JPH0636066B2 - 原子力発電プラントの防蝕皮膜生成方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、例えば、沸騰水型の原子力発電所における原
子炉の配管等に酸化皮膜を生成する原子力発電プラント
の防蝕皮膜生成方法（プレフィルミング運転方法）及び
その装置に関する。

〔発明の技術的分野〕

一般に、原子力発電プラントにおける原子炉内は、中性
子による放射化によって放射性核種を生成する。この放
射性核種は、一次冷却系配管やこれに接続される機器の
配管に酸化皮膜を生成していく段階でその酸化皮膜中に
取り込まれ、その結果、上記一次冷却系や上記機器の周
辺の放射性線線量率が増大し、これに起因して、定期点
検時、原子力発電プラントに従事する作業者の被曝が予
測される。

原子力発電設備の安全性及び信頼性を向上するために
は、上記従業者の被曝低減を図ることがきわめて重要で
ある。そこで、従業者の被曝防止手段として、原子炉内
に持ち込まれて放射化される不純物を低減すると共に、
上記一次冷却系配管及び上記機器配管の酸化皮膜に取り
込まれる放射性核種の線量率を低減することが望まれて
いる。

又一方、上記一次冷却系やこれに接続される機器に使用
されるステンレス材による管体は、初期に、その表面に
クロムに富む皮膜を生じ、その後、この皮膜の外がわに
向って生じるイオンの拡散とその皮膜の内がわに向って
生じる酸素の拡散とによって腐蝕が進行する。又、上記
クロム皮膜層は、マグネタイトと言われるＦｅ_３Ｏ_４の
酸化物を生成して防蝕性を増すと言われているけれど
も、上記マグネタイトは、下記の式に示す反応により、
ニッケル、コバルト等を取り込んでスピネル酸化物とな
る。

Ｆｅ_３Ｏ_４＋Ｎｉ²⁺Ｎｉ・Ｆｅ_２Ｏ_４＋Ｆｅ²⁺Ｆｅ_３Ｏ
_４＋ＣＯ²⁺ＣＯ．Ｆｅ_２Ｏ_４＋Ｆｅ²⁺原子炉が運転を始
めると、原子炉の一次冷却系に使用されるステンレス材
による管体の内面には、原子炉の運転温度条件に一致し
た酸化皮膜の生成が始まると同時に、原子炉の水中に
は、中性子の照射により、例えば、ＣＯ−５８，ＣＯ−
６０等の放射性核種が生成して増加する。

即ち、ステンレス材の表面のマグネタイト（Ｆｅ
_３Ｏ_４）皮膜の生成に合せて、原子炉水中の放射性核種
であるＣＯ−５８，ＣＯ−６０等がスピネル酸化物とし
て皮膜中に取り込まれるので、上記一次冷却系を上記ス
テンレス材の配管としたとき、この一次冷却系の放射線
線量率が増加し、原子炉プラントの定期点検時、上記一
次冷却系やこれに接続した機器の分解点検に従事する者
の被曝が予測される。

〔発明の目的〕

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであっ
て、原子炉一次冷却系やこれらの関連機器の放射性核種
の生成を防止し、線量率を低減して安全性及び信頼性の
向上を図ることができる原子炉プラントの防蝕皮膜生成
方法及びその装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、原子炉の核加熱前に溶存酸素供給源からの圧
力流体を一定の酸素濃度にして、これを制御棒駆動水冷
却系を通して原子炉及び一次冷却系へ圧送すると共に、
原子炉の再循環ポンプを駆動し、この再循環ポンプによ
るジュール熱で原子炉水を高温度に加熱することによ
り、上記一次冷却系及び関連機器に酸化皮膜を生成させ
る方法である。

さらに、本発明は、原子炉に再循環ポンプを備えた再循
環系を設け、これに一次冷却系を接続し、この一次冷却
系に溶存酸素センサを付設し、上記原子炉と溶存酸素供
給源とを制御棒駆動水冷却系で接続し、この制御棒駆動
水冷却系に原子炉の圧力を検出して制御される流量調整
弁及びＣ．Ｒ．Ｄポンプを設け、原子炉の核加熱前に再
循環ポンプ及びＣ．Ｒ．Ｄポンプを駆動し、この再循環
ポンプによるジュール熱で炉水を加熱すると共に、Ｃ．
Ｒ．Ｄポンプで加圧して一定の酸素濃度で酸化皮膜を生
成するように構成したものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図示の一実施例について説明する。

第１図において、符号１は、原子力発電プラントにおけ
る沸騰水型の原子炉であって、この原子炉１には、再循
環ポンプ２を備えた再循環系３が設けられており、この
再循環系３には、原子炉１の一次冷却系４が接続されて
いる。又、この一次冷却系４には、原子炉水溶存酸素計
５ａと原子炉溶存酸素制御系５ｂとで構成された溶存酸
素センサが５が付設されており、この溶存酸素センサ
は、脱塩水供給管６に設置された脱塩水供給弁７と電気
的に接続されている。さらに、上記原子炉１の下部に設
けられた制御棒駆動機構（図示省略）と復水貯蔵タンク
による溶存酸素供給源８とは、制御棒駆動水冷却系９及
び後述する回収ライン２３によって接続されており、こ
の溶存酸素供給源８は、溶存酸素を充分に含んだ水を貯
蔵している。さらに又、上記制御棒駆動水冷却系９に
は、流量調整弁１０、溶存酸素計５ａ及びＣ．Ｒ．Ｄポ
ンプ（制御棒駆動装置用ポンプ）１１が設けられてお
り、上記原子炉１に付設された圧力センサ１２は、上記
流量調整弁１０に炉内圧力を検出するようにして接続さ
れている。又、上記制御棒駆動水冷却系９には、脱塩水
供給管６が接続されており、この脱塩水供給管６の脱塩
水は、脱塩水供給弁７が開弁したとき、上記制御棒駆動
水冷却系９の溶存酸素を含んだ水と合流して原子炉へ供
給されるようになっている。

一方、上記一次冷却系４には、原子炉冷却材浄化系の
過脱塩塔１３が設置されており、この過脱塩塔１３の
近傍の上記一次冷却系４には、酸素ガス供給源１４が開
閉弁１５を介して接続されている。

又、上記原子炉１と蒸気タービン１６とは主蒸気管２９
で接続されており、この蒸気タービン１６には、復水器
１７が接続されており、この復水器１７の復水器ホット
ウェル１７ａと上記一次冷却系４とは廃棄物処理系１８
を備えた原子炉水ダンプ配管１９で接続されている。さ
らに、上記復水器ホットウェル１７ａの下部と原子炉１
とは、給水再循環系２０と開閉弁２８ａを有する給水ラ
イン２８で接続されており、しかも、この給水再循環系
２０の一端は、上記復水器１７の上部に接続されてい
る。さらに又、上記給水再循環系２０には、復水ポンプ
２０ａ、復水フィルタ２１及び復水脱塩塔２２が順に配
設されており、この復水脱塩塔２２の吐出がわの給水再
循環系２０には余剰復水を回収する回収ライン２３が接
続されている。又、この回収ライン２３の他端は、前記
復水器ホットウェル１７ａに接続されており、この回収
ライン２３には、前記溶存酸素供給源８及び復水移送ポ
ンプ２４が設置されている。

なお、上記復水器１７には、真空エゼクター２５を備え
た排ガス系２６が接続されており、この復水器１７は、
真空エゼクター２５によって所定の真空度を保つように
なっている。又、上記給水ライン２８の開閉弁２８ａ
は、原子炉１の通常運転時では開弁している。

以下、本発明の作用について説明する。

今、原子炉の最初の起動以前に、プレフィルミング運転
を実施して防蝕皮膜を生成する場合。

予め、原子炉１を満水状態にしておく。次に、再循環ポ
ンプ２及びＣ．Ｒ．Ｄポンプ１１を駆動し、上記原子炉
の圧力を高圧に維持したまゝ、再循環ポンプ２の回転数
を上昇させ、この再循環ポンプ２のジュール熱を利用し
て上記原子炉水温度を上昇させる。原子炉水温度上昇に
伴い、炉水の熱膨脹による原子炉圧力が上昇すると、圧
力センサ１２からの信号により、流量調整弁１０が絞り
込まれ、原子炉１の圧力を一定に維持しつゝ、原子炉水
温度が上昇する。

原子炉水温度を通常原子炉の運転時の約２８０℃程度に
維持するためには、原子炉１では、飽和温度が２８０℃
以上になるように、高圧状態を維持する必要があるが、
このような高温・高圧状態では、原子炉１の一次冷却系
４を構成するステンレス材の配管に対する高い溶存酸素
下の応力腐蝕割れの見地から、原子炉水溶存酸素を制御
することが不可欠であり、しかも、緻密な防蝕性に富む
酸化皮膜を形成する上で、原子炉水溶存酸素濃度を可能
な限り高く維持することが望まれる。

一方、通常原子炉運転中において、原子炉水溶存酸素
は、冷却水の放射線分解作用で約２００〜３００ppb と
なっており、ステンレス材による応力腐蝕割れを防止す
るための維持基準値は４００ppb 以下となっている。

そこで、上述した点を考慮し、原子炉溶存酸素を４００
ppb に維持するためには、原子炉１へ供給される制御棒
駆動系冷却水の溶存酸素濃度を制御し、これによって原
子炉水溶存酸素を制御する。

即ち、真空エゼクタ２５を用いて復水器ホットウェル１
７ａを真空状態に維持し、脱気水を生成すると共に、復
水ポンプ２０ａを駆動して、復水を復水フィルタ２１及
び復水脱塩塔１２で浄化し、給水再循環系２０を経て連
続的に再循環浄化しておく。

次に、復水脱塩塔２２の吐出がわに接続した回収ライン
２３を用いて浄化脱気水の一部をＣ．Ｒ．Ｄポンプ１１
の水源とすると共に、このＣ．Ｒ．Ｄポンプ１１の吸込
みがわに飽和溶存酸素の脱塩水を脱塩水供給管９から供
給し、上記脱気水と飽和溶存酸素の脱塩水とを混合して
原子炉１へ供給すると同時に、原子炉水溶存酸素計５ａ
でその溶存酸素濃度を監視する。又一方、原子炉水溶存
酸素濃度は溶存濃度センサ５によって連続的に監視する
と共に、原子炉水酸素を４００ppb に維持するように、
上記溶存酸素センサ５からの検出信号によって脱塩水供
給弁７を制御し、これによって原子炉水溶存酸素を４０
０ppb に制御する。

なお、こゝで、上記一次冷却系４やこれに接続された機
器に緻密な防蝕性酸化皮膜を生成するために、原子炉水
中の溶存酸素が消費され、原子炉溶存酸素濃度を４００
ppb に維持できなくなったときには、開閉弁１５を開弁
して酸素ガス供給源１４の酸素を一次冷却系４を通して
原子炉１へ供給し、原子炉水溶存酸素濃度を４００ppb
に制御する。

このようにして、本発明は、Ｃ．Ｒ．Ｄポンプ１１を駆
動して原子炉１を加圧すると同時に、再循環ポンプ２の
ジュール熱を利用して原子炉１を加熱し、高温・高圧状
態を維持すると共に、制御棒駆動水冷却系９の溶存酸素
濃度を制御することによって、原子炉溶存酸素を一定に
維持し、原子炉１の核加熱以前に、一次冷却系４やこれ
らに連結された機器に防蝕性に富む緻密な酸化皮膜を生
成する。

従って、本発明は、核加熱以後、一次冷却系やこれらの
機器の内面に形成された酸化皮膜によって放射性核種を
低減することができると共に、配管や機器の線量率の上
昇を抑制し、従事者の被曝を防止することができる。

因に、本発明によるプレフレミング運転方法は、核加熱
前に限定されるものではなく、例えば、核加熱初期時の
放射能濃度の低い時期に防蝕性酸化皮膜生成運転をして
もよいこと勿論である。

又一方、本発明は、一次冷却系４やこれらに接続された
機器に酸化皮膜を生成することにより、第２図のグラフ
に示されるようになる。即ち、酸化皮膜を生成しない未
処理状態の付着放射能量曲線Ｉに対し、本発明によるプ
レフィルミング処理を施して酸化皮膜による防蝕皮膜を
生成したものは、付着放射能量曲線IIのように、付着放
射能量を約２０００時間経過しても増加することなく一
定に維持される。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、原子炉の核加熱前に
再循環ポンプ２及びＣ．Ｒ．Ｄポンプ１１を駆動して原
子炉１内の圧力を高圧に維持し、再循環ポンプ２のジュ
ール熱で原子炉水を加熱し、一定の溶存酸素濃度で酸化
皮膜を生成するようになっているので、放射性核種を低
減することができるばかりでなく、原子炉の配管や機器
の線量率の上昇を抑制して作業者の被曝を低減して安全
性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原子力発電プラントの防蝕皮膜生成
装置の回路図、第２図は、付着放射能量と浸漬時間との
関係を示すグラフである。 １……原子炉、２……再循環ポンプ、４……一次冷却
系、５……溶存酸素センサ、６……脱塩水供給管、７…
…脱塩水供給弁、８……溶存酸素供給源、９……制御棒
駆動水冷却系、１０……流量調整弁、１１……Ｃ．Ｒ．
Ｄ…ポンプ、１２……圧力センサ、１４……酸素供給
源、２３……回収ライン。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原子炉の核加熱前に溶存酸素供給源からの
   圧力流体を一定の酸素濃度にして、これを制御棒駆動水
   冷却系を通して原子炉及び一次冷却系へ圧送すると共
   に、原子炉の再循環ポンプを駆動し、この再循環ポンプ
   によるジュール熱で原子炉水を高温度に加熱することに
   より、上記一次冷却系及びこれに接続した機器に酸化皮
   膜を生成するようにしたことを特徴とする原子力発電プ
   ラントの防蝕皮膜生成方法。
2. 【請求項２】原子炉に再循環ポンプを備えた再循環系を
   設け、これに一次冷却系を接続し、この一次冷却系に溶
   存酸素センサを付設し、上記原子炉と溶存酸素供給源と
   を制御棒駆動水冷却系で接続し、この制御棒駆動水冷却
   系に上記原子炉の圧力を検出して制御される流量調整弁
   及びＣ．Ｒ．Ｄポンプを設け、原子炉の核加熱前に再循
   環ポンプ及びＣ．Ｒ．Ｄポンプを駆動し、この再循環ポ
   ンプによるジュール熱で炉水を加熱すると共に、 Ｃ．Ｒ．Ｄポンプで加圧して一定の酸素濃度で酸化皮膜
   を生成するようにしたことを特徴とする原子炉発電プラ
   ントの防蝕皮膜生成装置。