JPH06138079A - Electrode for measuring quality of water in gap - Google Patents

Electrode for measuring quality of water in gap

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JPH06138079A
JPH06138079A JP28563892A JP28563892A JPH06138079A JP H06138079 A JPH06138079 A JP H06138079A JP 28563892 A JP28563892 A JP 28563892A JP 28563892 A JP28563892 A JP 28563892A JP H06138079 A JPH06138079 A JP H06138079A
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JP
Japan
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gap
electrode
tube
water
potential
Prior art date
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Application number
JP28563892A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshihisa Saito
宣久 斉藤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH06138079A publication Critical patent/JPH06138079A/en
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Abstract

PURPOSE:To measure the pH of high-temperature water in a gap section by covering a pH-electrode sensor section with a metallic material to be checked for corrosion behavior so that a structural gap can be formed. CONSTITUTION:A zirconia tube 52 is inserted into a body 51 supported by an autoclave cap 21 and the tube 52 is packed with, for example, copper oxide/ copper powder as a filler 53. In addition, a gap-forming tube 55 and sealing section 54 are respectively provided on the outside of the tube 52 and above the body 51. The pH of a solution is measured by measuring the potential appearing at a lead wire 2a as the potential difference between the lead wire 2a and a reference electrode which is not affected by the pH of the solution. It is predicted that the pH of the solution becomes lower than that of bulk water in the gap section due to the hydrolysis of dissolved metallic ions. However, since the metallic ions dissolving from the metallic tube 55 which covers the tube 52 corresponding to a sensor section and forms the gap section deposit in the gap section, the measured pH value becomes the same as that in the gap section.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は原子力発電プラントの冷
却水中における材料の健全性を維持するための高度水質
管理技術に適用する隙間水質測定用電極に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an interstitial water quality measuring electrode applied to an advanced water quality control technique for maintaining the soundness of materials in cooling water of a nuclear power plant.

【0002】[0002]

【従来の技術】原子力発電プラントの安全性を高め、長
期間に亘って健全性を維持する上で、金属材料の応力腐
食割れ(SCC)を未然に防ぐことは重要な技術課題と
されている。原子力発電プラントの配管や炉内構造物と
して多く用いられているオーステナイト系ステンレス鋼
やニッケル基合金のSCC特性は冷却水の水質の大きく
依存している。水質の指標としては一般に導電率、pH
および腐食電位等が用いられる。
2. Description of the Related Art In order to improve the safety of a nuclear power plant and maintain its soundness for a long period of time, it is an important technical subject to prevent stress corrosion cracking (SCC) of metal materials. . The SCC characteristics of austenitic stainless steels and nickel-based alloys, which are often used as pipes and reactor internals of nuclear power plants, greatly depend on the water quality of cooling water. Generally, conductivity and pH are used as indicators of water quality.
And corrosion potential are used.

【0003】ステンレス鋼のSCCの導電率および腐食
電位依存性を示す一例を図6および図7に示す。この図
6はステンレス鋼のSCCに及ぼす導電率の影響を説明
するためのもので、導電率および腐食電位の増加によっ
て鋭敏化ステンレス鋼のSCC感受性は増加することが
わかる。
An example showing the conductivity and corrosion potential dependence of SCC of stainless steel is shown in FIGS. 6 and 7. This FIG. 6 is for explaining the influence of conductivity on SCC of stainless steel, and it can be seen that the SCC susceptibility of sensitized stainless steel increases as the conductivity and corrosion potential increase.

【0004】図6中、縦軸は低歪速度で試験片を引張っ
たときに、応力腐食割れ(IGSCC)によってき裂が
進む、き裂進展速度、つまり、応力腐食割れの起こり易
さを表わしている。横軸はSCC試験を行った試験液の
導電率を表わしており、図中に試験点の記号と導電率を
上げるために添加した不純物の種類を記してある。な
お、試験条件は、温度 288℃、酸素0.2ppmで、低歪速度
応力腐食割れ試験である。
In FIG. 6, the vertical axis represents the crack growth rate at which a crack progresses due to stress corrosion cracking (IGSCC) when the test piece is pulled at a low strain rate, that is, the likelihood of stress corrosion cracking. ing. The abscissa represents the conductivity of the test liquid that underwent the SCC test, and the symbols of the test points and the types of impurities added to increase the conductivity are shown in the figure. The test conditions are a low strain rate stress corrosion cracking test at a temperature of 288 ° C and oxygen of 0.2 ppm.

【0005】この図から明らかなように導電率が上昇す
るほど、き裂進展速度が増加し、SCCが促進されるこ
とが明らかである。
As is clear from this figure, it is clear that as the conductivity increases, the crack growth rate increases and SCC is promoted.

【0006】腐食している金属表面には、金属の溶解反
応が起こるアノードサイトと酸化剤の還元反応が起こる
カソードサイトが常に存在し、アノードサイトからカソ
ードサイトへはカチオンが流れ、カソードサイトからア
ノードサイトへはアニオンが流れる電流回路を構成して
いる。
On the corroded metal surface, there are always an anode site where a metal dissolution reaction takes place and a cathode site where a reduction reaction of an oxidant takes place, cations flow from the anode site to the cathode site, and the cathode site to the anode. The site constitutes a current circuit in which anions flow.

【0007】溶液の抵抗が大きいとイオン電流の抵抗に
起因する抵抗分極を生じ、腐食速度が低下する。従っ
て、一般的には純水に不純物を添加し、導電率が増すと
腐食速度が増加するといえるが、高温水中におけるステ
ンレス鋼のSCCに及ぼす不純物イオンの影響のメカニ
ズムについては十分に理解されていない。
When the resistance of the solution is large, resistance polarization is caused by the resistance of the ionic current, and the corrosion rate decreases. Therefore, in general, it can be said that the corrosion rate increases when impurities are added to pure water to increase the conductivity, but the mechanism of the effect of impurity ions on the SCC of stainless steel in high temperature water is not fully understood. .

【0008】図7はステンレス鋼のSCCに及ぼす腐食
電位の影響を説明するためのもので、図7中、左縦軸は
低歪速度で試験片を引張ったときに、応力腐食割れ(I
GSCC)によってき裂が進む速度を表わしており、右
縦軸は低歪速度で試験片を引張って破断したときに破断
面に現れる応力腐食割れ(IGSCC)の割合を表わし
たものである。
FIG. 7 is for explaining the influence of corrosion potential on SCC of stainless steel. In FIG. 7, the left vertical axis indicates stress corrosion cracking (I) when a test piece is pulled at a low strain rate.
GSCC) represents the speed at which a crack progresses, and the right vertical axis represents the proportion of stress corrosion cracking (IGSCC) that appears on the fracture surface when the test piece is pulled and ruptured at a low strain rate.

【0009】図中、白抜きの点は実プラントにおけるS
CC試験の結果をき裂進展速度で表わし、黒丸は実験室
において行われた試験結果を破面率で表わしたものであ
る。電位が高いほどアノード部での腐食反応が起こりや
すくIGSCCが加速される傾向となっている。
In the figure, the white dots indicate S in the actual plant.
The results of the CC test are represented by the crack growth rate, and the black circles represent the results of the tests conducted in the laboratory by the fracture rate. The higher the potential, the more easily the corrosion reaction occurs in the anode part, and the IGSCC tends to be accelerated.

【0010】水の性質は温度により著しく変化すること
が知られている。従って、発電プラント等における高温
水中の金属材料の腐食挙動を知るためには、水質を高
温、高圧状態での直接測定することが望ましい。
It is known that the properties of water change significantly with temperature. Therefore, in order to know the corrosion behavior of metallic materials in high temperature water in a power plant or the like, it is desirable to directly measure the water quality under high temperature and high pressure conditions.

【0011】このような目的のために図8〜10に示すよ
うな高温水用の電極が開発されている。図8は高温水中
測定用に開発されたpH電極であり、酸素透過性のジル
コニア膜を介して電極内部と外部との間に生ずる電位差
が水中のH+ イオン濃度により変化することを利用した
ものである。
For this purpose, electrodes for high temperature water as shown in FIGS. 8 to 10 have been developed. FIG. 8 shows a pH electrode developed for measuring high temperature water, which utilizes the fact that the potential difference between the inside and outside of the electrode via an oxygen permeable zirconia membrane changes depending on the H + ion concentration in water. Is.

【0012】図9は高温水用の導電率セルであり、内極
と外極の間に交流電圧を印加し、電極間のインピーダン
スの値から高温水の抵抗を測定し、導電率を算出するも
のである。
FIG. 9 shows a conductivity cell for high temperature water, in which an AC voltage is applied between the inner pole and the outer pole, the resistance of the high temperature water is measured from the impedance value between the electrodes, and the conductivity is calculated. It is a thing.

【0013】図10は高温水中腐食電位測定用電極で、
(a)は試料電極で、(b)は参照電極である。
FIG. 10 shows an electrode for measuring corrosion potential in high temperature water,
(A) is a sample electrode and (b) is a reference electrode.

【0014】図8中、符号1は四フッ化エチレン樹脂製
円盤、2は同シール、3はガラスウール、4は銅線、5
はアルミナ絶縁材、6はベスペル円盤、7はベスペル、
8は銀リング、9はジルコニアチューブ、10は銅/酸化
銅粉末である。
In FIG. 8, reference numeral 1 is a disk made of tetrafluoroethylene resin, 2 is the same seal, 3 is glass wool, 4 is copper wire, and 5 is
Is alumina insulating material, 6 is Vespel disk, 7 is Vespel,
8 is a silver ring, 9 is a zirconia tube, and 10 is a copper / copper oxide powder.

【0015】この電極のジルコニアチューブ9の部分
と、他の参照電極を高温水中に浸し、両電極の間の電位
差を測定すると、この電位差は高温水のpHの変化に従
って直線的に変化することから高温水のpHを知ること
ができる。
By immersing the zirconia tube 9 portion of this electrode and another reference electrode in high temperature water and measuring the potential difference between the two electrodes, this potential difference changes linearly with the change in pH of the high temperature water. You can know the pH of hot water.

【0016】図9中、符号1aは絶縁材、2aはリード
線、3aはスペーサ、4aは外極、5aは内極、6aは
熱電対、7aはボディー、8aはリード線取付部材、9
aはシールキャップをそれぞれ示している。
In FIG. 9, reference numeral 1a is an insulating material, 2a is a lead wire, 3a is a spacer, 4a is an outer pole, 5a is an inner pole, 6a is a thermocouple, 7a is a body, 8a is a lead wire mounting member, and 9a.
Each of a indicates a seal cap.

【0017】ボディー7aは耐圧構造となっており、ま
た電極表面は酸化しないように不活性金属で被覆するこ
とにより、高温水中での測定が可能となっている。
The body 7a has a pressure resistant structure, and the surface of the electrode is covered with an inert metal so as not to be oxidized so that the measurement can be performed in high temperature water.

【0018】図10中、符号11は試料電極ボディー、12,
16は弗素樹脂カバー、13,14は銅ブロック、15は試験
片、17は弗素樹脂リング、18は試料押え、19は弗素樹脂
ブッシュ、20は電極支持チューブ、21はオートクレーブ
蓋、22は弗素樹脂絶縁、23は弗素樹脂押え、24,25は弗
素樹脂フィルター、26,27はアスベスト液絡、28は弗素
樹脂ルギン管、29はバッファスペース、30はアスベスト
プラグ、31は多孔質アルミナ、32は電極ボディー、33は
KCl溶液、34はAgClチップ、35は多孔質アルミナ
チューブ、36はバイトンOリング、37は銀シール、38は
スラストナット、39はフィッティングボルト、40は弗素
樹脂シール、41は銀リード線をそれぞれ示している。
In FIG. 10, reference numeral 11 is a sample electrode body, 12,
16 is a fluororesin cover, 13 and 14 are copper blocks, 15 is a test piece, 17 is a fluororesin ring, 18 is a sample holder, 19 is a fluororesin bush, 20 is an electrode support tube, 21 is an autoclave lid, 22 is fluororesin Insulation, 23 is a fluorine resin holder, 24 and 25 are fluorine resin filters, 26 and 27 are asbestos liquid junctions, 28 is a fluorine resin lugin tube, 29 is a buffer space, 30 is an asbestos plug, 31 is porous alumina, 32 is an electrode Body, 33 KCl solution, 34 AgCl tip, 35 porous alumina tube, 36 Viton O-ring, 37 silver seal, 38 thrust nut, 39 fitting bolt, 40 fluororesin seal, 41 silver lead Each line is shown.

【0019】(a)では7の試料金属の一定の表面が高
温水中にさらされ、他の部分は絶縁できる構造となって
いる。(b)はAg/AgCl参照電極であるが、高温
水中で測定可能なように主要部を弗素樹脂つまり四フッ
化エチレン製としている。
In (a), a certain surface of the sample metal 7 is exposed to high temperature water, and the other parts are insulated. (B) is an Ag / AgCl reference electrode, but the main part is made of fluororesin, that is, tetrafluoroethylene so that it can be measured in high temperature water.

【0020】(a)および(b)両電極間の電位差を測
定することにより、試料電極(a)の高温水中における
腐食電位を測定することはできる。
The corrosion potential of the sample electrode (a) in high temperature water can be measured by measuring the potential difference between the electrodes (a) and (b).

【0021】以上に示した電極はいずれもバルクの水質
の測定用に開発されたものであり、隙間部における水質
変化を測定することはできない。
The above-mentioned electrodes are all developed for measuring the water quality of bulk, and it is not possible to measure the water quality change in the gap.

【0022】[0022]

【発明が解決しようとする課題】ところで、高温水のよ
うな腐食環境において、水が滞留し外部との液の入れ替
えが無いような構造的隙間部(以下、隙間部と記す)
と、常に流動しているような部分とでは腐食環境が異な
るといわれている。
By the way, in a corrosive environment such as high temperature water, a structural clearance (hereinafter, referred to as a clearance) in which water stays and the liquid is not exchanged with the outside.
It is said that the corrosive environment is different between the parts that are constantly flowing.

【0023】すなわち、隙間部においては溶存酸素が金
属の酸化反応により消費され電位が低くなる上、溶け出
した金属イオンの加水分解および不純物の濃縮作用によ
り厳しい腐食環境が形成される。これにより隙間部は腐
食溶出が起き易いアノード部となり、外部は腐食反応を
支えるカソード部となるといわれる。
That is, in the gap, dissolved oxygen is consumed by the oxidation reaction of the metal to lower the potential, and a severe corrosive environment is formed due to the hydrolysis of the dissolved metal ions and the concentration of impurities. As a result, it is said that the gap portion becomes an anode portion where corrosion elution easily occurs, and the outside becomes a cathode portion that supports the corrosion reaction.

【0024】図11に隙間部と外部の応力腐食われの起こ
り易さを比較した例を示す。この図11で縦軸は最大SC
C深さであり、横軸は試験中SCC試験片に加えた電位
である。この図からSCCを発生させるために加えるべ
き電位は、隙間ありの場合の方が約 250mV低く、それだ
けSCCが発生し易いことがわかる。
FIG. 11 shows an example in which the susceptibility of stress corrosion to the gap and the outside is compared. In this Figure 11, the vertical axis is the maximum SC
C depth and the horizontal axis is the potential applied to the SCC specimen during the test. From this figure, it is understood that the potential to be applied to generate SCC is lower by about 250 mV in the case where there is a gap, and SCC is more likely to occur.

【0025】このことから、プラントの構造材料の健全
性を維持し、長期安定性を高めるためには隙間部におけ
る腐食挙動を把握する必要があると考えられる。そのた
めにはバルクの水質を測定するとともに隙間部の水質お
よび腐食環境を測定することができない課題がある。
From the above, it is considered necessary to grasp the corrosion behavior in the gap in order to maintain the soundness of the structural material of the plant and enhance the long-term stability. Therefore, there is a problem that the water quality in the gap and the corrosive environment cannot be measured while measuring the water quality in bulk.

【0026】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、高温水中において隙間部のpH、腐食電位お
よび導電率を正確に測定でき、水質および腐食環境の正
確な情報を得ることができる隙間水質測定用電極を提供
するものである。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and can accurately measure pH, corrosion potential and conductivity of a gap in high temperature water, and obtain accurate information on water quality and corrosive environment. An electrode for measuring interstitial water quality is provided.

【0027】[0027]

【課題を解決するための手段】本発明は、高温、高圧水
中で使用可能なpH電極センサー部を、腐食挙動を調べ
る対象となる金属材料で覆い、構造状の隙間を付与する
ことによって高温水中での隙間部のpHが測定できるこ
とを特徴とするpH電極である。
According to the present invention, a pH electrode sensor portion that can be used in high-temperature, high-pressure water is covered with a metallic material whose corrosion behavior is to be investigated, and a structural gap is formed to provide high-temperature water. The pH electrode is characterized by being able to measure the pH of the gap portion.

【0028】また、高温、高圧水中で使用可能な導電率
セルの電極部を、腐食挙動を調べる対象となる金属材料
で覆い、構造状の隙間を付与することによって高温水中
での隙間部の導電率が測定できることを特徴とする導電
率セルである。
Further, by covering the electrode portion of the conductivity cell which can be used in high temperature and high pressure water with a metal material whose corrosion behavior is to be investigated and providing a structural gap, the conductivity of the gap portion in high temperature water can be improved. The conductivity cell is characterized in that the rate can be measured.

【0029】さらに、高温、高圧水中で使用可能な腐食
電位測定用試料電極を、腐食挙動を調べる対象となる金
属材料で覆い、構造状の隙間を付与し、該隙間部に参照
電極の液絡管を挿入することによって高温水中での隙間
部の電位が測定できることを特徴とする腐食電位測定用
電極である。
Furthermore, a sample electrode for measuring corrosion potential that can be used in high temperature and high pressure water is covered with a metallic material whose corrosion behavior is to be investigated, and a structural gap is provided, and a liquid junction of the reference electrode is provided in the gap. This is an electrode for measuring corrosion potential, characterized in that the potential of a gap in high temperature water can be measured by inserting a tube.

【0030】[0030]

【作用】高温水中の材料接液部において、水が常に流動
している部分と水が滞留し外部との液の入れ替えが無い
ような隙間部とでは、腐食環境が異なるといわれてい
る。
It is said that the corrosive environment is different between the part where the water constantly flows and the gap where the water is retained and the liquid is not exchanged with the outside in the part where the material comes into contact with the high temperature water.

【0031】すなわち、隙間部においては溶け出した金
属イオンの加水分解によりバルク水中よりもpHが低く
なると予想されるが、本発明による隙間部水質測定用p
H電極では、センサー部を覆った金属から溶け出した金
属イオンが隙間部に蓄積するため隙間部と同様のpHの
値が測定できる。
That is, the pH of the gap is expected to be lower than that of the bulk water due to the hydrolysis of the dissolved metal ions.
At the H electrode, the metal ions dissolved from the metal covering the sensor portion are accumulated in the gap, so that the same pH value as in the gap can be measured.

【0032】隙間部では不純物の濃縮作用によりバルク
水中よりも導電率が高くなることが予想されるが、本発
明による導電率測定用セルではセンサー部を覆った金属
から溶け出した金属イオンが隙間部に蓄積し、また電極
外部からのアニオンの濃縮作用によりバルク水よりも隙
間部に近い導電率の値が測定できる。
It is expected that the conductivity in the gap becomes higher than that in the bulk water due to the action of concentrating impurities, but in the conductivity measuring cell of the present invention, the metal ions dissolved from the metal covering the sensor are in the gap. The value of the conductivity that is closer to the gap than that of the bulk water can be measured due to the concentration action of the anions from the outside of the electrode.

【0033】隙間部では金属の酸化反応により溶存酸素
が消費され、電位が低くなることが予想されるが、本発
明による隙間電位測定電極では試料および電極を覆った
金属により溶存酸素が消費され、また外部からの酸素の
拡散が比較的遅いため外部とは異なった隙間部を模擬し
た隙間電位が測定される。
It is expected that dissolved oxygen will be consumed by the metal oxidation reaction in the gap and the potential will be lowered. However, in the gap potential measuring electrode according to the present invention, dissolved oxygen is consumed by the sample and the metal covering the electrode, Further, since the diffusion of oxygen from the outside is relatively slow, the gap potential simulating a gap different from the outside is measured.

【0034】[0034]

【実施例】図1から図4を参照しながら本発明に係る隙
間水質測定用電極の一実施例を説明する。図1は高温隙
間pH電極を縦断面で示している。図1において、符号
51はオートクレーブ蓋21で支持されたボディーで、この
ボディー51内にジルコニアチューブ52が挿入され、この
ジルコニアチューブ52内に内部充填物53として、例えば
酸化銅/銅(Cu2 O/Cu)粉末が充填されており、
ジルコニアチューブ52の外側に隙間形成チューブ55が設
けられている。ボディー51の上部にはシール部54が設け
られている。全体の構成としては図8に示したものに準
じている。
EXAMPLE An example of the gap water quality measuring electrode according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a high temperature interstitial pH electrode in vertical section. In FIG. 1, reference numerals
Reference numeral 51 denotes a body supported by the autoclave lid 21, and a zirconia tube 52 is inserted into the body 51. As the internal filler 53, for example, copper oxide / copper (Cu 2 O / Cu) powder is inserted into the body 51. Is filled,
A gap forming tube 55 is provided outside the zirconia tube 52. A seal portion 54 is provided on the upper portion of the body 51. The overall configuration is similar to that shown in FIG.

【0035】この電極によるpHの測定原理を図4に示
す。図4の説明は後述する。図4に示したような原理に
より、リード線2aに現れる電位を溶液のpHによって
変化しない参照電極、例えばAg/AgCl電極との電
位差として測定することにより容積のpHを測定するこ
とができる。
The principle of pH measurement by this electrode is shown in FIG. The description of FIG. 4 will be given later. According to the principle as shown in FIG. 4, the pH of the volume can be measured by measuring the potential appearing on the lead wire 2a as the potential difference with the reference electrode that does not change with the pH of the solution, for example, the Ag / AgCl electrode.

【0036】電極内部に現れる電位は、 2Cu+H2 O=Cu2 O+2H+ +2e の電位となり、参照電極を基準にして測定すれば、この
電位差Eは、 E=A−B・pH と表わされ、pHに対する一次式となる。
The potential appearing inside the electrode is 2Cu + H 2 O = Cu 2 O + 2H + + 2e, and when measured with the reference electrode as a reference, this potential difference E is expressed as E = A−B · pH, It is a linear expression with respect to pH.

【0037】従来はこのようにしてバルク水のpHを測
定していたが、ここでセンサー部に相当するジルコニア
チューブ52の外面を金属チューブ55で覆うことにより、
センサー/チューブ間に隙間が形成され隙間部のpHが
検出される。
Conventionally, the pH of bulk water was measured in this way, but here, by covering the outer surface of the zirconia tube 52 corresponding to the sensor section with the metal tube 55,
A gap is formed between the sensor / tube and the pH of the gap is detected.

【0038】隙間部では溶け出した金属イオンや水中の
微量不純物が濃縮し、バルク水よりも低pH、低電位、
高導電率になっていることが予想される。ここでpH電
極のpH感応部を所定の金属で覆うことにより、腐食が
起こり易い隙間部の水質を直接測定することができる。
隙間形成用のチューブ材質やクリアランスを変えること
により、種々の隙間を模擬することができる。
In the gap, the dissolved metal ions and trace impurities in water are concentrated, and the pH and potential are lower than those of bulk water.
It is expected that the conductivity is high. Here, by covering the pH sensitive portion of the pH electrode with a predetermined metal, the water quality in the gap where corrosion is likely to occur can be directly measured.
Various gaps can be simulated by changing the tube material for forming the gap and the clearance.

【0039】図2は高温隙間導電率セルの縦断面を示し
ている。図2において、ボディー51には取付用フランジ
56と取付ボス57が形成されており、ボディー51内には内
極支持棒58が挿入されている。内極支持棒58の外側には
絶縁シール59、ブッシュ60が設けられ、これらは固定キ
ャップ61でボディー51に固定されている。
FIG. 2 shows a vertical cross section of the high temperature interstitial conductivity cell. In FIG. 2, the body 51 has a mounting flange.
56 and a mounting boss 57 are formed, and an inner pole support rod 58 is inserted in the body 51. An insulating seal 59 and a bush 60 are provided on the outer side of the inner pole support rod 58, and these are fixed to the body 51 with a fixed cap 61.

【0040】取付ボス57の下部には絶縁スペーサ62が設
けられ、かつ内極63および外極64が取り付けられ、この
外極64の外側に隙間形成チューブ65が設けられている。
An insulating spacer 62 is provided below the attachment boss 57, an inner pole 63 and an outer pole 64 are attached, and a gap forming tube 65 is provided outside the outer pole 64.

【0041】ここで内極63と外極64の間に交流電圧を印
加することにより水の抵抗を測定し導電率を算出するも
のである。従って、正確な導電率を測定するためには、
両極の間の距離が常に一定でなければならない。高温水
用電極では温度の変化によって、両極間の距離が変化し
ないように絶縁スペーサ62で両極間を固定している。
Here, by applying an AC voltage between the inner pole 63 and the outer pole 64, the resistance of water is measured and the conductivity is calculated. Therefore, to measure accurate conductivity,
The distance between the poles must always be constant. In the high-temperature water electrode, both electrodes are fixed by an insulating spacer 62 so that the distance between the electrodes does not change due to temperature changes.

【0042】また、高温、高圧水に耐えられるように、
ボディー51はステンレス鋼製の耐圧構造となっており、
絶縁シールは高温、高圧水を封じるように四フッ化エチ
レン樹脂製である。
In addition, to withstand high temperature and high pressure water,
The body 51 has a pressure resistant structure made of stainless steel,
The insulating seal is made of tetrafluoroethylene resin so as to seal high temperature and high pressure water.

【0043】内極63の外側表面および外極64の内側表面
は高温水によって腐食が起こり難い材質、例えば金また
は白金等により作製するか同様の材質でコーティングす
る必要がある。
The outer surface of the inner electrode 63 and the inner surface of the outer electrode 64 must be made of a material that is unlikely to be corroded by high temperature water, such as gold or platinum, or coated with the same material.

【0044】また、隙間は外極64の外側に形成され、導
電率は外極64の内側で測定するため、外極64の外側と内
側の水質が等しくなるように、外極64には一面に孔を設
けるかまたは網状の構造とする。
Since the gap is formed outside the outer pole 64 and the conductivity is measured inside the outer pole 64, the outer pole 64 has one surface so that the water quality on the outer side is equal to that on the inner side. A hole is provided in the hole or a net-like structure.

【0045】図3は高温隙間腐食電位測定電極を示して
いる。図3においてはオートクレーブ蓋21に取り付けら
れた参照電極72と対極74とが液絡管71を介して接続され
ている。対極74は下部にリード線70を有し、このリード
線70に接続する試料板67が絶縁材68を介してホルダー66
に保持されている。なお、図中符号69は押え板、73は参
照電極リード線である。
FIG. 3 shows a high temperature crevice corrosion potential measuring electrode. In FIG. 3, a reference electrode 72 attached to the autoclave lid 21 and a counter electrode 74 are connected via a liquid junction tube 71. The counter electrode 74 has a lead wire 70 at the bottom, and a sample plate 67 connected to this lead wire 70 has a holder 66 through an insulating material 68.
Held in. In the figure, reference numeral 69 is a holding plate, and 73 is a reference electrode lead wire.

【0046】ここで試料板67から外部に取り出したリー
ド線70と参照電極リード線73の間の電位差をエレクトロ
メータ等により測定することにより、試料の腐食電位を
測定することができる。
Here, the corrosion potential of the sample can be measured by measuring the potential difference between the lead wire 70 taken out from the sample plate 67 and the reference electrode lead wire 73 with an electrometer or the like.

【0047】ここで、試料電極とホルダー66、押え板69
の間に絶縁材68を介して隙間を設け、かつ参照電極72の
液絡管71の端部を試料板67の表面に近付けて設置するこ
とにより、隙間部の電位を測定することができる。ホル
ダー66、試料板67および押え板69は腐食挙動を調べる対
象となる金属材料を使用する。
Here, the sample electrode, the holder 66, and the holding plate 69.
By providing a gap between them with an insulating material 68 and placing the end of the liquid junction tube 71 of the reference electrode 72 close to the surface of the sample plate 67, the potential of the gap can be measured. The holder 66, the sample plate 67, and the holding plate 69 use a metal material whose corrosion behavior is to be investigated.

【0048】参照電極72の電解液と高温溶液を繋ぐ液絡
管71の端部は試料板67の表面に近付けて設置することに
より、局部電池の生成等による電位測定の誤差を防ぐこ
とができる。
By installing the end of the liquid junction tube 71 connecting the electrolytic solution of the reference electrode 72 and the high temperature solution close to the surface of the sample plate 67, it is possible to prevent an error in potential measurement due to generation of a local battery or the like. .

【0049】次にジルコニア膜式高温pH電極の測定原
理を図4により説明する。図4は電極内部充填材として
Cu/Cu2 O混合粉末を用いた場合のジルコニア膜式
高温pH電極の測定原理を示したものである。膜電位は
ジルコニア内側および外側の界面におけるジルコニア中
の酸素イオンと他の物質との平衡反応に起因する。ジル
コニア膜内面および外面の反応は次のように表わされ
る。 膜内面:2Cu+O2-=Cu2 O …(1) 膜外面:H2 O=2H+ +O2- …(2)
Next, the measurement principle of the zirconia membrane type high temperature pH electrode will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows the measurement principle of a zirconia membrane type high temperature pH electrode when Cu / Cu 2 O mixed powder is used as the electrode internal filler. The membrane potential is due to the equilibrium reaction between oxygen ions in zirconia and other substances at the inner and outer zirconia interfaces. The reaction on the inner and outer surfaces of the zirconia film is expressed as follows. Inner surface of the film: 2Cu + O 2- = Cu 2 O (1) Outer surface of the film: H 2 O = 2H + + O 2- (2)

【0050】ジルコニアはO2-透過性の個体電解質であ
り、これらの反応におけるO2-はジルコニア膜を通じて
授受される。上記の全反応は、 2Cu+H2 O=Cu2 O+2H+ +2e- …(3) となり、これがpH電極の電極反応である。
Zirconia is an O 2 -permeable solid electrolyte, and O 2 − in these reactions is exchanged through the zirconia membrane. All the above reactions become 2Cu + H 2 O = Cu 2 O + 2H + + 2e (3), which is the electrode reaction of the pH electrode.

【0051】この反応に関する電極電位は以下のように
計算される。
The electrode potential for this reaction is calculated as follows:

【0052】[0052]

【数1】 [Equation 1]

【0053】CuとCu2 Oを等量混合したので両者の
活量をそれぞれ 0.7および 0.3と仮定すると、
Since Cu and Cu 2 O were mixed in equal amounts, assuming that the activities of both are 0.7 and 0.3, respectively,

【数2】 ここで、 280℃のΔG°を計算し(7) 式に代入すると、 E= 0.360− 0.110pH(v.s. NHE at 280℃) …(8) となり、pHの一次式となることがわかる。[Equation 2] Here, when ΔG ° of 280 ° C. is calculated and substituted into the equation (7), E = 0.360−0.110 pH (vs NHE at 280 ° C.) (8), which is a linear equation of pH.

【0054】電位を測定する際にはKCl溶液を内部溶
液としたAg/AgCl参照電極を基準として測定する
が、この電極の電位は、
When measuring the potential, it is measured with reference to an Ag / AgCl reference electrode having a KCl solution as an internal solution. The potential of this electrode is

【数3】 と表される。Er °は温度に依存し、温度t℃における
値は近似的に、 Er °= 0.23755−5.3783×10-4t−2.3728×10-62 …(10) と表わされる。
[Equation 3] Is expressed as Er ° depends on the temperature, and the value at the temperature t ° C. is approximately expressed as E r ° = 0.23755-5.3783 × 10 −4 t−2.3728 × 10 −6 t 2 (10).

【0055】従って、 0.1NKClを内部溶液を用いた
場合、Er = 0.011(VSHE at 280℃)となる。
Therefore, when 0.1 NKCl was used as the internal solution, E r = 0.011 (V SHE at 280 ° C.).

【0056】実際に測定される電位は、 ΔE=EpH−Er …(11) であり、Cu/Cu2 Oを用いた場合には、 ΔE= 0.349− 0.110pH …(12) Hg/HgOを用いた場合には、 ΔE= 0.845− 0.110pH …(13) となることが計算で求められる。The actually measured potential is ΔE = E pH −E r (11), and when Cu / Cu 2 O is used, ΔE = 0.349-0.110 pH (12) Hg / HgO When is used, ΔE = 0.845−0.110 pH (13) is calculated.

【0057】次に上記実施例の作用を説明する。本実施
例による隙間部水質測定用pH電極では、センサー部を
覆った金属チューブ内においてバルク水質とは異なる腐
食環境が形成され、隙間部を模擬したpHの値が測定で
きる。
Next, the operation of the above embodiment will be described. In the pH electrode for measuring water quality of the gap according to the present embodiment, a corrosive environment different from the bulk water quality is formed in the metal tube covering the sensor part, and the pH value simulating the gap can be measured.

【0058】また、導電率測定用セルではセンサー部を
覆った金属から溶け出した金属イオンが隙間部に蓄勢
し、隙間部に近い導電率の値が測定できる。
Further, in the conductivity measuring cell, metal ions dissolved from the metal covering the sensor portion are stored in the gap, and the value of conductivity near the gap can be measured.

【0059】隙間部では金属の酸化反応により溶存酸素
が消費され、電位が低くなることが予想されるが、本実
施例による隙間電位測定電極では試料および電極を覆っ
た金属により溶存酸素が消費され、また外部からの酸素
の拡散が比較的遅いために外部とは異なる腐食環境が形
成されることが確かめられる。
Although it is expected that dissolved oxygen will be consumed by the metal oxidation reaction in the gap and the potential will be lowered, the dissolved oxygen is consumed by the sample and the metal covering the electrode in the gap potential measuring electrode of this embodiment. It is also confirmed that a corrosive environment different from the outside is formed due to the relatively slow diffusion of oxygen from the outside.

【0060】従来の高温水質測定用電極ではバルク水質
のみ測定可能であり、外表面よりも厳しい腐食環境にあ
るといわれる隙間部については情報が得られない。これ
に対して本実施例に係る隙間水質測定用電極を用いれば
従来得られなかった隙間部における水質および腐食環境
について情報が得られるので、隙間部における腐食メカ
ニズムの解明に役立つ効果がある。
The conventional high-temperature water quality measuring electrode can measure only bulk water quality, and no information can be obtained about the gap portion which is said to be in a corrosive environment severer than the outer surface. On the other hand, if the electrode for measuring water quality in the gap according to the present embodiment is used, information on the water quality and the corrosive environment in the gap which has not been obtained in the past can be obtained, which is useful for clarifying the corrosion mechanism in the gap.

【0061】図5は本発明による隙間水質測定用電極を
BWR型原子力発電プラント原子炉浄化系の水質モニタ
ーとして適用した例である。バルク水質は高純度に保た
れていても、隙間部においては溶存酸素が金属の酸化反
応により消費され電位が低くなり隙間外部との間に局部
電池を形成する上、溶け出した金属イオンの加水分解お
よび不純物の濃縮により長時間経過した後には隙間部は
バルク環境よりも厳しい腐食環境となる傾向がある。
FIG. 5 shows an example in which the gap water quality measuring electrode according to the present invention is applied as a water quality monitor of a BWR type nuclear power plant reactor cleaning system. Even if the bulk water quality is maintained at high purity, dissolved oxygen is consumed by the metal oxidation reaction in the gap and the potential drops, forming a local battery with the outside of the gap, and dissolving the dissolved metal ions. After a long time due to decomposition and concentration of impurities, the gap tends to have a more severe corrosive environment than the bulk environment.

【0062】本発明による隙間水質測定用電極を水質モ
ニターまたは腐食環境モニタ−として適用すれば、隙間
部の腐食環境の経時変化を知ることができ、有効な対策
をうつことができる。
When the gap water quality measuring electrode according to the present invention is applied as a water quality monitor or a corrosive environment monitor, it is possible to know the change over time in the corrosive environment of the gap portion, and effective measures can be taken.

【0063】[0063]

【発明の効果】本発明によれば、従来得られなかった高
温水中において隙間部のpH、腐食電位および導電率を
正確に測定することができるので、隙間部における腐食
メカニズムの解明に役立つばかりでなく、隙間部の水質
モニターとしても適用可能であり、プラントの長期健全
性維持に有効である。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, the pH, corrosion potential and conductivity of the gap can be accurately measured in high temperature water, which has not been obtained in the past, and therefore it is not only useful for elucidating the corrosion mechanism in the gap. Instead, it can be used as a water quality monitor for gaps and is effective for maintaining long-term health of plants.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る隙間水質測定用電極におけるpH
電極を示す縦断面図。
FIG. 1 is a pH of a gap water quality measuring electrode according to the present invention
FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing an electrode.

【図2】本発明に係る隙間水質測定用電極における導電
率セルを示す縦断面図。
FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing a conductivity cell in a gap water quality measuring electrode according to the present invention.

【図3】本発明に係る隙間水質測定用電極における腐食
電位測定電極を示す立面図。
FIG. 3 is an elevational view showing a corrosion potential measuring electrode in a gap water quality measuring electrode according to the present invention.

【図4】図1におけるpH電極の測定原理を説明するた
めの原理図。
FIG. 4 is a principle diagram for explaining the measurement principle of the pH electrode in FIG.

【図5】本発明に係る隙間水質測定用電極にBWR発電
プラントの原子炉浄化系に水質モニターとして適用した
例を示す系統図。
FIG. 5 is a system diagram showing an example in which a gap water quality measuring electrode according to the present invention is applied as a water quality monitor to a reactor cleaning system of a BWR power plant.

【図6】ステンレス鋼のSCCの導電率依存性の一例を
示す特性図。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing an example of SCC conductivity dependency of stainless steel.

【図7】ステンレス鋼のSCCの腐食電位依存性の一例
を示す特性図。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing an example of SCC corrosion potential dependence of stainless steel.

【図8】従来の高温水用pH電極を示す縦断面図。FIG. 8 is a vertical cross-sectional view showing a conventional pH electrode for high temperature water.

【図9】従来の高温水用導電率セルを示す縦断面図。FIG. 9 is a vertical cross-sectional view showing a conventional conductivity cell for high temperature water.

【図10】(a)は従来の腐食電位測定用電極における
試料電極を示す縦断面図、(b)は(a)と同じく参照
電極を示す縦断面図。
FIG. 10A is a vertical sectional view showing a sample electrode in a conventional electrode for measuring a corrosion potential, and FIG. 10B is a vertical sectional view showing a reference electrode as in FIG. 10A.

【図11】隙間部と外部の応力腐食割れの起こり易さを
比較して示す特性図。
FIG. 11 is a characteristic diagram showing the ease of occurrence of stress corrosion cracking in the clearance and the outside.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

51…ボディー、52…ジルコニアチューブ、53…内部充填
物、54…シール部、55…隙間形成チューブ、56…取付用
フランジ、57…取付ボス、58…内極支持棒、59…絶縁シ
ール、60…ブッシュ、61…固定キャップ、62…絶縁スペ
ーサ、63…内極、64…外極、65…隙間形成チューブ、66
…ホルダー、67…試料板、68…絶縁材、69…押え板、70
…リード線、71…液絡管、72…参照電極、73…酸素電極
リード線、74…対極。
51 ... Body, 52 ... Zirconia tube, 53 ... Internal filler, 54 ... Seal part, 55 ... Gap forming tube, 56 ... Mounting flange, 57 ... Mounting boss, 58 ... Inner pole support rod, 59 ... Insulation seal, 60 … Bushings, 61… Fixed caps, 62… Insulating spacers, 63… Inner poles, 64… Outer poles, 65… Gap forming tubes, 66
… Holder, 67… Sample plate, 68… Insulation material, 69… Holding plate, 70
… Lead wire, 71… Liquid junction tube, 72… Reference electrode, 73… Oxygen electrode lead wire, 74… Counter electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 高温、高圧水中で使用可能なpH電極の
センサー部、導電セルの電極部および腐食電位測定用試
料電極部を腐食挙動を調べる対象となる金属材料で覆っ
て構造状の隙間を付与してなることを特徴とする隙間水
質測定用電極。
1. A structural gap is formed by covering a pH electrode sensor portion, a conductive cell electrode portion, and a corrosion potential measuring sample electrode portion that can be used in high temperature and high pressure water with a metal material whose corrosion behavior is to be investigated. An electrode for measuring interstitial water quality characterized by being provided.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008008744A (en) * 2006-06-29 2008-01-17 Hitachi Ltd Gap water quality measuring method and gap water quality measuring instrument
JP2012132696A (en) * 2010-12-20 2012-07-12 Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd Corrosion potential sensor and corrosion potential sensor installing structure
JP2015209743A (en) * 2014-04-30 2015-11-24 国立研究開発法人物質・材料研究機構 Desalination treatment method, desalination treatment system, re-alkalization treatment method, and re-alkalization treatment system for concrete, and saline content sensor and ph sensor used therewith
JP2017044609A (en) * 2015-08-27 2017-03-02 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 Corrosive environment sensor

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