JPH01277748A - 汽力発電プラントにおける水質監視方法 - 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］ 本発明は原子力または火力等の汽力発電プラントのター
ビン復水および給水の水質監視方法に係り、特に、復水
脱塩器イオン交換樹脂の取替え或いは薬品再生時期を判
断するに好適な水質監視方法に関する。

［従来の技術］ 従来の沸騰水型原子力発電プラントの汽水循環系の水質
管理項目には、例えば通商産業省資源エネルギー庁編：
原子力発電便覧：電力新報社（１９７９）に記載されて
いるように導電率、金属不純物濃度、溶存酸素濃度、塩
化物イオン濃度、水素イオン濃度があり、これらを日常
的に管理してプラントの運用を行なっており、濃度監視
手段としては例えば特開昭６２−１０６３６７号公報に
記載のように自動連続オンライン装置がある。

沸騰水型原子力発電プラントでは復水器からの復水を復
水脱塩器を通して再び原子炉に戻すが、復水器に海水リ
ークがあった場合に塩化物イオンが原子炉内に流入する
可能性があるため、該復水脱塩器はこの海水リークに対
処することが設置目的の１つとなっている。復水脱塩器
内に充填されたイオン交換樹脂は、復水中の各種のイオ
ン成分を吸着して、プラントの運転経過に伴ってその吸
着性能が低下するので、定期的に（普通は一年間に２回
）薬品による再生が行なわれている。

他方、従来、復水脱塩器のイオン交換樹脂の吸着負荷量
（吸着したイオンの量）を次のような方法で評価するこ
とが知られていた。すなわち、復水脱塩器入口および出
口での復水導電率を測り、この入口、出口での導電率の
差は復水脱塩器で除去された塩濃度によるものと見做し
、これを塩化ナトリウム濃度に換算して、その濃度に通
水量を乗じて吸着負荷量と評価する方法である。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明者らは、海水リークがない状態での実プラントに
おいて、運転開始前と１年間運転した後の復水脱塩器の
イオン交換樹脂を第５図に示したように細分化した各個
所から採取して分析し、運転中にイオン交換樹脂に吸着
されたイオンの種類とその吸着量を求めた。その結果、
第１表に示したように陽イオンは鉄、ニッケル等のプラ
ント構成材料から溶出したと考えられる成分であり、そ
の吸着量は全陽イオン交換容量（新品のイオン交換樹脂
の陽イオン交換容量）の約２．５ｚであった。

陰イオンは、炭酸イオンだけが認められ、その吸着量は
全陰イオン交換容量（新品のイオン交換樹脂の陰イオン
交換容量）の約８．３石であった。

第　　１　　表 第１表に示した１年間運転での吸着量からすれば、１年
間運転後でもイオン交換樹脂は十分にイオン交換容量を
残しており、薬品再生頻度を通常の年２回の頻度より少
なくすることが可能と考えられる。復水脱塩器イオン交
換樹脂の薬品再生によって発生する廃液は濃縮処理をし
て放射性廃棄物としてドラム缶に詰め保管するので、薬
品再生の頻度を少なくし得れば放射性廃棄物ドラム缶の
発生量を減らすことができる。

適切な薬品再生時期は、上記のような実機におけるイオ
ン交換樹脂の採取・分析からそのイオン吸着量を評価す
ることによって決めることができるが、この評価方法は
復水脱塩器全体の性能を評価するために復水脱塩器内の
数多くの個所からイオン交換樹脂試料を採取することが
必要なこと、定検等のプラント停止中でなければ試料を
採取できないこと等、実施上の制約がある。

他方、復水脱塩器の入口および出口での導電率の差を測
定して復水脱塩器イオン交換樹脂の吸着負荷量を評価す
る前記従来の方法を用いてイオン交換樹脂の薬品再生時
期を決めることには、下記の問題がある。すなわち、こ
の評価方法では、復水中に炭酸のような弱電解質が存在
する場合は、陽イオン負荷が過大に評価され、薬品再生
時期が早まり過ぎるという問題がある。すなわち、復水
中に存在する成分がＮａＣｌ等のような強電解質のみで
あれば導電率はイオン交換樹脂への負荷となる成分の濃
度を正しく示すが、炭酸が存在する場合は ＣＯ２＋Ｈ２０→）ｌ”　＋　ＨＣＯ，−・・・・・（
１）となって水素イオン（Ｈｌ）を遊離する。■＋はイ
オン交換樹脂への負荷とはならないにもかかわらず導電
率への寄与が大きいので、導電率をＮａＣｌ　′ａ度に
換算すると陽イオン負荷が過大に評価されることになる
。

本発明の目的は、汽力発電プラントの復水脱塩器内のイ
オン交換樹脂への負荷となるイオンの濃度を正しく検出
し、ひいては、該イオン交換樹脂の吸着負荷量、吸着性
能を正しく評価し、その薬品再生時期もしくは交換時期
を適切に決定することを可能とする方法を提供すること
にある。

［課題を解決するための手段］ 復水脱塩器のイオン交換樹脂への負荷となる復水中のイ
オンの濃度は特許請求の範囲の請求項１記載の方法によ
って知ることができ、該イオン交換樹脂への吸着負荷量
は請求項２記載の方法によって知ることができる。

［作　　　用コ 復水の一部分を採取し、その導電率と炭酸濃度とを夫々
導電率計および炭酸濃度計で測ることによって、イオン
交換樹脂への真の負荷となる該復水中のイオン濃度は次
のようにして知られる。復水の導電率ａは一般に次の式
で表せる。

ａ　＝Σ　　　ｃ　　ａ　Ａ””・（２）ただし、 ａ：復水の導電率（μｓ／ａ１） Ｃ：各成分の濃度（ｍｇ当量／ｆｌ） α：各成分の解離度 Σ：合計の記号 各イオンのへの値は第２表に示す。

第　　　２　　　表 ＮａＣｌ等の強電解質が溶解している場合はそのαはα
＝１であり、Ｈ”、ＯＨ−は共に１０−’ｍｏ　ｎ　／
　Ｑである。ＣＯ２が溶解している場合は ８２Ｇｏ３　　；！　　　Ｈ”　　　＋　　ＨＣＯ，・
・・・・・・・（１）が既知であるから、炭酸（ＣＯ２
あるいは１１□ＣＯ，）のいろいろな濃度によって炭酸
の解離度αが（４）式によって求められ、［）Ｉ”）　
、　（ＨＣＯ３−）がわかる。

−＝Ｋ　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（
４）ｌ−α すなわち、導電率計で得られた復水の導電率の値を８（
μｓ／　ａｍ　）とすると、炭酸濃度計で得れられた全
炭酸濃度から、（３）、（４）式によって（１）式の１
１＋濃度がわかり、復水の導電率ａへの炭酸寄与ｂ（μ
ｓ／■）がわかる。したがって、ａ−ｂ＝ｄ（μｓｌ印
）・・・・・・・・・・・・・（５）を計算すれば、こ
のｄは復水の導電率ａへのＮａＣｌ等の強電解質の寄与
となり、この差し引きの導電率ｄ　ｌ（ＮａＣｌ濃度に
換算することにより、イオン交換樹脂への真の負荷とな
るイオンの濃度が正しく評価できる。

復水脱塩器の入口側と出口側で夫々復水の一部分を採取
し、その導電率と炭酸濃度を測定し、その測定値に基づ
き上記の演算をすれば、復水脱塩器入口および出口にお
ける復水中の該イオンの濃度が求まり、その差に復水脱
塩器の通水量を乗ずれば復水脱塩器のイオン交換樹脂の
イオン吸着負荷量（吸着したイオンの量）を正しく評価
できる。

これにより、該イオン交換樹脂の薬品再生時期を適切に
決めることができる。

［実　施　例コ 以下、沸騰水型原子力発電プラントの場合について、本
発明の一実施例を第１図により説明する。

１は復水器、２は復水濾過器、３は復水脱塩器（イオン
交換樹脂２１が充填されている）、４は給水加熱器、５
は原子炉、６はタービンである。

復水器１からの復水は、その全量が復水脱塩器３を通過
してイオン成分がイオン交換樹脂２１に吸着除去された
後、給水加熱器４を経て原子炉５に給水される。復水脱
塩器３人口の試料水採水配管７および復水脱塩器３出口
の試料水採水配管８から復水の一部を夫々試料水として
採り入れ、夫々炭酸濃度計９と導電率計１０および炭酸
濃度計１１と導電率計１２に導き、炭酸濃度および導電
率を連続的あるいは間欠的に測定する。

炭ｒＩｔ′ａ度計９　（または１１）の原理的構成の例
を第２図で説明する。試料水採水配管７（または８）か
ら導入した試料水は、流路切り換えバルブ１３を通って
、陰イオン交換樹脂２０を充填した濃縮カラム１４を通
り、水素イオン濃度計（ｐＨ計）１５を通り、流量計１
６を通って排出される。一方、溶離液１７が、定流量ポ
ンプ１８によって、流量切り換えバルブ１３を通して濃
縮カラム１４に流れるようにする。試料水を濃縮カラム
１４に一定時間流し、試料水中の炭酸を陰イオン交換樹
脂２０に吸着濃縮した後、流路切り換えバルブ１３の流
路を切り換えて溶離液１７が濃縮カラム１３に流れるよ
うにする。溶離液１７は塩化す［〜リウム（ＮａＣｌ　
）のような中性塩溶液を用いる。溶離液１７はイオン交
換樹脂２０に（６）式のように吸着された炭酸を（７）
式のように溶離する。式中、Ｒは樹脂を表している。

吸着　Ｒ−ＣΩ＋Ｈ２Ｃｏ、→Ｒ−Ｃｏ、＋ＨＣＱ・・
・・・・・（６）溶離　Ｒ−ＣＯ３＋ＮａＣｌ＋Ｒ−Ｃ
Ｑ＋Ｎａ２ＣＯ１・・・・・（７）１Ｂは液中のＮａ２
ＣＯ３は Ｎａ、Ｃｏ３！ＮａＯＨ＋Ｈ２Ｃｏ、、”・・・・・・
・・”（８）のように強アルカリと弱酸になり、溶液は
アルカリ性となる。このときのｐｉ（は、イオン交換樹
脂２０に吸着されていたＲｍの量が多いほど高くなる。

吸着された炭酸が完全に溶離されるとｐＨは中性に戻る
ので、再び流路切り換えバルブ１３を切り換え、濃縮カ
ラム１４に試料水を流す。この操作をくり返した場合、
　ｐＨ計１５の記録は第３図に示したようになる。ｐｏ
計１５の指示と炭酸の量の関係は、あらかじめ既知濃度
の標準溶液を用いて求めておく。このようにして得られ
た炭酸の量を、濃縮カラム１４に通した試料水量で除し
て試料水中の炭酸濃度を知ることができる。

復水脱塩器３の入口の水中に含まれる成分のうち該復水
脱塩器３内のイオン交換樹脂２１への負荷となるイオン
成分の濃度は、炭酸濃度計９で得られる炭ｍ濃度と導電
率計１０で得られる導電率とから、（１）〜（５）式に
基づいて計算できる。同様に復水脱塩器３の出口の炭ｍ
濃度計１１と導電率計１２とから復水脱塩器３の出口水
中の上記と同じイオン成分の濃度が計算できる。

このようにして得た復水脱塩器入口と出口でのイオン濃
度の差と、復水脱塩器の復水通水量の積算値から復水脱
塩器イオン交換帰脂への吸着負荷量がわかる。これによ
り、復水脱塩器のイオン交換樹脂の薬品再生時期が的確
に判断できる。

さらに、次の方法で復水脱塩器のイオン交換樹脂の吸着
速度劣化の程度を知ることができる。イオン交換樹脂層
でのイオン吸着モデルを第４図に示す。樹脂層２３は、
飽和吸着帯２４と、吸着が進行している破過帯２５とに
分けて考えることができる。破過帯２５においては、水
中の任意のイオンの濃度および樹脂への吸着量は次のよ
うに表すことができる。

Ｃ１＝Ｃ，（１−β）″・・・・・・・・・・・・・（
９）Ｑｎ（Ｃ１／Ｃｏ） ２２−２工＝□・・・・・・・・・・（１０）１２ｎ（
１−β） ｑ”ｑｎ　’　ｅ　　””””””””°（１１）Ｑｚ
　＝　ｑｏ　、／”　ｅ−”ｄｚ ＝−３Ａ−（ｅ−＝１）・・・・・”＝（１２）但し、 Ｃ□：樹脂層出口イオン濃度（ｅｑ／　Ｑ　）Ｇｏ：ｖ
Ｊ４脂層脂層ゴロイオン濃度ｑ／　Ｑ　）Ｚ：４Ｈ＋ａ
Ｈ？Ｊ入口からの距ｍ　（ａｍ　）β：樹脂層１ａ１１
当りの脱塩率 また、飽和吸着帯の吸着量Ｑ工は Ｑ１＝　ｑｏ　（Ｚ２−　ｚｉ）　・−−−・−−−・
（１３）したがって、全吸着量Ｑは Ｑ＝Ｑ工＋Ｑ２・・・・・・・・・・・・・・・・・（
１４）また、入口イオン濃度Ｃｏのとき、出口濃度が０
１に達するまでの時間Ｔは Ｔ　＝−Ｑ−（ｈ）　　・・・・・・・・・・（１５）
ｏＸＶ 但し　■：通水流速（口／ｈ） となる。

ここで、炭酸濃度計９および１１で夫々得られた復水脱
塩器３の入口および出口の炭酸濃度を（９）〜（１２）
式に代入することにより、炭酸の脱塩率βが求めら才ｂ
、復水脱塩器の炭酸の吸着性能を経時的に追跡できる。

なおプラント運転中に、万一の復水器海水リークが生じ
た場合、原子炉内への塩化物イオンの流入を防止するた
めに１次の対応が可能となる。復水中の塩化物イオン濃
度は導電率計１０と炭酸濃度計９を用いて（５）式から
求めることができ、この濃度をＣｏとし、復水脱塩器出
口の塩化物イオン濃度Ｃ□が規制値に達するまでの時間
は１本発明者らが実験で求めた（１６）式により塩化物
イオンの脱塩率を求め、それぞれ（９）〜（１５）式の
脱塩率に代入することによって、計算できる。

塩化物イオン脱塩率＝０．３５×炭酸脱塩率　（１６）
０．２６ ［発明の効果コ 本発明によれば、復水脱塩器イオン交換樹脂への負荷と
なるイオンの濃度、更には該イオン交換樹脂への吸着負
荷量が正確に求められるのでイオン交換樹脂の吸着能力
を効率良く使用するために適切なイオン交換樹脂の交換
あるいは薬品再生時期が定量的に決定できる。このため
、再生薬品廃液の発生が低減でき。原子力発電プラント
では放射性廃棄物発生量および廃樹脂発生量が低減でき
る効果がある。

さらに、復水脱塩器イオン交換樹脂の脱塩性能がわかる
ので、万一海水リークが生じたとき、復水脱塩器出口で
の塩化物濃度が規制値に達するまでの時間を知ることが
できるので海水リークに対するプラント運用方法を事前
に検討でき、安全性の向上に貢献し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す概要図、第２図は炭
酸濃度計の１例を示す原理的概要図、第３図は第２図で
得られるｐＨ記録の１例を示す図、第４図はイオン交換
樹脂層のイオン吸着モデルを示す図、第５図は復水脱塩
器イオン交換樹脂のサンプリング位置を示す図である。 １゜１．復水器　　　　　　２・・・復水濾過器３・・
・復水脱塩器　　　　４・・・給水加熱器５・・・原子
炉　　　　　　６・・・タービン７・・・復水脱塩器入
口試料水採水配管８・・・復水脱塩器出口試料水採水配
管９・・・復水脱塩器入口炭酸濃度計 １０・・・復水脱塩器入口導電率計 １１・・・復水脱塩器出口炭酸濃度計 １２・・・復水脱塩器出口導電率計 １３・・・流路切り換えバルブ １４・・・濃縮カラム　　　　１５・・・ｐＨ計１６・
・・流量計　　　　　　１７・・・溶離液１８・・・送
液ポンプ　　　　１９・・・制御器２０・・・イオン交
換樹脂 ２１・・・復水脱塩器イオン交換樹脂 ２２・・・サンプリング個所　２３・・・樹脂層２４・
・・飽和吸着帯　　　　２５・・・破過帯第２図 一一−す哨問

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、タービン復水器からの復水をイオン交換樹脂を充填
   した復水脱塩器に通した後に蒸気発生装置に戻す汽力発
   電プラントにおいて、復水の一部を採取してその導電率
   および炭酸濃度を連続もしくは間欠的に経時的に測定し
   、該炭酸濃度の測定値に基づき上記導電率の測定値への
   炭酸に起因する遊離水素イオンの寄与を算出し、該寄与
   を上記導電率の測定値から減算した残りの導電率の値を
   ＮａＣｌ濃度に換算することにより、復水中の前記イオ
   ン交換樹脂への負荷となるイオンの濃度を評価すること
   を特徴とする汽力発電プラントにおける水質監視方法。 ２、タービン復水器からの復水をイオン交換樹脂を充填
   した復水脱塩器で処理した後に蒸気発生装置に戻す汽力
   発電プラントにおいて、復水脱塩器の入口側と出口側に
   おける復水の一部分を採取してその夫々の導電率および
   炭酸濃度を連続もしくは間欠的に経時的に測定し、これ
   らの測定値に基づき上記請求項１中に記載した演算を行
   なうことにより、復水脱塩器入口側および出口側におけ
   る復水中の前記イオン交換樹脂への負荷となるイオンの
   濃度を夫々評価し、かくて得られた復水脱塩器入口側お
   よび出口側における復水中の該イオンの濃度の差をとり
   、該差に復水脱塩器の復水通水量を乗することにより、
   前記イオン交換樹脂の吸着負荷量を評価することを特徴
   とする汽力発電プラントにおける水質監視方法。 ３、前記炭酸濃度の測定は、炭酸を吸着する陰イオン交
   換樹脂を充填したカラムに復水を流した後、該カラムに
   塩化ナトリウムのような強電解質溶液よりなる溶離液を
   流し、該溶離液の水素イオン濃度を検知することにより
   、行なわれる請求項１または２記載の汽力発電プラント
   における水質監視方法。