JPH01291005A - 給水加熱器 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は給水加熱器に係り、特に加熱器チューブを改良
した給水加熱器に関する。

（従来の技術） 沸騰水型原子力発電プラントの給水加熱器は復水器から
の復水を給水として加熱し、原子炉知力容器へ導くもの
である。給水の加熱は給水が給水加熱器の加熱器チュー
ブを流通する間に熱交換によってなされる。

このような加熱器チューブは熱交換効率を高めるために
給水との接液面積が約２００００ｄと大きく構成される
。したがって、腐食防止の観点から従来加熱器チューブ
は腐食され難いオーステナイト系ステンレス鋼によって
形成されている。

（発明が解決しようとする課題） このオーステナイト系ステンレス鋼は腐食速度が小さく
腐食量が第４図曲線１に示すように少ないものの、Ｎｉ
含有量が多い。なお、第４図はステンレス鋼の腐食量と
試験時間との関係を示している。Ｎｉが多いとその不純
物として存在するＣＯも多くなる。一般にステンレス鋼
から液体中へ溶出するＧｏの溶出量はステンレス鋼の腐
食速度Ｎｉ含有率との積に比例する。したがって、加熱
器チューブを構成するステンレス鋼Ｃ）Ｎｉ含不楚が多
い場合にはＣｏが給水中へ溶出する溶出量の増大を意味
することになる。したがって　刃口熱）■チューブがオ
ーステナイト系ステンレス鋼から栖カ号された場合には
給水中のＣＯ濃度が増大する。また、上述のように加熱
器チューブの接液面積が大きいので給水中のｃｏ量の９
０％以上がこの加熱器チューブから溶出することになる
。

給水中に溶出したＣＯは給水中のＮｉ、　Ｆｅ等ととも
に原子炉圧力容器内の炉心へ導かれて中性子照射を受け
、Ｃｏ−６０＋　Ｍｎ−５４，Ｃｏ−５８等の放射性核
種に変化する。このうち、Ｃｏ−６０は放射線量が他の
核種に比べて著しく大きい。したがって、給水中にＧｏ
が多量に存在すると、Ｃｏ−６０の発生量も増大し、プ
ラントの放射線量が大きくなって、プラント運転員が放
射線で被ばくする恐れがある。

そこで、作業従事者の被ばく低減の観点から、Ｎｉを含
有しないフェライト系ステンレス鋼を給水加熱器チュー
ブに適用することが検討されている。

オーステナイト系ステンレス鋼およびフェライト系ステ
ンレス鋼のいずれの場合であっても、この加熱器チュー
ブとしては、素管からピルガ−圧延機で冷間圧延された
継目無しステンレス鋼冷牽管が用いられる。冷間圧延工
程中の中間焼なましおよび終了後の最終焼なましは大気
炉中で行ない。

その後鋼管表面のスケールを除去するため、酸洗。

中和、水洗の工程がとられている。給水加熱器本体の内
部に配設される加熱管チューブの内外面の表面粗さはＪ
ＩＳの最大高さ（Ｒｍａｘ）で表示して５０８であり、
５０倍の光学顕微鏡で見てエッチビットの存在が認めら
れた。

原子力発電プラント作業従事者の被ばく低減の観点から
、Ｎｉを含有しないフェライト系ステンレス鋼を給水加
熱器チューブに適用することが望ましいが、しかしなが
ら、第４図曲線３に示すごとく、フェライト系ステンレ
ス鋼の腐食量はオーステナイト系ステンレス鋼（曲線１
）のそれに比べて極めて多く、鋼種の変更のみをもって
しては。

腐食生成物低減あるいは前述の作業従事者の被ばく低減
に大きな効果を期待することはできない。

本発明は上記事実を考慮してなされたものであり、原子
力発電プラントにおける放射線量を大巾に抑制すること
ができる給水加熱器を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、原子力発電プラントの給水系に設置され、本
体内部に多数の加熱器チューブが配設されて構成され、
給水は上記加熱器チューブ内を通過する間に熱交換され
、加熱される給水加熱器において、前記加熱器チューブ
は光輝焼なまし処理を施したフェライト系ステンレス鋼
から形成されていることを特徴とする。

（作用） 加熱器チューブの内外両面にＣｒ、Ｏａ、　ＦｅＣｒ２
Ｏ４を含む酸化皮膜が形成され、その結果、加熱器チュ
ーブから給水中への構成元素の溶出量が減少し、炉心に
おける放射性核種の生成量を低減させる。

（実施例） 本発明に係る給水加熱器の実施例を図面に基づいて説明
する。第１図は本発明に係る給水加熱器の一実施例で、
第２図は第１図における給水加熱器をヒータドレンフォ
ワードポンプアップ方式の給水系に組込んだ第１の例の
沸騰水型原子力発電プラントを示す系統図である。

第２図において、ｍ子炉圧力容器１内で発生した蒸気は
主蒸気ライン３を通って高圧蒸気タービン５へ導かれタ
ービンロータを駆動する。高圧蒸気タービン５で仕事を
した蒸気は湿分分離再熱器７を経て低圧蒸気タービン９
へ導かれ、タービンロータを駆動する。湿分分離再熱器
７は原子炉圧力容器１からの蒸気を導いて、高圧蒸気タ
ービン５にて仕事をした蒸気の湿分を除去し再熱するも
のである。

低圧蒸気タービン９へ導かれて仕事をした蒸気は復水器
１１内で冷却凝縮され復水となる。この復水は復水浄化
系１３へ導かれてろ過および脱塩処理され、給水系１５
へ送られて給水となる。給水系１５には上流側から順次
低圧給水加熱器１７、高圧給水加熱器１９が設置される
。給水はこれらの給水加熱器１７．１９によって段階的
に加熱された後、原子炉圧力容器１へ導かれる。

高圧給水加熱器１９内で給水と熱交換してこの給水を加
熱する加熱媒体は湿分分離再熱器７において加熱媒体と
して機能し流出した蒸気が用いられる。また、低圧給水
加熱器１７の加熱媒体は湿分分離再熱器７にて加熱され
て低圧蒸気タービン９へ導かれる蒸気の一部が使用され
る。これらの高圧。

低圧給水加熱器１９．１７から流出した加熱媒体は各々
高圧ドレン回収ライン２０、低圧ドレン回収ライン１８
を介して高圧給水加熱器１９、低圧給水加熱器１７の上
流側の給水ラインへそれぞれ送られ給水となる。給水と
なった加熱媒体は他の給水とともに高圧給水加熱器１９
．低圧給水加熱器１７にて加熱され、原子炉圧力容器１
へ導かれる。このように低圧および高圧給水加熱器１７
．１９の加熱媒体を浄化処理することなく直接給水ライ
ンへ導く給水系をヒータドレンフォワードポンプアップ
方式給水系という。

上述の低圧、高圧給水加熱器１７．１９は第１図に示す
ように、本体２１内部に多数本の加熱器チューブ２３が
配設されて構成されたものである。つまり、本体２１は
筒形状の本体胴２５と、この本体ＪＪｑ２５の両端部に
取り付けられた上流側氷室鏡板２７および下流側水室鏡
板２９から構成される。これら上流側および下流側氷室
鏡板２７．２９と本体胴２５との境界にそれぞれ管板３
１．３３が配設される。管板３１および上流側氷室鏡板
２７に囲まれて入口側水室３５が、管板３３および下流
側氷室鏡板２９に囲まれて出口側水室３７が形成される
。

多数の加熱器チューブ２３の端部は両管板３１．３３に
固定され、入口側および出口側氷室３５．３７に開口し
て設けられる。また、上流側氷室鏡板２７には給水入口
３９が、下流側氷室鏡板２９には給水出口４１がそれぞ
れ形成される。さらに、本体胴２５には加熱媒体を流入
し、排出する加熱媒体入口４３および加熱媒体出口４５
が形成される。したがって、給水人口３９から入口側水
室３５内へ導かれた給水は加熱器チューブ２３内を通過
する間加熱媒体人口４３がら本体胴２５内へ導かれた加
熱媒体としての蒸気によって熱交換されて加熱され、出
口側水室３７を経て給水出口４１から流出する。また、
本体胴２５内へ導かれた加熱媒体としての蒸気は熱交換
されて冷却され、加熱媒体出口４５から流出する。

加熱器チューブ２３はフェライト系ステンレス鋼５ＵＳ
４３４から構成される。この加熱器チューブ２３は従来
例と同様に素管からピルガ−圧延機で冷間圧延された継
目無しステンレス鋼冷牽管を用いるが、冷間圧延工程中
の中間焼なましおよび終了後の最終節なましは大気炉を
用いずアンモニア分解ガスの還元性雰囲気中で光輝焼な
まし処理を行なう。鋼種はＳ　Ｕ　Ｓ　４３４を用い焼
なまし温度は７８０〜８２０℃、アンモニア分解ガスの
露点−３０℃で熱処理する。冷却は水冷あるいは急冷を
行なわずアンモニア分解ガス中で徐冷した。

ピルガ−圧延機の溝ロールおよびマンドレルの研磨番号
を６００〜８００番と細かくし、圧延速度も従来速度の
１／２と遅くして加工した後、光輝焼なまし仕上げした
製品の表面粗さは最大高さ（Ｒｍａｘ）で表示して１２
．５５が得られる。

従来例による大気炉焼なましプラス酸洗仕上げの製品と
本発明で使用する光輝焼なまし仕上げの製品との表面酸
化皮膜をＸ線解析装置で解析したところ、前者からはα
−Ｆｅ回折線のほかα−Ｆｅ、　Ｏ。

回折線が認められるが、後者からはＣｒ、　Ｏ，と少量
のＦｅＣｒ、　０４の存在が認められる。

本実施例ではアンモニア分解ガスを用い、はぼＮ、：Ｈ
１＝３：１に選択するが、Ｎ２ガス＋Ｈ２ガスの混合ガ
スを用いることにより混合比を変えられるメリットがあ
る。

Ｓ　Ｕ　Ｓ　４３４よりもさらに高温安定な加熱器チュ
ーブとしてＴＬ＝１２ＸＣ〜１．０％とＭｎ　＝０．１
〜０．６％を含むフェライトステンレス鋼５ＵＳ４３９
　（Ａ　Ｉ　Ｓ　ＩＸＭ−８）の採用が望ましいが、こ
の場合にはＮｅｔＨ２を含んだガスを用いるとＴｉが窒
化物または水素化物を形成して脆化するので避けなけれ
ばならない、真空炉で焼なましする場合には真空度を０
．５ｔｏｒｒ以下にする必要がある。

本発明において、ステンレス冷産管を加工した後の最終
節なまし温度として７００〜１０５０’Ｃとすることが
好ましく、さらに好ましくは、７５０〜ｉｏｏ。

℃である。熱処理温度が７００℃未満では耐鋭敏化特性
が劣り、また他方１０５０’Ｃを超える温度で熱処理す
ると機械的性質、特に耐カ、引張り強さが劣るため好ま
しくない。

光輝焼なまし処理を施したフェライト系ステンレス鋼Ｓ
　Ｕ　Ｓ　４３４の腐食速度はＯ、ｆ　ｔｒｇ　／　ａ
ｌ　／　２０ｄａｙｓであり、酸洗上りのそれは０　、
６　ｍｇ　／　ａＪ　／　２０ｄａｙｓである。（第４
図曲１１２）従って、光輝焼なまし仕上げをすることに
より溶出量は１／６に減少する。

前述表面酸化皮膜のＸ線回折結果が示すごとく、光輝焼
なまし処理を施した製品表面にみられるコランダムタイ
プのＣｒ酸化物皮膜が耐食機能をもつものと判断される
。

ここで、第４図曲線２は光輝焼なまし処理を施したフェ
ライト系ステンレス鋼を１曲線３は酸洗上リフエライト
系ステンレス鋼を、曲線１はオーステナイト系ステンレ
ス鋼を腐食試験における腐食量の経時変化でそれぞれ示
している。試験水中の溶存酸素濃度は約５０ｐｐｂであ
り、試験温度は２８０℃である。

しかして、光輝焼なまし処理を施したフェライト系ステ
ンレス鋼を用いた加熱器チューブ２３では酸洗上りのフ
ェライト系ステンレス鋼を用いた場合に比べ、給水への
腐食生成物発生量が１／６に減少することから、原子炉
圧力容器１内の炉心で生成される放射性核種の生成量も
大幅に低減する。

その結果、原子力発電プラントにおける放射線量が減少
し、作業者の被ばく量の低減化が可能となる。

また、給水および蒸気中への腐食生成物が少なくなるこ
とから、給水系をヒータードレインフォワードポンプア
ップ方式とすることができる。したがって、低圧および
高圧給水加熱器１７．１９の加熱媒体を復水浄化系１３
を経ることなく直接給水加熱器１７．１９へ導いて加熱
することができる。その結果、加熱媒体を復水器１１へ
導いて冷却凝固した後、復水浄化系１３へ導く後述のカ
スケード方式の給水系（第３図）に比べ熱経済上有利と
なる。

上記構成に係る給水加熱器をカスケード方式の給水系に
組込んだ第２の例を説明する。この第２の例では、加熱
器チューブ２３が前述したように酸化皮膜を付与したフ
ェライト系ステンレス鋼から形成された給水加熱器１７
．１９を第３図に示すカスケード方式の給水系に設置し
たものである。この　−カスケード方式の給水系は高圧
給水加熱器１９からの加熱媒体を低圧給水加熱器１７へ
導いて再び加熱媒体として使用し、低圧給水加熱器１７
の加熱媒体を復水！ｍ１１へ導き、復水浄化系１３で浄
化するように構成したものである。この第２の例の場合
には熱経済上の利点を度外視すれば加熱媒体中の腐食生
成物を復水浄化系１３で確実に除去することができる。

そのため、炉心における放射性核種の生成量を一層減少
することができ、プラントの放射線量をより一層低減さ
せることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、本体内部に配設された多数の加熱器チ
ューブが光輝焼なまし処理を施したフェライト系ステン
レス鋼から形成されたことから、この加熱器チューブか
ら給水中へ溶出する腐食生成物を減少させて、炉心にお
ける放射性核種の生成量を低減させることができる。そ
の結果、原子力発電プラントにおける放射線量を大幅に
抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る給水加熱器を示す断面図、第２図
は第１図における給水加熱器をヒータドレンフォワード
ポンプアップ方式の給水系に組込んだ第１の例の沸騰水
型原子力発電プラントを示す系統図、第３図は同じく給
水加熱器をカスケード方式の給水系に組込んだ第２の例
の沸騰水型原子力発電プラントを示す系統図、第４図は
本発明に係る光輝焼なまし処理を施したフェライト系ス
テンレス鋼と従来例の酸洗上りのフェライト系ステンレ
ス鋼および酸洗上りのフェライト系ステンレス鋼の腐食
試験における腐食量の経時変化を示す特性図である。 １・・・原子炉圧力容器　５・・・高圧蒸気タービン９
・・・低圧蒸気タービン　　１５・・・給水系１７・・
・低圧給水加熱器　　１９・・・高圧給水加熱器２１・
・・本体　　　　　　２３・・・加熱器チューブ代理人
　弁理士　猪股祥晃（ほか１名）第１図 潰食量（ｒｒ１ｇ／Ｃｍ２）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原子力発電プラントの給水系に設置され、本体内部に多
   数の加熱器チューブが配設されて構成され、給水は前記
   加熱器チューブ内を通過する間に熱交換れさ加熱される
   給水加熱器において、前記加熱器チューブは光輝焼なま
   し処理を施したフェライト系ステンレス鋼から形成され
   ていることを特徴とする給水加熱器。