JP6088987B2

JP6088987B2 - 薬液注入システム及び薬液注入方法

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Publication number: JP6088987B2
Application number: JP2014009033A
Authority: JP
Inventors: 雅人岡村; 大里　哲夫; 哲夫大里; 山本　誠二; 誠二山本; 新井　裕之; 裕之新井; 柴崎　理; 理柴崎; 孝次根岸; 大道古賀
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Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2014-01-21
Filing date: 2014-01-21
Publication date: 2017-03-01
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Description

本発明の実施形態は、薬液注入システム及び薬液注入方法に関する。

火力発電所や原子力発電所では冷却水が循環しており、発電所内で発生した熱を吸収し高温となる。高温水中で金属材料は腐食されやすいため、火力発電所や原子力発電所のように高温の冷却水が循環されるプラントにおいては、冷却水にさらされる金属材料の健全性確保が重要である。例えば、原子力発電所内では、冷却水にさらされる金属部位に応力腐食割れが生じることが知られている。応力腐食割れとは、応力が加わっている合金部材を高温水中のような腐食環境に置いたとき、合金部材にき裂が生じ、き裂が急速に進行する現象である。

高温の冷却水中での応力腐食割れによるき裂の進行は、冷却水にさらされる金属表面の腐食電位を低下させることで抑制することが可能である。冷却水にさらされる金属表面の腐食電位を低下させる手段の一つに、白金（Ｐｔ）等の貴金属や酸化チタン（ＴｉＯ_２）等の酸化物を金属表面に付着させる手段がある。これら、冷却水と接する部材に付着させる物質を付着材と呼称する。

プラント内で冷却水にさらされる金属表面に付着材を付着させる手段として、付着材を含有する薬液を冷却水に注入する手段がある。冷却水に注入された薬液の付着材成分は、プラント内を循環する過程で冷却水が接触する金属部位に付着する。

特開２０１１−１６３８２８号公報

プラント内の冷却水にさらされる金属表面に付着材による腐食抑制効果を与えるには、冷却水にさらされる金属表面に一定量以上の付着材を付着させる必要がある。冷却水にさらされる金属表面に一定量以上の付着材を付着させるには、冷却水に一定濃度以上の付着材が含有されている必要がる。

しかし、付着材を含有する薬液を注入する場合、通常、薬液は冷却水よりも温度が低く、冷却水と薬液には温度差がある。そのため、冷却水内に注入された薬液は急激に温度が上昇し、急激な温度上昇により付着材の付着が加速され、付着材が過剰に付着する部位が生じる可能性がある。すると、冷却水内の付着材濃度が過剰に低下し一定濃度以下となり、付着材が充分に付着しない部分が生じる可能性がある。

従って、本発明は、高温となる冷却水にさらされる金属表面に所定量以上の充分な付着材を付着させることが可能な薬液注入システム及び薬液注入方法を提供することを目的とする。

上記課題を達成するため、実施形態の薬液注入システムは、プラント内を循環する冷却水と接する部材に付着させる付着材を含有する薬液を収容する薬液収容部と、薬液収容部から供給された薬液が通る配管と、冷却水と配管を通る薬液との熱交換を行なう複数の熱交換器と、複数の熱交換器を直列に接続しプラント内から導かれた冷却水が内部を通る冷却水配管と、薬液を配管内で移動させるポンプと、を有し、薬液収容部内の薬液の温度は冷却水の温度よりも低く、複数の熱交換器は少なくとも第１の熱交換器と第２の熱交換器を有し、配管は薬液収容部、第１の熱交換器、第２の熱交換器及びラントを順に接続し、第２の熱交換器とプラントを接続する配管のプラント側の一端はプラント内の冷却水に合流し、プラント内から導かれた冷却水は第２の熱交換器を通過した後に第１の熱交換器を通過し、薬液は第１の熱交換器を通過した後に第２の熱交換器を通過することが可能であるように構成されるものとする。

また、上記課題を達成するため、実施形態の薬液注入方法は、プラント内を循環する冷却水と接する部材に付着させる付着材を含有する薬液をプラント内の冷却水中に注入する方法であって、薬液を所定濃度に調節する濃度調節ステップと、プラント内から導いてきた冷却水を第２の熱交換器と第１の熱交換器に順に通過させる冷却水導入ステップと、冷却水導入ステップの最中に薬液を第１の熱交換器と第２の熱交換器に順に通過させる薬液加熱ステップと、薬液加熱ステップの後に薬液をプラント内の冷却水内に注入する注入ステップと、を備えるものとする。

原子力プラント内での付着材の付着試験装置の模式図。付着材濃度１０ｐｐｍ、水温２００℃における付着材の付着量を示すグラフ。付着材濃度０．１ｐｐｍ、水温２８０℃における付着材の付着量を示すグラフ。第１の実施形態における薬液注入システムの模式図。第１の実施形態における薬液注入システムの変形例の模式図。

以下本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態について図１乃至図５を用いて説明する。図１は、原子力プラント内での付着材の付着試験装置の模式図である。図２は、付着材濃度１０ｐｐｍ、水温２００℃における付着材の付着量を示すグラフである。図３は、付着材濃度０．１ｐｐｍ、水温２８０℃における付着材の付着量を示すグラフである。図４は、第１の実施形態における薬液注入システムの模式図である。図５は、第１の実施形態における薬液注入システムの変形例の模式図である。

なお、本実施形態において冷却水は原子力発電所や火力発電所内を循環するものであり、所内で発生した熱を吸収し、１００度以上の高温であるものとする。また、プラント内を循環する冷却水に注入され、付着材を含有する液体を薬液と呼称する。また、本実施形態において付着材はＴｉＯ_２であるものとし、薬液はＴｉＯ_２のコロイド溶液であるものとする。

（原子力プラント内での付着材の付着量）
図１に原子力プラント内の冷却水の循環を模擬し付着材の付着量を測定する付着試験装置である模擬装置１０を示す。模擬装置１０は内部を水が通る主配管１１と、主配管１１に水を供給する給水系２と、主配管１１内に注入するための薬液を収容している薬液槽１３を有する。

主配管１１は内部で水が循環するようループ状であり、水温を運転中のプラント内の冷却水と同等の温度に近づけるためにヒータ１４が設けられている。ヒータ１４は主配管１１内を循環する水を加熱し、主配管１１内を循環する水を冷却水と同様の温度に保つ。また、主配管１１には主配管ポンプ１５が設けられ、主配管ポンプ１５は主配管１１内で水を循環させる。また、主配管ポンプ１５の上流側で主配管１１は分岐し、熱交換器１９に接続し、給水系２に合流する。

薬液槽１３と主配管１１は薬液供給配管２０で接続されており、薬液供給配管２０には薬液供給制御弁２１、薬液供給ポンプ２２が設けられている。薬液供給制御弁２１は薬液槽１３から主配管１１への薬液の供給量を制御する弁である。薬液供給ポンプ２２は薬液槽１３から主配管１１に薬液を送るためのポンプである。

給水系２は給水配管１６と水槽１２、熱交換器１９を有する。給水配管１６は水槽１２と熱交換器１９を接続する。また、給水配管１６は主配管１１の主配管ポンプ１５の下流と熱交換器１９を接続する。給水系２と主配管１１は熱交換器１９を介して接続されている。主配管ポンプ１５の上流で分岐した主配管１１から熱交換器１９に流入した水は、水槽１２に供給される。また、水槽１２から給水配管１６を通って熱交換器１９に流入した水は主配管ポンプ１５の下流で主配管１１に流入する。

熱交換器１９では、水槽１２から供給された水が主配管１１内から流入された高温の水から熱を吸収し、主配管１１内の水温に近づいてから主配管１１内に合流する。主配管１１から熱交換器１９に流入し、熱交換よって温度が低くなった水は、さらに冷却器３を通り室温程度にされ、水槽１２に供給される。冷却器３と水槽１２を繋ぐ給水配管１６には溶存水素計４ａと溶存酸素計５ａ、イオン交換器６ａが設けられており、水槽１２に供給される水の水質を管理している。

また、水槽１２と熱交換器１９を接続する給水配管１６の途中には高圧ポンプ１８が設けられ、高圧ポンプ１８は水槽１２から熱交換器１９を介して主配管１１内に水を送る。給水配管１６は高圧ポンプ１８の上流で分岐し、水槽１２に接続する。高圧ポンプ１８の上流で分岐し水槽１２に接続する給水配管１６には、ポンプ８、伝導率計７、溶存水素計４ｂと溶存酸素計５ｂ、イオン交換器６ｂが設けられており、水槽１２から主配管１１に供給される水の水質を監視する。ポンプ８は熱交換器１９に供給される水の一部を、分岐した給水配管１６に導くためのポンプである。また、水槽１２には窒素（Ｎ_２）等のガスが供給され、水槽１２内の水質は冷却水に近い水質に保たれている。

図１に示したＡ〜Ｃは、付着材の付着量を検出するモニター箇所である。モニター箇所には、例えば金属片が設置してあり、金属片に付着した付着材量が測定される。モニター箇所周辺の流速を原子力プラント内で循環する冷却水に近づけるため、主配管１１のうちモニター箇所の内径は狭くされ、局所的に流速が上げられている。主配管１１内の水は２００℃で一定であり、モニター箇所の流速は２ｍ／ｓである。また、薬液槽１３内の薬液の温度は２５℃で常温である。Ｏ地点は薬液が主配管１１に注入される地点である。Ａ地点は、Ｏ地点を通過した水が１秒後に通過する地点である。Ｂ地点は、Ｏ地点を通過した水が３０秒後に通過する地点である。Ｃ地点は、Ｏ地点を通過した水が２４０秒後に通過する地点である。

Ｏ地点及びＡ地点では薬液には急激な温度上昇が生じ、最大１７５℃／ｓの速さで温度変化が生じるものと推測される。一方、Ｂ地点やＣ地点は、Ｏ地点から比較的遠くにあり、薬液の温度は主配管１１を流れる水とほぼ同じ温度であり、温度変化は殆ど生じていないものと推測される。

Ｏ地点から一定量の薬液を注入し続け、薬液注入開始から２４時間後のＡ〜Ｃ各地点における付着材の付着程度を測定した結果を図２に示す。なお、主配管１１内を循環している水の付着材濃度は１０ｐｐｍに保たれているものとする。Ａ地点では９５μｇ／ｃｍ^２以上の付着材の付着が確認され、Ｂ地点及びＣ地点では約６０μｇ／ｃｍ^２の付着材の付着が確認された。

以上の結果から、薬液に急激な温度上昇が生じている部分では付着材の付着速度が加速されることが分かる。一方、温度変化が殆ど生じていないＢ地点及びＣ地点では付着速度が一定であり一定量の付着材が付着することが分かる。

次に、図３は冷却水中の付着材の濃度が低い場合の原子力プラント内での付着材の付着量を示している。図３は、図１に記載された模擬装置１０において、主配管１１内の水を２８０度に保ち、主配管１１内を循環している水の付着材濃度が０．１ｐｐｍとなるように、Ｏ地点から一定量の薬液を注入し続け、薬液注入開始から２４時間後のＡ〜Ｃ各地点における付着材の付着程度を測定した結果である。その他の条件は、図２における条件と同様である。

Ａ地点では５６μｇ／ｃｍ²の付着材の付着が確認され、Ｂ地点では４５μｇ／ｃｍ²の付着材の付着が確認され、Ｃ地点では３４μｇ／ｃｍ²の付着材の付着が確認された。

以上の結果から、付着材の濃度が低い場合も図２と同様に、薬液に急激な温度上昇が生じている部分では付着材の付着速度が加速されることが分かる。また、付着材の濃度が低い場合、Ｂ地点及びＣ地点においては温度変化が殆ど生じていないものの、Ｂ地点、Ｃ地点の順に付着量が低下していることがわかる。このことから推測されるのは以下の通りである。

付着材は主配管１１内面及び各モニター箇所に付着することで上流側から下流側にかけて付着材濃度が低くなる。図３の試験では、少なくともＢ地点及びＣ地点において付着材濃度が一定濃度以下となり、温度変化は殆ど無いものの付着材の濃度勾配の影響により、付着材の付着量に差が生じているものと推測される。

すなわち、予め薬液を加熱し冷却水との温度差を小さくし、薬液の急激な温度上昇を抑制することで、付着材の付着速度の急激な上昇を抑制することが可能である。そして、冷却水内の付着材濃度の急激な低下を抑制し、付着材濃度が一定濃度以下になることを抑制することが可能である。その結果、プラント内の冷却水にさらされる金属表面において付着材の付着量が不十分な部分を低減させることが可能である。

また、冷却水に薬液を注入する前に薬液を加熱する際、薬液の急激な温度上昇を抑制することで、付着材が加熱装置等に付着することを防ぎ、薬液内の付着材濃度の低下を抑制することが可能である。すると、より高い濃度の薬液を冷却水内に注入することができ、冷却水内の付着材濃度をより高くすることができる。その結果、付着材濃度が一定濃度以下になることを抑制することが可能であり、プラント内の冷却水にさらされる金属表面において付着材の付着量が不十分な部分を低減させることが可能である。

なお、プラント内の冷却水にさらされる金属表面に腐食抑制効果を与えるために充分な冷却水中の付着材の濃度は、付着材の材料やプラント内を流れる冷却水の条件によって適宜定められるものである。

（構成）
次に本実施形態の薬液注入システム３０の構成を説明する。薬液注入システム３０はプラント内を循環する冷却水に薬液を注入する前に、薬液の温度を上昇させる機能を有する。薬液注入システム３０は、薬液を収容する薬液収容部３１と、薬液収容部３１から供給された薬液が通る薬液配管３２と、冷却水薬液との熱交換を行なう熱交換器３３ａ〜ｄと、薬液を薬液配管３２内で移動させる循環ポンプ３４を有する。なお、薬液配管３２は合流部３５、３６において、プラント内の冷却水が流れる領域に接続している。図４において、プラント内の冷却水が流れる領域を高温領域と記載する。高温領域の冷却水は、プラント内で発生した熱を吸収しており高温である。

薬液収容部３１が収容する薬液は、高温領域の冷却水よりも低い温度であり、例えば室温である。また、薬液収容部３１の下流には、薬液収容部３１内の薬液を薬液配管３２に引き出すための薬液ポンプ４３が設けられている。複数の熱交換器３３ａ〜ｄ、薬液収容部３１、循環ポンプ３４は薬液配管３２で接続される。

複数の熱交換器３３同士は冷却水が通る冷却水配管４９と薬液配管３２により接続されている。冷却水配管４９は熱交換器３３ａ〜ｄを順に接続する。そして、冷却水は熱交換器３３ｄから流入し、３３ｃ、３３ｂ、３３ａの順に全ての熱交換器を通過する。

一方、薬液配管３２も熱交換器３３ａ〜ｄを順に接続する。そして、図４において薬液は熱交換器３３ａから流入し、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄの順に全ての熱交換器を通過する。薬液が熱交換器３３ａ〜ｄを通過する順番と、冷却水が熱交換器３３ａ〜ｄを通過する順番は逆である。

また、薬液配管３２は、薬液が熱交換器３３ａ〜ｄを並列に通過することが可能であるように配管３２ａ〜ｄによって接続されている。以下に、薬液配管３２と配管３２ａ〜ｄとの関係を説明する。薬液配管３２は配管３２ａ、配管３２ｂ、配管３２ｃ、配管３２ｄ、バイパス配管３２ｅ、バイパス配管３２ｆに分岐し、所定の位置で再び合流する。配管３２ａ、配管３２ｂ、配管３２ｃ、配管３２ｄにそれぞれ熱交換器３３ａ、熱交換器３３ｂ、熱交換器３３ｃ、熱交換器３３ｄの両端が接続されている。

熱交換器３３ａ〜ｄの両端に接続している配管３２ａ〜ｄにはそれぞれに弁が設けられている。熱交換器３３ａの両端に接続している配管３２ａにはそれぞれ弁５１と弁５２が設けられている。熱交換器３３ｂの両端に接続している配管３２ｂにはそれぞれ弁５３と弁５４が設けられている。熱交換器３３ｃの両端に接続している配管３２ｃにはそれぞれ弁５５と弁５６が設けられている。熱交換器３３ｄの両端に接続している配管３２ｄにはそれぞれ弁５７と弁５８が設けられている。弁５１〜５８はいずれも熱交換器への薬液の流入を遮断することが可能である。なお、図４において、熱交換器３３ａ〜ｄの紙面右側を上流部と呼称し、熱交換器３３ａ〜ｄの紙面左側を下流部と呼称することとする。弁５２、５４、５６、５８は熱交換器３３ａ〜ｄの上流側に設けられ、弁５１、５３、５５、５７は熱交換器３３ａ〜ｄの下流側に設けられている。

また、バイパス配管３２ｅは、薬液が熱交換器３３ａ〜ｄを迂回して薬液注入システム１０内を循環する際に通過する配管である。バイパス配管３２ｅにはバイパス配管３２ｅ内での薬液の流れを遮断する弁５９が設けられている。

また、バイパス配管３２ｆは配管３２ｂとｃを接続する配管である。バイパス配管３２ｆは、配管３２ｂのうち弁５４よりも上流の一点と、配管３２ｃのうち弁５６よりも上流の一点とを接続する。また、配管３２ｂのうちバイパス配管３２ｆよりも上流には弁６２が設けられ、配管３２ｃのうちバイパス配管３２ｆよりも上流には弁６３が設けられている。弁６２、６３はそれぞれ配管３２ｂ、ｃ内の薬液の通過を遮断することが可能である。

また、上流側の配管３２ａと配管３２ｂの間には弁６４が設けられ、上流側の配管３２ｃと配管３２ｄの間には弁６５が設けられている。

また、配管３２ａ〜ｂ、ｅのすべてが合流した下流側の薬液配管３２と配管３２ｂの間の配管であって、弁５３よりも下流側には弁６０が設けられている。また、配管３２ａ〜ｂ、ｅのすべてが合流した下流側の薬液配管３２と配管３２ｃの間の配管であって、弁５５よりも下流側には弁６１が設けられている。

これら、弁５１〜６５の開閉を制御することで、薬液を熱交換器３３ａ〜ｄの順に通過させることや、薬液を各熱交換器に並列に通過させること、薬液を通過させる熱交換器の選択が可能となる。弁５１〜６５はいずれも図示されない薬液経路制御部に接続されているものとする。薬液経路制御部は薬液配管３２内の温度や付着材の濃度に応じて、弁５１〜６５の開閉を制御する。

なお、説明のため熱交換器３３ａ〜ｄの紙面右側を上流部と呼称し、熱交換器３３ａ〜ｄの紙面左側を下流部と呼称しているが、薬液が流れる経路は弁５１〜６５の開閉により適宜変わるものである。そのため、弁５１〜６５の開閉によっては、熱交換器３３ａ〜ｄの紙面右側が下流、熱交換器３３ａ〜ｄの紙面左側が上流となることもある。

また、薬液配管３２には合流部３５、３６から冷却水への薬液の流入を制御する薬液注入制御弁３７、３８と、薬液配管３２を流れる薬液の温度を測定する温度計３９、４０が設けられている。そして、薬液注入制御部４１、４２は、温度計３９、４０の測定に基づいて薬液注入制御弁３７、３８の開閉を制御する。薬液注入制御弁３７と温度計３９は薬液注入制御部４１に接続し、薬液注入制御弁３８と温度計４０は薬液注入制御部４２に接続している。

薬液注入制御弁３７、３８と温度計３９、４０は、例えば、熱交換器３３ａ〜ｄよりも下流であって合流部３５、３６よりも上流の薬液配管３２に設けられている。そして、温度計３９、４０は熱交換器３３ａ〜ｄよりも下流であって合流部３５、３６よりも上流の薬液の温度を計測する。

薬液注入制御部４１は温度計３９の測定値が、薬液注入制御部４１にあらかじめ設定された値になったことを検出すると、薬液注入制御弁３７を開き、薬液を高温領域に注入させる。同様に、薬液注入制御部４２は温度計４０の測定値が、薬液注入制御部４２にあらかじめ設定された値になったことを検出すると、薬液注入制御弁３８を開き、薬液を高温領域に注入させる。

なお、薬液注入制御部４１、４２に設定された値とは、冷却材に注入された薬液の急激な温度上昇により、冷却水内の付着材濃度が急激に低下が生じない、薬液の温度である。例えば、付着材がＴｉＯ_２である場合、薬液が冷却水に注入される時点で、薬液と冷却水との温度差が５０℃以内であれば、付着材の付着速度に急激な変化が生じないと推測される。

また、例えば、薬液がＴｉＯ_２のコロイド溶液であり、高温領域を循環する冷却水内の付着材が１０ｐｐｍに保たれている場合、冷却水中に注入された薬液の温度変化が１０℃／ｓ以内となるような温度に薬液が加熱されていれば、冷却水内の付着材濃度の急激な低下は生じないと推測される。１０℃／ｓという値は図２の試験結果から導かれたものである。

図２の試験において、Ｂ地点における付着材の付着量は、腐食を防止するために充分な量である。ここで、Ａ地点からＢ地点の温度変化は（２００−２５）℃／３０ｓ＝５．８℃／ｓである。さらに実際は、Ａ地点から１５秒ほどの地点で既に薬液は冷却水とほぼ同じになっていると推測される。そのため、温度変化がＡ地点からＢ地点の温度変化の約２倍である１０℃／ｓであれば、プラント内の冷却水にさらされる金属表面において付着材の付着量が不十分な部分を低減させることが可能であると推測される。

（作用）
次に、本実施形態の薬液注入システム３０の作用を説明する。作動開始前の薬液注入システム３０は、高温領域から遮断されており、薬液注入制御弁３７、３８は閉じられている。また、弁５９、６０、６４は開かれ、弁５１〜５８、６２〜６３、６５は閉じられている。また、薬液配管３２内は純水で満たされているものとする。純水を薬液配管３２内に供給する配管等は図示されていないが、純水は適宜薬液配管３２内に供給され、作動中の薬液配管３２内の流量を所定の値に保っているものとする。

まず、薬液収容部３１内の薬液は薬液ポンプ４３により薬液配管３２に引き出され、バイパス経路３２ｅを通って、循環ポンプ３４により薬液注入システム３０内で循環される。薬液は薬液注入システム３０内を循環されながら、付着材濃度が所定の値に調節される。

薬液配管３２中の付着材濃度が所定の値となると、図示されない薬液経路制御部によって、図４に記載されているように、弁５９、６０〜６３、６５が閉、弁５１〜５８、６４が開の状態となる。そして、所定濃度となった薬液は熱交換器３３ａ〜ｄを順に流れる。

ここで、冷却水配管４９によって、冷却水は熱交換器のうち３３ｄから流入し、３３ｃ、３３ｂ、３３ａの順に通過する。そのため、熱交換器３３ａ〜ｄを通る冷却水の温度は３３ｄから３３ａにかけて低くなる。つまり、熱交換器において薬液と熱交換する冷却水の温度は、熱交換器３３ａからｄにかけて徐々に温度が高くなっていくため、薬液は熱交換器３３ａからｄを通過することで段階的に温度が高くなる。

そして、温度計４０によって薬液の温度が計測され、薬液が充分な温度に達していれば、薬液注入制御部４２は薬液注入制御弁３８を開き、薬液は合流部３６から高温領域に流入する。なお、薬液が充分な温度に達していない場合は、薬液注入制御弁３８は閉じられたままである。そして、弁５１〜６５を操作し、再度、熱交換器３３ａ〜ｄを通過させる。

なお、本実施形態の薬液注入システム３０は、弁５１〜６５を制御することで、薬液が通過する経路を変更することが可能である。薬液の温度上昇が小さくてよい場合は、薬液を通過させる熱交換器を少なくすることで、薬液の温度を調節することができる。また、熱交換器が薬液に与える熱量が、熱交換器ごとに異なる場合は、薬液が通過する熱交換器を選択することによって、薬液の温度を調節することが可能である。

例えば、薬液の温度をそれほど上昇させなくて良い場合、図５に示すように、弁５７、５９、６０、６２、６３、６５を閉とし、弁５１〜５６、６１、６４を開とし、薬液注入制御弁３７を開く。すると、第４の熱交換器への薬液の流入が遮断され、薬液は熱交換器３３ａから流入し、３３ｂ、３３ｃを通過し合流部３５から高温領域に注入される。

（効果）
本実施形態における薬液注入システム３０は、予め薬液を加熱し冷却水との温度差を小さくすることで冷却水内における薬液の急激な温度上昇を抑制することが可能である。そのため、付着材の付着速度の急激な上昇を抑制することができ、冷却水内の付着材濃度の急激な低下を抑制し付着材濃度が一定濃度以下になることを抑制することが可能である。よって、プラント内の冷却水にさらされる金属表面に付着材を効率的に付着させることが可能である。

また、本実施形態における薬液注入システム３０の複数の熱交換器は、薬液を加熱する際、薬液の急激な温度上昇を抑制することで、付着材の付着速度の急激な上昇を抑制することができる。そのため、付着材が加熱装置等に付着することを防ぎ、薬液内の付着材濃度の低下を抑制することが可能である。すると、冷却水内の付着材濃度をより高くすることができ、プラント内の冷却水にさらされる金属表面に付着材を効率的に付着させることが可能である。

なお、熱交換器において薬液に熱量を得るものは冷却水以外であっても良く、例えば蒸気などプラントで生じた熱を吸収しているものであれば良い。

また、熱交換器の数は４個には限られない。薬液と高温領域の温度差や付着材の性質等に応じて、適宜定められるものである。

また、本実施形態において合流部が２箇所設けられているのは、薬液注入システム３０内での薬液の様々な循環経路に対応するためであり、循環経路によっては、合流部は１箇所であっても３箇所以上であってもよい。

また、薬液注入システム３０には、薬液配管３２に冷却水の一部を流入させる冷却水導入配管４４と、冷却水導入配管４４から薬液配管３２への冷却水の流入量を制御する冷却水流入制御弁４５が設けられていても良い。冷却水流入制御弁４５は図示されない冷却水流入制御部に接続されており、冷却水流入制御部は温度計３９または温度計４０の測定値に基づいて前記冷却水導入制御弁の開閉を制御する。薬液に冷却水を流入させることで、迅速に薬液の温度を上昇させることが可能である。その際にも、付着材の付着速度が加速するような薬液の温度変化が無いよう調節が必要である。

なお、冷却水流入制御部の機能は薬液注入制御部４１または薬液注入制御部４２に設けられるものとしても良い。図４、図５では、冷却水流入制御部の機能は薬液注入制御部４１が担っている。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（構成）
本実施形態の薬液注入システム３０は高温領域の冷却水中の薬液の濃度を検出する濃度測定手段４６と、濃度測定手段４６の検出に基づいて薬液収容部３１から薬液配管３１への薬液の供給量を制御する供給量制御手段を備える。供給量制御制手段は、冷却水内の薬液の濃度低下により合流部からの位置により付着材の付着量が変化しないよう、冷却水内の薬液の濃度を一定に保つ。供給量制手段は例えば、薬液収容槽３１から薬液配管３２に引き出される薬液の量を制御する薬液供給量制御弁４７と、濃度測定手段４６の検出に基づいて薬液供給量制御弁４７の開閉を制御する薬液供給量制御部４８である。

（効果）
本実施形態における薬液注入システム３０は、第１の実施形態と同様に、予め薬液を加熱し冷却水との温度差を小さくすることで、プラント内の冷却水にさらされる金属表面に付着材を効率的に付着させることが可能である。

また、第１の実施形態と同様に、薬液を加熱する際、薬液の急激な温度上昇を抑制することで、薬液内の付着材濃度の低下を抑制し、プラント内の冷却水にさらされる金属表面に付着材を効率的に付着させることが可能である。

また、本実施形態では、高温領域の冷却水内の薬液の濃度を検出し、薬液の濃度を一定以上に保つため、冷却水内の付着材濃度の急激な低下を抑制し付着材濃度が一定濃度以下になることを抑制することが可能である。よって、プラント内の冷却水にさらされる金属表面に付着材を効率的に付着させることが可能である。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形、各実施形態の組み合わせは、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、付着材はＴｉＯ_２であり、薬液はＴｉＯ_２のコロイド溶液であるものとしたが、付着材と薬液はその他のものであっても良い。例えば、付着材は酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、酸化鉛（ＰｂＯ）チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ_３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）酸化タングステン（ＷＯ_３）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）、酸化鉄（III）（Ｆｅ_２Ｏ_３）、チタン鉄鉱（ＦｅＴｉＯ_３）、タンタル酸カリウム（ＫＴａＯ_３）、チタン酸マンガン（ＭｎＴｉＯ_３）及び酸化スズ（ＳｎＯ_２）のうち少なくともいずれか一つを含有するものであり、薬液はそれらのコロイド溶液であっても、第１及び第２の本実施形態と同様の効果が得られるものと推測される。

また、付着材は白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）及びパラジウム（Ｐｄ）のうち少なくともいずれか一つを含有するものであり、薬液はそれらの水溶液であっても、第１及び第２の本実施形態と同様の効果が得られるものと推測される。

２・・・・・給水系
３・・・・・冷却器
４ａ，ｂ・・・・・溶存水素系
５ａ，ｂ・・・・・溶存酸素系
６ａ，ｂ・・・・・イオン交換器
７・・・・・・伝導率計
１０・・・・・模擬装置
１１・・・・・主配管
１２・・・・・水槽
１３・・・・・薬液槽
１４・・・・・ヒータ
１５・・・・・主配管ポンプ
１６・・・・・給水配管
１８・・・・・高圧ポンプ
１９・・・・・熱交換器
２０・・・・・薬液供給配管
２１・・・・・薬液制御弁
２２・・・・・薬液供給ポンプ
３０・・・・・薬液注入システム
３１・・・・・薬液収容部
３２・・・・・薬液配管
３２ａ〜ｄ・・・・・配管（分岐した薬液配管）
３２ｅ、ｆ・・・・・バイパス配管
３３ａ〜ｄ・・・・・熱交換器
３４・・・・・循環ポンプ
３５・・・・・合流部
３６・・・・・合流部
３７・・・・・薬液注入制御弁
３８・・・・・薬液注入制御弁
３９・・・・・温度計
４０・・・・・温度計
４１・・・・・薬液注入制御部
４２・・・・・薬液注入制御部
４３・・・・・薬液ポンプ
４４・・・・・冷却水流入配管
４５・・・・・冷却水流入制御弁
４６・・・・・濃度測定手段
４７・・・・・薬液供給量制御弁
４８・・・・・薬液供給量制御部
４９・・・・・冷却水配管
５１〜６５・・・・・弁

Claims

プラント内を循環する冷却水と接する部材に付着させる付着材を含有する薬液を収容する薬液収容部と、
前記薬液収容部から供給された薬液が通る配管と、
前記冷却水と前記配管を通る前記薬液との熱交換を行なう複数の熱交換器と、
前記複数の熱交換器を直列に接続し前記プラント内から導かれた冷却水が内部を通る冷却水配管と、
前記薬液を前記配管内で移動させるポンプと、を有し、
前記薬液収容部内の前記薬液の温度は前記冷却水の温度よりも低く、
前記複数の熱交換器は少なくとも第１の熱交換器と第２の熱交換器を有し、
前記配管は前記薬液収容部、前記第１の熱交換器、前記第２の熱交換器及び前記プラントを順に接続し、
前記第２の熱交換器と前記プラントを接続する前記配管の前記プラント側の一端は前記プラント内の前記冷却水に合流し、
前記プラント内から導かれた前記冷却水は前記第２の熱交換器を通過した後に前記第１の熱交換器を通過し、
前記薬液は前記第１の熱交換器を通過した後に前記第２の熱交換器を通過することが可能であるように構成される薬液注入システム。
前記配管に設けられ前記薬液の前記プラント内の前記冷却水への流入を制御する薬液注入制御弁と、
前記配管を流れる前記薬液の温度を測定する温度計と、
前記温度計の測定に基づいて前記薬液注入制御弁の開閉を制御する薬液注入制御部と、を有する請求項１に記載の薬液注入システム。
前記薬液は酸化チタンのコロイド溶液であり、
前記薬液注入制御部は前記薬液と前記冷却水の温度差が５０℃以内であるときに前記薬液注入制御弁を開とする請求項２に記載の薬液注入システム。
前記薬液は酸化チタンのコロイド溶液であって、
前記薬液注入制御部は前記冷却水内に注入された前記薬液の温度変化が１０℃／ｓ以内となるような温度に前記薬液の温度が達しているときに前記薬液注入制御弁を開とする請求項２に記載の薬液注入システム。
前記プラント内の前記冷却水内の前記薬液の濃度を測定する濃度測定手段と、
前記濃度測定手段による測定に基づいて前記薬液収容部から前記配管への前記薬液の供給量を制御する薬液供給量制手段と、を有する請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の薬液注入システム。
プラント内を循環する冷却水と接する部材に付着させる付着材を含有する薬液を所定濃度に調節する濃度調節ステップと、
前記プラント内から導いてきた前記冷却水を第２の熱交換器と第１の熱交換器に順に通過させる冷却水導入ステップと、
前記冷却水導入ステップの最中に前記薬液を前記第１の熱交換器と前記第２の熱交換器に順に通過させる薬液加熱ステップと、
前記薬液加熱ステップの後に前記薬液を前記プラント内の冷却水に注入する注入ステップと、を備える薬液注入方法。