JPH0772110A - 応力腐食監視装置及び貫通部材の劣化度の評価方法 - Google Patents

応力腐食監視装置及び貫通部材の劣化度の評価方法

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JPH0772110A
JPH0772110A JP6017865A JP1786594A JPH0772110A JP H0772110 A JPH0772110 A JP H0772110A JP 6017865 A JP6017865 A JP 6017865A JP 1786594 A JP1786594 A JP 1786594A JP H0772110 A JPH0772110 A JP H0772110A
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ホーク ローティ デビッド
David A Eden
アンソニー エデン デビッド
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 オンラインデータ収集システムを用いて貫通
部材のサブセットの電気化学的監視により電解質収容容
器の貫通部材の劣化度を評価することにある。 【構成】 貫通部材又は貫通管（３２）のうち少なくと
も一本の中に設けられた電気化学センサー（６４）が、
その貫通管の表面（９２）から絶縁されている電極（７
４）を備える。信号ライン（９２）が電極（７４）及び
貫通管（３２）材に結合されている。信号導体は、応力
腐食損傷の原因となる電気化学的な活動度の関数とし
て、電圧信号及び電流信号を生じさせる。信号導体に結
合されている検出回路（９４）が、電気化学ポテンシャ
ル、電気化学インピーダンス、電極と前記表面との間で
電解質を通って流れる電流のうち少なくとも一つを表す
データを符号化できる。貫通部材の壁の劣化の度合いを
電気化学的活動度の関数として評価するためにデータを
読み出す装置（１３４）が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、両方とも電解質の作用
を受けている金属と電極との間の電気的な活動度又は活
量（activity）を監視することにより金属中の腐食の度
合いを評価する技術に関する。より詳細には、本発明
は、容器の円形貫通構造部材、例えば容器の壁を貫通し
て制御装置及び検出装置の結合のために原子炉容器を貫
通する構造部材の局部的な腐食状態を監視する技術に関
する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】容器を
貫通する構造部材、例えば容器に設けられた開口部に一
または二以上の溶接部で固着された導管を設けることに
は種々の理由がある。導管を例えば、流路を構成した
り、機械的な装置を通過させたり、或いは、電気的な導
体を容器の壁を貫通して結合したりするよう配置する場
合がある。容器が電解質を収容して熱応力及び／又は機
械的な応力を受けると、貫通部材は腐食作用を受ける。
非対称の溶接部又はこれと類似した構造材により、貫通
部材が電解質を収容している圧力容器に取り付けられて
いる場合、特に容器への取付け領域において応力腐食割
れ間かは亀裂が問題となる場合がある。
【０００３】加圧水型原子炉の容器が一例である。加圧
水型原子炉は、核燃料及び冷却材、例えば水又はコバル
ト含有水を容器内へ送り込んだり、これから送りだした
りする導管系統を収納した圧力容器を含む。核燃料は、
密に間隔を置くと共に制御棒と共に散在した複数本の長
い鉛直の棒であり、制御棒は、燃料棒の間の空間内に移
動して、選択された割合の中性子束を減衰し、それによ
り発生する熱の量だけでなく燃料の核崩壊速度を制御す
る。冷却材は容器の底部に送り込まれ、燃料棒と熱交換
関係をなして上方に流れ、燃料棒の上方のレベルで流出
し、この過程で加熱される。冷却材は高温（例えば、６
００°Ｆ）になり、かなり大きな圧力（例えば、２，２
００ｐｓｉ）を生ずる。
【０００４】正常な運転が行われるように、計装用及び
制御用機器が原子炉容器に収納されたり設置される。こ
れら機器に必要な機械的及び電気的カップリングを受け
入れるよう原子炉容器の種々の場所に貫通部又は貫通部
材を設けることは可能ではあるが、安全性向上のため容
器の頂部に貫通部材を配置し、それにより底部の一体性
を高めることが好ましい。代表的には、原子炉容器は、
比較的厚肉（例えば、約５インチ、即ち約１３cm）の鋼
で構成された全体的に円筒形の中空体であり、蓋又は原
子炉容器ヘッドが容器の頂部に取り付けられて密閉圧力
容器を構成する。圧力バウンダリーを横切る機械的及び
電気的カップリングの貫通部材が、原子炉容器のヘッド
又は蓋を貫通する取付け具の形態で設けられている。
【０００５】原子炉容器の貫通部材は例えば、可動制御
棒案内装置を受け入れたり、容器内に位置したセンサ
ー、例えば燃料棒の間に散在したシンブル管内に設けら
れた温度及び核中性子束レベルセンサーに電気的に結合
する導体を通すよう設けられている。ヘッドを貫通する
管又は類似の構造部材は、ヘッドの内壁と同一平面をな
して終わるか、或いは内部へ突出する。これら管は又、
ヘッドの平面を垂直に、或いは或る角度をなして横切っ
ている。代表的には、貫通管は、互いに平行な状態で、
且つ燃料棒と整列関係をなして鉛直方向に整列してい
る。例えば、それにより制御棒は、貫通管内で上下に移
動できるアクチュエータによって操作され、燃料に対す
る制御棒の対応の変位を達成する。
【０００６】可動、固定のいずれであっても、容器ヘッ
ドを貫通している構造部材は、冷却材により生じる圧力
に耐えると共に圧力バウンダリーを維持するよう構成さ
れた関連の貫通管を有している。貫通管は容器ヘッドを
貫通しており、制御棒機構又は電気信号カップリングを
それぞれ通すようになった圧力取付け具を有している。
貫通部材及びカップリングを集成したものは原子炉容器
ヘッドアダプタと呼ばれている。
【０００７】冷却材を運ぶ原子炉の管類の全ては時間の
経過により腐食の作用を受ける。かかる腐食の発生理由
は多くあり、かかる理由として、冷却材（これは電解質
である）との化学反応、核放射線の影響、温度及び圧力
変動に起因する機械的応力等が挙げられる。原子炉容器
ヘッドの貫通部材は、潜在的な漏れの原因となる応力腐
食割れを受ける。
【０００８】容器ヘッドはドームの形状をしており、こ
れは圧力に耐えるのに適している。貫通部材が鉛直向き
であってヘッドがドーム形状であるが、ドームの中心か
ら半径方向に間隔を置いて配置されている貫通部材は、
ドーム表面の接線に対し或る角度をなしてドームを貫通
している。したがって、貫通管を容器ヘッドに固定する
溶接部は、同一軸方向レベルで貫通管に配置されておら
ず、しかも／或いは、貫通管の互いに反対側に異なるサ
イズの溶接部が設けられるという特徴がある。これが特
別顕著なのは、容器ヘッドの外側のアール部分に位置し
た貫通管である。この理由で熱応力が溶接部により生じ
る。さらに、熱応力によって貫通管は応力腐食割れの作
用を受け、特に、軸方向に間隔を置いて位置し或いは異
なるサイズの溶接部に隣接した領域において、貫通管の
応力腐食割れが壁を貫通すると、その結果として冷却材
の漏れが生じる恐れがある。
【０００９】影響を受けやすい場所、例えば容器ヘッド
貫通部材のところの割れ又は亀裂をオンライン方式又は
自動化された方法で監視し、亀裂進展が実際に起こって
いる時期を確認し、原子炉容器の腐食を防止するために
とられる是正措置の有効性を評価することが有益であ
る。オンライン方式による亀裂監視システムを用いても
原子炉ヘッドの互いに異なる場所における腐食の相対的
な激しさを評価する上方が得られ、それにより根本的な
原因を突き止めて是正することが可能となる。
【００１０】電気化学的腐食測定法は、電解質にさらさ
れる金属の腐食のレベルを全体的に監視するのに利用さ
れている。例えばボイラーのような高温環境中では、腐
食は煙道ガス又は水性冷却剤にさらされることにより生
じる場合がある。米国特許第４，５７５，６７８号は、
電解質を運ぶ金属構造部材、例えば、パイプ又は導管、
貯蔵タンク、プロセス容器、熱交換器、ポンプ、又は弁
の劣化の度合いを分析する一般的な手法を開示してい
る。腐食に関するデータを実行中の収集を意図し、容器
の壁から電解質中へ突き出た電気化学的プローブは、例
えばコックス氏等の国際出願ＰＣＴ／ＧＢ８７／００５
００に開示されている。電解質の通過する導管の一部を
形成するよう構成されているプローブはロンチェッティ
氏等の米国特許第４，４２６，６１８号に開示されてい
る。いずれの場合においても、プローブは、電解質にさ
らされる複数の腐食検出電極を有している。電極の電位
と電極間を流れる電流が検出されて電極の化学的腐食の
程度に関連付けられる。電極の腐食は、電解質を収容す
る容器、導管その他の構造部材の腐食と同等である。し
たがって、電極の腐食レベルを検出して結果を統合する
ことにより、プローブを用いると、全体として構造部材
の腐食の瞬間速度を推定できる。かかる情報をパルサミ
ー氏等の米国特許第４，９３５，１９５号に開示されて
いるような保守プログラムの一部として組み込むことが
できる。
【００１１】１９９１年３月に発表された論文「発電シ
ステムにおける信頼性向上のためのオンラインマテリア
ルズサーベイランス」（Paper No.254 NACE Annual Con
ference and Corrosion Show所収）では、電気化学抵
抗、電極間のガルバーニ電流、電気化学ポテンシャルに
よるノイズ、及び電気化学電流によるノイズの特定の検
出及び監視技術が燃料容器の劣化度を測定するために開
示されている。かかる監視技術に役立つ電極構造は例え
ば、ミーニー・ジュニア氏の米国特許第３，５０４，３
２３号、ウインスロー・ジュニア氏の米国特許第３，４
９１，０１２号、及びシャシュル氏の米国特許第２，８
３４，８５８号に開示されている。
【００１２】本発明は、電気化学的監視法を容器の壁を
横切る貫通構造部材の特定の問題に適用することを意図
しており、特に、原子炉容器の壁を横切る貫通部材又は
貫通管の局部的腐食を監視するのに適している。本発明
によれば、容器又はこれと類似した電解質収容構造部材
の複数の貫通部材、特に原子炉容器ヘッドの制御棒及び
計装用の貫通部材のサブセットを装備することにより、
貫通管の状態を全体的に評価し、それにより原子炉のこ
の重要な領域に関する情報を得ることができることが判
明した。さらに、貫通管内の互いに異なる場所に発生す
る腐食を識別するために、貫通管の特定の領域の腐食特
性を選択的に監視できる。
【００１３】本発明は、容器貫通部材のその時点におけ
る腐食レベル、状態、及び一体性を評価し、貫通構造部
材の有効寿命を減少させて必要な保守段階を計画してこ
れを実行させるための情報を提供するのに役立つ。
【００１４】本発明の目的は、容器貫通部材、即ち、電
解質を収容する容器、導管、又は類似の部材を通って結
合される構造部材と関連した応力腐食割れのオンライン
監視を可能にすることにある。
【００１５】本発明のもう一つの目的は、構造部材に対
する化学的及び機械的応力に起因する複数の貫通構造部
材の劣化度を評価するために、容器を貫通している少な
くとも一つの例示的な構造部材を電気化学センサーの電
極の一つとして使用することにある。
【００１６】本発明の別の目的は、容器貫通部材の内壁
又は突出外壁における互いに異なる場所、例えば、円形
横断面の貫通部材の周りの互いに異なる軸方向位置及び
円周方向位置の腐食について検出することにある。
【００１７】本発明のもう一つの目的は、オンラインデ
ータ収集システムを用いて貫通部材のサブセットの電気
化学的監視により容器貫通部材の劣化度を評価すること
にある。
【００１８】本発明のさらにもう一つの目的は、特に、
原子炉容器ヘッドの平面に対して或る角度をなして容器
ヘッド構造部材を貫通する通路に、或いはその近傍に円
形の貫通部材を装備することにより、重要な又は損傷を
受けやすい場所における原子炉ヘッドアダプタの貫通部
材を監視することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記目的及び他の目的
は、本発明による応力腐食損傷監視方法及び装置で達成
される。電解質を収容する容器の壁を横切る貫通部材、
例えば、冷却材及び核燃料を収容している原子炉容器の
ヘッドアダプタの貫通部材の応力腐食損傷を監視する。
容器の壁は、機械的又は電気的外部機器を容器の内部構
造部材に結合すると共に圧力バウンダリー、例えば制御
棒ガイド及びセンサー信号ケーブルを維持する多数本の
管状貫通部材を有する。貫通部材は、特に、熱応力を発
生させるような態様で容器ヘッドに溶接され、或いはこ
れと類似した方法で固定されているヘッドを貫通する通
路に、或いはその近傍で、応力腐食損傷を受ける。一ま
たは二以上の貫通部材は、電気化学センサーセルを構成
する少なくとも一つ、好ましくは複数の電極を備えてい
る。一連の電極対は、貫通管材料の表面、主としてプロ
ーブのそれぞれ対応の電極に最も近接した領域における
腐食の活動度を検出し、それにより、プローブの互いに
異なる位置における腐食レベルを識別することができ
る。各対の電極は作用電極及び基準電極から成る。対に
近接した貫通管の腐食表面は、もう一つの作用電極を構
成する。これら電極は、貫通部材の腐食壁と同様、電解
質にさらされる。電極及び腐食壁は電気的に絶縁されて
おり、応力及び腐食による電気化学活動度の関数として
信号を発生する検出回路に配線されている。電気化学ポ
テンシャル、電気化学インピーダンス、電気化学電流、
及び特にポテンシャル及び電流信号中のノイズレベル
は、電極の各対及び腐食状態の管の識別可能な各監視領
域について検出される。電気化学活動度の関数として貫
通部材の壁の劣化度を評価するために信号を分析すると
共に、或いは読み出す。このようにして、全ての容器貫
通部材の状態を、腐食が顕著に生じている貫通部材の領
域の識別を可能にする方法で評価し、必要な場合におけ
る適当な是正措置を容易にする。
【００２０】本発明を、以下の記載すると共に図面に示
す好ましい実施例に関して説明する。しかしながら、図
面及び説明は例示であって限定的なものではなく、本発
明は特許請求の範囲に記載の事項に関して変形例を想到
できることは理解されるべきである。
【００２１】
【実施例】図１を参照すると、管状部材又は導管（以下
「貫通管」又は「貫通部材」という場合がある）３２が
原子力発電所の原子炉容器の壁４０を貫通しており、こ
の貫通管３２は、冷却材との化学反応及び熱膨張や圧力
の変動により生じる機械的応力に起因する応力腐食を受
けている。図示の貫通管３２は、原子炉ヘッドパッケー
ジを横切る複数の貫通管のうちの一本であるのが良く、
例えば制御棒ガイドのような機械的手段及び例えば信号
ラインのような電気的手段が原子炉容器と格納容器建屋
（図示せず）との間の圧力バリヤを貫通するようにさせ
る圧力取付け手段４２を構成している。監視されるべき
貫通管３２は、制御棒ガイド、信号ライン等に使用され
るようになっている従来型の圧力密封貫通管である。貫
通管３２のうち少なくとも一本、好ましくは、特徴のあ
る貫通管サンプル又はサブセットが、サンプル管の腐食
度を評価すると共に同じ装備がなされていない同等の管
の腐食度を評価する手段として装備されている。
【００２２】原子炉容器（詳細には図示せず）は、或る
量の核燃料及び熱を運び去るために核燃料を越えて流れ
る冷却材を収容するよう配置されている。冷却材は通常
は水であり、溶液中の種々のイオンと電解質５０を形成
している。貫通管３２は、原子炉の運転に起因する応力
腐食を受ける導管となる。貫通管３２は、その一部が原
子炉容器の外部に位置するけれども、温度及び圧力条件
による応力だけでなく冷却材又は電解質５０からの化学
作用を受ける。
【００２３】かかる条件の下にある大抵の金属と同様
に、貫通管の壁は腐食し、時間の経過により亀裂が入る
ようになる場合がある。本発明によれば、かかる腐食の
進展度が評価される。このようにして集められた情報を
用いると、保守計画を立てるために貫通管の壁の累積腐
食を追跡でき、また、この情報は、特に、原子炉容器ヘ
ッドへの貫通管の取付け法に起因して損傷を受けやすい
別々の領域における応力及び腐食の増大状態を検出する
のに役立つ。監視結果を得るには適宜、腐食の生成速度
を減少させるための措置を講じ、例えば、冷却材の化学
的組成を調節し、或いは、破損しつつあり又は破損が差
し迫っている貫通管の交換又は補修措置を行うのが良
い。
【００２４】腐食度評価のため、貫通管に影響を及ぼす
化学反応を電気的に検出する。少なくとも１つの電気化
学センサー装置又はセル６０及び好ましくはセンサー又
はプローブのアレイ６４が、原子炉容器壁４０を横切る
貫通管３２のうち少なくとも１本に嵌め込まれる。セン
サーセル６０は、互いに絶縁されると共にそれぞれの貫
通管３２の壁８２からも絶縁された作用電極７２及び基
準電極７４を有する。作用電極７２及び基準電極７４
は、監視されるべき貫通管の壁８２の領域のすぐ隣りに
配置され、それぞれのセルは実質的に、その領域におけ
る腐食に応答する。貫通管の壁８２及び電極７２及び７
４は全体的に原子炉の運転中、電解質５０にさらされ
る。
【００２５】好ましい実施例では、別々に配線された電
極が、複数の別個の領域における腐食状態を監視するた
め、センサープローブの表面上の互いに異なる場所に配
置されている。円周方向に間隔をおいた電極アレイ８８
で構成された軸方向に間隔を隔てたグループ８６によ
り、センサープローブのまわりの領域を別々に監視でき
る。例えば、原子炉容器ヘッド（厚さが約１３ｃｍ又は
５インチ）を通る通路の領域における腐食状態を監視す
るため、各々８つの円周方向に間隔をおいて配置された
検出電極から成る３〜５個の軸方向に離隔した組を設け
るのが良い。この構成により、貫通管の内壁上における
２４〜４０の別々に識別できる腐食監視領域が得られ
る。又、検出電極アレイを取り付けて原子炉容器内へ突
出している貫通管の外面を包囲することが可能である。
しかしながら、図示の例示の態様は特に、貫通管に加わ
る応力により腐食が問題となるような原子炉容器へのそ
の取り付け領域において貫通管の内側から腐食を監視す
るよう構成されている。
【００２６】それぞれの電極は、信号ライン９２を介し
て、ポテンシャル及び電流に関する情報を収集分析して
ポテンシャル及び電流によるノイズの程度を測定するた
めの図３に示すような計装に結合されている。信号ライ
ン９２は、貫通管から、圧力バウンダリーを維持するよ
う働くことができる基準圧力取付け具４２を介して外部
へ出ている。信号ライン９２は、電極７２，７４に生じ
た電圧及び電流信号を検出回路９４に結合する。貫通管
の壁８２は又、作用電極としての壁を検出回路に結合す
るために検出回路に結合されている。電圧及び電流信号
は、貫通管の壁の応力腐食割れにつながる電気化学的活
動度又は活量の関数として変化する。腐食の程度は、電
極と電解質との間を流れ、貫通管の壁のそれぞれの部分
とこれと関連のある電極との間に電流及び電圧信号を生
じさせる交換電流の関数である。検出回路９４は、信号
ライン９２に結合され、電気化学ポテンシャル、電気化
学インピーダンス、電極と壁８２との間の電解質を通っ
て流れる電流のうち少なくとも一つを表示するデータを
符号化するよう動作できる。好ましくは、これらの信号
中の電流及び電圧ノイズレベルを評価する。これにより
得られたデータを、電気化学的活動度の関数として貫通
管の壁の劣化の程度を評価するために読み出される。
【００２７】電解質中の金属の腐食の程度を反映するよ
う使用可能な電気的活動度の多くの特定の要素があり、
特定の例については本明細書の従来技術の説明の部分に
おける記載内容を参照されたい。概要を述べると、信号
ライン９２は好ましくは、電気ポテンシャル又は電位レ
ベル及び壁、電極及び電解質を通る電流の消散の度合い
を増幅して符号化するよう動作可能な測定回路に結合さ
れ、これらの信号は、腐食のレベル及び累積中の応力腐
食割れの度合いを表わしている。監視可能なパラメータ
としては、周波数の関数としての電気化学インピーダン
ス、電極と貫通管との壁との間のガルバーニ電流、電気
化学ポテンシャルによるノズル及び電気化学電流による
ノイズがあげられる。
【００２８】電気化学インピーダンスは、ある周波数範
囲、例えば０．１Ｈｚ〜１０ＫＨｚにおける印加正弦ポ
テンシャル波に対する腐食インターフェースの応答を分
析することにより測定される。これにより、腐食表面の
抵抗／キャパシタンス特性に関する情報が得られる。周
波数が高いと、インピーダンスを、貫通管壁及び電極を
含む回路内の電解質の溶液抵抗に関連付けることがで
き、又累積スケール及び／又は存在している類似の堆積
物の度合いも関連させることができる。低い周波数の場
合の応答を、センサー回路の分極抵抗（又はＤＣインピ
ーダンス値）に関連付けてもよい。溶液抵抗を引き算す
ることにより、腐食インターフェースにおける電荷転送
抵抗の正確な表示を求めることができる。電荷転送抵抗
が低いと、腐食の速度が高くなり、又その逆のこともい
える。
【００２９】零点抵抗電流計(ammetry）を用いると、２
つの電極の間、この場合には貫通管壁とその中に設けら
れている電極との間のガルバーニ電流を求めることがで
きる。通常、貫通管壁及び電極は互いに異種金属ででき
ており、これにより本来的に、セルとして結合されたと
きにガルバーニ電流が生ずる。この技術を用いても、公
称同一の電極の間のガルバーニ電流を求めることがで
き、かかる電極は通常、僅かに異なるポテンシャルをと
るのに充分な程度、少なくとも異なる。貫通管壁及び電
極を零点抵抗電流計を介して結合すると、測定可能な電
流が流れる。腐食進行中における結合電流のＤＣ値は、
電極に関して進行中の腐食の活動度のレベルに比例す
る。
【００３０】電気化学ポテンシャルによるノズルは、電
気化学的腐食ポテンシャルの低レベルの無秩序な変動で
ある。変動は代表的には、小さな振幅（例えば１ミリボ
ルト未満）及び低周波数（例えば１Ｈｚ以下）のもので
ある。電気化学ポテンシャル中の低周波数変動を測定す
ることにより、腐食モードに対して相関可能な時間変化
信号を生じさせることができる。例えば、点食（pittin
g corrosion)及び割目腐食（crevice attack）により、
測定された電気化学ポテンシャルノイズ中に、はっきり
と際立った特徴又はサインが生じる。
【００３１】電気化学電流ノイズも測定可能である。電
流ノイズは、同種の電極間の結合電流の変動を記録して
分析する手順を除き、ポテンシャルノイズと同様であ
る。全体的な腐食速度の推定を、センサーセルを経験的
に構成した後、制御された重量喪失露出測定法を用いて
電気化学電流ノイズの出力信号から行うことができる。
貫通管３２は、原子炉の圧力容器のヘッド構造体４０の
壁を貫通している管状の導管である。この導管は、横断
面が円形であり、原子炉容器のヘッド４０に設けられた
ボア９８にぴったりと嵌め込まれている。容器ヘッドは
ドーム形状である。しかしながら、貫通管３２は互いに
平行である。その結果、貫通管の長さ方向軸線は、貫通
管３２のところにおけるヘッド構造体４０の壁の平面に
対して或る角度をなしている。図１に示すように、その
結果として、貫通管３２を容器ヘッド４０に取付ける溶
接部１０２は異なるサイズのものとなり、貫通管３２に
沿って互いに異なる軸方向位置に配置されている。貫通
管３２は、図１にも示すように容器壁の内側に突き出て
いることが考えられる。この取付け構造の結果、貫通管
３２は特に、溶接部１０２に隣接して、即ち貫通管３２
は容器ヘッド４０を貫通する領域において、応力腐食割
れの作用を受ける。検出セル６０の電極７２，７４は、
好ましくは、貫通管が損傷を受けやすいこの領域内に配
置される。
【００３２】腐食監視のために用いられる貫通管３２
は、原子炉の圧力容器のヘッド構造体４０に設けられて
いる他の貫通管と類似している。その結果、貫通管の腐
食は一般に、装備された貫通管に生じる腐食を測定する
ことにより評価できる。少なくとも１本の貫通管を装備
するが、容器ヘッドの互いに異なる位置における腐食を
別々に評価するために図４に示すように複数の貫通管を
装備することが可能である。例えば、装備された貫通管
を互いに直径方向反対側に配置し、或いはヘッドパッケ
ージの周囲の周りに間隔をおくと共に、或いは原子炉容
器の中心線から半径方向から異なる距離をおいて配置し
ても良い。装備された貫通管は、制御棒ガイド又は他の
センサー、例えば温度、圧力、中性子束等の信号ライン
に用いられる貫通管と同様な方法で圧力取付け具４２を
備えている。
【００３３】図１及び図２を参照すると、複数の対をな
す電極７２，７４が、軸方向に間隔をおいたレベル８６
所でプローブの周囲に配置されている。各対１１０の２
つの電極７２，７４は主として、電解質５０を介して、
貫通管３２の壁の最も近接した部分と相互作用し、アレ
イ状の電極が、別々の領域に特有の信号を発生すること
ができるようにする。電気絶縁体１１２がプローブ内の
電極の間に散在した状態で配置されており、電極及び絶
縁体は、例えば国際出願ＰＣＴ／ＧＢ８７／００５００
のプローブにおけるように、支持ポスト１２０又はばね
取付け具に取り付けられている。
【００３４】従って、貫通管３２は、測定の度に作用電
極の１つとして用いられている。２つの電極７２，７４
は、潜在的な亀裂発生場所の付近、好ましくは例えば貫
通管の取付けに起因して応力が最も高いところで貫通管
に沿って位置決めされている。図３に概略的に示すよう
に、電流信号は、一方の電極１２４と貫通管の壁との間
で検出され、それにより結合電流及び電流ノイズ信号が
得られる。電圧信号は、他方の電極１２６と電極として
の貫通管壁との間で検出され、それによりポテンシャル
基準信号及びポテンシャルノイズ信号が生じる。これら
信号は、データのサンプルを取るよう動作するディジタ
ル化手段１３０に結合されると共にサンプルデータを数
値の形で分析するプロセッサ１３２に結合される。
【００３５】電圧及び電流の測定に用いられる電極は、
貫通管と同一の材料で作るのが良い。多数の電極を任意
の測定、或いは全ての測定について貫通管内に取付ける
のが良く、例えば電極の組１１０を周囲の周りに１８０
°離して配置し、或いは図示のように４５°だけ間隔を
おいて配置し、それにより貫通管の内周部の周り及び／
又は互いに異なる軸方向位置における腐食状態の変化を
検出する。電極の対の特定の配置状態は、貫通管のタイ
プ及び寸法形状、及び所望の局部領域監視の度合いに応
じて変えることができる。同様に、原子炉容器ヘッドを
横切って延びる１又は複数の貫通管３２を、図４に示す
ようにこの方法で装備して、貫通管の腐食に関する完全
なデータを得ることができる。
【００３６】原子炉容器貫通管の応力腐食割れ及び類似
の腐食状態を評価する電気化学的ノイズ測定法を用いる
と、幾つかの利点が得られる。プローブを設計上極めて
簡単且つ頑丈にすることができる。従って、プローブ
は、原子炉容器の過酷な環境中においても難なく無傷の
ままであると考えられ、長期間にわたる高信頼度の測定
が期待できる。
【００３７】電気化学的ノイズ測定法はまた、極めて正
確であり、目で見て検知できるほどの損傷が生じる前
に、亀裂の始まりを検出することができる。この技術は
また、亀裂の進展を検出し、亀裂の深さの推定を可能に
する。ノイズ信号を分析すると、貫通管壁及び電極の自
由腐食ポテンシャルを効率的に測定できるので、サンプ
ルを分極させる必要がなく、これはイオン交換のための
エネルギーを与えることにより、腐食のプロセスを潜在
的に促進することができる。ノイズ信号の分析により、
腐食のレベルを評価できるだけでなく、運転中における
基本的な電気化学腐食プロセスの識別に役立つ。この情
報は根本的な原因の分析及び損傷に関する各種研究にと
って重要である。最後に、この方法は、複雑な局部腐
食、例えば原子炉容器壁４０の領域の原子炉容器を貫通
管３２に生ずる代表的な応力腐食割れをモニターするの
に優れている。
【００３８】センサーから得られた信号を収集して分析
するのに必要な回路は、周波数の特定のデータについて
データを分析するよう動作できるデータ処理手段に結合
された高入力インピーダンス増幅器を含むのが良い。好
ましくは、この装置の出力は、図形、表による要約報告
及び場合によっては保守警報のトリガのための適当なデ
ィスプレイ及び／または読出し装置１３４に結合され
る。このデータは又、基準を得るために記憶され、モデ
ム又は他の通信手段により遠隔地から情報のやり取りを
することができる。特に本発明により行われる測定に応
用できる電気化学的ノイズ分析のための回路の統合パッ
ケージは、英国マンチェスター所在のカプシス・マーチ
社（CAPCIS MARCH, Limited)からＤＥＮＩＳ（ディジタ
ル・エレクトロケミカル・ノイズ・インテグレイテッド
・システムの頭文字がとられている）という商品名で入
手できる。
【００３９】プローブは、一般に他のプロセス監視変数
と同じ方法で、データ収集分析回路に結合されている。
種々の中間及び最終要素、例えばサンプリングＡＤ変換
器、マルチプレクサ、ケーブル及び他の信号ライン、デ
ータ収集装置、及び電気化学ノイズ分析器を設けるのが
良い。好ましくは、電気化学ノイズ分析は、データを処
理するよう結合されたプロセッサ上で実行中のソフトウ
エアで使用され、ソフトウエアは貫通管の残りの有効寿
命を推定するための保守推定機能を含むのが良い。
【００４０】プローブは好ましくは、原子炉容器の既存
形式のアダプタ管と両立して使用できるような寸法に設
定されて配置され、好ましくは、圧力取付け具４２によ
って密封されると共に作動のために検出回路９４に配線
された貫通管３２内に挿入するだけの一体構造体であ
る。貫通管内に配置された電極アレイを、貫通管の内周
部内で、この形式の貫通管内の亀裂発見場所の近傍で、
即ち原子炉容器の壁との結合部に隣接した領域に配置す
るのが良い。プローブの圧力バウンダリーとしての資格
も重要な関心事である。好ましくは、既存の検出ケーブ
ル構造と共に使用される圧力クロージャに類似したエン
ドキャップ設計又はこれと類似した形状が使用される。
プローブは、適用される取締り法規に従い、適用可能な
規則に記載された材料を用いて製作される。
【００４１】プローブは、実質的に、支持体及び電極の
ための固体金属材料で構成されていて、電解質５０を通
るイオン電流の流れによる以外に貫通管３２及び電極の
電気的な絶縁状態を維持するよう電気絶縁体１１２を介
して結合された耐久性のある器具である。ヘッドアダプ
タ管内に取り付けられるように、そしてプローブ、その
絶縁材料及び圧力取付け具のための適当に耐久性のある
材料を用いると、プローブは、圧力、温度、地震、流体
励起振動等の各種外力に関してプラントの安全マージン
を損なうことはない。かくして、プローブを、少なくと
もそれぞれの貫通管３２に適応できる仕様を越える設計
寿命に亘り、放射線被ばくの影響に耐えるよう構成する
のが良い。
【００４２】好ましくは、監視システムは、プラントの
通常運転中、連続動作が行われる。データ分析ソフトウ
エアにより、作動監視及び保守計画目的のために腐食の
活動度を連続的にオンラインで指示できる。
【００４３】
【図面の簡単な説明】
【図１】原子炉容器ヘッドの部分断面図であり、本発明
により貫通管内に取り付けられた腐食監視プローブを示
す図である。
【図２】図１の２−２線における、原子炉容器ヘッドを
通る貫通管の通過領域内に設けられたプローブの断面図
であり、対をなす電極の円周方向の分布状態を示す図で
ある。
【図３】腐食監視のための本発明に従って発生した入力
及び出力を示す概略的な電気図であり、単純化のため、
１組の電極しか示していない図である。
【図４】原子炉のヘッドパッケージに複数の腐食監視プ
ローブを装備した状態を示す概略立面図である。
【符号の説明】
３２ 貫通部材又は貫通管 ４０ 原子炉容器の壁 ４２ 圧力取付け具 ５０ 電解質 ６４ 電気化学センサー又はプローブ ７２，８８ 作用電極 ７４ 基準電極 ８２ 貫通管の壁 ９２ 信号ライン ９４ 検出回路 １３４ 読出し装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デビッド アンソニー エデン イギリス国 マンチェスター エム12ピー ダブリュー グランビーロー ベインブリ ッジハウス（番地なし） カプシス・マー チ・リミティッド内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電解質を収容するように構成されている
    容器の応力腐食監視装置であって、容器は、複数本の貫
    通部材が鋭角をなして横切っている少なくとも一つの壁
    を有し、貫通部材は導管を構成し、そして容器の使用に
    起因する応力腐食損傷を受け、少なくとも一つの電気化
    学センサーが貫通部材のうち少なくとも一本の中に設け
    られ、電気化学センサーは、前記少なくとも一本の貫通
    部材の表面から絶縁されている電極を備えると共に容器
    の使用中、前記表面と共に電解質にさらされ、前記表面
    及び電極は電気化学検出セルを構成し、信号導体が電極
    及び前記少なくとも一本の貫通部材に結合され、信号導
    体は、応力腐食損傷の原因となる電気化学的活動度の関
    数として、電圧信号及び電流信号を生じさせ、検出回路
    が、信号導体に結合されていて、電気化学ポテンシャ
    ル、電気化学インピーダンス、電極と前記表面との間で
    電解質を通って流れる電流のうち少なくとも一つを表す
    データを符号化でき、貫通部材の壁の劣化度を電気化学
    的活動度の関数として評価するために前記データを読み
    出す手段が設けられていることを特徴とする応力腐食監
    視装置。
  2. 【請求項２】 貫通部材の前記表面の互いに別個の領域
    に隣接して配置された複数の電極を有し、該電極は各
    々、信号導体により検出回路に結合されると共に対応の
    別個の領域のところにおける腐食の状態を表す信号を生
    じるよう動作可能であることを特徴とする請求項１の応
    力腐食監視装置。
  3. 【請求項３】 複数の電極と貫通部材の前記表面は互い
    に別個の検出セルを構成し、各検出セルは、基準電極
    と、２つの作用電極とから成り、一方の作用電極は貫通
    部材の前記表面の別個の領域で構成され、他方の電極及
    び基準電極は電解質を介して別個の各領域と相互作用す
    るよう位置決めされていることを特徴とする請求項２の
    応力腐食監視装置。
  4. 【請求項４】 対応の別個の領域の電極は、貫通部材内
    へ挿入されているセンサープローブの周りに円周方向に
    間隔を置いて配置され、それにより、センサー信号は、
    貫通部材の前記表面の円周方向に離隔した領域を表示す
    ることを特徴とする請求項３の応力腐食監視装置。
  5. 【請求項５】 対応の別個の領域の電極は又、センサー
    プローブ上で軸方向に間隔を置いて配置されていること
    を特徴とする請求項４の応力腐食監視装置。
  6. 【請求項６】 検出回路は、貫通部材の前記表面と電極
    のうち一本との間のポテンシャルからポテンシャルノイ
    ズに関するデータを生じさせると共に貫通部材の前記表
    面と別の電極との間の電流から電流ノイズに関するデー
    タを生じさせることができることを特徴とする請求項３
    の応力腐食監視装置。
  7. 【請求項７】 電解質を収容するためのエンクロージャ
    を構成する容器の壁を鋭角をなして横切っている貫通部
    材の劣化度を評価する方法において、貫通部材の壁を構
    成する金属から電気的に絶縁された少なくとも一つの電
    極を備えるプローブを貫通部材のうちの少なくとも一本
    に装備し、電極と貫通部材の両方をエンクロージャ内の
    電解質にさらす段階と、電極と貫通部材の壁との間の電
    気的な活動度を監視して、電気化学ポテンシャルと、電
    気化学インピーダンス、及び電極と貫通部材の壁との間
    で電解質を通って流れる電流のうち少なくとも一つを表
    す信号を生じさせる段階と、電気的な活動度の関数とし
    て貫通部材の壁の劣化度を評価する段階とを有すること
    を特徴とする方法。
  8. 【請求項８】 或る範囲の周波数における電気化学ポテ
    ンシャル及び電気化学電流のうち少なくとも一方の変化
    につき監視することにより電気化学的なノズルのレベル
    につき信号を分析することを特徴とする請求項７の方
    法。
  9. 【請求項９】 少なくとも２つの前記電極を対をなして
    貫通部材の壁内へ配置し、貫通部材の壁を作用電極とし
    て利用しながら、前記少なくとも２つの電極を用いて前
    記電気化学ポテンシャル及び前記電気化学電流の変化に
    つき監視することを特徴とする請求項８の方法。
  10. 【請求項１０】 複数の電極の対を備えたプローブを少
    なくとも一つの貫通部材に挿入状態で装備し、各対の電
    極は、互いに隣り合い、且つ貫通部材の壁の別個の領域
    に近接して位置決めされ、各電極及び貫通部材の壁は、
    基準電極及び２つの作用電極から成るセルを形成し、前
    記監視段階及び評価段階では、セルの各々について対応
    の別個の領域中の腐食の状態を別々に監視し評価するこ
    とを特徴とする請求項７の方法。
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