JP6312911B1 - 原子炉圧力容器の解体工法 - Google Patents

Abstract

【課題】原子炉圧力容器の解体工法の選択肢を広げることができる原子炉圧力容器の解体工法を提供することを目的としている。【解決手段】本発明の原子炉圧力容器の解体工法は、原子炉建屋１０の原子炉格納容器１４内で熱遮蔽壁１４１及び金属保温材１４２で囲まれた原子炉圧力容器１２の解体工法であって、前記熱遮蔽壁１４１及び金属保温材１４２を上方から撤去する撤去工程と、前記熱遮蔽壁１４１及び金属保温材１４２が撤去された前記原子炉圧力容器１２を切断するＲＰＶ一次切断工程と、を有することを特徴としている。【選択図】図１２

Description

本発明は、原子炉建屋の原子炉格納容器内において熱遮蔽壁及び金属保温材で囲まれた原子炉圧力容器の解体工法に関する。

耐久年数の経過した原子力発電所は所定の廃止措置がとられる。廃炉作業において、建屋内の構造物は大型のため、所定の大きさに切断しなければ外部へ運び出すことができない。このとき切断時に発生するスラッジ等の放射性物質の拡散ならびに作業者の被ばくを防止することが求められている。
従来の原子炉圧力容器の解体工法として特許文献１に開示の技術は、原子炉圧力容器の上部開口から容器内部へ切断手段を挿入して、内側から容器を切断し、切断した原子炉圧力容器を外部に搬出している。

特開２００４−６１３９６号公報

特許文献１に開示の解体工法によれば、原子炉圧力容器を切断する際、容器の内部空間を利用するため作業スペースを確保できる。このとき機械式切断の反力を受けるための機構が必要となるが、この機構の設置スペースも容易に確保できる。

一方、原子炉圧力容器を外側から切断することができれば、被ばく及び放射性物質の拡散を低減しつつ使用可能な切断装置の種類が増えることから解体工法の選択肢を広げることができる。また、金属保温材は薄板状の金属膜が積層された構造であり、切断時に切断装置の刃に金属膜が絡まるなどのトラブルが発生しやすく、その際の対応が必要である。

しかしながら、現状の原子炉圧力容器は、容器を囲む熱遮蔽壁との間のスペースが狭く、この狭隘なスペースに切断手段を設置して外側から切断することは困難であり、解体工法が極めて限定的となっていた。

そこで上記従来技術の問題点に鑑み、本発明は原子炉圧力容器の解体工法の選択肢を広げることができる原子炉圧力容器の解体工法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するための第１の手段として、本発明は、原子炉建屋の原子炉格納容器内で熱遮蔽壁に囲まれて、外表面を金属保温材で覆われた原子炉圧力容器（Ｒｅａｃｔｏｒ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｖｅｓｓｅｌ、以下単にＲＰＶということあり）の解体工法であって、
前記熱遮蔽壁を一次切断したのち、前記熱遮蔽壁の上面に前記原子炉圧力容器の外周に沿って囲む円形状の作業用足場を搬入して設置し、露出する金属保温材を上方から一部撤去する撤去工程と、
前記熱遮蔽壁及び金属保温材が撤去された前記原子炉圧力容器を切断するＲＰＶ一次切断工程と、
を有することを特徴とする原子炉圧力容器の解体工法を提供することにある。
上記第１の手段によれば、熱遮蔽壁及び金属保温材を一部撤去して露出した原子炉圧力容器を外側又は内側から切断する方法及び装置の選択肢を広げることができる。

上記課題を解決するための第２の手段として、本発明は、前記第１の手段において、前記熱遮蔽壁の撤去工程は、前記熱遮蔽壁の外周をワイヤソーで巻き回して前記熱遮蔽壁を一次切断することを特徴とする原子炉圧力容器の解体工法を提供することにある。
上記第２の手段によれば、熱遮蔽壁のみを切断して撤去する作業が容易となる。

上記課題を解決するための第３の手段として、本発明は、前記第１又は第２の手段において、前記金属保温材の撤去工程は、前記熱遮蔽壁の上面に作業用足場を設置する工程と、
前記作業用足場上から前記金属保温材を撤去する工程と、
を有することを特徴とする原子炉圧力容器の解体工法を提供することにある。
上記第３の手段によれば、作業員の足場が確保でき、金属保温材を撤去する作業が容易となり、かつ作業者の安全性を確保することができる。

上記課題を解決するための第４の手段として、本発明は、前記第１ないし第３のいずれか１の手段において、前記熱遮蔽壁及び金属保温材の撤去工程とＲＰＶ一次切断工程は、前記原子炉圧力容器の上方から下方に向けて段階的に複数回行うことを特徴とする原子炉圧力容器の解体工法を提供することにある。
上記第４の手段によれば、原子炉圧力容器の露出部分が切断対象箇所のみとなり、原子炉圧力容器から発生する放射線の遮蔽効果を確保できる。

上記課題を解決するための第５の手段として、本発明は、前記第１ないし４のいずれか１の手段において、前記ＲＰＶ一次切断工程は、前記原子炉圧力容器の横切断面に沿った輪切り状に切断し、前記原子炉圧力容器の切断面より下方は前記熱遮蔽壁及び前記金属保温材で覆われていることを特徴とする原子炉圧力容器の解体工法を提供することにある。
上記第５の手段によれば、一次切断する原子炉圧力容器よりも下方は熱遮蔽壁及び金属保温材で囲まれているため、放射性物質の拡散防止及び放射線の遮蔽効果を確保できる。

上記課題を解決するための第６の手段として、本発明は、前記第１ないし第５のいずれか１の手段において、前記原子炉圧力容器を一次切断する前に、
前記原子炉圧力容器の圧力容器蓋を撤去した後、ドライヤ・セパレータプール及び原子炉ウェルの内部に水を充填する工程と、
前記原子炉圧力容器の炉内構造物を前記ドライヤ・セパレータプールへ搬送して切断する工程と、
を有することを特徴とする原子炉圧力容器の解体工法を提供することにある。
上記第６の手段によれば、炉内構造物の切断工程を水中で行うことにより、放射性物質の拡散及び放射線の遮蔽効果を確保できる。

本発明によれば、熱遮蔽壁及び金属保温材を一部撤去して露出した原子炉圧力容器を外側又は内側から切断する方法及び装置の選択肢を広げることができる。
また原子炉圧力容器の露出部分が切断対象箇所のみとなり、原子炉圧力容器から発生する放射線の遮蔽効果を確保できる。

原子炉建屋の平面図及び縦断側面図である。 原子炉圧力容器の解体工法の処理フロー図である。 ＲＰＶヘッドを撤去する説明図である。 ＤＳＰ内に二次切断装置を設置する説明図である。 ＤＳＰ、原子炉ウェルを水張りする説明図である。 ＲＰＶの炉内構造物を撤去する説明図である。 熱遮蔽壁の上面に作業用足場を構成して金属保温材を撤去する説明図である。 熱遮蔽壁及び金属保温材を撤去したＲＰＶを一次切断する説明図である。 ＲＳＷの一部を一次切断する説明図である。 ＲＳＷ上に作業用足場を設置して金属保温材を撤去する説明図である。 ＲＰＶを一次切断する説明図である。 ＲＳＷ、金属保温材、ＲＳＷを段階的に一次切断及び撤去する説明図である。

本発明の原子炉圧力容器の解体工法について、添付の図面を参照しながら、以下詳細に説明する。

図１は原子炉建屋の（Ａ）平面図及び（Ｂ）縦断側面図である。図示のように原子炉建屋１０は、ドライヤー（蒸気乾燥機）とセパレータ（気水分離機）とシュラウド（制御棒を収容する構造物）とジェットポンプなどの炉内構造物１２２（図３参照）を有する原子炉圧力容器１２と、ＲＰＶ１２を囲んで放射線を遮蔽するコンクリート製の熱遮蔽壁（Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ Ｗａｌｌ，以下単にＲＳＷということあり）１４１と、熱遮蔽壁１４１とＲＰＶ１２の間に取り付けＲＰＶ１２を囲んで輻射熱を反射する金属保温材１４２と、ＲＰＶ１２を収納する原子炉格納容器１４と、定期点検中にドライヤとセパレータを保管し、またシュラウドを小片に切断するスペースとなるドライヤ・セパレータプール（ＤＳＰ）１６と、ＲＰＶ１２の上に設けられたプールとなる原子炉ウェル１８と、使用済み燃料及び放射能で汚染された機器等を貯蔵する使用済燃料プール（ＳＦＰ）２０を備えている。
なお解体工法での搬送工程、切断工程は制御手段を介した遠隔操作とし、作業者の被ばくを防止している。またＲＳＷ１４１又はＲＰＶ１２の一次切断とはＲＳＷ１４１又はＲＰＶ１２を横切断面に沿った輪切り状に切断する切断をいい、二次切断とは一次切断したＲＳＷ１４１又はＲＰＶ１２をさらに細かく切断して小片化することをいう。

［ＲＰＶの解体工法］
図２はＲＰＶの解体工法の処理フロー図である。
なお、解体工法の前提としてＲＰＶ１２内の核燃料及びＳＦＰ内の使用済核燃料、さらにＳＦＰ内の燃料ラック、ＲＰＶ１２に接続する各種配管等は全て撤去済みとする。

ステップ１：ＲＰＶ１２の圧力容器蓋となるＲＰＶヘッド１２１を撤去する。図３はＲＰＶヘッドを撤去する説明図である。図示のように天井クレーン１１の主巻フック１１１を用いてＲＰＶヘッド１２１を吊り上げて外部へ搬出する。
図４はＤＳＰ内に二次切断装置を設置する説明図である。ＤＳＰ１６内で炉内構造物１２２を切断するために水中二次切断装置１６３及びターンテーブル付仮受台（以下単に仮受台という）１６４を設置する。
本実施形態の水中二次切断装置１６３は、一例としてアブレシブウェータージェットを用いて切断している。この切断装置は、水を所定圧に加圧し小径ノズルから噴射する際に研磨剤（アブレシブ）を混入させて切断する装置であり、水中で構造物を切断加工できる。
仮受台１６４は、ドライヤ、セパレータなどの炉内構造物１２２をＤＳＰ１６内で仮置きする平面視でほぼ円形のターンテーブルを備えた受台である。

ステップ２：次にＤＳＰ１６及び原子炉ウェル１８に水張りを行う。図５はＤＳＰ、原子炉ウェルを水張りする説明図である。原子炉ウェル１８及びＤＳＰ１６の間にはＤＳＰプラグ（仕切り）１６１が設置されていたが（図４参照）ＤＳＰプラグ１６１を取り外した後、ＤＳＰゲート１６２を設置して、ＤＳＰ１６及び原子炉ウェル１８を所定の水位（放射線が水中でとまる水位）まで水を張る。原子炉ウェル１８はＲＰＶ１２の上面開口と接続しており、ＲＰＶ１２の内部にも水が充填される。

ステップ３：ＲＰＶ１２のドライヤ、セパレータ、シュラウドなどの炉内構造物１２２を撤去する。図６はＲＰＶの炉内構造物を撤去する説明図である。ＤＳＰゲート１６２は原子炉ウェル１８とＤＳＰ１６の間を開閉可能なゲートであり、切断作業により汚染された水の拡散を防止している。天井クレーン１１を用いて炉内構造物１２２を吊り上げる。ＤＳＰゲート１６２を開放して原子炉ウェル１８からＤＳＰ１６へ炉内構造物１２２を水中で移動させる。このとき炉内構造物１２２が水面から気中に出ないようにして、放射性物質の拡散防止及び放射線の遮蔽を行っている。
ＤＳＰ１６内の仮受台１６４上に炉内構造物１２２を仮置きした後、ＤＳＰゲート１６２を閉じる。

作業フロア１１２で作業員を乗せた作業用台車１１３を仮受台１６４の上方付近に配置し、作業員の遠隔操作でＤＳＰ１６内（水中）で炉内構造物１２２を水中二次切断装置１６３で切断する。なお切断片は後述するバスケット３０に収納可能な大きさに切断する。
ＤＳＰ１６内にはあらかじめ上面開口を有する籠状のバスケット３０及びその受台３２が設置されている。
遠隔操作によるロボットアーム（不図示）を用いてバスケット３０に切断片を収容する。バスケット３０に所定量の切断片が収容されたら、天井クレーン１１の主巻フック１１１に接続した放射線遮蔽吊具４０を用いてＤＳＰ１６外部へ搬送する。

放射線遮蔽吊具４０は下面開口を有する容器状に形成し、内部に吊上げ手段４２を設置している。
天井クレーン１１で放射線遮蔽吊具４０をバスケット３０の上方まで移動する。このとき、放射線遮蔽吊具４０の下面開口の端部をＤＳＰ１６の水面に接触（水没）させる。次に吊上げ手段４２のフックを下降させて先端のフックをバスケット３０の上端に係止させる。そしてバスケット３０をＤＳＰ１６から放射線遮蔽吊具４０の内部まで吊り上げる。バスケット３０は籠状に形成されているため、放射線遮蔽吊具４０の内部で水切りされて軽量化できる。ついで放射線遮蔽吊具４０の内部に吊下げられたバスケット３０は後述する作業フロア１１２上の処分容器収納エリア１１４（図１参照）へ搬送される。搬送中は容器状の放射線遮蔽吊具４０に覆われているため放射性物質の拡散防止及び放射線の遮蔽ができる。なおその他の炉内構造物１２２についても上記同様の切断作業を行う。

ステップ４：ＲＳＷ及び金属保温材を上方から一部撤去する。
図７は熱遮蔽壁の上面に作業用足場１４３を構成して金属保温材を撤去する説明図である。まずＤＳＰ１６、原子炉ウェル１８、ＲＰＶ１２に溜めてあった水を排水する。熱遮蔽壁１４１の上面に作業用足場１４３を設置する。作業用足場１４３は、ＲＰＶ１２と原子炉格納容器１４の間で水平方向に配置し、ＲＰＶ１２の外周に沿って囲む様に連結された、全体として平面視で円形状の足場である。作業用足場１４３の構成部材は天井クレーン１１により容易に搬入又は搬出可能な寸法となっている。作業員は作業用足場１４３上から露出している金属保温材１４２を撤去する。金属保温材１４２の撤去作業は、例えば複数の金属製パーツをビス留めした構成の金属保温材１４２の場合、ビス留めを除去、切断カッターを用いて切断するなどして撤去する。金属保温材１４２を一部撤去した後、天井クレーン１１を用いて作業用足場１４３を作業フロア１１２へ搬出する。

ステップ５：露出したＲＰＶを一次切断装置にて一次切断する。
図８は熱遮蔽壁及び金属保温材を撤去したＲＰＶを一次切断する説明図である。天井クレーン１１を用いてＲＰＶ一次切断装置１２３をＲＰＶ１２内に搬送する。

本実施形態のＲＰＶ一次切断装置１２３は、気中でＲＰＶ１２を横切断面に沿った輪切り状に切断可能な装置であり、一例としてプラズマアーク、アークソー、レーザー、機械式カッター等を用いることができる。図８に示すＲＰＶ一次切断装置１２３はＲＰＶ１２の内側から輪切り状に切断可能な装置を示しているが、切断装置はこれに限定されず、その他ＲＰＶ１２の外側から輪切り状に切断可能な切断装置（例えばワイヤソーやバンドソーなど）を適用することもできる。この場合、前述の作業用足場を撤去せず（図８中の作業用足場を二点破線で示す）、ワイヤソーのサポートに用いるなどして利用できる。

またＲＰＶ１２の一次切断は、天井クレーン１１の吊り上げ能力、ＲＰＶ１２の大きさ等を考慮して輪切り切断を複数回行う。またＲＰＶ１２に設置されている各種ノズル１２４はノズル切断装置１２５であらかじめ切断している。
ＲＰＶ一次切断装置１２３でＲＰＶ１２を一次切断する。ＲＰＶ一次切断工程中は、ＲＰＶ１２の切断面よりも下方が熱遮蔽壁１４１及び金属保温材１４２で囲まれているため、放射性物質の拡散防止及び放射線の遮蔽効果を確保できる。
ＲＰＶ１２を一次切断した後、ＲＰＶ一次切断装置１２３をＲＰＶ１２の外部（作業フロア１１２など）へ移動させて、天井クレーン１１で一次切断したＲＰＶ１２を吊り上げ、作業フロア１１２上の気中二次切断装置１１５へ搬送する。

気中二次切断装置１１５は、気中でＲＰＶ１２又はＲＳＷ１４１を小片状に切断可能な装置であり、一例としてプラズマアーク、アークソー、レーザー、機械式カッター等を用いることができる。なお切断片は前述のバスケット３０に収納可能な大きさに切断する。遠隔操作によるロボットアームを用いてバスケット３０に切断片を収容する。バスケット３０に所定量の切断片が収容されたら、天井クレーン１１の主巻フック１１１に接続した放射線遮蔽吊具４０を用いて作業フロア１１２の処分容器収納エリア１１４へ搬送する。
図９は、ＲＳＷの一部を一次切断する説明図である。作業フロア１１２にＲＳＷ一次切断装置１１６を設置する。本実施形態のＲＳＷ一次切断装置１１６は、熱遮蔽壁１４１の外周よりも長いループ状の切断用のワイヤソー１１６ａと、ワイヤソー１１６ａを周回駆動させる駆動部１１６ｂと、作業フロア１１２上の駆動部１１６ｂから上下方向に移動してワイヤソー１１６ａを回転可能に支持するローラを備えた支持部１１６ｃからなる。

このような構成のＲＳＷ一次切断装置１１６のワイヤソー１１６ａをＲＳＷ１４１の外周に沿って巻き回して輪切り切断する。なおＲＳＷ１４１の一次切断は、天井クレーン１１の吊り上げ能力、ＲＳＷ１４１の大きさ、一次切断するＲＰＶの切断面よりも下方（より近く）のＲＳＷ上面に作業用足場１４３が設置できるような位置まで輪切り切断を複数回行う。
ＲＳＷ１４１を一次切断した後、天井クレーン１１で吊り上げ、作業フロア１１２上の気中二次切断装置１１５へ搬送する。

気中二次切断装置１１５を用いてＲＳＷ１４１を小片状に二次切断した後、遠隔操作によるロボットアームを用いてバスケット３０に切断片を収容する。バスケット３０に所定量の切断片が収容されたら、天井クレーン１１の主巻フック１１１に接続した放射線遮蔽吊具４０を用いて作業フロア１１２の処分容器収納エリア１１４へ搬送する。
図９に示すＲＳＷ１４１の一次切断は、次のＲＰＶ１２の一次切断面よりも下方（より近く）のＲＳＷ１４１上面に作業用足場１４３が設置できるような位置まで行っている。

図１０はＲＳＷ上に作業用足場を設置して金属保温材を撤去する説明図である。図７と同様にＲＳＷ１４１の上面に作業用足場１４３を設置する。そして作業員は作業用足場１４３に載って、露出する金属保温材１４２を撤去する。金属保温材１４２の撤去作業は、ＲＳＷ１４１が撤去されているため取り外しが容易な作業となる。露出した金属保温材１４２を全て撤去した後、天井クレーン１１を用いて作業用足場１４３を作業フロア１１２へ搬出する。

図１１はＲＰＶを一次切断する説明図である。図８と同様に天井クレーン１１を用いてＲＰＶ一次切断装置１２３をＲＰＶ１２内に搬送する。
ＲＰＶ一次切断装置１２３でＲＰＶ１２を一次切断する。ＲＰＶ一次切断工程中は、ＲＰＶ１２の切断面よりも下方が熱遮蔽壁１４１及び金属保温材１４２で囲まれているため、放射性物質の拡散防止及び放射線の遮蔽効果を確保できる。
ＲＰＶ１２を一次切断した後、ＲＰＶ一次切断装置１２３をＲＰＶ１２の外部（作業フロア１１２など）へ移動させて、天井クレーン１１で一次切断したＲＰＶ１２を吊り上げ、作業フロア１１２上の気中二次切断装置１１５へ搬送する。
二次切断した切断片は、遠隔操作によるロボットアームを用いてバスケット３０に収容する。バスケット３０に所定量の切断片が収容されたら、天井クレーン１１の主巻フック１１１に接続した放射線遮蔽吊具４０を用いて作業フロア１１２の処分容器収納エリア１１４へ搬送する。

図１２はＲＳＷ、金属保温材、ＲＳＷを段階的に一次切断及び撤去する説明図である。図９に示すＲＳＷの一次切断から図１１のＲＰＶの一次切断までの工程を段階的に複数回繰り返し行う。このときＲＰＶ一次切断工程中は、ＲＰＶ１２の切断面よりも下方が熱遮蔽壁１４１及び金属保温材１４２で囲まれているため、放射性物質の拡散防止及び放射線の遮蔽効果を確保できる。
このような本発明によれば、熱遮蔽壁及び金属保温材を一部撤去して露出した原子炉圧力容器を外側又は内側から切断する方法及び装置の選択肢を広げることができる。また原子炉圧力容器の露出部分が切断対象箇所のみとなり、原子炉圧力容器から発生する放射線の遮蔽効果を確保できる。

本発明は耐用年数の経過した原子力発電所の廃炉作業を行う原子力産業分野において、産業上の利用可能性を有する。

１０………原子炉建屋、
１１………天井クレーン、１１１………主巻フック、１１２………作業フロア、１１３………作業用台車、１１４………処分容器収納エリア、１１５………気中二次切断装置、１１６………ＲＳＷ一次切断装置、
１２………原子炉圧力容器（ＲＰＶ）、１２１………ＲＰＶヘッド、１２２………炉内構造物、１２３………ＲＰＶ一次切断装置、１２４………ノズル、１２５………ノズル切断装置、
１４………原子炉格納容器、１４１………熱遮蔽壁（ＲＳＷ）、１４２………金属保温材、１４３………作業用足場、
１６………ドライヤ・セパレータプール（ＤＳＰ）、１６１………ＤＳＰプラグ、１６２………ＤＳＰゲート、１６３………水中二次切断装置、１６４………ターンテーブル付仮受台、
１８………原子炉ウェル、
２０………使用済燃料プール（ＳＦＰ）、
３０………バスケット、３２………受台、
４０………放射線遮蔽吊具、４２………吊上げ手段。

Claims (5)

1. 原子炉建屋の原子炉格納容器内で熱遮蔽壁に囲まれて、外表面を金属保温材で覆われた原子炉圧力容器の解体工法であって、
   前記熱遮蔽壁を一次切断したのち、前記熱遮蔽壁の上面に前記原子炉圧力容器の外周に沿って囲む円形状の作業用足場を搬入して設置し、露出する金属保温材を上方から一部撤去する撤去工程と、
   前記熱遮蔽壁及び金属保温材が撤去された前記原子炉圧力容器を切断するＲＰＶ一次切断工程と、
   を有することを特徴とする原子炉圧力容器の解体工法。
2. 前記熱遮蔽壁の撤去工程は、前記熱遮蔽壁の外周をワイヤソーで巻き回して前記熱遮蔽壁を一次切断することを特徴とする請求項１に記載の原子炉圧力容器の解体工法。
3. 前記熱遮蔽壁及び金属保温材の撤去工程とＲＰＶ一次切断工程は、前記原子炉圧力容器の上方から下方に向けて段階的に複数回行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の原子炉圧力容器の解体工法。
4. 前記ＲＰＶ一次切断工程は、前記原子炉圧力容器の横切断面に沿った輪切り状に切断し、前記原子炉圧力容器の切断面より下方は前記熱遮蔽壁及び前記金属保温材で覆われていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１に記載の原子炉圧力容器の解体工法。
5. 前記原子炉圧力容器を一次切断する前に、
   前記原子炉圧力容器の圧力容器蓋を撤去した後、ドライヤ・セパレータプール及び原子炉ウェルの内部に水を充填する工程と、
   前記原子炉圧力容器の炉内構造物を前記ドライヤ・セパレータプールへ搬送して切断する工程と、
   を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１に記載の原子炉圧力容器の解体工法。

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