JPH0798399A

JPH0798399A - 原子炉流入不純物の監視方法

Info

Publication number: JPH0798399A
Application number: JP5241422A
Authority: JP
Inventors: Katsuharu Maeda; 克治前田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-09-28
Filing date: 1993-09-28
Publication date: 1995-04-11

Abstract

(57)【要約】【目的】主蒸気の水質を監視することにより原子炉へ流
入する不純物を適確に連続して監視する原子炉流入不純
物の監視方法を提供する。【構成】原子炉流入不純物の監視方法は、原子炉１より
流出する主蒸気を主蒸気サンプリング点11でサンプリン
グして、この凝縮水水質並びに非凝縮物質を監視するこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子力発電プラントに
おいて原子炉一次系構造材、および燃料等に影響を及ぼ
す水質環境の高純度維持に係り、特に原子炉へ流入する
不純物の適確な監視を行う原子炉流入不純物の監視方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の原子力発電プラントにおける原子
炉一次系としては、図５の系統構成図に示すように、原
子炉１で発生した主蒸気は主蒸気配管２によりタービン
３に導かれてタービン３を回転し、図示しない発電機を
駆動する。

【０００３】タービン３を回転した主蒸気は、復水器４
において凝縮、冷却されて復水となり、復水ポンプ５に
より復水浄化系６で不純物を除去された給水が給水配管
７を経由して、再び原子炉１に戻されるように構成され
ている。また、原子炉１には再循環ポンプ８により炉水
を循環する炉水再循環系が設けられている。

【０００４】前記復水浄化系６においては、不純物除去
のためにイオン交換樹脂が使用されているが、特に使用
されるイオン交換樹脂は、数年間使用すると経年劣化等
により樹脂の一部が全有機炭素（Total Organic Carbo
n，以下ＴＯＣと略称する）成分として溶出してくるこ
とが知られている。

【０００５】さらに、給水系から原子炉１に持ち込まれ
たＴＯＣ成分のような有機物は、原子炉１内で熱分解及
び放射線分解し、その一部は炉水水質変動に直接寄与す
るが、炭酸ガス等の分解生成物は主蒸気配管２を経て、
タービン３へ移行（キャリ・オーバ）し、復水器４にお
いて一部は凝縮して復水ポンプ５を経て復水浄化系で除
去される。また、非凝縮成分は図示しない排ガス系に抽
気されている。

【０００６】従来より炉構造材であるステンレス鋼等の
腐食を抑制し、その健全性を維持すると共に、燃料等の
健全性も維持するためには、原子炉１における炉水の水
質を高純度で安定に維持することが有効な手段の一つで
あると言われている。通常、原子炉運転中には、給水系
から微量の不純物が原子炉１に持ち込まれて濃縮される
こととなる。

【０００７】一般に炉水中における不純物濃度について
は、次の式(1) に示すようなマスバランス式が成立す
る。Ｖ（dc/dt ）＝Ｃf ・Ｆ−Ｃ｛ｆ（１−（１／ＤＦ））＋ｎ・Ｆ｝…(1)

【０００８】ここで、Ｖは原子炉水量（ ton）、Ｃは炉
水中不純物濃度（ ppb）、Ｃｆは給水中不純物濃度（ p
pb）、Ｆは給水流量または主蒸気流量（ ton/h）、ｆは
原子炉冷却材浄化系流量（ ton/h）、Ｄｆは原子炉冷却
材浄化系の不純物除去効率（−）、ｎは炉水中不純物の
主蒸気移行率（−）を表す。

【０００９】なお、原子炉不純物濃度が平衡状態の場合
には、前記式(1) においてdc/dt ＝０となる。したがっ
て、炉水中不純物濃度Ｃは次の式(2) で表される。Ｃ＝（Ｃｆ・Ｆ）／｛ｆ（１−（１／ＤＦ））＋ｎ・Ｆ｝…(2)

【００１０】ここで、炉水中不純物の主蒸気中への移行
率ｎが十分に低く、無視でき、かつ原子炉冷却材浄化系
の不純物除去効率ＤＦが十分に大きい場合には、前記式
(2)は、さらに次の式(3) のように近似とすることがで
きる。Ｃ＝Ｃｆ・（Ｆ／ｆ）…(3)

【００１１】この式(3) から、平衡状態における炉水中
の不純物濃度Ｃは、給水系から持ち込まれる不純物濃度
ＣｆのＦ／ｆ倍となる。一般に原子炉冷却材浄化系にお
ける流量ｆは、給水流量Ｆの1/100 〜1/50であることか
ら、炉水中の不純物濃度は給水の50〜 100倍となると理
論計算予想される。

【００１２】このことから明らかなように、給水中の不
純物濃度を監視するのに比べて、炉水中の不純物濃度を
監視する方が精度が高く、容易であることがわかる。し
たがって、従来の一次係水質監視は、炉水再循環系にお
ける炉水サンプリング点９に導電率計を、また給水配管
７に設けられた給水サンプリング点10にＴＯＣ計を設置
して炉水水質監視を主体に実施することで間接的に給水
水質の監視を行っていた。

【００１３】しかしながら、炉水再循環系の炉水サンプ
リング点９における炉水水質監視は、炉水導電率が変化
しても、それが無機イオンの流入によるものか、あるい
は有機不純物の流入によるものかの判別は不可能であっ
た。また、給水配管７に設けられた給水サンプリング点
10におけるＴＯＣ測定は、ＴＯＣを直接測定するのでな
く、一旦分解させた分解生成物の炭酸を測定することに
なるため、厳密には連続した有機物測定ができないこと
から、炉内持ち込み有機物監視においては、必ずしも十
分とは言えなかった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従来の原子炉一次系水
質監視は、炉内構造材および燃料等に影響を及ぼす可能
性のある塩素イオン等のハロゲンイオン不純物、および
硫酸イオン等の炉水中における濃度に着目して実施して
いる。しかしながら、より高純度に炉水水質を維持する
と共に、万一、炉水中の不純物濃度が上昇した場合に
は、その要因を速やかに究明して、対応を講ずることが
より一層必要となってきている。

【００１５】原子炉１内に流入する不純物が有機物の場
合には、炉内において熱及び放射線分解により各種の不
純物が生成することが知られており、これら有機物の分
解生成反応としては次の式(4) に示す例が考えられる。有機物−（熱及び放射線分解）→炭酸，有機酸，無機イオン等…(4)

【００１６】この式(4) において生成する無機イオンと
しては、Ｃｌ^-，ＮＯ₃ ^-，ＳＯ₄ ^2-等の有機物中に含
まれている元素に依存し、これらの無機イオンの生成に
より炉水導電率が上昇したり、pHが変化することが知ら
れている。従来の水質監視は、炉水水質そのものを監視
することに重点が置かれているが、より高純度になる炉
水水質を維持するためには炉内に持ち込まれる有機物の
監視が必要となる。

【００１７】一方、有機物は、一般に熱及び放射線分解
すると前記式 (4)に示したように各種イオン不純物を生
成し、その結果、炉水導電率やpHが変化するが、有機物
以外の無機不純物が炉内に持ち込まれた場合でも、同様
に炉水導電率やpHは変化することとなる。

【００１８】したがって、炉水導電率やpHの監視だけで
は、炉内流入不純物を適切に監視することは不十分であ
り、また、炉水中のイオン不純物濃度そのものをイオン
クロマトグラフ等で監視していたとしても、イオン不純
物の濃度変化が有機物の炉内流入、または原子炉１内に
おける熱及び放射線分解による生成不純物によるもの
か、あるいは無機不純物そのものの流入かを判別するこ
とが不可能である。

【００１９】さらに、有機物監視のためにＴＯＣ計の使
用が考えられるが、炉内に持ち込まれた有機物は、高
温、高放射線場では速やかに分解するため、炉内におい
て上記式(3) で示したような濃縮は期待できないため、
炉水中のＴＯＣ濃度の監視による有機物の炉内流入監視
は困難であった。

【００２０】一方、給水そのもののＴＯＣ濃度監視は、
給水ＴＯＣ濃度が低い場合には必らずしも正確な測定が
できないこと、また、ＴＯＣ測定原理が有機物を分解さ
せて生成する炭酸（ＣＯ₂）を測定するため、いわゆる
導電率測定のような厳密な意味での連続測定監視が困難
であった。

【００２１】本発明の目的とするところは、主蒸気の水
質を監視することにより原子炉へ流入する不純物を適確
に連続して監視する原子炉流入不純物の監視方法を提供
することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明に係る原子炉流入不純物の監視方法は、原子炉よ
り流出する主蒸気をサンプリングして、この凝縮水質並
びに非凝縮物質を監視することを特徴とする。

【００２３】

【作用】本発明は、原子炉内に給水等によって持ち込ま
れた有機物は、炉内において熱及び放射線分解して炭酸
ガス等を生成するが、この炭酸ガスは速やかにほぼ全量
が主蒸気中にキャリ・オーバする。この主蒸気を主蒸気
サンプル点においてサンプリングし、凝縮水とすること
により炭酸ガスは炭酸イオンとして溶解する。

【００２４】したがって、連続的に主蒸気凝縮水の導電
率を測定することにより、有機物の炉内流入状況を連続
的に監視できる。また、主蒸気凝縮水の導電率だけでな
く、必要に応じ主蒸気凝縮水のイオン組成を分析し有機
物の分解生成物等の存在を確認することで有機物の炉内
流入が監視できる。さらに、主蒸気の非凝縮成分、すな
わち気体中の成分を測定することで、炉内流入不純物の
変化についての有効な情報が得られる。

【００２５】

【実施例】本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。なお、上記した従来技術と同じ構成部分については
同一符号を付して詳細な説明を省略する。図１の系統構
成図に示すように原子力発電プラントの原子炉一次系と
しては、原子炉１で発生した主蒸気は主蒸気配管２によ
りタービン３に導かれてタービン３を回転して図示しな
い発電機を回転する。

【００２６】また、主蒸気配管２には、主蒸気サンプル
点11が設けてあり、主蒸気サンプルを図示しない冷却器
および減圧器により凝縮水とし、連続的に水質等を監視
するように構成されている。

【００２７】さらに、タービン３を回転した主蒸気は、
復水器４で復水となり、復水浄化系６に導入して浄化さ
れ、給水配管７を介して原子炉１に戻すと共に、給水配
管７には従来と同様に給水サンプル点10が設けてある。
また、原子炉１には再循環ポンプ９による炉水を循環す
る炉水再循環系が設けられていて、従来と同様の給水サ
ンプル点10が設置されて構成している。

【００２８】次に上記構成による作用について説明す
る。原子炉１の運転中には復水浄化系６で不純物を除去
された給水が、給水配管７を経て原子炉１に供給され
る。しかしながら、前記復水浄化系６で不純物除去のた
めに使用されているイオン交換樹脂の一部は、長年の使
用に対して経年劣化等によりＴＯＣ成分として溶出して
くる。

【００２９】また、給水系から原子炉１に持ち込まれた
ＴＯＣ成分のような有機物も、原子炉１内で熱分解及び
放射線分解し、その一部は炉水水質変動に直接寄与する
が、炭酸ガス等の分解生成物は主蒸気配管２を経て、タ
ービン３へキャリ・オーバし、復水器４において一部は
凝縮して復水ポンプ５を経て、復水浄化系６で除去さ
れ、非凝縮成分は図示しない排ガス系に抽気される。

【００３０】主蒸気中の不純物を監視するためには、主
蒸気配管２に設けた主蒸気サンプル点11から主蒸気をサ
ンプリングし、図示しない冷却器と、減圧器により凝縮
水として主蒸気導電率を連続的に測定する。

【００３１】原子炉１から主蒸気へ、キャリ・オーバす
る不純物としては、高温の炉水での溶解度の低い炭酸、
アンモニア、酸化窒素等が考えられ、特に原子炉１内に
有機物（ＴＯＣ成分）が流入した場合には、その分解生
成物として炭酸が生成される。したがって、主蒸気凝縮
水の導電率を連続監視することで、炭酸の生成、すなわ
ち炉内への有機物流入を適確にモニタリングすることが
可能となる。

【００３２】図２の特性図は原子炉起動時における炉水
導電率，主蒸気凝縮水の導電率である主蒸気導電率の変
化の一例を示す。炉水導電率ａは、原子炉起動時に変化
が見られ、主蒸気導電率ｂは、時刻イ，ロ，ハでは炉水
導電率ａが上昇し始める時点でスパイク的な上昇が認め
られる。

【００３３】このことから時刻イ，ロ，ハでは、何らか
の有機不純物が炉内に持ち込まれたことを示唆してい
る。一方、時刻ニ，ホにおいては主蒸気導電率ｂのスパ
イク状の上昇が現れているものの、炉水導電率ａにはほ
とんど変化が見られない。このことは、原子炉１内で分
解生成した不純物の大部分が主蒸気中にキャリ・オーバ
していると推定できる。

【００３４】さらに、この例に示す給水流量の変化は、
給水流量ｃにあるように時刻イ乃至ホにおける主蒸気導
電率ｂのスパイク的上昇は、いずれも給水流量ｃの増加
に合わせて発生していることから、給水流量の増加に伴
なう復水浄化系６からの有機物流出の可能性を示してる
と考えられる。

【００３５】また、図３の経時変化特性図は、復水浄化
系出口のＴＯＣ濃度と主蒸気導電率および炉水導電率の
経時変化を示したもので、主蒸気導電率ｂと、復水浄化
系出口ＴＯＣ濃度ｄのＸ−Ｙ相関をとると、図４の相関
特性図に示すようになる。

【００３６】この図４から明らかなように、主蒸気導電
率ｂと復水浄化系出口ＴＯＣ濃度ｄの間には正の一次相
関が認められる。一方、ＴＯＣの測定はその測定原理か
ら一般に、ＴＯＣを分解して生成する炭酸量を測定する
ため、必然的に連続モニタリングすることは困難である
が、導電率は高精度で容易に連続測定することができ
る。

【００３７】すなわち、図３，４に示す主蒸気導電率ｂ
と復水浄化系出口ＴＯＣ濃度ｄの相関を利用し、連続的
に主蒸気導電率ｂを測定監視することで、給水系からの
原子炉持ち込みＴＯＣ濃度を簡便に監視することができ
る。

【００３８】本発明では、従来より行なわれている原子
炉１内の炉水、および原子炉１への給水の水質監視に加
えて、主蒸気の導電率等の水質を連続監視すると共に、
主蒸気中の非凝縮成分等を適時監視する。

【００３９】この主蒸気を凝縮水として導電率を連続的
に測定することにより、原子炉から主蒸気中にキャリ・
オーバする不純物を連続監視することができる。また、
特に有機物が原子炉１内に持ち込まれた際に、有機物は
炉内において速やかに熱及び放射線分解して炭酸ガス等
を生成するが、この炭酸ガスは速やかにほぼ全量が主蒸
気中にキャリ・オーバする。

【００４０】ここで、主蒸気中にキャリ・オーバした炭
酸ガスは、主蒸気サンプルを凝縮させることにより炭酸
イオンとして溶解することから、主蒸気凝縮水の導電率
を連続測定することで、有機物の炉内流入状況を連続的
に監視することができる。さらに、主蒸気凝縮水の導電
率のみならず、必要に応じて主蒸気凝縮水のイオン組成
を分析し、有機物の分解生成物であるギ酸（ＨＣＯＯ
Ｈ）や酢酸（ＣＨ₃ＣＯＯＨ）等の存在を確認すること
で、有機物の炉内流入を監視することも可能となる。

【００４１】一方、主蒸気の非凝縮成分、すなわち気体
中の成分を測定することで、アンモニア（ＮＨ₃）、二
酸化窒素（ＮＯ₂）、炭酸ガス（ＣＯ₂）等が監視で
き、炉内流入不純物の変化についての有効な情報を得る
ことが容易で、水質環境の高純度維持のための適確な情
報が得られる。

【００４２】

【発明の効果】以上本発明によれば、主蒸気凝縮水の導
電率を連続監視することで原子炉に持ち込まれる有機不
純物を効率的にモニタリングすることが可能となり、原
子炉水質の高純度安定維持のための有効な監視方法を提
供する効果がある。

【００４３】また、主蒸気凝縮水の導電率監視のみなら
ず、凝縮水中のイオン不純物非凝縮性の気体中に含まれ
る不純物を測定することにより、原子炉内に持ち込まれ
た有機物に関して適確な情報が得られることから、炉構
造材等の健全性を保持のための水質環境の高純度維持が
できる有益な効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例の原子炉一次系等の系統
構成図。

【図２】本発明に係る一実施例の原子炉起動時における
炉水導電率と主蒸気導電率および給水流量の特性図。

【図３】本発明に係る一実施例の復水浄化系出口のＴＯ
Ｃ濃度と主蒸気導電率および炉水導電率の経時変化特性
図。

【図４】本発明に係る一実施例の主蒸気導電率と復水浄
化系出口ＴＯＣ濃度の相関特性図。

【図５】従来の原子炉一次系等の系統構成図。

【符号の説明】

１…原子炉、２…主蒸気配管、３…タービン、４…復水
器、５…復水ポンプ、６…復水浄化系、７…給水配管、
８…再循環ポンプ、９…炉水サンプル点、10…給水サン
プル点、11…主蒸気サンプル点、ａ…炉水導電率、ｂ…
主蒸気導電率、ｃ…給水流量、ｄ…復水浄化系出口濃
度、イ〜ホ…時刻。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原子炉より流出する主蒸気をサンプリン
グして、この凝縮水質並びに非凝縮物質を監視すること
を特徴とする原子炉流入不純物の監視方法。