JPH01147398A - 原子燃料再処理プラントおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、原子燃料再処理プラントおよびその製造方法
に係り、特に、原子燃料再処理プロセスに用いる原子燃
料再処理設備部材の耐食性の改善に関するものである。

〔従来の技術〕

使用済原子燃料の再処理は、原子燃料として再利用でき
るウランとプルトニウムとを回収して精製し、その他の
放射性物質を除去し廃棄する処理である。現在、最も一
般的な再処理方法は、ビューレックス法と呼ばれる湿式
法である。この方法は、主として、使用済原子燃料を硝
酸に溶解する溶解工程と、この硝酸溶液からウランとプ
ルトニウムとを溶媒抽出により他の放射性物質から分け
る共除染工程と、抽出されたウランとプルトニウムとを
分離する分配工程と、ウランとプルトニウムとをそれぞ
れ精製する工程とからなる。これら主工程の他に、核分
裂生成物等を含みそれぞれの工程から生ずる硝酸廃液を
主工程で再使用できる硝酸として回収する工程と、核分
裂生成物等を廃棄物として処理する工程とがある。した
がって。

再処理プロセスのほとんどの工程は、硝酸溶液にさらさ
れている。

そこで、従来は、材料面からの防食対策として、炭素含
有量を低減化し耐硝酸腐食性を高めたステンレス！（例
えば５ＵＳ３０４Ｌ、　５ＵＳ３１６Ｌ、または５ＵＳ
３１０系のステンレス鋼）が使われてきた。

特に、溶解槽、廃液蒸発缶、酸回収蒸発缶の伝熱用配管
には、壁面温度の上昇や沸騰泡の発生により腐食が促進
される懸念があるため、耐食信頼性が高いとされる継目
なし鋼管が用いられている、継目なし鋼管は、鋼塊また
は丸鋼を切削し、冷間引抜法等による冷間加工が施され
、固溶化熱処理後、酸洗し洗浄して、製品化される。

従来、ステンレス鋼の耐食性を上げるためには、特開昭
６２−７０５１７号に記載のように、熱処理により結晶
粒を微細化する方法、時開［６０−３３３４５号に記載
のように、材料の化学組成を調整する方法が知られてい
る。また環境面からは、特開昭６０−４６３８０号に記
載のように、硝酸溶液にＮＯｘガスを添加する方法も呈
示されている。しかし、いずれも伝熱沸騰面の腐食の特
異性については認識がなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

既に述べたように、再処理設備部材には耐食性に優れた
ステンレス鋼が用いられている。しかし、硝酸溶液に核
分裂生成物が含まれている場合、硝酸溶液の腐食性が著
しく強まり、硝酸単独の場合には充分な耐食性を示す前
記ステンレス鋼であっても、その耐食性に問題が生じう
ろことが指摘されている。

この問題は、壁面温度の上昇や沸騰泡の発生がある伝熱
沸騰面において特に懸念される。そこで、減圧沸騰によ
り壁面温度を低下させる方式が提案されている。しかし
、この方式によっても、伝熱部の接液面における気泡の
発生を抑制できず、腐食の懸念を完全に回避することは
困難である。また、溶解槽では、使用済原子燃料を溶解
するという本来の目的から温度を下げることには限界が
あり、防食対策が切望されている。

本発明の目的は、壁面温度の上昇や沸騰泡の発生が懸念
される伝熱沸騰面においてもすぐれた耐硝酸腐食性を示
す原子燃料再処理プラントおよびその製造方法を提供す
ることである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、使用済原子燃料
を硝酸溶液に溶解して処理する原子燃料再処理プラント
において、硝酸溶液と接する伝熱沸騰面を酸洗後に電解
研磨し表面粗さを最大高さ（Ｒｍａス）で５μｍ以下に
したステンレス鋼により前記硝酸溶液と接する部材を形
成した原子燃料再処理プラントを提案するものである。

前記伝熱沸騰面を有しステンレス鋼からなる部材は、原
子燃料再処理プラントの燃料溶解槽の溶解部、高レベル
廃液蒸発缶の伝熱管および廃液蒸発缶２酸回収蒸発缶の
伝熱用管群、低レベルまたは極低レベル清液蒸発缶の伝
熱管を形成する部材等である。

本発明は、また、使用済原子燃料を硝酸溶液に溶解して
処理する原子燃料再処理プラントの製造方法において、
ステンレス鋼からなり前記プラントの高レベル廃液蒸発
缶を形成する伝熱管および廃液蒸発缶の伝熱沸騰面を含
む硝酸溶液接液面を酸洗後、廃液蒸発缶に陰極を挿入し
、蒸発缶内に電解液を満たし、伝熱管および廃液蒸発缶
を陽極として硝酸溶液接液面を電解研磨する原子燃料再
処理プラントの製造方法を提案するものである。

すなわち、本発明は、原子燃料再処理プラントの溶解槽
、廃液蒸発缶、酸回収蒸発缶の伝熱部に用いられるステ
ンレス鋼の硝酸溶液に接する面を酸洗後、電解研磨によ
り平滑化し、沸騰に伴う気泡の発生を抑制して、接液面
の腐食を抑えたものである。

例えば、継目なし鋼管は、酸洗して洗浄した後。

硝酸溶液との接液面が管内面で外面を高温蒸気等により
加熱される場合には内面を、また逆に、接液面が管外面
で内面から加熱される場合には外面を電解研磨し、その
後、溶接や機械加工等を施し、製品に供する。

管内面を電解研磨する場合は、酸洗および洗浄後の面を
そのまま用いるか、フラッパー・ホイール等を用いた機
械研磨や液体ホーニング等により下地仕上げをするかし
た後に、管内側に電解液を満し、管内にこの管と接触し
ないように通した線状ｌＩ３極を用いて、被研磨材を陽
極として電解する方式をとる。

また、管外面を電解研磨する場合には、前述の管内面の
場合と同様な表面状態にした後、管外面が電解液に接す
るようにし、同様な電解をおこなう。なお、ステンレス
鋼板の場合も同様である。

電解液は硝酸とリン酸の混合液が望ましく、温度は室温
のままでも加温してもよい６電流密度は３０〜１ＯＯＯ
Ａ／ｄｍ”とし、電解時間は数秒間から数分間とする。

陰極には鋼または銅合金。

ステンレス鋼等から選ばれた任意の不溶性金属を用いる
。この陰極は被研磨面との距離がほぼ等しくなるように
配置し、陰極が被研磨体と著しく近接する場合は、必要
に応じて、接触防止用のスペーサを取り付ける。電気的
短絡の有無は被研磨体と陰極間の電気抵抗を電気抵抗計
で測定して調べる。

電解研磨終了後、電極を取り外し水洗を実施し、電解液
を被研磨面に残さないよう配慮する。また、必要に応じ
て、窒素ガス等のブローにより、被研磨体を乾燥させる
。

電解研磨後の表面粗さは、ＪＩＳ　８０６０１表面粗さ
表示方法により表示すると、最大高さ（Ｒｍａス）で５
μｍ以下、特に、１μｍ以下であることが望ましい。

〔作用〕 ステンレス鋼が核分裂生成物のＲｕ　（■）やＣｅ（ｒ
Ｖ）またはステンレス鋼自身の腐食生成物のＣｒ（ＶＩ
）やＦｅ（ｍ）等の金属イオンを含む硝酸溶液にさらさ
れると、金属イオンの酸化力が大きいために、その濃度
が高くなるに従い、ステンレス鋼の表面電位が上昇し、
ステンレス鋼は不働態領域から過不働態領域に移り、腐
食が促進される。金属イオンは溶解槽、廃液蒸発缶、酸
回収蒸発缶の硝酸溶液中に通常存在する。ステンレス鋼
の腐食は金属イオンとの接触により進むが、非沸騰の静
止溶液のように表面で液の動きがないような場合、表面
には境膜が存在し、金属イオンはこの膜内を拡散によっ
てのみ移動するため、供給速度が小さい。しかし、伝熱
沸騰により表面から気泡を生じる場合は、境膜自身が消
失し、反応物質の移動速度が著しく大きくなり、それに
伴って腐食も促進される。

ところで、気泡核の発生量はステンレス鋼の表面が平滑
になるに従い減少し、また沸ｍ開始温度も高くなる傾向
にある。

本発明は、以上の知見に基づいてなされたものである。

すなわち、ステンレス鋼の接液表面を酸洗後、電解研磨
することにより、伝熱下での気泡の発生が抑えられ、そ
れに伴い腐食も抑制されることを見い出した。

第１図に具体的？Ｊ定結果の一例を示す。本例は、Ｎｂ
含有の２５　Ｃｒ　−２０Ｎ　ｉ鋼を対象に表面状態と
腐食速度との関係を調べたものである。溶液は９　Ｎ　
−ＨＮ　Ｏｓ−でＲｕ　ａ度１１００ｐｐのＲｕ（ＮＯ
）（ＮＯ８）８を含む。熱流速は１０７×１０３ｋｃａ
　（１／　ｍ”・ｈで大気圧沸趨条件である。液温は１
１０℃である。比較材としては、第１図右側に示すよう
に酸洗後洗浄したままの受入れ材を用いた。表面粗さは
下地仕上げと電解研磨条件を変えることにより、Ｒｍａ
ｘが０．５μｍ〜１０μｍ間のものを作成した。第１図
から明らかなように、Ｒｍａｘが５μｍ以下で腐食速度
が急激に減少し、特に、１μｍ以下において優れた耐食
性を示す６なお１表面粗さは表面粗さ計により測定した
が、通常は電解研磨条件と粗さとの関係をあらかじめ求
めておき、その条件に設定するのみで十分であり、一般
には電解時間により平滑性をコントロールできる。

また、研磨の方法には、電解研磨以外に機械的な方法も
考えられるが、オーステナイト系ステンレス鋼では冷間
加工を受けると表面がマルテンサイトに変化し、耐食性
が低下する恐れがあるため、最終的に本発明の電解研磨
工程を入れることが望ましい。

〔実施例〕

本発明を適用すべき原子燃料再処理プラントの構成を第
２図に示す。

使用済原子燃料は図示しない貯蔵池に入れられ、相当の
期間貯蔵され、燃料中の放射能が減衰してから処理され
る。使用済燃料がステンレス鋼やジルカロイを被覆管に
用いた軽水炉用燃料の場合は、小片に切断し、燃料溶解
槽１００で酸化物燃料だけを溶解させ、残りの被覆管と
固体廃棄物とを除去する。溶解は沸騰硝酸中でおこなわ
れる。燃料溶解液は共除染・分配系２００に送られ、ウ
ランおよびプルトニウムが分離されるにの分離燃料が有
機溶媒により抽出され、ウランおよびプルトニウ１１は
有機相に移行し、核分裂生成物は水相に残留する。水相
は高放射性廃液濃縮系５００に送られる。高レベル廃液
濃縮系５００内の蒸発缶で濃縮した硝酸溶液からさらに
廃液を除去するとともに硝酸を回収するために、酸回収
系７００の蒸発缶に送る。さらにこの硝酸溶液はそれを
再使用に適する硝酸として精製する酸回収精留塔に送ら
れる。酸を回収した廃液は低レベル廃液処理系８００に
送られ処理され、低レベル放射性廃液貯蔵系に貯蔵され
る。一方高レベル廃液濃縮系５００で除去された廃液は
高レベル廃液貯蔵系６００に貯蔵される。

第３図は第２図ブロック内で燃料溶解槽１００内のステ
ンレス鋼からなる処理部材に本発明を適用した一実施例
を示す斜視図である。図において１８はせん新燃料分配
器、１９は燃料を溶解するための硝酸溶液を菩えるＵ？
液部、２０は燃料を溶解する溶解部、２１は溶解部を加
熱するための加熱用蒸気入口、２２は凝縮水ドレン、２
３は溶解部２０の加熱ジャケット、２４は溶解部２０の
うち加熱ジャケット２３に覆われ伝熱沸騰が生じるステ
ンレス鋼管である。溶解部２０のうち伝熱沸騰が生じる
２４の部分に電解研磨処理を行なう。

第４図は、第２図ブロック５００の高レベル廃液濃縮系
において、高レベル廃液を蒸発させるための高レベル廃
液蒸発缶に本発明を適用した実施例を示す図である。図
において２５は高レベル廃液蒸発缶、２６は外部加熱ジ
ャケット、２７は内部加熱コイル、２８は処理すべき液
の入口、２９は液の出口、３０はガス、の出口、３１は
加熱蒸気入口、３２は加熱蒸気出口であるにの場合、内
部加熱コイルを構成するステンレス鋼管３３と品レベル
廃液蒸発缶２５を構成するステンレス清缶が本発明の電
解研磨の対象となる。

次に、酸回収系７００に設置されている酸回収蒸発缶に
本発明を適用した実施例を第５ｐｉｉＩに示す。

図において３５は酸回収蒸発缶、３６はその中に設置さ
れたステンレス鋼製の管群３６．３７は蒸気から気体と
液体とを分離する気水分離器である。

本例では管群を構成するステンレス鋼管３６が発明の電
解研磨の対象となる。

本発明の電解研磨方法の基本的−例を第６図に示す。図
において１は直流電源、２は絶縁体、３は線状陰極、４
は内面を研磨すべき被研磨体、５は電解容器、６は電解
液、７はこの電解液の貯蔵タンク、８は電解液を前記被
研磨体内に供給する電解液供給管、９は＠詑線状陰極と
被研磨体４とを隔てるスペーサ、１０は電解液のヒータ
である。

電解液６はヒータ１０により加温後、電解液供給ポンプ
８で被研磨体４内に供給される。この場合、陰極３には
銅線を用い、スペーサ９としてはグラスウールを用いた
。

ステンレス清缶のみならず蒸発缶の電解研磨においても
、上記第６図の方法を採用できるが、本発明に特有な電
解研磨方法を第７図に示す。本実施例は第４図高レベル
廃液蒸発缶の内部加熱コイル２７の外面と廃液蒸発缶２
５の内面とを同時に電解研磨する方法である。本実施例
の場合、高レベル廃液蒸発缶２５内に内部加熱コイル２
７等を組付けた後、前記蒸発缶内に電解液を満たし、銅
線等の陰極３を挿入し、内部加熱コイル２７を構成する
ステンレス鋼管３３の外面と廃液蒸発缶２５を構成する
ステンレス清缶３４の内面等を陽極として外部電源１に
接続し硝酸溶液と接する表面を電解研磨する。本実施例
によればステンレス鋼管３３とステンレス清缶３４とを
同時に電解研磨できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、伝熱沸騰部を有する原子燃料再処理プ
ラントのステンレス鋼管からなる設備部材の腐食を防止
し、耐久性を大幅に増すことが可能となり、再処理プラ
ントの稼動率が上る。

【図面の簡単な説明】

第１図はステンレス鋼の表面粗さと腐食速度との関係を
示す図、第２図は原子燃料再処理プラントの構成の一例
を示す系統図、第３図は燃料溶解槽における本発明適用
対象部材を示す図、第４図は高レベル廃液蒸発缶におけ
る本発明適用対象部材を示す図、第５図は酸回収蒸発缶
における本発明適用対象部材を示す図、第６図は本発明
による原子燃料再処理プラントを構成する部材の電解研
磨の基本的方法を示す図、第７図は本発明による原子燃
料再処理プラントの構成部材の電解研磨方法の一実施例
を示す図である。 １・・・電源、２・・・絶縁体、３・・・線状陰極、４
・・・被研磨体、５・・・電解容器、６・・・電解液、
７・・・電解液貯蔵タンク、８・・・電解液供給ポンプ
、９・・・スペーサ。 １０・・・ヒータ、１８・・・せん新燃料分配器、２０
・・・溶解部、２３・・・加熱ジャケット、２４・・・
電解研磨対象ステンレス鋼管、２５・・・高レベル廃液
蒸発缶、２６・・・外部加熱ジャケット、２７・・・内
部加熱コイル、３３・・・電解研磨対象ステンレス鋼管
、３４・・・電解研磨ステンレス清缶、３５・・・酸回
収蒸発缶、３６・・電解研磨対象ステンレス鋼管群。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、使用済原子燃料を硝酸溶液に溶解して処理する原子
   燃料再処理プラントにおいて、 前記硝酸溶液と接する伝熱沸騰面を酸洗後に電解研磨し
   表面粗さを最大高さ（Ｒｍａｘ）で５μｍ以下にしたス
   テンレス鋼により前記硝酸溶液と接する部材を形成した
   ことを特徴とする原子燃料再処理プラント。 ２、特許請求の範囲第１項において、 前記伝熱沸騰面を有しステンレス鋼からなる部材が、 前記プラントの燃料溶解槽の燃料溶解部を形成する部材
   であることを特徴とする原子燃料再処理プラント。 ３、特許請求の範囲第１項において、 前記伝熱沸騰面を有しステンレス鋼からなる部材が、 前記プラントの高レベル廃液蒸発缶の伝熱管および廃液
   蒸発缶であることを特徴とする原子燃料再処理プラント
   。 ４、特許請求の範囲第１項において、 前記伝熱沸騰面を有しステンレス鋼からなる部材が、 前記プラントの酸回収蒸発缶の伝熱用管群であることを
   特徴とする原子燃料再処理プラント。 ５、特許請求の範囲第１項において、 前記伝熱沸騰面を有しステンレス鋼からなる部材が、 前記プラントの低レベルまたは極低レベル廃液蒸発缶の
   伝熱管であることを特徴とする原子燃料再処理プラント
   。 ６、使用済原子燃料を硝酸溶液に溶解して処理する原子
   燃料再処理プラントの製造方法において、ステンレス鋼
   からなり前記プラントの高レベル廃液蒸発缶を形成する
   伝熱管および廃液蒸発缶の伝熱沸騰面を含む硝酸溶液接
   液面を酸洗後、前記廃液蒸発缶に陰極を挿入し、前記蒸
   発缶内に電解液を満たし、前記伝熱管および廃液蒸発缶
   を陽極として前記硝酸溶液接液面を電解研磨することを
   特徴とする原子燃料再処理プラントの製造方法。