JP6109543B2 - 蒸気発生器の解体方法 - Google Patents

Description

本発明は、使用済み蒸気発生器の解体方法に関するものである。

例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）に用いられる熱交換器としての蒸気発生器は、ほぼ密閉された胴部の内部に伝熱管や気水分離器や湿分分離器が設けられている。この蒸気発生器は、原子炉から加圧された高温の一次冷却水が伝熱管の内部を流れて原子炉に戻される。そして、伝熱管内部に一次冷却水が流れることで当該伝熱管が加熱されるため、胴部内に導入された二次冷却水を加熱し蒸気とする。

この蒸気発生器は、交換時や原子炉の廃炉の際に取り外される。蒸気発生器は、上述したように、伝熱管の内部を原子炉からの一次冷却水が通過するため、伝熱管は放射線に曝されており放射能を含む。そのため、一般に、取り外された蒸気発生器は、放射性廃棄物として、原子力発電設備内の保管庫にそのままの形で保管されることになる（例えば、特許文献１参照）。

ところで、蒸気発生器は、例えば、外径４．５ｍ、長さ（高さ）２１ｍ、重量３００ｔと大型のものであり、原子力発電設備内の保管庫にそのままの形で保管するには、大型の保管庫が必要となる。しかし、今後保管する蒸気発生器の数が増えることが想定されるため、一層大型の保管庫を用意する必要があるが、原子力発電設備内において、一層大型の保管庫の場所を確保することは困難な状況にある。

このため、蒸気発生器を解体し、放射性廃棄物の容積を低減し、処分することが検討されている。この場合、蒸気発生器は、長さ方向が横置きとされた状態で、胴部が、気水分離器や湿分分離器が設けられている上部胴と、伝熱管が設けられている下部胴とに切断され、それぞれがさらに小さく切断されて解体される（例えば、特許文献２参照）。

特開平８−４３５７７号公報 特開２０１１−３３３４９号公報

特許文献２のように、蒸気発生器は気水分離器や湿分分離器が設けられている上部胴と、伝熱管が設けられている下部胴とに切断することが望ましい。蒸気発生器は、上述したように、原子炉から加圧された一次冷却水が伝熱管の内部を流れて原子炉に戻されるから、伝熱管の内部および当該伝熱管に一次冷却水を導く水室鏡を含む下部胴側が放射線に直接さらされている。一方、蒸気発生器は、上部胴側では、伝熱管の外部において二次冷却水が伝熱管の内部の一次冷却水と熱交換するから、放射線に直接さらされていない。このことから、蒸気発生器を解体する際、放射線に直接さらされていない構造物を含む上部胴と、放射線に直接さらされている伝熱管を含む下部胴とに切り離すことで、その後に双方を小さく切断する作業をし易くすることができるため合理的である。

ところで、蒸気発生器には種類の異なるものがあり、例えば、伝熱管の形状や、伝熱管の周りを囲んで伝熱管を支持するとともにその外側で二次冷却水を下部胴の下方に導いてから伝熱管がある内側に折り返す給水路をなす管群外筒の形状や、胴部内に導かれた二次冷却水を管群外筒がなす給水路の上方から供給する環状の給水管の配置が異なるものがある。この蒸気発生器にあっては、胴部は、上部胴が下部胴よりも外形が大きく形成され、上部胴と下部胴との間に円錐状の円錐胴が設けられた一般的な形状である。しかし、伝熱管は、上端が上部胴まで至り形成され、管群外筒は、上端が伝熱管の上端を超えて上部胴まで至り形成され、給水管は、伝熱管の上端近傍の位置で管群外筒の外側に固定されている。

このような蒸気発生器を、上記のごとく上部胴と下部胴とに切断する場合、伝熱管を支持している管群外筒と、上部胴側に取り付けられている給水管とが上部胴の内部で互いに連結されているため、放射線に直接さらされていない構造物である給水管を含む上部胴と、放射線に直接さらされている伝熱管を支持する管群外筒を含む下部胴とを切り離すことは容易でない。一般的な蒸気発生器では、管群外筒が下部胴側にのみ連結されていることから、上部胴と下部胴との間を切断するだけで容易に切り離すことが可能である。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、蒸気発生器を合理的に解体することのできる蒸気発生器の解体方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の蒸気発生器の解体方法は、上部胴が下部胴よりも外形が大きく形成され、前記上部胴と前記下部胴との間に円錐状の円錐胴が設けられた胴部と、前記下部胴の内部に支持され上端が前記上部胴まで至り上下に折返して形成されて内部に一次冷却水が供給される伝熱管と、前記伝熱管の周りを囲んで当該伝熱管を支持するように筒状に形成され上端が前記伝熱管の上端を超えて前記上部胴まで至る管群外筒と、前記管群外筒の外周を囲むように環状に形成されており前記伝熱管の上端近傍の位置で前記管群外筒の外側に固定され二次冷却水が供給される給水管と、を備える蒸気発生器の解体方法であって、前記円錐胴を一部ずつ前記上部胴と前記下部胴から切り離して取り除く工程と、前記円錐胴が取り除かれた開口部から前記上部胴内に至り前記給水管の下側であって前記伝熱管の上端近傍となる位置で前記管群外筒を上下に分断する工程と、を含むことを特徴とする。

この蒸気発生器の解体方法によれば、円錐胴を一部ずつ上部胴と下部胴から切り離して取り除くことで、胴部が上部胴側と下部胴側とに分割され開口部が形成される。この開口部から胴部内に作業員が進入することが可能になる。そして、円錐胴が取り除かれた開口部から上部胴内に至り、給水管の下側であって伝熱管の上端近傍となる位置で管群外筒を上下に分断することで、上部胴側に管群外筒の分断された上側と給水管とが残され、下部胴側に管群外筒の分断された下側と伝熱管とが残された形態で上部胴側と下部胴側とが分割される。このため、一次冷却水が供給されて放射線に直接さらされた構成をすべて含む下部胴側と、放射線に直接さらされていない構成のみの上部胴側とに分割することが可能になる。この結果、上部胴側と下部胴側とを別々の適した環境下で小さく切断することができ、蒸気発生器を合理的に解体することができる。

本発明によれば、蒸気発生器を合理的に解体することができる。

図１は、蒸気発生器の概略側断面図である。 図２は、本発明の実施形態に係る蒸気発生器の解体方法を示す工程図である。 図３は、本発明の実施形態に係る蒸気発生器の解体方法を示す工程図である。 図４は、本発明の実施形態に係る蒸気発生器の解体方法を示す工程図である。 図５は、本発明の実施形態に係る蒸気発生器の解体方法を示す工程図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、蒸気発生器の概略側断面図である。熱交換器としての蒸気発生器１は、例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）に用いられる。加圧水型原子炉は、原子炉冷却材および中性子減速材として軽水を使用している。加圧水型原子炉は、軽水を炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水としての一次冷却水を蒸気発生器１に送る。蒸気発生器１では、高温高圧の一次冷却水の熱を二次冷却水に伝え、二次冷却水に水蒸気を発生させる。そして、この水蒸気によりタービン発電機が回されて発電する。

蒸気発生器１は、上下方向に長尺に延在され、かつ密閉された中空円筒形状をなす胴部２を有している。胴部２は、上半部に対して下半部が若干小径とされ、下半部をなす下部胴２ａ、上半部をなす上部胴２ｂ、下部胴２ａと上部胴２ｂとの間を繋ぐほぼ円錐台形状の円錐胴２ｃ、および上部胴２ｂの上端に設けられた上部鏡２ｄで構成されている。

蒸気発生器１は、下部胴２ａの内部に、内壁面と所定間隔をもって配置された円筒形状を成す管群外筒３が設けられている。この管群外筒３は、その下端部が円筒形状に形成された円筒部３ａと、その上端部が外側に広がりつつ上方に延在するように円錐台形状に形成された円錐部３ｂとを有している。管群外筒３の円筒部３ａは、その下端部が下部胴２ａの下端部に配置された管板４の近傍まで延設され、その上端部が円錐胴２ｃを過ぎて上部胴２ｂ側まで延在されている。よって、円錐部３ｂは、上部胴２ｂ側に配置されている。この管群外筒３は、円筒部３ａ内に、伝熱管群５Ａが設けられている。伝熱管群５Ａは、上端部が下向きコ字形に形成されて上下方向に長尺とされた複数の伝熱管５からなる。各伝熱管５は、コ字形部５ａと、当該コ字形部５ａが下向きとされた各端部から直線状に延在する直線部５ｂとで下向きコ字形に形成されている。そして、伝熱管５は、コ字形部５ａを上端部とし、各直線部５ｂの下端部が管板４の管穴４ａに挿通固定されているとともに、直線部５ｂにおける長手方向の複数箇所が各管支持板６を介して管群外筒３に支持されている。管支持板６は、多数の伝熱管挿通穴が形成されており、この伝熱管挿通穴に各伝熱管５が挿通されることで各伝熱管５を支持する。また、伝熱管群５Ａは、管支持板６に支持された形態で、その上端部が円錐胴２ｃを過ぎて上部胴２ｂまで延在され、管群外筒３の円筒部３ａの上端部に配置されている。

蒸気発生器１は、管板４の下に水室鏡７が設けられ、この水室鏡７の内部が隔壁８により入口側水室７Ａと出口側水室７Ｂとに区画されている。入口側水室７Ａは、各伝熱管５の一端部が連通され、出口側水室７Ｂは、各伝熱管５の他端部が連通されている。また、入口側水室７Ａは、胴部２の外部に通じる入口ノズル７Ａａが形成され、出口側水室７Ｂは、胴部２の外部に通じる出口ノズル７Ｂａが形成されている。そして、入口ノズル７Ａａは、加圧水型原子炉から一次冷却水が送られる冷却水配管（図示せず）が連結され、出口ノズル７Ｂａは、熱交換された後の一次冷却水を加圧水型原子炉に送る冷却水配管（図示せず）が連結される。

蒸気発生器１は、上部胴２ｂの内部において、給水を蒸気と熱水とに分離する気水分離器９、および分離された蒸気の湿分を除去して乾き蒸気に近い状態とする湿分分離器１０が設けられている。気水分離器９および湿分分離器１０は、上部胴２ｂの内部に固定されている。また、気水分離器９は、管群外筒３における円錐部３ｂの上端部に固定されている。また、上部胴２ｂの内部において、管群外筒３における円筒部３ａの上端部であって、伝熱管群５Ａの上端部近傍の位置に、管群外筒３の周りを囲むように環状に形成された給水管１１が設けられている。給水管１１は、上部胴２ｂの外部に延出された給水ノズル１２に接続されている。給水管１１は、給水ノズル１２を介して導かれた二次冷却水を下部胴２ａの内部に給水を行う。また、蒸気発生器１は、下部胴２ａの内部に、給水管１１から下部胴２ａ内に給水された二次冷却水を、下部胴２ａと管群外筒３との間を流下させて管板４にて折り返させ、伝熱管群５Ａに沿って上昇させる給水路１３が形成されている。さらに、蒸気発生器１は、上部鏡２ｄに、蒸気排出口１４が形成されている。なお、蒸気排出口１４は、タービンに蒸気を送る冷却水配管（図示せず）が連結され、給水ノズル１２は、タービンで使用された蒸気が復水器（図示せず）で冷却された二次冷却水を供給するための冷却水配管（図示せず）が連結される。

この蒸気発生器１では、加圧水型原子炉で加熱された一次冷却水は、入口側水室７Ａに送られ、多数の伝熱管５内を通って循環して出口側水室７Ｂに至る。一方、復水器で冷却された二次冷却水は、給水ノズル１２を介して給水管１１に送られ、胴部２内の給水路１３を通って伝熱管群５Ａに沿って上昇する。このとき、胴部２内で、高圧高温の一次冷却水と二次冷却水との間で熱交換が行われる。そして、冷やされた一次冷却水は出口側水室７Ｂから加圧水型原子炉に戻される。一方、高圧高温の一次冷却水と熱交換を行った二次冷却水は、胴部２内を上昇し、気水分離器９で蒸気と熱水とに分離される。そして、分離された蒸気は、湿分分離器１０で湿分が除去されてから蒸気排出口１４からタービンに送られる。

このような蒸気発生器１は、上述したように、伝熱管５の内部を原子炉からの一次冷却水が通過するため、伝熱管５は放射線に曝されており放射能を含む。そのため、一般に、原子炉から取り外された蒸気発生器１は、放射性廃棄物として、原子力発電設備内の保管庫にそのままの形で一定期間保管される。その後、蒸気発生器１は、解体され、放射性廃棄物の容積が低減された形態で処分される。

図２〜図５は、本実施形態に係る蒸気発生器の解体方法を示す工程図である。図２に示すように、蒸気発生器１は、処理設備１００の床上に、支持架台１０１によって横置きとされた状態で解体される。なお、本実施形態では、横置きとされた蒸気発生器１において、使用時の上下方向に相当する長手方向を軸方向といい符号Ｌで示す。

そして、このように処理設備１００の床上に横置きとされた蒸気発生器１は、解体に際し、その全体をグリーンハウス１０２によって覆われる。グリーンハウス１０２は、天井に開閉可能な開口部が設けられ、当該開口部から天井クレーンの荷役フック１０３が挿入される。

蒸気発生器１の解体に際し、まず、入口側水室７Ａ内、出口側水室７Ｂ内、および伝熱管５内を、例えば、ブラスト除染によって除染する。

次に、図３に示すように、胴部２の外側から、下部胴２ａと円錐胴２ｃとの間を胴部２の周方向に沿って切断し、上部胴２ｂと円錐胴２ｃとの間を胴部２の周方向に沿って切断するとともに、円錐胴２ｃを胴部２の軸方向Ｌで切断して周方向で一部ずつに切り離し、円錐胴２ｃを取り除く。これにより、胴部２は、下部胴２ａと上部胴２ｂとが分割される。取り除かれた円錐胴２ｃは、荷役フック１０３を用いてグリーンハウス１０２の外部に搬出し、別途用意された解体場所において小さく解体し、保管容器（図示せず）に収容する。

次に、図４に示すように、円錐胴２ｃが取り除かれた開口部Ａから胴部２の内部に作業員が進入し、管群外筒３の外側から、給水管１１の下側（図中、軸方向Ｌの右側）であって、伝熱管５（伝熱管群５Ａ）の上端近傍となる位置Ｂで管群外筒３における円筒部３ａの上端部近傍を上下（軸方向Ｌ）に分断する。すると、上部胴２ｂ側に、管群外筒３において分断された上側の円錐部３ｂと、給水管１１とが、気水分離器９および湿分分離器１０とともに残され、下部胴２ａ側に、管群外筒３において分断された下側の円筒部３ａと、円筒部３ａに支持された伝熱管５（伝熱管群５Ａ）とが残された形態で、上部胴２ｂ側と下部胴２ａ側とが切り離される。そして、図５に示すように、その内部に管群外筒３の円錐部３ｂ、給水管１１、気水分離器９および湿分分離器１０のような放射線に直接さらされていない構成のみを有する上部胴２ｂ側を、荷役フック１０３（または図示しない輸送車両）を用いてグリーンハウス１０２の外部に搬出し、別途用意された解体場所において小さく解体し、保管容器（図示せず）に収容する。また、管群外筒３の円筒部３ａとともに、伝熱管群５Ａ、管板４、水室鏡７のような一次冷却水が供給されて放射線に直接さらされた構成をすべて含む下部胴２ａ側も、荷役フック１０３（または図示しない輸送車両）を用いてグリーンハウス１０２の外部に搬出し、別途用意された解体場所において小さく解体し、保管容器（図示せず）に収容する。

このように、本実施形態の蒸気発生器１の解体方法は、上部胴２ｂが下部胴２ａよりも外形が大きく形成され、上部胴２ｂと下部胴２ａとの間に円錐状の円錐胴２ｃが設けられた胴部２と、下部胴２ａの内部に支持され上端が上部胴２ｂまで至り上下に折返して形成されて内部に一次冷却水が供給される伝熱管５と、伝熱管５の周りを囲んで当該伝熱管５を支持するように筒状に形成され上端が伝熱管５の上端を超えて上部胴２ｂまで至る管群外筒３と、管群外筒３の外周を囲むように環状に形成されており伝熱管５の上端近傍の位置で管群外筒３の外側に固定され二次冷却水が供給される給水管１１と、を備える蒸気発生器１の解体方法であって、円錐胴２ｃを一部ずつ上部胴２ｂと下部胴２ａから切り離して取り除く工程と、円錐胴２ｃが取り除かれた開口部Ａから上部胴２ｂ内に至り給水管１１の下側であって伝熱管５の上端近傍となる位置Ｂで管群外筒３を上下に分断する工程と、を含む。

この蒸気発生器１の解体方法によれば、円錐胴２ｃを一部ずつ上部胴２ｂと下部胴２ａから切り離して取り除くことで、胴部２が上部胴２ｂ側と下部胴２ａ側とに分割され開口部Ａが形成される。この開口部Ａから胴部２内に作業員が進入することが可能になる。そして、円錐胴２ｃが取り除かれた開口部Ａから上部胴２ｂ内に至り、給水管１１の下側であって伝熱管５の上端近傍となる位置Ｂで管群外筒３を上下に分断することで、上部胴２ｂ側に管群外筒３の分断された上側（円錐部３ｂ）と給水管１１とが残され、下部胴２ａ側に管群外筒３の分断された下側（円筒部３ａ）と伝熱管５とが残された形態で上部胴２ｂ側と下部胴２ａ側とが分断される。このため、一次冷却水が供給されて放射線に直接さらされた構成をすべて含む下部胴２ａ側と、放射線に直接さらされていない構成のみの上部胴２ｂ側とに切り離すことが可能になる。この結果、上部胴２ｂ側と下部胴２ａ側とを別々の適した環境下で小さく切断することができ、蒸気発生器１を合理的に解体することが可能になる。

１ 蒸気発生器
２ 胴部
２ａ 下部胴
２ｂ 上部胴
２ｃ 円錐胴
３ 管群外筒
３ａ 円筒部
３ｂ 円錐部
４ 管板
５ 伝熱管
５Ａ 伝熱管群
６ 管支持板
７ 水室鏡
８ 隔壁
９ 気水分離器
１０ 湿分分離器
１１ 給水管

Claims (1)

1. 上部胴が下部胴よりも外形が大きく形成され、前記上部胴と前記下部胴との間に円錐状の円錐胴が設けられた胴部と、
   前記下部胴の内部に支持され上端が前記上部胴まで至り上下に折返して形成されて内部に一次冷却水が供給される伝熱管と、
   前記伝熱管の周りを囲んで当該伝熱管を支持するように筒状に形成され上端が前記伝熱管の上端を超えて前記上部胴まで至る管群外筒と、
   前記管群外筒の外周を囲むように環状に形成されており前記伝熱管の上端近傍の位置で前記管群外筒の外側に固定され二次冷却水が供給される給水管と、
   前記管群外筒の上端部に設けられて前記上部胴の内部に固定された気水分離器および湿分分離器と、
   を備える蒸気発生器の解体方法であって、
   前記円錐胴を一部ずつ前記上部胴と前記下部胴から切り離して取り除く工程と、
   前記円錐胴が取り除かれた開口部から前記上部胴内に至り前記給水管の下側であって前記伝熱管の上端近傍となる位置で前記管群外筒を上下に分断し、前記上部胴側に、前記管群外筒において分断された上側、前記給水管、前記気水分離器および前記湿分分離器がともに残され、前記下部胴側に、前記管群外筒において分断された下側および前記伝熱管が残された形態で、前記上部胴と前記下部胴とを切り離す工程と、
   を含むことを特徴とする蒸気発生器の解体方法。

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