JP6203483B2 - 熱交換器胴部切断方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器における胴部を切断して解体するための熱交換器胴部切断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 特公平６−３２８４７号公報

蒸気発生器の解体において、レーザ切断または砥石切断により、伝熱管を支持する管支持板ごとに胴部および伝熱管をまとめて切断することが考えられるが、切断箇所が多く作業に時間を要したり、切断後に胴部内に分解されて残存した放射能を伴う伝熱管を取り外さなければならない作業が発生したりする問題がある。そのため、特許文献２に記載されているように、ガス切断により胴部を切断し、その後に伝熱管をレーザ切断により適宜切断する方法が望ましい。

胴部を切断する際、その内部は放射能を伴う伝熱管が存在することから、胴部の内側で作業を行うことは避けなければならない。よって、胴部の外側から切断する。しかし、横置きされた胴部の下側をガス切断する場合、切断により発生したドロスが切断トーチに落下し、切断すべき部分へのガスの噴射を阻害する問題が生じることになる。

なお、例えば、特許文献３は、使用済みの原子炉容器を切断する際に、切断時のドロスの排出を効果的に排出するため、切断トーチを斜め下向きにセットし、切断ガスによりドロスを吹き飛ばすことが示されているが、切断トーチに落下するドロスを切断ガスにより吹き飛ばすことは困難である。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、ガス切断により発生したドロスが切断トーチに落下する事態を防ぐことのできる熱交換器胴部切断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、本発明の熱交換器胴部切断方法は、熱交換器における筒状の胴部を横置きに固定した状態でガス切断する熱交換器胴部切断方法であって、少なくとも前記胴部の下側領域において、前記胴部の筒状の径方向に対して交差する方向にガスを噴射させて前記胴部の外側面に当てつつ、前記ガスを前記胴部の外側面に沿って移動させることを特徴とする。

この熱交換器胴部切断方法によれば、胴部を切断する際、胴部の下側領域では、重力によりドロスが鉛直方向に落下するが、胴部の筒状の径方向に対して交差する方向にガスを噴射するため、ドロスがガスの噴射部に落下する事態を防ぐことができる。この結果、切断すべき部分へのガスの噴射が阻害されることはなく、切断を確実に行うことができる。

また、本発明の熱交換器胴部切断方法は、前記胴部の筒状の周方向または前記胴部の筒状の軸方向の少なくとも一方に前記ガスの噴射方向を傾けて前記胴部の筒状の径方向に対して交差する方向に前記ガスを噴射させることを特徴とする。

この熱交換器胴部切断方法によれば、胴部の筒状の径方向に対して交差する方向にガスを噴射させる方法としては、胴部の筒状の周方向または胴部の筒状の軸方向の少なくとも一方にガスの噴射方向を傾ければよく、これによりドロスがガスの噴射部に落下する事態を防ぐことができる。

また、本発明の熱交換器胴部切断方法は、前記ガスの移動方向の下流側に向けて前記ガスを噴射させることを特徴とする。

この熱交換器胴部切断方法によれば、ガスが移動した後方でドロスが落下することから、ドロスがガスの噴射部に落下する事態をより防ぐことができる。この結果、ガスに対するドロスの影響をより防ぐことができる。

また、本発明の熱交換器胴部切断方法では、前記熱交換器は原子力発電設備の蒸気発生器であり、横置きにした前記蒸気発生器の胴部を切断することを特徴とする。

原子力発電設備の蒸気発生器は、その内部に放射能を含む伝熱管を有することから、放射線を伴う可能性のある胴部の内側からのガス切断の作業は困難である。そして、胴部を外側からガス切断する場合、その下側領域にて落下するドロスがガスの噴射に影響を及ぼす。このような蒸気発生器の胴部のガス切断において、本発明の熱交換器胴部切断方法は好適であり、ドロスがガスの噴射部に落下する事態を防ぐ効果を顕著に得ることができる。

本発明によれば、ガス切断により発生したドロスが切断トーチに落下する事態を防ぐことができる。

図１は、蒸気発生器の概略側断面図である。 図２は、蒸気発生器の解体手順を示す工程図である。 図３は、蒸気発生器の解体手順を示す工程図である。 図４は、蒸気発生器の胴部の切断方法を示す説明図である。 図５は、蒸気発生器の胴部の切断方法を示す説明図である。 図６は、蒸気発生器の胴部の切断方法を示す説明図である。

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、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ている。管群外筒３内には、伝熱管群５Ａが設けられている。伝熱管群５Ａは、逆Ｕ字形状で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、Ｕ字形状の円弧部を上方に向けて配置され、各端部が管板４の管穴４ａに挿通固定されているとともに、中間部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６ａが形成されており、この伝熱管挿通穴６ａ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。

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、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。また、上部胴２ｂの下部であって、気水分離器９と伝熱管群５Ａとの間には、外部から下部胴２ａ内に二次冷却水の給水を行う給水管１１が挿入されている。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１２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１３が形成されている。なお、蒸気排出口１３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、給水管１１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、給水管１１に送られ、胴部２内の給水路１２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１３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および図３は、蒸気発生器の解体手順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。蒸気発生器１を横置きにする場合、水室鏡７において、隔壁８により区画された入口側水室７Ａと出口側水室７Ｂとが水平方向に配置されるようにする。このため、伝熱管５は、Ｕ字形状の円弧部がほぼ水平で各端部が水平方向に配置された状態となる。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、上述の左右方向を幅方向といい符号Ｗで示し、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で示し、上下方向を符号Ｈ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１０４が挿入される。

蒸気発生器１の解体において、まず、図２に示すように、蒸気発生器１が横置きとされた状態で、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。続いて、図３に示すように、上部胴２ｂを内部部材（気水分離器９や湿分分離器１０）とともに円錐胴２ｃから切り離す。その後は、円錐胴２ｃ、下部胴２ａ、管群外筒３、伝熱管群５Ａ、管板４、および水室鏡７をそれぞれ切り離す。

なお、胴部２の上部胴２ｂ、上部胴２ｂの内部部材（気水分離器９や湿分分離器１０）円錐胴２ｃ、下部胴２ａ、管群外筒３、および管支持板６などは、一次冷却水に接触せず放射線に曝されていないが、クリアランス装置で検査した後、荷役フック１０４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解体され、保管容器（図示せず）に収容する。また、伝熱管群５Ａ、管板４、および水室鏡７は、一次冷却水に接触して放射線に曝されているため、グリーンハウス１０２内において、放射線の漏洩を防止された保管容器（図示せず）に入る大きさに解体して収容する。

以下、胴部の切断方法について説明する。図４〜図６は、蒸気発生器の胴部の切断方法を示す説明図である。本実施形態における胴部の切断方法は、上述した解体手順において、上部胴２ｂを内部部材とともに円錐胴２ｃから切り離す切断作業、円錐胴２ｃを下部胴２ａから切り離す切断作業、下部胴２ａを切り離す切断作業、水室鏡７を管板４から切り離す切断作業で適用される。このうち、上部胴２ｂを内部部材とともに円錐胴２ｃから切り離す切断作業、および円錐胴２ｃを下部胴２ａから切り離す切断作業は、胴部２の周方向Ｓ（図４参照）に沿って行う切断である（図４および図５参照）。また、下部胴２ａを切り離す切断作業は、胴部２の周方向Ｓに沿って行う切断や（図４および図５参照）、胴部２の軸方向Ｌに沿って行う切断がある（図６参照）。これらの切断は、胴部２の内部に放射能を伴う伝熱管５が存在することから、胴部２の外側から行う。

胴部２の切断に際しては、図４〜図６に示すガス切断装置５０が用いられる。ガス切断装置５０は、胴部２の外側面２１に設置された軌道５１に沿って移動する走行装置５２を有し、この走行装置５２に対してガス切断を行う切断トーチ５３が設けられている。すなわち、胴部２の周方向Ｓに沿って切断を行う場合は、図４および図５に示すように、軌道５１を胴部２の周方向Ｓに沿って配置する。胴部２の軸方向Ｌに沿って切断を行う場合は、図６に示すように、軌道５１を胴部２の軸方向Ｌに沿って配置する。なお、軌道５１は、レールやバンドなどを胴部２に簡易的に設置されるもので、走行装置５２の走行を案内するものであればよい。走行装置５２は、軌道５１に支持される車輪５２ａを有するもので、当該車輪５２ａの転動により軌道５１に沿って図４〜図６に示す矢印Ａ方向に移動する。切断トーチ５３は、ガス（火炎）Ｇを噴射するもので、当該ガスＧを胴部２の外側面２１に向けて噴射する。また、切断トーチ５３は、ガスＧを噴射するノズル部５３ａが胴部２の外側面２１から所定の間隔をおいて配置されることで、当該ノズル部５３ａから噴射されるガスＧにより胴部２の鋼材を適宜溶融させる。すなわち、ガス切断装置５０は、切断トーチ５３のノズル部５３ａから噴射されたガスＧで胴部２の厚みを貫通させ、切断トーチ５３が設けられた走行装置５２が軌道５１に沿って移動することで、当該移動方向Ａに沿って胴部２が切断される。

本実施形態では、図４〜図６に示すように、ガス切断装置５０の切断トーチ５３が、少なくとも胴部２の下側領域αにおいて、胴部２の筒状の径方向Ｐに対して交差する方向にガスＧを噴射するように構成されている。すなわち、図４では、ガスＧを噴射する切断トーチ５３の先端のノズル部５３ａを、胴部２の筒状の周方向Ｓに傾けることで胴部２の筒状の径方向Ｐに対して交差する方向に向けて配置している。また、図５および図６では、ガスＧを噴射する切断トーチ５３の先端のノズル部５３ａを、胴部２の筒状の軸方向Ｌに傾けることで胴部２の筒状の径方向Ｐに対して交差する方向に向けて配置している。または、図には明示しないが、ガスＧを噴射する切断トーチ５３の先端のノズル部５３ａを、胴部２の筒状の周方向Ｓおよび胴部２の筒状の軸方向Ｌに傾けることで胴部２の筒状の径方向Ｐに対して交差する方向に向けて配置してもよい。なお、図４に示すように、ガスＧを噴射する切断トーチ５３の先端のノズル部５３ａを、胴部２の筒状の周方向Ｓにのみ傾ける場合、切断トーチ５３の基端部から遠ざかる方向にノズル部５３ａの先端を向ける。なお、胴部２の下側領域αとは、図４に示すように、横置きとされた胴部２の下半部において、鉛直に対して周方向Ｓの両側に１５［°］（計３０［°］）の範囲とする。

そして、このガスＧを移動方向Ａに沿って移動させる（切断トーチ５３が設けられた走行装置５２を軌道５１に沿って移動させる）ことで、胴部２が周方向Ｓや軸方向Ｌに沿って切断される。この際、胴部２の下側領域αでは、重力によりドロスが鉛直方向に落下するが、胴部２の筒状の径方向Ｐに対して交差する方向にガスＧを噴射することから、ドロスが切断トーチ５３のノズル部５３ａに落下することがなく、切断すべき部分へのガスＧの噴射は阻害されない。

なお、ドロスが切断トーチ５３のノズル部５３ａに落下する事態を防ぐため、ガスＧの噴射方向（切断トーチ５３の先端のノズル部５３ａが向く方向）を径方向Ｐに対して交差する方向に傾ける角度θは、１５［°］以上７５［°］以下の範囲が好ましく、３０［°］以上４５［°］以下の範囲がより好ましい。

このように、本実施形態の熱交換器胴部切断方法は、熱交換器（蒸気発生器１）における筒状の胴部２を横置きに固定した状態でガス切断する熱交換器胴部切断方法であって、少なくとも胴部２の下側領域αにおいて、胴部２の筒状の径方向Ｐに対して交差する方向にガスＧを噴射させて胴部２の外側面に当てつつ、ガスＧを胴部２の外側面に沿って移動させる。

この熱交換器胴部切断方法によれば、胴部２を切断する際、胴部２の下側領域αでは、重力によりドロスが鉛直方向に落下するが、胴部２の筒状の径方向Ｐに対して交差する方向にガスＧを噴射するため、ドロスがガスＧの噴射部（切断トーチ５３のノズル部５３ａ）に落下する事態を防ぐことが可能になる。この結果、切断すべき部分へのガスＧの噴射が阻害されることはなく、切断を確実に行うことが可能になる。

なお、胴部２の下側領域α以外は、胴部２の筒状の径方向Ｐに沿ってガスＧを噴射してもドロスが切断トーチ５３のノズル部５３ａに落下することはないため、下側領域α以外は、胴部２の筒状の径方向Ｐに沿ってガスＧを噴射させてもよい。この場合、切断トーチ５３のノズル部５３ａの向きを変えられるように構成しておき、ノズル部５３ａの向きを適宜調整する。

また、本実施形態の熱交換器胴部切断方法は、胴部２の筒状の周方向Ｓまたは胴部２の筒状の軸方向Ｌの少なくとも一方にガスＧの噴射方向を傾けて胴部２の筒状の径方向Ｐに対して交差する方向にガスＧを噴射させる。

この熱交換器胴部切断方法によれば、胴部２の筒状の径方向Ｐに対して交差する方向にガスＧを噴射させる方法としては、胴部２の筒状の周方向Ｓまたは胴部２の筒状の軸方向Ｌの少なくとも一方にガスＧの噴射方向を傾ければよく、これによりドロスがガスＧの噴射部（切断トーチ５３のノズル部５３ａ）に落下する事態を防ぐことが可能になる。

また、本実施形態の熱交換器胴部切断方法は、ガスＧの移動方向の下流側に向けてガスＧを噴射させることが好ましい。

すなわち、図４におけるガスＧの移動方向（切断トーチ５３が設けられた走行装置５２の移動方向Ａ）を時計回り方向とし、図６におけるガスＧの移動方向（切断トーチ５３が設けられた走行装置５２の移動方向Ａ）を左方向とする。この熱交換器胴部切断方法によれば、ガスＧが移動した後方でドロスが落下することから、ドロスがガスＧの噴射部（切断トーチ５３のノズル部５３ａ）に落下する事態をより防ぐことが可能になる。この結果、ガスＧに対するドロスの影響をより防ぐことが可能になる。

また、本実施形態の熱交換器胴部切断方法では、熱交換器は原子力発電設備の蒸気発生器１であり、横置きにした蒸気発生器１の胴部２を切断する。

原子力発電設備の蒸気発生器１は、その内部に放射能を含む伝熱管５を有することから、放射線を伴う可能性のある胴部２の内側からのガス切断の作業は困難である。そして、胴部２を外側からガス切断する場合、その下側領域αにて落下するドロスがガスＧの噴射に影響を及ぼす。このような蒸気発生器１の胴部２のガス切断において、本実施形態の熱交換器胴部切断方法は好適であり、ドロスがガスＧの噴射部（切断トーチ５３のノズル部５３ａ）に落下する事態を防ぐ効果を顕著に得ることが可能になる。

１ 蒸気発生器（熱交換器）
２ 胴部
２１ 外側面
５０ ガス切断装置
５１ 軌道
５２ 走行装置
５２ａ 車輪
５３ 切断トーチ
５３ａ ノズル部
Ａ 移動方向
Ｇ ガス
Ｌ 軸方向
Ｐ 径方向
Ｓ 周方向
α 下側領域
θ 角度

Claims (4)

1. 熱交換器における筒状の胴部を横置きに固定した状態でガス切断する熱交換器胴部切断方法であって、
   前記胴部の下側領域において、前記胴部の筒状の径方向に対して交差する方向にガスを噴射させて前記胴部の外側面に当てつつ、前記ガスを噴射する切断トーチが設けられた走行装置を前記胴部に設置した軌道により案内することで前記ガスを前記胴部の外側面に沿って移動させることを特徴とする熱交換器胴部切断方法。
2. 前記胴部の筒状の周方向または前記胴部の筒状の軸方向の少なくとも一方に前記ガスの噴射方向を傾けて前記胴部の筒状の径方向に対して交差する方向に前記ガスを噴射させることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器胴部切断方法。
3. 前記ガスの移動方向の下流側に向けて前記ガスを噴射させることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器胴部切断方法。
4. 前記熱交換器は原子力発電設備の蒸気発生器であり、横置きにした前記蒸気発生器の胴部を切断することを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の熱交換器胴部切断方法。

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