JPH05209991A - 原子炉配管の汚染防止方法 - Google Patents

原子炉配管の汚染防止方法

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JPH05209991A
JPH05209991A JP4016089A JP1608992A JPH05209991A JP H05209991 A JPH05209991 A JP H05209991A JP 4016089 A JP4016089 A JP 4016089A JP 1608992 A JP1608992 A JP 1608992A JP H05209991 A JPH05209991 A JP H05209991A
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JP
Japan
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reactor
concentration
cooling water
primary cooling
piping
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JP4016089A
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Kenji Yamazaki
健治 山崎
Yoshitake Morikawa
義武 森川
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin

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  • Preventing Corrosion Or Incrustation Of Metals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】原子力発電所の設計や運転履歴によらず、また
副次的な有害作用を引き起こさない方法で一次系配管へ
の放射性核種の付着を抑制する。 【構成】軽水冷却型原子力発電所の一次系配管への放射
性核種の付着抑制を、一次冷却水中の金属酸イオン濃度
を予め決められた濃度の範囲に維持する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は軽水冷却型原子力発電所
における一次系配管において、配管内面への放射性核種
の付着を防止する原子炉配管の汚染防止方法に関する。
【0002】
【従来の技術】軽水冷却型原子力発電所では、定期検査
を行う際に、原子炉側のシステム配管、つまり一次系配
管の内面に付着した放射性核種からの放射線によって、
作業員が放射線被曝することが問題となっている。
【0003】放射線源の遮蔽による作業場所の放射線強
度の低減、放射線強度の高い作業の自動化や遠隔操作化
による高放射線区域への作業員の立ち入り時間の削減は
作業員の放射線被曝防止に有効であるが、配管内面への
放射性核種の付着量を低減することが抜本的な被曝低減
対策となることは、言うまでもないことである。
【0004】配管への放射性核種の付着の機構は従来以
下のように説明されている。原子炉一次冷却水中に接す
るステンレス鋼や炭素鋼の配管材料は、原子炉一次冷却
水の温度が約 300℃と高いため原子炉運転中に僅かでは
あるが腐食する。
【0005】腐食生成物の一部は冷却水中に溶解する
が、大部分はマグネタイトなどの酸化物となって配管に
止まって腐食被膜を形成する。冷却水中には原子炉系統
の他の配管や機器から発生したのち、冷却水によって原
子炉炉心に運ばれ放射化された放射性核種が金属イオン
として溶解している。
【0006】この様な放射性核種の代表は60Coであ
る。60Coはその半減期が約5年と長いことと放出する
ガンマ線のエネルギーが高いことから、原子力発電所作
業員の被曝線源の主要な核種である。以下60Coに的を
絞って配管への付着とその抑制方法に関する従来の知見
と技術について述べる。
【0007】冷却水中の60Coは上記配管に生成する腐
食被膜のマグネタイトなどの酸化物中に容易に取り込ま
れる。従来の研究によれば、腐食被膜に取り込まれる60
Coの量は冷却水中の60Coイオン濃度と配管に生成す
る腐食被膜の厚さに比例する事が分かっている。
【0008】従って、冷却水中の60Coイオン濃度の抑
制と配管の腐食被膜生成を抑制することの少なくともい
ずれか一方によって配管への60Coの付着が抑制される
こととなる。
【0009】冷却水中の60Coの濃度の抑制方法として
は、原子炉構造材料中に微量不純物として含まれるCo
の含有量を規制することや、Coを主成分とするステラ
イト材をCoを含まない材料に代替するなどの方策が採
られている。
【0010】配管の腐食被膜生成を抑制する方法として
は、配管を予め予備酸化し耐蝕性の高い酸化皮膜を生成
せしめ原子炉が運転を開始し冷却水中に60Coが含まれ
るようになってからの配管の酸化皮膜生成を抑制するプ
レフィルミングや、配管をあらかじめ研磨処理して表面
を平滑化することにより、実効的な表面積を減少させ、
60Co付着密度を抑制することなどが行われている。
【0011】また、冷却水中に微量の亜鉛イオンが含ま
れていると配管への60Coの付着が抑制されるとして、
亜鉛イオンを原子炉一次冷却水に注入している例も知ら
れている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術のう
ち、原子炉構造材料中に微量不純物として含まれるCo
の含有量を規制することや、Coを主成分とするステラ
イト材をCoを含まない材料に代替するなどの方策は60
Coの生成量を抑制する目的で有効な方策である。
【0013】しかしながら、既に建設され運転が行われ
ている原子力発電所に対しては、構造材料をCo含有量
が規制された材料に変更することは、経済的な観点から
一部の範囲に限られてしまう。また、発電所で使用され
ているCoを主成分とする材料の代替材料をすべて開発
することは時間のかかるものである。
【0014】さらに、一次冷却水中の60Co濃度はプラ
ントの運転状態によって変化しその変化に関する要因の
すべてが解明されているわけではないので、プラントに
よっては特異的に一次冷却水中の60Co濃度の上昇が起
こることがある。
【0015】また、上述の従来の技術のうち、プレフィ
ルミングは運転初期には効果的であるが、運転が進むに
したがって自然に生成する腐食被膜の自己防食効果によ
ってその効果が最終的には認められなくなる。配管を予
め研摩処理してその研摩面を平滑化する方法について
も、運転が進み腐食が進行するとともに表面粗さが増大
し効果が薄れるものと考えられる。
【0016】さらに、亜鉛イオンを原子炉一次冷却水に
注入する方法では、亜鉛の同位体である64Znが放射化
65Znが生成するので、この核種による被曝が増大
し、60Coの蓄積効果が相殺される課題がある。
【0017】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、原子力発電所の設計や運転履歴によらず、ま
た、副次的な有害作用を引き起こさない方法で、軽水冷
却型原子力発電所の一次系配管への放射性核種の付着を
抑制することができる原子炉配管の汚染防止方法を提供
することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明は軽水冷却型原子
力発電所の一次系配管への放射性核種の付着抑制を、一
次冷却水中の金属酸イオン濃度を予め決められた濃度の
範囲に維持することを特徴とする。
【0019】ここで言うところの金属酸イオンは、クロ
ム酸イオン、モリブデン酸イオン、タングステン酸イオ
ンの少なくとも一つである。予め決められた金属酸イオ
ンの濃度範囲は5ppb から400ppbである。
【0020】一次冷却水中の金属酸イオン濃度を予め決
められた濃度の範囲に維持するのは、原子炉給水に金属
酸イオンを注入するか、原子炉一次冷却水に直接に金属
酸イオンを注入することによって行われる。
【0021】給水または直接原子炉一次系に注入する金
属酸イオン量は原子炉一次冷却水中の金属酸イオン濃度
を連続的に監視測定し、測定値から注入する金属酸イオ
ン量を制御するための薬液注入量制御装置によって効果
的かつ適切に行うことができる。
【0022】
【作用】軽水炉一次系の配管に生成する腐食被膜中には
鉄、ニッケル、クロムが含まれるが、被膜中クロムの含
有率が高いほど防食効果が高いとされている。一次冷却
水中のクロム酸イオン濃度は通常2〜5ppb であるが、
この濃度は構造材料の腐食電位に依存するので、一次冷
却水中の溶存酸素などの酸化剤の濃度を変えない限り、
おおむね一定である。
【0023】配管材料に生成する腐食被膜中のクロム含
有量も腐食電位に依存し、一次冷却水中の溶存酸素など
の酸化剤の濃度を変えない限り、おおむね一定である。
このような事象が起こるのは、次の反応の平衡が維持さ
れるためである。 Cr2 3 +5H2 O=2CrO4 2-- +10H+ +6e-
【0024】そこで、腐食被膜中のクロムの濃度をあげ
るためには、一次冷却水中のクロム酸イオン濃度を通常
の2〜5ppb より高く維持する必要がある。このような
一次冷却水中のクロム酸イオン濃度のコントロールは、
クロム酸イオンを原子炉給水にクロム酸イオンを注入す
るか、原子炉一次冷却水に直接にクロム酸イオンを注入
することによって行われる。
【0025】また、クロム酸は配管材料に対して酸化剤
として働くため、一次冷却水中のクロム酸イオン濃度を
通常の2〜5ppb より高く維持することにより、配管材
料を加速酸化し、防食性の高い酸化皮膜を形成すること
ができる。このように、一次冷却水中のクロム酸濃度を
通常より高く維持することにより、配管材料の腐食を抑
制し、配管への60Coの付着を抑制できる。
【0026】化学的挙動がクロム酸とほぼ同一であるモ
リブデン酸、タングステン酸でも同じ効果が得られる。
すなわちモリブデン、タングステンは周期律表でクロム
と同じ族に属し、次の反応が可能である。 Mo2 3 +5H2 O=2MoO4 2-+10H+ +6e-2 3 +5H2 O=2WO4 2-+10H+ +6e-
【0027】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照しながら説明す
る。図1は、本発明による原子炉配管の汚染防止方法の
一実施例を示すものである。沸騰水型原子力発電所では
原子炉圧力容器2内で発生した蒸気は、主蒸気系配管4
を経由してタービン5を回転させ、給水ポンプ1により
再び原子炉圧力容器2に戻る。原子炉圧力容器2では炉
心3に装荷されている燃料表面において沸騰により再び
蒸気が生成される。
【0028】沸騰水型原子力発電所では原子炉圧力容器
2内の一次冷却水を再循環ポンプ8により再循環系配管
7内を循環させている。原子炉圧力容器2内の一次冷却
水は再循環系配管7から分岐され原子炉水浄化系ポンプ
9により浄化装置10を経由することによって浄化され
る。
【0029】本実施例では、薬液調製装置11から金属酸
イオン溶液を薬液注入ポンプ12に導き薬液注入ポンプ12
により金属酸イオン溶液を給水に注入する。給水中の金
属酸イオン濃度は給水濃度測定装置13によって自動的に
測定され、測定結果は薬液注入量制御装置15に伝達され
る。
【0030】原子炉一次冷却水中の金属酸イオン濃度は
原子炉一次冷却水サンプリング系の原子炉水濃度測定装
置14によって自動的に測定され、測定結果は薬液注入量
制御装置15に伝達される。薬液注入ポンプ12の流量は薬
液注入量制御装置15からの信号により、原子炉一次冷却
水中の濃度が予め定められた濃度になるようにコントロ
ールされる。
【0031】図2は、一次冷却水中のクロム酸濃度と配
管への60Coの付着量の関係を示したものである。冷却
水中のクロム酸濃度が5ppb 以上の領域で60Coの付着
量が抑制されていることが分かる。この時の配管材料表
面の腐食被膜中のクロム含有量は図3のように5ppb 以
上で増加していることが分かる。
【0032】図2および図3によると、一次冷却水中の
クロム酸濃度が高いほど60Coの付着抑制効果が期待で
きるが、原子炉一次冷却水の導電率の規制値が1μS/
cmであることから、原子炉水中のクロム酸濃度の上限
値は、原子炉一次冷却水の導電率が1μS/cmとなる
400ppbに決められる。
【0033】この様な濃度のクロム酸を注入してもクロ
ムから生成する放射性核種は51Crのみであり半減期が
短く、かつまた放射するガンマ線のエネルギーが低いの
で作業員の被曝に影響するようなことはない。また、原
子力発電所の運転期間に連続して注入することにより、
常に良好な耐蝕性を維持することができる。
【0034】この実施例ではクロム酸を薬剤として用い
た例を示したが、化学的挙動がクロム酸とほぼ同一であ
るモリブデン酸、タングステン酸でも同じ効果が得られ
る。モリブデン、タングステンから生成される放射性核
種も作業員の被曝に影響するような核種は生成しない。
【0035】図4は金属酸のアルカリ塩水溶液を入れる
薬液注入タンク20と、金属酸のアルカリ塩水溶液からア
ルカリ金属イオンを除去するための陽イオン型イオン交
換樹脂からなる薬液調製装置11を示す一つの例である。
図4中、符号17はレベル計、18は陽イオン交換樹脂カラ
ム、19は陽イオン交換樹脂、20は薬液注入タンクを示し
ている。
【0036】注入する金属酸イオンの対となる陽イオン
はアルカリ金属イオンか、アルカリ土類金属イオンか、
他の金属イオンか、または水素イオンが適当である。例
えばクロム酸カリウムのような化合物は市販されてお
り、容易に利用できる。また、対イオンを水素イオンと
する場合には、金属酸の金属塩を図4に示した装置を通
すことにより、金属イオンを水素イオンに変換して注入
することができる。
【0037】図5は本発明による原子炉配管の汚染防止
方法の第2の実施例を説明するためのものである。な
お、図5中図1と同一部分には同一符号を付して重複す
る部分の説明は省略する。この第2の実施例では、金属
酸イオンの注入を、原子炉一次冷却水に直接金属酸イオ
ンを注入することにより原子炉一次冷却水中の金属酸イ
オン濃度をコントロールしている。注入点は再循環系配
管7の原子炉水再循環系ポンプ8の出口である。
【0038】図6は、本発明による原子炉配管の汚染防
止方法の第3の実施例を説明するためのものである。な
お、図6中図1と同一部分には同一符号を付して重複す
る部分の説明は省略する。この第3の実施例では、金属
酸イオンの注入を原子炉一次冷却水に直接金属酸イオン
を注入することにより原子炉一次冷却水中の金属酸イオ
ン濃度をコントロールしている。注入点は原子炉一次冷
却水浄化装置10の出口である。
【0039】本発明による実施態様は次のとおりであ
る。 (1) 軽水冷却型原子力発電所の一次系配管への放射性核
種の付着を、一次冷却水中の金属酸イオン濃度を予め決
められた濃度の範囲に維持することにより抑制するこ
と。 (2) (1) の原子炉配管の汚染防止方法において、予め決
められた濃度の範囲に維持される金属酸イオンがクロム
酸イオン、モリブデン酸イオン、タングステン酸イオン
の少なくとも一つであること。 (3) (1) の原子炉配管の汚染防止方法において、予め決
められた金属酸イオンの濃度範囲は5ppb か400ppbであ
ること。 (4) (1) の原子炉配管の汚染防止方法において、一次冷
却水中の金属酸イオン濃度を予め決められた濃度の範囲
に維持するために、原子炉給水に金属酸イオンを注入す
ること。 (5) (1) の原子炉配管の汚染防止方法において、一次冷
却水中の金属酸イオン濃度を予め決められた濃度の範囲
に維持するために、原子炉一次冷却水に金属酸イオンを
注入すること。 (6) (1) を実施するための装置として、原子炉一次冷却
水中の金属酸イオン濃度を連続的に監視測定する原子炉
水濃度測定装置と、給水濃度測定装置と、これら測定装
置の測定値を基に注入する金属酸イオン量を制御するた
めの、薬液注入量制御装置と、この薬液注入量制御装置
からの出力信号により薬液注入ポンプを作動して一次冷
却水中に金属酸イオンを注入する薬液調製装置とからな
ること。 (7) 薬液調製装置は金属酸の金属塩水溶液を入れるタン
クのみで構成される薬液注入装置を持つこと。 (8) の薬液調製装置は金属酸の金属塩水溶液を入れる薬
液注入タンクと金属酸の金属塩水溶液から金属イオンを
除去するための陽イオン型イオン交換樹脂からなる薬液
注入装置を持つこと。
【0040】
【発明の効果】本発明によれば、軽水冷却型原子力発電
所の一次系配管への放射性核種の付着抑制を、一次冷却
水中の金属酸イオン濃度を予め決められた濃度の範囲に
維持することにより達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る原子炉配管の汚染防止方法の第1
の実施例を説明するためのブロック図。
【図2】冷却水中のクロム酸濃度と配管への60Coの付
着量の関係を示す曲線図。
【図3】配管材料表面の腐食被膜中のクロム含有量と冷
却水中のクロム酸濃度の関係を示す曲線図。
【図4】図1における薬液調製装置の例を示す模式図。
【図5】本発明に係る原子炉配管の汚染防止方法の第2
の実施例を説明するためのブロック図。
【図6】本発明に係る原子炉配管の汚染防止方法の第3
の実施例を説明するためのブロック図。
【符号の説明】
1…原子炉給水ポンプ、2…原子炉圧力容器、3…炉
心、4…主蒸気系配管、5…タービン、6…復水器、7
…再循環系配管、8…再循環ポンプ、9…原子炉水浄化
系ポンプ、10…原子炉一次冷却水浄化装置、11…薬液調
製装置、12…薬液注入ポンプ、13…給水濃度測定装置、
14…原子炉水濃度測定装置、15…薬液注入量制御装置、
16…復水浄化装置、17…レベル計、18…陽イオン交換樹
脂カラム、19…陽イオン交換樹脂、20…薬液注入タン
ク。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軽水冷却型原子力発電所の一次系配管へ
    の放射性核種の付着抑制を、一次冷却水中の金属酸イオ
    ン濃度を予め決められた濃度の範囲に維持することを特
    徴とする原子炉配管の汚染防止方法。
JP4016089A 1992-01-31 1992-01-31 原子炉配管の汚染防止方法 Pending JPH05209991A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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