JP5787171B2

JP5787171B2 - 遮蔽壁貫通配管の閉塞方法

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Publication number: JP5787171B2
Application number: JP2012031598A
Authority: JP
Inventors: 松尾　浄; 浄松尾; 和敬鳥居; 木村　博; 博木村; 小田　和也; 和也小田
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2032-02-16
Also published as: JP2013167563A

Description

本発明は、放射能レベルの高い原子炉本体等を遮蔽する放射線遮蔽壁を貫通するように設置された配管を閉塞するための遮蔽壁貫通配管の閉塞方法に関する。

原子力発電所では、圧力容器や格納容器からなる原子炉本体が設置されたエリア等、放射能レベルの高いエリアを外部から遮蔽するため、このエリアを放射線遮蔽壁で仕切った構成が採用されている。そのため、該エリアの内外空間に設置された機器同士を連通するガスダクト等の配管は、遮蔽壁を貫通して設けられている（例えば、特許文献１参照）。

このような原子力発電所を廃炉にする場合や定期検査を行う場合には、気密性を確保して放射能漏れを防止するため、上記のような配管を所望の位置で気密に閉塞する必要があり、一般的には、配管各部にある既設バルブを閉止すれば配管内の閉塞が可能な仕組みが設けられている。

特開２００５−２４１５２７号公報

ところが、現状では、古い原子力発電所の場合や、既設バルブで対応できない予期せぬ箇所で配管内の気密確保が要求された場合の対応方法は提供されていない。配管内からアクセスして直接的に配管内を閉塞する方法も考えられるが、作業者の受ける被曝量の問題がある。また、遠隔解体装置を用いて配管の閉塞作業を行うことも考えられるが、現段階ではこのような機能を有した最適な装置が開発されていない。

本発明は、上記従来技術の課題を考慮してなされたものであり、放射線遮蔽壁を貫通する配管を所望の位置で容易に閉塞することができる遮蔽壁貫通配管の閉塞方法を提供することを目的とする。

本発明に係る遮蔽壁貫通配管の閉塞方法は、放射線遮蔽壁を貫通する配管を閉塞するための遮蔽壁貫通配管の閉塞方法であって、前記配管の一部に開口部を形成し、収縮させた状態の袋体を前記開口部から配管内へと挿入する工程と、前記配管内に挿入した袋体内に流体を注入して膨張させることで、前記袋体を配管内面に密着させて該配管内を閉塞する工程とを有することを特徴とする。

このような方法によれば、放射線遮蔽壁を貫通する配管の閉塞したい部位の近傍に開口部を形成し、そこから袋体を挿入して膨張させるだけで該配管内を閉塞し気密することができるため、古い原子力発電所や既設バルブで対応できない予期せぬ箇所であっても、放射線遮蔽壁を貫通する配管を所望の箇所で容易に気密に閉塞することができ、例えば、原子炉設備を廃炉にする解体作業や定期検査等の別作業時に、配管から放射線漏れを生じることを防止して、作業を円滑に実施することができる。

前記袋体を膨張させる流体として、前記袋体内への注入後に固型化する材料を用いると、液体をそのまま袋体内に貯留しておく場合に比べて、配管内をより安定して閉塞することができ、仮に袋体が破損した場合であっても気密性に影響が出ることがなく、配管を長期に渡り安定して閉塞することができる。

前記袋体を膨張させる流体として、モルタル、重量モルタル及び水のいずれかを用いることが、取り扱い性やコスト面からも好ましい。

前記流体として前記水を用いる場合に、前記配管内を閉塞する工程の後、前記袋体内に注入した水を吸引除去してから前記袋体を前記配管内から撤去する工程を行い、その後、前記開口部を閉止する工程を行うようにしてもよい。そうすると、定期検査等の別作業が完了し、配管の閉止要求が解除された後は、袋体内の水を吸水除去するだけで該袋体を配管外へと容易に撤去することができるため、定期検査のように配管内を一時的に閉塞したい場合等に特に有効である。

前記流体として前記水を用いる場合に、前記配管内を閉塞する工程の後、前記袋体内に注入した水を氷結させる工程と、該氷結させた氷を溶解し、吸引除去してから前記袋体を前記配管内から撤去する工程とを行い、その後、前記開口部を閉止する工程を行うようにしてもよい。すなわち、水を袋体内で氷結させて固型化させることにより、水をそのまま袋体内に貯留させておく場合に比べて、一層安定した状態で配管を気密に閉塞することが可能となる。しかも、定期検査等の別作業が完了し、配管の閉止要求が解除された後は、袋体内の氷を融解させるだけで吸水除去して該袋体を容易に撤去することができるため、例えば、定期検査のように配管内を一時的に閉塞したい場合等に特に有効である。

本発明によれば、放射線遮蔽壁を貫通する配管の閉塞したい部位の近傍に開口部を形成し、そこから袋体を挿入して膨張させるだけで該配管内を閉塞し気密することができるため、古い原子力発電所や既設バルブで対応できない予期せぬ箇所であっても、放射線遮蔽壁を貫通する配管を所望の箇所で容易に気密に閉塞することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る遮蔽壁貫通配管の閉塞方法を適用する原子炉設備の構成例を示す説明図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る遮蔽壁貫通配管の閉塞方法の手順の一例を示すフローチャートである。図３は、配管の一部に作業設備を設置し、開口部を形成した状態を示す説明図である。図４は、図３に示す状態から、開口部を通して配管内へとバルーンを挿入した状態を示す説明図である。図５は、図４に示す状態から、下側のバルーンチューブに流体を流入させて膨張させた状態を示す説明図である。図６は、図５に示す状態から、上側のバルーンチューブに流体を流入させて膨張させた状態を示す説明図である。図７は、本発明の第２の実施形態に係る遮蔽壁貫通配管の閉塞方法の手順の一例を示すフローチャートである。図８は、本発明の第３の実施形態に係る遮蔽壁貫通配管の閉塞方法の手順の一例を示すフローチャートである。図９は、バルーン内の水を凍結する氷結設備を設置した状態を示す説明図である。

以下、本発明に係る遮蔽壁貫通配管の閉塞方法について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る遮蔽壁貫通配管の閉塞方法を適用する原子炉設備１０の構成例を示す説明図である。

図１に示すように、原子炉設備１０は、原子炉圧力容器１２と、原子炉圧力容器１２を囲繞する原子炉格納容器１４とを有する原子炉本体１６を備え、この原子炉本体１６をコンクリート製等で構成される原子炉建屋１８内に設けて構成されている。原子炉本体１６の周囲は、原子炉建屋１８の一部を構成する放射線遮蔽壁（遮蔽壁）２０によって覆われており、この放射線遮蔽壁２０により、その内側（原子炉本体１６側）で放射能レベルの高い放射能汚染領域と、その外側で放射能汚染のない又は少ないクリーン領域とが仕切られている。

放射線遮蔽壁２０には、複数（図１では４本）の配管２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが貫通している。各配管２２ａ〜２２ｄは、例えば、放射線汚染領域内にある原子炉本体１６と、クリーン領域にある機器２４、２６（例えば、熱交換器）とを連通するためのガスダクトである。

本実施形態に係る遮蔽壁貫通配管の閉塞方法は、例えば、このように放射線汚染領域をクリーン領域から隔離する放射線遮蔽壁２０を貫通している配管２２ａを、所望の位置で気密に閉塞するために有効に用いられる。以下では、配管２２ａを放射線遮蔽壁２０の壁面近辺（図１中で破線丸印で囲む部分）で閉塞する場合を例示して、第１〜第３の実施形態とその変形例について説明する。

先ず、第１の実施形態に係る遮蔽壁貫通配管の閉塞方法について、図２のフローチャートと図３〜図６の動作説明図とを用いて説明する。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る遮蔽壁貫通配管の閉塞方法の手順の一例を示すフローチャートである。また、図３〜図６は、第１の実施形態に係る遮蔽壁貫通配管の閉塞方法による配管２２ａの閉塞手順の一例を示す動作説明図である。

図２中のステップＳ１において、先ず、配管２２ａの一部、ここでは放射線遮蔽壁２０の外側（原子炉本体１６側とは反対側）の壁面付近に開口部２８を貫通形成する（図３参照）。例えば、配管２２ａが板厚２２ｍｍで直径１８００ｍｍの炭素鋼の場合に、開口部２８は一辺が５００ｍｍ程度の正方形として配管２２ａの一面を切断するとよい。

このような開口部２８の形成に先立ち、開口部２８を形成する部位周辺の作業エリアとなる場所に作業設備、例えば、作業床３０、遮蔽板３２、バリア３４及び換気設備３６を設置しておく。作業床３０は配管２２ａの上面上に敷設され、遮蔽板３２は放射線遮蔽壁２０の外側面に密着するように設けられる。バリア３４は、配管２２ａ内のガスが開口部２８から外部に漏れ出すことを防止するために、開口部２８外側の空間を囲む遮蔽部材であり、その内部のガスが換気設備３６によって換気される。

続いて、図４に示すように、収縮させて丸めた（又は折り畳んだ）状態のバルーン（袋体、閉止バルーン）４０を開口部２８から配管２２ａ内へと挿入した後（ステップＳ２）、図示しないコンプレッサ等を用いてバルーン４０内に空気を圧送し、バルーン４０をある程度膨らませて所望の閉塞位置に設置する（ステップＳ３）。

バルーン４０は、完全に膨らんだ状態で配管２２ａの内部空間形状に合致する形状（例えば、円柱形状）に製作された柔軟な袋状部材である（図６参照）。バルーン４０は、内部に膨張（拡張）用の流体（本実施形態では、モルタル）を注入していない状態では、収縮させてコンパクトに丸めた状態とすることができる。従って、上記ステップＳ２では、丸めた状態のバルーン４０を小さな開口部２８から配管２２ａ内へと容易に挿入することができる。なお、上記ステップＳ３は、コンパクトに畳まれた状態のバルーン４０内に、流体注入用の注入ホース４２ａ、４２ｂを用いて空気を圧送することにより、バルーン４０を配管２２ａ内である程度広げて所定位置に設置し、次工程の流体（モルタル）注入を円滑に実施することができる状態とするための工程である。換言すれば、バルーン４０が幾重にも折り畳まれた状態等で膨張用の流体を注入しても、バルーン４０を円滑に膨張させることが難しいことがあり、このため、本実施形態ではバルーン４０内に空気を送り込むことにより、バルーン４０が丸まった状態を解消して平坦に延びた状態とし、次の流体流入に備えている。

バルーン４０の材質は、特に限定されないが、ウレタン、例えば、分子内にウレタン結合（−ＮＨＣＯＯ−）を持つ高分子化合物である熱可塑性ポリウレタン（ポリエーテル系。例えば、軟化温度１５０℃、引火点２４０℃、比重約１．１）を用いるとよく、その組成は、例えば、（−Ｏ−Ｒ’−ＯＣＯ−ＮＨ−Ｒ−ＮＨＣＯ−）ｎ、となる。ここで、Ｒ’は、ポリエーテル（エーテル結合−Ｏ−）である。

バルーン４０の形状は、閉塞する配管２２ａの内部空間形状に合わせて適宜設計すればよいが、本実施形態では、完全に膨らんだ状態で円柱形状となるものであり、さらに、断面半円形の２本のチューブ状の袋体であるバルーンチューブ４０ａ、４０ｂを上下に貼り合わせ又は一体的に成形した構造としている（図４〜図６参照）。すなわち、一方の注入ホース４２ａが一方のバルーンチューブ４０ａに連通され、他方の注入ホース４２ｂが他方のバルーンチューブ４０ｂに連通されている。勿論、バルーン４０は、１本のバルーンチューブのみで構成されたものであってもよく、さらには、球形状のもの等であってもよく、要は、収縮して開口部２８から配管２２ａ内へと容易に挿入でき、しかも配管２２ａ内で確実に膨張して該配管２２ａの内面に密着し、該配管２２ａ内でのガスの流通を遮断し得るように気密に閉塞できる形状であればよい。

図２に戻り、ステップＳ４では、配管２２ａ内の所定位置に配置されたバルーン４０内へと、図示しないモルタルポンプと注入ホース４２ａ、４２ｂを用いて、膨張用の流体であるモルタルを注入する（図５及び図６参照）。これにより、バルーン４０が完全に膨張し、配管２２ａの内面全周に密着することで該配管２２ａ内が気密な状態で閉塞される（図６参照）。

本実施形態では、上記のように、２本のバルーンチューブ４０ａ、４０ｂを用いた上下２段構造のバルーン４０を用いているため、先ず、一方の注入用ホース４２ａを用いて下側のバルーンチューブ４０ａ内にモルタルを注入し（図５参照）、続いて、他方の注入用ホース４２ｂを用いて上側のバルーンチューブ４０ｂ内にモルタルを注入する（図６参照）。このようにバルーン４０を上下２段に構成し、下側のバルーンチューブ４０ａから順にモルタルを注入すると、注入時の重力の影響によってバルーン４０が歪んだ状態で膨張し、配管２２ａ内を完全に閉塞することができなくなるような不具合の発生を可及的に抑制することができ、また経年的な自重による潰れも少ない。

バルーン４０内に注入されたモルタルが凝結することで配管２２ａ内が内部が固型状となったバルーン４０によって完全に閉塞されるため、続くステップＳ５では、注入ホース４２ａ、４２ｂを撤去し、開口部２８を完全閉止する。開口部２８の閉止は、配管２２ａと同質材料の板材等を溶接等によって接合すればよい。これにより、配管２２ａ内には、内部でモルタルが凝結して固型状となったバルーン４０が配管通路を気密に閉塞した状態で設置される。

そこで、ステップＳ６では、バルーン４０の挿入・膨張のために用いた作業設備、例えば、作業床３０、遮蔽板３２、バリア３４及び換気設備３６等を撤去し、その後、ステップＳ７では、原子炉本体１６側から配管２２ａを介して放射能漏れが生じることを阻止した状態で、原子炉設備１０を廃炉にする作業や所定機器の定期検査等の別作業を実施することができる。

以上のように、第１の実施形態に係る遮蔽壁貫通配管の閉塞方法によれば、放射線遮蔽壁２０を貫通する配管２２ａ（２２ｂ〜２２ｄ）の一部に開口部２８を形成し、収縮させた状態のバルーン４０を開口部２８から配管２２ａ内へと挿入する工程（ステップＳ１、Ｓ２）と、配管２２ａ内に挿入したバルーン４０内に流体であるモルタルを注入して膨張させることで、バルーン４０により配管２２ａ内を閉塞する工程（ステップＳ４）とを有する。

すなわち、配管２２ａの閉塞したい部位の近傍に開口部２８を形成し、そこからバルーン４０を挿入して膨張させるだけで配管２２ａ内を閉塞し気密することができるため、古い原子力発電所や既設バルブで対応できない予期せぬ箇所であっても、放射線遮蔽壁２０を貫通する配管２２ａを所望の箇所で容易に閉塞することができ、例えば、原子炉設備１０を廃炉にする解体作業や定期検査等の別作業時に、配管２２ａから放射線漏れを生じることを防止して、作業を円滑に実施することができる。

この際、バルーン４０の膨張用の流体としてモルタルを用いることにより、モルタルは水より密度が大きいため、配管２２ａ内で高い放射線遮蔽効果を得ることができ、作業従事者の被曝量も低減することができる。しかも、注入後にモルタルが凝結し固型化するため、配管２２ａ内を安定して閉塞することができ、その後バルーン４０が破損しても気密性に影響が出ることがなく、配管２２ａを長期に渡り安定して閉塞することができる。

なお、バルーン４０の膨張用の流体としては、通常のモルタルに代えて、重量モルタルを用いることも有効である。モルタルよりも密度の大きい重量モルタルを用いることにより、配管２２ａ内での放射線遮蔽効果を一層向上させることができる。

次に、第２の実施形態に係る遮蔽壁貫通配管の閉塞方法について、図７のフローチャートを用いて説明する。

図７は、本発明の第２の実施形態に係る遮蔽壁貫通配管の閉塞方法の手順の一例を示すフローチャートである。なお、図７中のステップＳ１１〜Ｓ１３は、上記第１の実施形態での図２中のステップＳ１〜Ｓ３と同様な工程であるため、詳細な説明は省略する。

図７中のステップＳ１４では、配管２２ａ内の所定位置に配置されたバルーン４０内へと、注入ホース４２ａ、４２ｂを用いて膨張用の流体である水を注入する。これにより、バルーン４０が完全に膨張し、配管２２ａの内面全周に密着することで該配管２２ａ内が気密な状態で閉塞される（図５及び図６参照）。

バルーン４０内に水が注入されることで配管２２ａ内がバルーン４０によって完全に閉塞されるため、続くステップＳ１５では、作業床３０、遮蔽板３２、バリア３４及び換気設備３６等の作業設備を撤去し、ステップＳ１６において、開口部２８を一次閉止する。すなわち、例えば、注入ホース４２ａ、４２ｂ等を開口部２８に挿通させた状態のまま、開口部２８を仮閉止しておく。

ステップＳ１７では、開口部２８の一次閉止に用いた溶接設備等の作業設備を撤去し、その後、ステップＳ１８において、配管２２ａがバルーン４０によって閉塞され、放射能漏れが防止されたた状態で、当該原子炉設備１０の所定機器の定期検査等の別作業を実施する。

ステップＳ１８での定期検査等の別作業が完了し、配管２２ａの閉止（閉塞）要求が解除されると、次に、ステップＳ１９を実行し、注入時と反対の手順によってバルーン４０内の水を注入ホース４２ａ、４２ｂ等を用いてポンプアップ（吸水）し、バルーン４０内を空にする。

そして、ステップＳ２０では、水が抜かれて収縮したバルーン４０を開口部２８から撤去し、さらにステップＳ２１では、注入ホース４２ａ、４２ｂを撤去した後、開口部２８を完全閉止する。

以上のように、第２の実施形態に係る遮蔽壁貫通配管の閉塞方法によれば、バルーン４０の膨張用の流体として水を用いることにより、モルタルに比べてその取り扱いが容易であると共に、コストも低減することができつつ、配管２２ａ内で十分な放射線遮蔽効果を得ることができる。また、水を用いることにより、ステップＳ１８での別作業が完了し、配管２２ａの閉止要求が解除された後は、バルーン４０内の水を吸水除去してバルーン４０を容易に撤去することができるため、例えば、定期検査のように配管２２ａ内を一時的に閉塞したい場合等に特に有効である。

次に、第３の実施形態に係る遮蔽壁貫通配管の閉塞方法について、図８のフローチャートを用いて説明する。

図８は、本発明の第３の実施形態に係る遮蔽壁貫通配管の閉塞方法の手順の一例を示すフローチャートである。なお、図８中のステップＳ３１〜Ｓ３４は、上記第２の実施形態での図７中のステップＳ１１〜Ｓ１４と同様な工程であるため、詳細な説明は省略する。

この場合には、図８中のステップＳ３５において、ステップＳ３４でバルーン４０内に注入された水を氷結するための氷結設備５０（図９参照）を設置し、ステップＳ３６において、バルーン４０内の水を氷結させる。これにより、バルーン４０が完全に膨張した状態で内部には固型化した氷が生成され、配管２２ａ内を完全に閉塞することができる。

氷結設備５０は、バルーン４０内に注入した水を氷結できる装置であればよく、例えば、図９に示すように、バルーン４０内に設置される凍結管５２ａ、５２ｂと、配管２２ａ外に設置される冷凍機５４と、これら凍結管５２ａ、５２ｂと冷凍機５４との間を接続し、氷結用の媒体（ブライン）を流通させるホース５６とから構成される。このような氷結設備５０による水の氷結方法としては、例えば、先ず、バルーン４０への注入前の水を図示しない冷却装置等により５℃程度まで冷却しておく。次いで、バルーン４０、つまりバルーンチューブ４０ａ、４０ｂ内にそれぞれ凍結管５２ａ、５２ｂをセットした状態で、バルーン４０を開口部２８から配管２２ａ内へと挿入する。この際、凍結管５２ａ、５２ｂは、配管２２ａ外に設置された冷凍機５４とホース５６によって接続しておく。次に、バルーン４０内に水を注入した後、冷凍機５４により凍結管５２ａ、５２ｂを介してバルーン４０内の水の冷却を開始する。水が凍結した状態で、凍結管５２ａ、５２ｂはバルーン４０内に残置すればよい。

バルーン４０内に氷が生成されることで配管２２ａ内がバルーン４０によって気密に閉塞されるため、続くステップＳ３７では、作業床３０、遮蔽板３２、バリア３４及び換気設備３６等の作業設備を撤去し、ステップＳ３８において、開口部２８を一次閉止する。すなわち、例えば、注入ホース４２ａ、４２ｂ等を開口部２８に挿通させた状態のまま、開口部２８を仮閉止しておく。

ステップＳ３９では、開口部２８の一次閉止に用いた溶接設備等の作業設備を撤去し、その後、ステップＳ４０において、配管２２ａがバルーン４０によって閉塞され、放射能漏れが防止された状態で、当該原子炉設備１０の所定機器の定期検査等の別作業を実施する。

ステップＳ４０での定期検査等の別作業が完了し、配管２２ａの閉止要求が解除されると、次に、ステップＳ４１を実行してバルーン４０内の氷を融解し、続いて、ステップＳ４２において、注入時と反対の手順によってバルーン４０内の水を注入ホース４２ａ、４２ｂ等を用いてポンプアップ（吸水）し、バルーン４０内を空にする。

そこで、ステップＳ４３では、水が抜かれて収縮したバルーン４０を開口部２８から撤去し、さらにステップＳ４４では、注入ホース４２ａ、４２ｂを撤去し、開口部２８を完全閉止する。

以上のように、第３の実施形態に係る遮蔽壁貫通配管の閉塞方法によれば、バルーン４０の膨張用の流体として水を用い、この水をバルーン４０内で氷結させることにより、バルーン４０内を固型化させることができるため、水をそのままバルーン４０内に貯留させておく場合に比べて、取り扱い容易性とコスト低減効果は維持しつつ、一層安定した状態で配管２２ａを気密に閉塞することが可能となる。また、ステップＳ４０での別作業が完了し、配管２２ａの閉止要求が解除された後は、バルーン４０内の氷を融解させるだけで吸水除去し、バルーン４０を容易に撤去することができるため、例えば、定期検査のように配管２２ａ内を一時的に閉塞したい場合等に特に有効である。

なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

例えば、バルーン４０を膨張するための流体としては、上記のモルタル、重量モルタル、水以外のものを用いてもよいが、ある程度の放射線遮蔽性能を持つ材料を用いることが好ましく、さらに注入時に液体状であり注入後に固型化し得る材料を用いることが一層好ましい。

１０原子炉設備
１６原子炉本体
２０放射線遮蔽壁
２２ａ〜２２ｄ配管
２８開口部
４０バルーン
４０ａ、４０ｂバルーンチューブ
４２ａ、４２ｂ注入ホース

Claims

放射線遮蔽壁を貫通する配管を閉塞するための遮蔽壁貫通配管の閉塞方法であって、
前記配管の一部に開口部を形成し、収縮させた状態の袋体を前記開口部から配管内へと挿入する工程と、
前記配管内に挿入した袋体内に水を注入して膨張させることで、前記袋体を配管内面に密着させて該配管内を閉塞する工程と、
を有し、
前記配管内を閉塞する工程の後、前記袋体内に注入した水を氷結させる工程と、該氷結させた氷を溶解し、吸引除去してから前記袋体を前記配管内から撤去する工程とを行い、その後、前記開口部を閉止する工程を行うことを特徴とする遮蔽壁貫通配管の閉塞方法。