JPH08152496A

JPH08152496A - 原子力発電設備

Info

Publication number: JPH08152496A
Application number: JP6296159A
Authority: JP
Inventors: Koji Kubo; 光司久保
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-11-30
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 1996-06-11

Abstract

(57)【要約】【目的】タービン系における構造材質の改善により復水
浄化系に流入するクラッド濃度等を低減して復水浄化装
置を簡素化した原子力発電設備を提供する。【構成】請求項１記載の発明に係る原子力発電設備は、
原子炉から主蒸気配管と高圧、低圧タービンを経由して
主復水器に流し、主蒸気配管及び高圧、低圧タービンか
ら抽気配管にて蒸気を給水加熱器に導いて加熱後に前記
主復水器に戻すヒータドレン配管において、前記主復水
器７の配管７ａをチタンまたはチタン合金とすると共
に、主復水器７の構造物と抽気配管13及びヒータドレン
配管14ａ，14ｂと、給水加熱器12の配管以外の内部構造
物と前記湿分分離器４の胴体及び内部構造物の一部また
は全部を低合金鋼あるいは耐候性鋼にて形成して、復水
浄化装置24を粒状イオン交換樹脂17による混床式脱塩塔
11としたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子力発電設備に係
り、特にタービン系における材質と水質改善により浄化
設備と廃棄物を軽減する原子力発電設備に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より原子力発電設備における原子炉
構成材の健全性及び放射線被曝低減の観点から、原子炉
水質を良好に維持することが求められ、その対策の１つ
に原子炉に流入する給水の水質を高純度に維持すること
がある。この給水水質の改善のためには、特に性状から
見てイオン状不純物と、クラッドの２つ不純物の除去が
必要であり、このためには復水浄化系を設置して上流か
らの不純物除去を実施している。

【０００３】従来は復水浄化系として脱塩装置を単独に
設置しており、イオン状不純物の除去が最も大きな目的
となっていて、たとえば、冷却用の海水が主復水器にお
ける配管から漏洩して、復水器内に侵入したときに原子
炉に流入しないように除去し、また、クラッド分につい
ては、その大部分が主復水器を含む上流の構成材の腐食
等により下流に流れてくるものであることから、これら
を脱塩装置で除去していた。

【０００４】一方、特公平６−３１８１５号公報「原子
力発電プラントの給水系統」にも開示されているよう
に、給水系から原子炉に持ち込まれるクラッドを、約１
ｐｐｂ以下の濃度に抑制することにより、原子力発電プ
ラントにおける放射線レベルを低減できる。

【０００５】これらから最近の原子力発電プラントで
は、復水浄化系における復水浄化装置を、復水脱塩装置
単独から、復水前置フィルタと復水脱塩装置を直列に設
置してクラッド除去効率を高めるようにした、いわゆる
二重化したプラントが増加している。

【０００６】この復水前置フィルタとして初期には、粉
末のイオン交換樹脂をプリコートして使用し、消耗した
イオン交換樹脂は放射性廃棄物として処理する方式を採
用していたが、最近では中空糸膜を使用した中空糸膜フ
ィルタ（ＨＦＦ）を採用する例が多い。この復水浄化装
置は、復水浄化系の二重化によりクラッドを除去する機
能を復水前置フィルタに分担させて、復水脱塩装置はも
っぱらイオン状不純物の除去機能の比重が大きくなって
いる。

【０００７】従来の沸騰水型原子力発電所の系統につい
て、図４の復水浄化系の系統図に示す。すなわち原子力
発電設備は、原子炉１から主蒸気配管２を通して蒸気が
供給される高圧タービン３と、主蒸気の湿分を除去する
湿分分離器４を設ける。

【０００８】また、湿分分離器４から主蒸気をクロスア
ラウンド管５を通して導かれる低圧タービン６と、低圧
タービン６の下に設けられた主復水器７及び主復水器７
の下流に設けられた復水配管８を通して、復水前置フィ
ルタ10と混床式脱塩塔11からなる復水脱塩装置９と、こ
の復水脱塩装置９の下流に給水加熱器12を設ける。

【０００９】さらに、給水加熱器12を加熱するために、
上記主蒸気配管２及び高圧タービン３と低圧タービン６
から抽気配管13にて蒸気を前記給水加熱器12に導き、加
熱後に主復水器７に戻すドレン用のヒータドレン配管14
ａ，14ｂ、及びＬＣ弁14ｃと、ベント用ヒータベント管
15及び前記給水加熱器12と前記原子炉１を結ぶ給水配管
16を設けている。

【００１０】また、図５の樹脂再生装置の構成図に示す
ように、前記復水脱塩装置９における混床式脱塩塔11で
使用していた粒状イオン交換樹脂17が消耗して、薬品再
生が必要になったときには樹脂再生装置18に送る。この
樹脂再生装置18は、カチオン再生塔19とアニオン再生塔
20、及び樹脂貯槽21と廃棄配管22から構成されている。

【００１１】混床式脱塩塔11において薬品再生が必要に
なった粒状イオン交換樹脂17は、カチオン再生塔19に送
られて、カチオン樹脂とアニオン樹脂を水を流すことに
より分離し、アニオン樹脂をアニオン再生塔20に移送す
る。それぞれ、カチオン再生塔19とアニオン再生塔20で
薬品再生された樹脂は、樹脂貯槽21に送られて、ここで
混合した後に再び混床式脱塩塔11に戻されて使用に供さ
れる。

【００１２】消耗した粒状イオン交換樹脂17を廃棄する
ときは、廃棄配管22を介して図示しない廃棄物処理設備
に送って処理をする。なお、混床式脱塩塔11で浄化され
た復水は樹脂ストレーナ23を経由して給水加熱器12に送
られる。

【００１３】上記復水浄化系構成の変遷による特色を図
６の機能比較図に示す。なお、図６中で廃棄物量欄の劣
(1) は、脱塩装置におけるイオン交換樹脂を薬品再生す
るときに使用する多量の薬品が廃棄物となるものであ
る。また、劣(2) は使い捨て粉末樹脂が多く廃棄物とし
て排出されることを示す。

【００１４】脱塩装置単独の場合は、コスト的には優れ
ているが、クラッド除去能力と発生する廃棄物量の点で
劣る。粒状イオン交換樹脂による前置フィルタ＋脱塩装
置の場合は、クラッド除去能力が優れているが、廃棄物
の発生量とコスト高の点が劣る。また、中空糸膜フィル
タ（ＨＦＦ）＋脱塩装置の場合は、クラッド除去能力と
廃棄物の発生量が優れているが、コスト高が劣点であ
り、いずれの復水浄化系構成によっても一長一短があっ
た。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】復水浄化系における復
水浄化の負荷軽減を考察すると、復水浄化系入口におけ
るクラッド濃度を低減することと、イオン状不純物の復
水浄化系への流入を抑制することである。

【００１６】復水浄化系に対するクラッド濃度低減と、
イオン状不純物の流入抑制が達成できれば、復水浄化系
における復水浄化装置を復水脱塩装置単独、あるいは海
外で採用されている粒状イオン交換樹脂装置の単独とす
ることが可能となる。また、復水脱塩装置のクラッド除
去について一定の除去効率が確保できれば、入口濃度を
それに見合うだけ低減することにより、出口濃度の１ｐ
ｐｂ以下が達成できる。

【００１７】本発明の目的とするところは、タービン系
における構造材質の改善により復水浄化系に流入するク
ラッド濃度等を低減して復水浄化装置を簡素化した原子
力発電設備を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１記載の発明に係る原子力発電設備は、原子炉か
ら主蒸気配管を通して主蒸気が供給されるタービンと主
蒸気の湿分を除去する湿分分離器と前記タービン下流に
設けられた主復水器とこの主復水器の下流に設けられた
復水浄化系及び復水浄化系の下流に設けられた給水加熱
器とこの給水加熱器を加熱するために上記主蒸気配管及
びタービンから抽気配管にて蒸気を給水加熱器に導いて
加熱後に前記主復水器に戻すヒータドレン配管及び前記
給水加熱器と原子炉を結ぶ給水配管を備えた原子炉発電
設備において、前記主復水器の配管をチタンまたはチタ
ン合金として主復水器構造物と前記抽気配管及びヒータ
ドレン配管と給水加熱器の配管以外の内部構造物と前記
湿分分離器の胴体及び内部構造物の一部または全部を低
合金鋼あるいは耐候性鋼にて形成すると共に、復水浄化
装置をイオン交換樹脂による脱塩装置としたことを特徴
とする。

【００１９】請求項２記載の発明に係る原子力発電設備
は、原子炉から主蒸気配管を通して主蒸気が供給される
タービンと主蒸気の湿分を除去する湿分分離器と前記タ
ービン下流に設けられた主復水器とこの主復水器の下流
に設けられた復水浄化系及び復水浄化系の下流に設けら
れた給水加熱器とこの給水加熱器を加熱するために上記
主蒸気配管及びタービンから抽気配管にて蒸気を給水加
熱器に導いて加熱後に凝縮した水を一部給水配管と主復
水器に分けて戻すヒータドレン配管と前記給水加熱器と
原子炉を結ぶ給水配管を備えた原子炉発電設備におい
て、前記主復水器の配管をチタンまたはチタン合金とし
て主復水器構造物と前記抽気配管及びヒータドレン配管
と給水加熱器の配管以外の内部構造物と前記湿分分離器
の胴体及び内部構造物の一部または全部を低合金鋼ある
いは耐候性鋼にて形成すると共に、復水浄化装置をイオ
ン交換樹脂による脱塩装置としたことを特徴とする。

【００２０】請求項３記載の発明に係る原子力発電設備
は、前記復水浄化系に設置する脱塩装置が、混床式脱塩
装置で使用する粒状イオン交換樹脂のイオン交換容量が
消耗したときに化学再生を行わないことを特徴とする。

【００２１】請求項４記載の発明に係る原子力発電設備
は、前記復水浄化系の入口におけるクラッド濃度を５ｐ
ｐｂ以下としたことを特徴とする。請求項５記載の発明
に係る原子力発電設備は、前記復水浄化系の入口におけ
るクラッド除去効率を80％以上としたことを特徴とす
る。

【００２２】

【作用】請求項１記載の発明は、復水浄化系における復
水脱塩装置の上流で、タービン系等の各構造物に使用す
る材質を改善してクラッドの発生を低減して入口濃度を
５ｐｐｂ以下にした。これにより、復水脱塩装置の性能
として約60〜90％の除去効率の実績があることから、通
常80％の除去効率が得ることで、出口濃度を１ｐｐｂ以
下とする。

【００２３】次に主復水器内の配管をチタンまたはチタ
ン合金とすることにより海水による腐食がなくなり、イ
オン状不純物が復水中に混入しなくなり、復水脱塩装置
に付属する海水漏洩時に薬品再生するための樹脂再生装
置が不要にできる。

【００２４】請求項２記載の発明は、上記請求項１記載
の発明と同様に各構造物に使用する材質を改善すると共
に、給水加熱器に導いて加熱後に凝縮した水を一部給水
配管と主復水器に分けて戻すことにより、クラッドの発
生をさらに低減する。

【００２５】請求項３記載の発明は、混床式脱塩装置で
使用する粒状イオン交換樹脂は、復水浄化系入口のクラ
ッドやイオン状不純物が低減することから長寿命とな
り、このためにイオン交換容量が消耗したときに化学再
生を行わなくても、十分に機能を果たすことから、樹脂
再生装置の必要がない。

【００２６】請求項４記載の発明は、各構造物に使用す
る材質の改善により復水浄化系の入口におけるクラッド
濃度を５ｐｐｂ以下に抑制したので、復水脱塩装置の負
荷が軽減し除去効率を80％以上とすることにより、復水
浄化系の出口濃度が１ｐｐｂ以下になる。

【００２７】請求項５記載の発明に、前記復水浄化系の
入口におけるクラッド濃度が５ｐｐｂ以下の復水は、ク
ラッド除去効率が80％以上の復水脱塩装置を経由させる
ことにより、復水浄化系の出口濃度を１ｐｐｂ以下にな
る。

【００２８】

【実施例】本発明の一実施例について図面を参照して説
明する。第１の実施例は、図１の系統図に示すように原
子力発電設備は、原子炉１から主蒸気配管２を通して蒸
気が供給される高圧タービン３と、主蒸気の湿分を除去
する湿分分離器４を設けている。

【００２９】また、この湿分分離器４から主蒸気をクロ
スアラウンド管５を通して導かれる低圧タービン６と、
低圧タービン６の下に設けられた主復水器７及び主復水
器７の下流に設けられた復水配管８を通して混床式脱塩
塔11よりなる復水脱塩装置24と、復水脱塩装置24の下流
に給水加熱器12を設ける。

【００３０】さらに、給水加熱器12を加熱するために、
上記主蒸気配管２及び高圧タービン３と低圧タービン６
から抽気配管13にて蒸気を前記給水加熱器12に導き、加
熱後に主復水器７に戻すドレン用のヒータドレン配管14
ａ，14ｂ、及びＬＣ弁14ｃと、ベント用ヒータベント管
15及び前記給水加熱器12と前記原子炉１を結ぶ給水配管
16により構成している。

【００３１】さらに上記各構造物は、図３の使用材質に
よる評価比較図のケース６に示すように、主復水器７の
構造物を耐候性鋼（ＳＭＡ）、クロスアラウンド管５と
抽気配管13、ヒータドレン配管14ａ，14ｂ、給水加熱器
12内の配管以外の内部構造物、及び湿分分離器４の胴体
及び内部構造物の、一部または全部に低合金鋼（ＬＡ）
を使用すると共に、主復水器７内の配管７ａにチタンま
たはチタン合金タンを採用する。

【００３２】上記構成にる原子力発電設備においては、
図３のケース６に示すように復水脱塩装置24の入口にお
ける復水中のクラッド濃度を５ｐｐｂ以下に維持するこ
とができる。また、主復水器７内の配管７ａにチタンま
たはチタン合金タンを採用したことにより、海水による
腐食が防止される。チタンまたはチタン合金は、すでに
多くの火力発電所や原子力発電所で採用されており、チ
タン配管が海水腐食により漏洩したことはない。

【００３３】なお、海水の侵入以外で流入するイオン不
純物の除去のために復水脱塩塔のイオン交換容量が消耗
する。しかし、復水脱塩塔の容量は、これまでの経験か
ら少なくとも５年程度の連続運転しても消耗しない容量
を保持している。すなわち、薬品再生なしに少なくとも
５年間使用できる。したがって、消耗したイオン交換樹
脂は廃棄処分として新樹脂を充填して使用に供すればよ
い。

【００３４】次に復水脱塩塔によるクラッド捕獲量は、
通常２ｇクラッド／１樹脂程度と考えられており、一般
に復水脱塩塔として使用している約55ｍ³のイオン交換
樹脂では、 110kgのクラッドの捕獲が可能である。これ
による年間に流入して捕獲されるクラッドを想定する
と、計算上は下記の式(1) にて示す程度である。

【００３５】 (5-1)ppb ×6500t/h × 8000h運転／年＝208kg …(1)

【００３６】したがって、半年に１回の逆洗操作を行
い、捕獲クラッドを廃棄すれば連続使用が可能である。
この逆洗操作は樹脂再生装置18がある場合には再生塔に
樹脂を移送し、また樹脂再生装置18がない場合には、復
水脱塩装置の中で実施可能である。

【００３７】本発明によれば、従来は復水脱塩装置９
が、復水フィルタ10と混床式脱塩塔11により構成し、さ
らに樹脂再生装置18を必要としていたが、本発明の復水
脱塩装置24は、混床式脱塩塔11と、浄化負荷が軽減され
たために長寿命となった粒状イオン交換樹脂17を廃棄す
る廃棄配管22のみに簡略化でき、樹脂再生装置18は必要
なくなるので、プラントにおける設置スペースも不要と
なる。

【００３８】第２実施例は、図２の系統図に示すように
上記第１実施例と異なる点は、タービン系の配管にあ
り、特にヒータドレン配管14ａ，14ｂの接続先を変えた
ものである。ヒータドレン配管14ａは、数基設置してい
る給水加熱器12の間に接続したもので、さらに場合によ
っては、ヒータドレン配管14ｂを復水浄化系出口、及び
復水浄化系入口の弁26ａ，26ｂにより接続して構成して
いる。

【００３９】上記構成によれば、給水加熱器12にて給水
を加熱したヒータドレン水で高圧タービン３や主蒸気配
管２近くから得たものは直接給水系に戻し、低圧タービ
ン６等を経由したものは、主復水器７または復水脱塩装
置25の入口、あるいは直接給水系に戻すことにより、給
水が各構造物による影響を少なくしている。また、この
第２実施例の場合にも使用材質は上記第１実施例と同様
で、図３のケース６によっている。

【００４０】本発明におけるタービン系を構成する材質
の組合わせは、上記以外にも種々の組合わせが考えられ
るもので、例えば抽気配管13や主復水器７の内部構造物
をオーステナイト系ステンレス鋼とし、給水加熱器12内
の配管以外の内部構造物や湿分分離器４の一部、または
全部をオーステナイト系ステンレス鋼としたり、主復水
器７の胴をステンレス鋼の内張りとすること等である。
なお、これは本発明の目的である復水クラッド濃度を５
ｐｐｂ以下にする手段としての組合わせの一部に過ぎ
ず、本発明を逸脱するものではない。

【００４１】次に混床式脱塩塔11に使用する粒状イオン
交換樹脂17のクラッド除去性能は、参考文献の T.Izumi
et.al;CRUD REMOVAL CHARACTERISTICS OF NEWLY DEVEL
OPEDION EXCHANGE RESINS (2ND REPORT),52ND ANNUAL M
EETING OF INTERNATIONAL WATER CONFERENCE OCT.21-2
3,1991 、によるイオン交換樹脂を使用すれば、入口濃
度10〜20ｐｐｂに対して出口濃度１ｐｐｂが達成できる
ことから、イオン交換樹脂により80％以上の除去効率が
可能である。

【００４２】なお、起動に際して、 100％出力運転時の
復水全量ではなく、起動時再循環流量にて停止中に発生
したクラッドを除去するために使用する浄化装置は、設
置しても特に本発明を妨げるものではない。すなわちこ
の浄化装置は復水脱塩装置の上流に設置することにな
り、位置的には従来の復水ろ過器と同じ位置になること
もある。

【００４３】

【発明の効果】以上本発明によれば、給水に流入するク
ラッド濃度が低減されるので、復水浄化系においては、
復水脱塩装置がイオン交換樹脂樹脂の長寿命に伴い、再
生装置を不要とする等の簡素化がされて、建屋スペース
も削減できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施例の原子力発電設備の復
水浄化系の系統図。

【図２】本発明に係る第２実施例の原子力発電設備の復
水浄化系の系統図。

【図３】本発明に係る材質による評価比較図。

【図４】従来の原子力発電設備の復水浄化系の系統図。

【図５】従来の樹脂再生装置の構成図。

【図６】復水浄化系の機能比較図。

【符号の説明】

１…原子炉、２…主蒸気配管、３…高圧タービン、４…
湿分分離器、５…クロスアラウンド管、６…低圧タービ
ン、７…主復水器、８…復水配管、９，24，25…復水脱
塩装置、10…復水前置フィルタ、11…混床式脱塩塔、12
…給水加熱器、13…抽気配管、14ａ，14ｂ…ヒータドレ
ン配管、14ｃ…ＬＣ弁、15…ヒータベント管、16…給水
配管、17…粒状イオン交換樹脂、18…樹脂再生装置、19
…カチオン再生塔、20…アニオン再生塔、21…樹脂貯
槽、22…廃棄配管、23…樹脂ストレーナ、26ａ，26ｂ…
弁。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原子炉から主蒸気配管を通して主蒸気が
供給されるタービンと主蒸気の湿分を除去する湿分分離
器と前記タービン下流に設けられた主復水器とこの主復
水器の下流に設けられた復水浄化系及び復水浄化系の下
流に設けられた給水加熱器とこの給水加熱器を加熱する
ために上記主蒸気配管及びタービンから抽気配管にて蒸
気を給水加熱器に導いて加熱後に前記主復水器に戻すヒ
ータドレン配管及び前記給水加熱器と原子炉を結ぶ給水
配管を備えた原子炉発電設備において、前記主復水器の
配管をチタンまたはチタン合金として主復水器構造物と
前記抽気配管及びヒータドレン配管と給水加熱器の配管
以外の内部構造物と前記湿分分離器の胴体及び内部構造
物の一部または全部を低合金鋼あるいは耐候性鋼にて形
成すると共に、復水浄化装置をイオン交換樹脂による脱
塩装置としたことを特徴とする原子力発電設備。
【請求項２】原子炉から主蒸気配管を通して主蒸気が
供給されるタービンと主蒸気の湿分を除去する湿分分離
器と前記タービン下流に設けられた主復水器とこの主復
水器の下流に設けられた復水浄化系及び復水浄化系の下
流に設けられた給水加熱器とこの給水加熱器を加熱する
ために上記主蒸気配管及びタービンから抽気配管にて蒸
気を給水加熱器に導いて加熱後に凝縮した水を一部給水
配管と主復水器に分けて戻すヒータドレン配管と前記給
水加熱器と原子炉を結ぶ給水配管を備えた原子炉発電設
備において、前記主復水器の配管をチタンまたはチタン
合金として主復水器構造物と前記抽気配管及びヒータド
レン配管と給水加熱器の配管以外の内部構造物と前記湿
分分離器の胴体及び内部構造物の一部または全部を低合
金鋼あるいは耐候性鋼にて形成すると共に、復水浄化装
置をイオン交換樹脂による脱塩装置としたことを特徴と
する原子力発電設備。
【請求項３】前記復水浄化系に設置する脱塩装置が、
混床式脱塩装置で使用する粒状イオン交換樹脂のイオン
交換容量が消耗したときに化学再生を行わないことを特
徴とする請求項１または請求項２記載の原子力発電設
備。
【請求項４】前記復水浄化系の入口におけるクラッド
濃度を５ｐｐｂ以下としたことを特徴とする請求項１乃
至請求項３記載の原子炉発電設備。
【請求項５】前記復水浄化系の入口におけるクラッド
除去効率を80％以上としたことを特徴とする請求項４記
載の原子炉発電設備。