、圧力容器２０の内面側に向かって設けた複数の散液ノズル６１ｂとからなっている。散液ノズル６１ｂを備えた管体６１ａは、Ｕ字ボルト６０ｄとナット６０ｅとによってフランジ６０ｂの下面側に位置するように固定されている。

さらに、除染液減容用の構造物６０の本体６０ａ内には、投げ込み式の電気ヒーター６２が設けられている。ここで、投げ込み式電気ヒーターとは、例えば、ビーカー・バケツ・タンク・浴槽・ドラム缶などに入った水・水溶液を簡単に直接加熱できる熱効率の良いヒーターのことであり、開口部から水溶液中に投げ入れるだけですむので、試験・試作・実験にも便利である。
これにより、圧力容器２０内の除染液・純水を直接加熱することが可能となり、熱効率に非常に優れ、省エネであるとともに、除染液・純水の温度管理も非常に容易である。更に、シェル型の電気ヒーターのようにボイラー関係法令を遵守した取扱いや点検、手入れを行う必要がなくなり、安価で扱いが非常に容易であるとの利点を有する。

また、除染液減容用の構造物６０の本体６０ａの内面には、放射線線量測定機器６４が設けられている。これにより、圧力容器２０内部の放射線量を直接測定することが可能となり、化学除染作業の進捗をリアルタイムで詳細に把握することが可能となる。
この放射線線量測定機器６４としては、電離箱、比例計数管、ＧＭ計数管、シンチレーション検出器、或いは半導体検出器など、一般的な放射線線量測定機器を採用することができる。例えばシンチレーション放射線検出器としては、ＮａＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｃｅ）、ＬａＣｌ_３（Ｃｅ）、ＬａＢｒ_３（Ｃｅ）、ＢＧＯ、ＧＳＯ（Ｃｅ）、及びＬｕＡＧ（Ｐｒ）等があり、半導体放射線検出器としては、Ｓｉ、Ｇｅ、ＣｄＴｅ及びＣＺＴ等がある。

次に、図１に戻り説明すると、除染作業にあたって、まず前述した除染液減容用の構造物６０は、架設機械によって圧力容器２０の上部から吊降ろされて、除染液減容用の構造物６０におけるフランジ６０ｂのボルト挿入孔６０ｃを本設ボルト６３に挿入してナット６３ａ等により圧力容器２０に固定される。

除染液減容用の構造物の管体６１ａには、配管３０が連結されている。圧力容器２０の底下部には、圧力容器底部ドレン配管（金属管またはホース）２１が連結されている。このドレン配管２１と配管３０との間には、圧力容器２０に除染液を供給するＡ循環ポンプ（第１循環ポンプ）４、圧力容器２０から除染液を戻すＢ循環ポンプ５（第２循環ポンプ）、溶解した酸化物を除去するカチオン樹脂塔８、除染液を浄化する混床樹脂塔７、還元除染液を分解する除染剤分解装置９、除染液を冷却する冷却器６、除染剤を投入し、酸化または還元除染液を作製する薬品注入タンク１等からなる除染処理手段１００が配設されている。

配管２１には、上流側より、弁Ｖ５、Ｂ循環ポンプ５、弁Ｖ７、弁Ｖ１０、弁Ｖ１３、弁Ｖ１６、Ａ循環ポンプ４、および弁Ｖ１、弁Ｖ３が取り付けられている。
また、薬品注入タンク１の上方には除染剤を投入する薬品投入口３が設けられている。

更に、弁Ｖ４を備えた配管（金属管またはホース）３１が、圧力容器２０をバイパスするように配管３０に接続される。
冷却器６は、弁Ｖ８と弁Ｖ９との間で配管３４に設置され、弁Ｖ８、弁Ｖ９を備えた配管（金属管またはホース）３４が、弁Ｖ７をバイパスするように配管３０に接続される。
混床樹脂塔７は、弁Ｖ１１と弁Ｖ１２との間で配管３５に設置され、弁Ｖ１１、弁Ｖ１２を備えた配管（金属管またはホース）３５が、弁Ｖ１０をバイパスするように配管３０に接続される。
カチオン樹脂塔８は、弁Ｖ１４と弁Ｖ１５との間で配管３６に設置され、弁Ｖ１４、弁Ｖ１５を備えた配管（金属管またはホース）３６が、弁Ｖ１３をバイパスするように配管３０に接続される。
除染剤分解装置９は、弁Ｖ１７と弁Ｖ１８との間で配管３３に設置され、弁Ｖ１７、弁Ｖ１８を備えた配管（金属管またはホース）３３が、弁Ｖ１６をバイパスするように配管３０に接続される。

除染液減容用の構造物６０は、前述のように、Ａ循環ポンプ４の吐出側に、配管３０、弁Ｖ１、弁Ｖ３を介して接続された環状の管体６１ａ及び散液ノズル６１ｂを備え、かつドレン配管２１、弁Ｖ５を通じてＢ循環ポンプ５の吸込み側に接続されている。そして圧力容器２０の内側で散液ノズル６１ｂにより除染液を散液し、この散液ノズル６１ｂから散液された除染液は配管２１から弁Ｖ５を経由して配管３０へ戻る。

Ａ循環ポンプ４およびＢ循環ポンプ５を駆動することによって、圧力容器２０内の液体が、取合弁Ｖ５、Ｂ循環ポンプ５、薬品注入タンク１、Ａ循環ポンプ４および除染液減容用の構造物６０の環状の管体６１ａ，散液ノズル６１ｂを経て圧力容器２０に戻される。

次に、上述のような除染液減容用の構造物６０を備えた除染装置を用いた除染方法について、原子炉圧力容器の除染方法を例にとって図３を用いて以下説明する。
図３は、本発明の除染方法における処理ステップを示すフローチャート図である。

まず、ＳＴＥＰ１として、圧力容器２０に、除染液減容用の構造物６０を設置する。
このとき、配管３０を除染液減容用の構造物６０の環状の管体６１ａの接続部に接続する。また、除染液減容用の構造物６０のボルト挿入孔６０ｃを、圧力容器２０の上部に設けられている本設ボルト６３に挿入させ、この本設ボルト６３を用いて除染液減容用の構造物６０を圧力容器２０に固定する。

次に、ＳＴＥＰ２として、除染ライン系統を構成するために、弁Ｖ１、弁Ｖ４、弁Ｖ６、弁Ｖ７、弁Ｖ１０、弁Ｖ１３、弁Ｖ１６を「開」とし、その他の弁を「閉」とする。

その後、ＳＴＥＰ３として、Ａ循環ポンプ４およびＢ循環ポンプ５を駆動することにより、薬品注入タンク内の純水を、配管３０および圧力容器２０のバイパス配管３１で形成される循環路に循環させ、運転を開始する。その後、弁Ｖ３、弁Ｖ５を「開」、弁Ｖ４を「閉」として、薬品注入タンク１内の純水をＡ循環ポンプ４によって、除染液減容用の構造物６０のフランジ６０ａに設けられた除染液噴射装置６１の散液ノズル６１ｂを介して圧力容器２０に供給し、圧力容器２０内の純水をＢ循環ポンプ５によって薬品注入タンク１に戻す循環運転を行う。
除染液噴射装置６１がフランジ６０ａに設けられていることによって、散液ノズル６１ｂが圧力容器２０の上部に位置することになり、散液ノズル６１ｂから噴出した除染液が圧力容器２０の底部にあるドレン配管２１に向けて流れ、圧力容器２０の内面全面に除染液を行き渡らせることができ、除染ムラが生じることなく、圧力容器内面の効率的な除染が可能となる。

そして、ＳＴＥＰ４として圧力容器２０内に純水を充満させる。この際に、除染液減容用の構造物６０は本設ボルト６３によって圧力容器２０に固定されているため、除染液減容用の構造物６０がその容積によって排除して受ける浮力が作用しても、除染液減容用の構造物６０は安定して固定することができ、除染を安全かつ効率的に行うことができる。

その後、ＳＴＥＰ５として、除染液減容用の構造物６０に設定されている電気ヒーター６２の電源をＯＮにして、所定の温度（例えば、〜９０℃）まで純水を昇温する。

純水が所定の温度に達したら、ＳＴＥＰ６として、薬品投入口３から薬品注入タンク１内に酸化剤を投入し、配管３０および圧力容器２０の強制循環および自然対流によって均一な酸化除染液を作製する。この状態を数時間保持することによって圧力容器２０内のクロム酸化物の溶解を行う。

酸化除染（クロム酸化物の溶解）が終了したら、ＳＴＥＰ７として、薬品投入口３から還元剤を投入し、酸化除染液を分解する。

その後、ＳＴＥＰ８として、弁Ｖ１４、弁Ｖ１５を「開」、弁Ｖ１３を「閉」にし、配管３６によりカチオン樹脂塔８に通水し、鉄イオン等をカチオン樹脂塔８内のカチオン樹脂に吸着させる準備をする。また、薬品投入口３から還元剤を配管３２内に追加投入し、配管３０および圧力容器２０内の強制循環および自然対流によって均一な還元除染液を作る。この状態を保持することによって、圧力容器２０内の鉄酸化物を溶解させ、クロム酸化物の溶解によって発生した金属イオンや還元除染液で溶解させた鉄イオンをカチオン樹脂塔８内のカチオン樹脂に吸着させて除去する。

次に、ＳＴＥＰ９では、弁Ｖ１７、弁Ｖ１８を「開」、弁Ｖ１６を「閉」とし、配管３０内の還元除染液を除染剤分解装置９に供給して、還元除染液を除染剤分解装置９で分解する。

還元除染液の分解が終了したら、ＳＴＥＰ１０として、弁Ｖ１３を「開」、弁Ｖ１４、弁Ｖ１５を「閉」としてカチオン樹脂塔８をバイパスし、弁Ｖ８、弁Ｖ９、弁Ｖ１１、弁Ｖ１２を「開」、弁Ｖ７、弁Ｖ１０を「閉」として冷却器６および混床樹脂塔７に除染液を通水して浄化し、還元除染剤を除去する。

前記のような除染運転を１サイクルとして、圧力容器２０の汚染度合いに応じて２〜数サイクル程度ＳＴＥＰ６〜１０を繰り返し、圧力容器２０内の線量レベルが十分に低下し、シュラウド交換や廃炉作業に支障がない水準になったら化学除染を終了する。

このとき、構造物６０に設けた放射線線量測定機器６４で線量を測定し、その結果を基に除染の進行状況を確認し、繰り返すサイクル数を決定してもよい。これにより、状況に応じた適切な対応が可能となり、工期の短縮や不測の事態に対して柔軟に対応することが可能となる。

本発明の除染装置および除染方法では、化学除染時に、圧力容器２０内に、圧力容器２０内部の水（除染液、純水）を減容する金属製の除染液減容用の構造物６０を設置する。
これにより、圧力容器２０内部の除染液の容量を減少させて、除染液減容用の構造物６０の容積分だけ除染液を減容することで、使用する除染液の量を削減することができる。よって、比較的少ない除染液量で圧力容器２０を除染することができ、準備する薬品の量を減らし、除染液の化学分解時間の短縮を図ることができる。そのうえ、金属製の構造物６０に、種々の目的をもった機器、例えば圧力容器２０の内壁に除染液を直接吹き付けるための除染液噴射装置６１や、取扱いや点検、手入れの容易な電気ヒーター６２、圧力容器２０内部の放射線量を直接測定できる機器６４を設置することが可能となり、除染効率向上、取扱い性の向上、除染状態をリアルタイムで把握する等の効果が得られる。
また、除染液噴射装置６１を介して除染液を圧力容器２０内壁へ吹き付けることにより、除染剤の使用量を減らしつつも、洗浄ムラが生じることがなく、高効率で圧力容器内面や諸炉内構造物の除染を行うことができる。

（その他）
なお、上述した実施の形態においては、除染液減容用の構造物６０は、有底円筒状である必要は必ずしもないが、取扱い上、中空の有底円筒状のほうが良い。
また、除染液噴射装置６１は、管体６１ａと散液ノズル６１ｂからなる構成に限定されず、除染液噴射装置６１の取り付け位置も除染液減容用の構造物６０のフランジ６０ａに限定されず、例えば、除染液減容用の構造物６０の本体６０ａに固定してもよい。また、除染液噴射装置６１の取り付け方法も、Ｕ字ボルト６０ｄに限定されず、例えば溶接等によってもよい。また、除染液噴射装置６１を構成する散液ノズル６１ｂはこの例では平面視、管体６１ａの外周面に放射状に配置したが、管体６１ａの外周面のその接線方向に設けてもよい。この例によれば圧力容器２０の内面に対する除染液の噴射面積が拡大し、その効率を高めることができる。
また化学除染では除染液を加熱する必要があるため、除染装置には加熱器は実質上必須であり、加熱器は、電気ヒーター６２に限られず、例えばシェルヒーター等の加熱器を配管３０の途中に設けてもよい。ここでシェル型ヒーターとは、シェルに大型の板フランジヒーターを差し込んだ液体加熱用のヒーターのことであり、直接加熱なので熱効率が良く、出口温度は、設計通りの温度を出すことができる、広範囲の用途をもつヒーターのことである。
更に、圧力容器２０のバイパス配管３１の通水後に圧力容器２０に通水してバイパス配管３１への通水を停止するとしているが、バイパス配管３１に通水せずに、Ａ循環ポンプ４およびＢ循環ポンプ５の運転開始から、圧力容器２０に通水しても良い。

本発明は沸騰水型原子炉にも加圧水型原子炉にも適用可能である。

１…薬品注入タンク、
３…薬品投入口、
４…Ａ循環ポンプ、
５…Ｂ循環ポンプ、
６…冷却器、
７…混床樹脂塔、
８…カチオン樹脂塔、
９…除染剤分解装置、
２０…圧力容器、
２１…圧力容器底部ドレン配管、
３０〜３６…除染装置系統配管、
６０…除染液減容用の構造物、
６０ａ…本体、
６０ｂ…フランジ、
６０ｃ…ボルト挿入孔、
６０ｄ…Ｕ字ボルト、
６０ｅ…ナット、
６１…除染液噴射装置、
６１ａ…環状の管体、
６１ｂ…散液ノズル、
６２…電気ヒーター、
６３…本設ボルト、
６３ａ…ナット、
６４…放射線線量測定機器、
１００…除染処理手段。

Claims (6)

1. 原子炉内の圧力容器の内面に除染液を噴出して除染する除染装置であって、
   前記圧力容器内における除染時の前記除染液の収容容積を減少させるように、前記圧力容器内に設けた除染液減容用の構造物と、
   前記除染液を前記圧力容器の内面に向けて噴出するように前記除染液減容用の構造物に設けた除染液噴射装置と、
   加圧された除染液を前記洗浄液噴射装置に供給する配管と、
   除染後の除染液を排出するように前記圧力容器の底部に設けたドレン配管と、
   前記配管と前記ドレン配管との間に配設された除染処理手段とを備え、
   前記除染液減容用の構造物は、前記除染液を直接加熱する電気ヒーターが設けられたことを特徴とする除染装置。
2. 請求項１に記載の除染装置において、
   前記除染液噴射装置は、
   前記除染液減容用の構造物に設けられ、加圧された前記除染液を取り込む環状の管体と、
   前記管体に周方向に間隔を持って設けた散液ノズルとを備えたことを特徴とする除染装置。
3. 請求項２に記載の除染装置において、
   前記散液ノズルを備えた管体は、前記除染液減容用の構造物のフランジ部に取り付けたことを特徴とする除染装置。
4. 請求項３に記載の除染装置において、
   前記除染液減容用の構造物におけるフランジ部は、前記原子炉圧力容器の上鏡を固定する本設ボルトが挿入されるボルト挿入孔を設けたことを特徴とする除染装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の除染装置において、
   前記除染液減容用の構造物は、更に、放射線線量測定機器が設けられることを特徴とする除染装置。
6. 原子炉内の圧力容器の内面を除染する除染方法であって、
   前記圧力容器内に、請求項１ないし５のいずれか１項記載の除染装置を設置し、
   加熱された除染液を前記除染液噴射装置に供給し、前記除染液噴射装置から前記圧力容器内面に噴射させ、前記圧力容器内の除染後の除染液を前記ドレン配管を介して前記圧力容器から排出・回収し、回収後の除染液を調整し、調整後の除染液を前記除染液噴射装置に再度供給することを特徴とする除染方法。

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