JPH0815484A - 原子力発電所の補機冷却設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】熱交換器の容量増加を最低限に抑えて、通常運
転中の熱交換器の保守点検を可能とする。 【構成】２基の熱交換器４ａ，４ｂにそれぞれ接続され
ている冷却海水供給配管11ａと放水配管12ａとの間に仕
切弁17ａを有する連絡配管16ａを接続する。また、残留
熱除去熱交換器５ａの戻り配管２ａに設置されている弁
８ａをバイパスするバイパス配管13ａを設け、このバイ
パス配管13ａに弁14ａとオリフィス15ａを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、残留熱除去設備、その
他の非常用機器および原子炉運転に必要な常用機器に冷
却水を供給するための原子力発電所の補機冷却設備に関
する。

【０００２】

【従来の技術】原子力発電所には残留熱除去設備、その
他の非常用機器および原子力発電所の通常運転に必要な
常用機器で発生する熱を最終的な熱の逃し場である海，
川，湖，大気などに逃がすために補機冷却設備が設置さ
れている。

【０００３】この補機冷却設備は、熱交換器、冷却水供
給配管、熱交換した冷却水を熱交換器へ戻す冷却水戻り
配管および冷却水戻り配管に設けられた冷却水ポンプか
らなる閉ループの淡水系と、熱交換器にそれぞれ冷却海
水を供給する海水ポンプ、冷却海水供給配管および熱交
換した冷却海水を海に戻す放水配管からなる海水系とで
構成する系統を有し、この系統は３系統からなってい
る。

【０００４】つぎに補機冷却設備の概略を図２により説
明する。この補機冷却設備は図２中に示したように３系
統あって、図中各系統の部分には符号にサフィックス
ａ，ｂ，ｃを付してそれぞれの各系統を区別している
が、各系統は構成が同一であるため、以下の説明では各
部分の符号に付したサフィックスａ，ｂ，ｃを省略し、
符号のみ記している。

【０００５】すなわち、図２において、符号１は補機冷
却設備の冷却水が循環する冷却水供給配管で、符号２は
同じく冷却水戻り配管を示している。冷却水供給配管１
は２基の熱交換器４と冷却対象負荷である残留熱除去熱
交換器５，その他の非常用機器６，常用機器７を結び、
冷却水戻り配管２はそれぞれの冷却対象機器から２台並
列接続した冷却水ポンプ３を介して熱交換器４に接続さ
れ、全体として閉ループを構成している。

【０００６】なお、残留熱除去熱交換器５の冷却水戻り
配管２には弁８が、常用機器７の冷却水供給配管１およ
び戻り配管２には弁９が設置されている。また、海水系
については、それぞれの熱交換器４には海水ポンプ10と
を結ぶ冷却海水供給配管11と放水配管12が接続されてい
る。

【０００７】原子力発電所においては、このような構成
の補機冷却水系が３系統で構成しており、事故時に対す
る設計上の除熱性能として各系統とも50％の除熱能力を
有している。すなわち、３系統の内２系統にて所用除熱
能力を満足する設計としてる。これは、１系統が何らか
の事象により故障した場合でも残りの設備で機能を満足
させるという原子力プラントにおける安全設計の基本的
な考え方である単一故障基準に従っているものである。

【０００８】このような構成からなる補機冷却設備にお
いて、冷却水ポンプ３により冷却水供給配管１，冷却水
戻り配管２内を循環する冷却水は、熱交換器４で冷却さ
れ冷却水供給配管１を介して冷却対象負荷である残留熱
除去熱交換器５，その他の非常用機器６、常用機器７に
供給される。

【０００９】冷却対象機器を冷却して昇温した冷却水は
冷却水戻り配管２および冷却水ポンプ３を介して再び熱
交換器４に戻される。昇温された冷却水は海水ポンプ10
により冷却海水供給配管11を介して熱交換器４に供給さ
れる海水と熱交換し、放水配管12から最終的な熱の逃し
場である海に放出される。

【００１０】このような構成において、１系統あたり通
常運転時には、弁８は閉止状態，弁９は開放状態であ
り、冷却水ポンプ１台，熱交換器１基、海水ポンプ１台
の運転でその他の非常用機器６と常用機器７の冷却を行
う。

【００１１】非常時には事故信号により弁８が開放状
態，弁９が閉止状態となり、冷却水ポンプ３が２台，熱
交換器４が２基、海水ポンプ10が２台の運転で残留熱除
去熱交換器５とその他の非常用機器６の冷却となる。

【００１２】なお、通常運転中においては、熱負荷が設
計熱負荷より少ないこと、最終的な熱の逃し場である海
水温度が低いことより、冷却水温度は設計温度より低い
温度で供給される。

【００１３】しかし、冷却水温度が低すぎると冷却水供
給配管の外面に結露を生じて、機器の腐食、プラントド
レン水の増加など悪影響を生じるので、熱交換器４の出
入口配管を結ぶ第１バイパス配管20を設置し、第１バイ
パス配管20と熱交換器４の出口側の冷却水供給配管１に
は冷却水温度を検知し、熱交換器４で冷却された冷水と
熱交換器４をバイパスした温水の流量を制御して冷却水
温度を一定に保つための温度調節弁21を設置している。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】補機冷却設備の機器は
定期的な保守点検を実施するが、従来の構成では通常運
転時に熱交換器４が１基予備となっており、実質的には
保守点検可能である。この予備熱交換器は非常時に対す
る待機設備であり、万一通常運転中に保守点検を実施し
て熱交換器を隔離中に事故が発生した場合、除熱能力が
不足するため、通常運転中の保守点検は基本的に許され
ていない。

【００１５】このため、補機冷却設備の保守点検は原子
力発電所の定期検査時の限られた期間に実施することと
している。また、万一通常運転中に熱交換器に不具合が
生じ点検が必要となった場合は、原子力発電所の保守規
定に従い待機不全の処置を取り、点検を実施する必要が
ある。したがって、通常運転中、熱交換器は２基のうち
１基は予備で待機中であるが、万一事故時には運転が必
要となるため、通常運転中の熱交換器の保守点検ができ
ない課題がある。

【００１６】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、熱交換器の容量増加を最低限に抑えて通常運
転中の熱交換器の保守点検が可能となる原子力発電所の
補機冷却設備を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、２基の熱交換
器により冷却された冷却水を冷却対象機器である残留除
去熱交換器、その他の非常用機器および常用機器へ供給
する冷却水供給配管、熱交換した冷却水を熱交換器へ戻
す冷却水戻り配管および冷却水戻り配管に設けられた冷
却水ポンプからなる閉ループの淡水系と、この淡水系の
前記２基の熱交換器にそれぞれ冷却海水を供給する海水
ポンプと冷却海水供給配管、熱交換した冷却海水を海に
戻す放水配管からなる海水系で構成する原子力発電所の
補機冷却水系において、前記２基の熱交換器にそれぞれ
接続される前記冷却海水供給配管と放水配管との間に仕
切弁を有する連絡配管を接続し、前記残留熱除去熱交換
器の戻り配管に設置されている弁をバイパスするバイパ
ス配管を設置し、このバイパス配管に弁とオリフィスを
設置したことを特徴とする。

【００１８】また、残留熱除去交換器からの冷却水戻り
配管に設置している弁をバイパスするバイパス配管を設
置し、バイパス配管には弁と冷却水量を制限するオリフ
ィス機能を付与してなることを特徴とし、補機冷却水設
備において、海水ポンプの容量を増加し、海水系の連絡
配管を削除したことを特徴とする。

【００１９】さらに、補機冷却設備に設置されている冷
却水ポンプ出口側の戻り配管と熱交換器出口側の冷却水
供給配管間に設置されている熱交換器バイパス配管とは
別にこれと並列に第２熱交換器バイパス配管を設置した
ことを特徴とする。

【００２０】

【作用】原子力発電所の補機冷却設備は、非常時におい
て３系統ある設備のうち１系統の機能喪失を考慮して、
残り２系統で残留熱除去熱交換器５の除熱をする必要が
ある。通常運転中、任意の１系統の熱交換器１基の保守
点検を実施しているとき、原子炉の事故が発生した場合
の運転について以下説明する。

【００２１】本発明によると、熱交換器の容量を増加し
たことにより、根本的な除熱能力が増加する。ただし、
これだけでは単に２基分の除熱能力を１基で持たせるだ
けであるため、以下のような方策により熱交換器伝熱容
量の増加を最小に抑える。

【００２２】まず、海水供給配管間に設置した連絡配管
を利用して海水ポンプ２台を運転して１基の熱交換器に
通常の運転状態よりも大量の冷却海水を供給する。これ
により、除熱性能を向上して熱交換器の容量を低減す
る。

【００２３】海水供給配管の口径は海水ポンプ１台分の
容量で選定しているため、海水ポンプを２台運転してい
る配管の圧力損失がある。これにより、海水ポンプ１台
の約20％程度の流量が熱交換器に供給される。

【００２４】非常時の残留熱除去熱交換器の冷却は補機
冷却系２系統で行うため、保守点検を実施していない系
統は２基の熱交換器を有し、除熱能力は大きい。保守点
検している系統の残留熱除去熱交換器の冷却水戻り配管
に設置するバイパス配管のオリフィスにより冷却水量を
低減し、保守点検を実施していない系統に残留熱除去熱
交換器の除熱量を多く配分することで熱交換器の容量を
低減する。

【００２５】すなわち、保守点検している側の残留熱除
去熱交換器への冷却水量を設計ベースの約60％程度とす
ることにより、１基の熱交換器で対応する必要のある保
守点検している側の熱交換器の必要除熱量が減少すると
ともに、熱交換器の容量を増加し且つ２基で対応できる
保守点検していない側の熱交換器の必要除熱量を増加す
る。

【００２６】設計条件において２系統で除熱しなければ
ならない容量を 100％とすると、従来は２基の残留熱除
去熱交換器で50％ずつ除熱し、この熱負荷を補機冷却水
系の２系統の熱交換器合計４基で25％ずつ除熱してい
た。

【００２７】本発明においては、保守点検している側の
残留熱除去熱交換器への冷却水量を60％に低減すること
により残留熱除去熱交換器の除熱能力を50％から40％に
低下し１基の熱交換器で40％を除熱する。一方、保守点
検していない側については、残りの60％を２基の熱交換
器で除熱するため１基あたり30％となる。

【００２８】保守側の冷却海水量は海水ポンプを２台運
用することにより熱交換器１基あたりの定格の 120％を
供給するため、熱負荷が減少した分と合わせて40％の除
熱能力を確保する。これにより、熱交換器の容量増加を
最小限に止めて通常運転中の熱交換器の保守点検が可能
となる。残留熱除去熱交換器への冷却水の供給量の制限
方法としては、請求項２に示すように弁を絞り機能を付
与することによって可能である。

【００２９】なお、海水系については従来から熱交換器
１基に対して海水ポンプは１台が準備されており、運転
状態としては運転または停止のみで、運転中の配管およ
び熱交換器管内流速は海生物の付着しにくい高流速一定
運転としている。

【００３０】本発明では熱交換器１基に対して海水ポン
プ１台の運転と、冷却海水増加のために海水ポンプ２台
の運転状態があり、配管および熱交換器管内流速が変動
するため、低流速側では海生物が付着し易くなる。

【００３１】このため流速を一定に保つ方法として、請
求項３により海水ポンプの容量を増加して非常時の必要
冷却海水量を満足する容量とすることで、海水ポンプを
２台運転する必要性はなくなり、連絡配管も削除可能と
なる。

【００３２】また、熱交換器の容量増加に伴い通常時の
除熱能力が過剰となるため、請求項４として淡水系に従
来から設置している熱交換器バイパス配管とは別の第２
バイパス配管を設置し、通常運転中は常に一定流量を熱
交換器をバイパスする運用とする。これにより冷却水温
度を高くすることができる。

【００３３】温度制御の微調整は従来から設置している
第１バイパス配管に設置の温度調節弁で制御することに
より通常時の冷却水温度を一定の温度に制御することが
できる。なお、事故時においては第２バイパス配管上の
弁は閉止することにより全流量を熱交換器に通水し、所
用の除熱能力を満足する。

【００３４】

【実施例】本発明に係る原子力発電所の補機冷却設備の
実施例を図１を参照して説明する。図１は本発明の一実
施例を示す系統概略図である。なお、本実施例に係る補
機冷却設備は３系統で構成しており、各系統の部分には
符号にサフィックスａ，ｂ，ｃを付して各系統を区別し
ているが、各系統は構成が同一であるため、各部分の符
号に付したサフィックスａ，ｂ，ｃを省略し、符号のみ
記して説明する。

【００３５】図１において符号１，２はそれぞれ補機冷
却設備の冷却水が循環する冷却水供給配管および冷却水
戻り配管である。冷却水供給配管１は熱交換器４と冷却
対象負荷である残留熱除去熱交換器５，その他の非常用
機器６、常用機器７を結び、冷却水戻り配管２はそれぞ
れの冷却対象機器から冷却ポンプ３を介し熱交換器４に
接続され、全体として閉ループを構成している。

【００３６】なお、残留熱除去熱交換器５の冷却水戻り
配管２には弁８と、この弁８をバイパスするバイパス配
管13が設置され、バイパス配管13には弁14とオリフィス
15が常用機器７の冷却水供給配管１および戻り配管２に
は弁９が設置されている。

【００３７】また、海水系については、それぞれの熱交
換器４には海水ポンプ10とを結ぶ冷却海水供給配管11と
放水配管12が接続され、冷却海水供給配管11間には仕切
弁１７を有する連絡配管16が設置されている。

【００３８】このような構成からなる補機冷却設備にお
いて、３系統をそれぞれＡ系，Ｂ系，Ｃ系とし、いまＡ
系の熱交換器を１基保守点検中に事故が発生した時、Ｃ
系が単一故障で機能しないことを考慮すると、Ａ系の弁
８ａは閉止維持とし、代わりに弁14ａが事故信号で開放
状態となる。また、Ｂ系は弁14ｂが閉止維持とし弁８ｂ
が事故信号で開放状態となる。

【００３９】なお、弁９ａ，９ｂは何れの系統も閉止状
態となる。これにより、Ａ系の熱交換器４ａは１基、Ｂ
系の熱交換器４ｂは２基で残留熱除去熱交換器５ａ，５
ｂとその他の非常用機器６ａ，６ｂの冷却を行う。

【００４０】一方、海水系については、事故信号により
何れの系統も海水ポンプ10ａ，10ｂは２台運転となり、
連絡配管上16ａ，16ｂの仕切弁17ａ，17ｂは開放とな
る。Ａ系は熱交換器４ａを１基隔離しているため、２台
の海水ポンプ10ａから給水される冷却海水は残る１基の
熱交換器４ａに全て供給され、Ｂ系については、それぞ
れ１基の熱交換器４ｂに１台の海水ポンプ10ｂの冷却海
水が供給される。

【００４１】以上の説明から、Ａ系では、冷却水ポンプ
３ａにより冷却水供給配管１ａ，冷却水戻り配管２ａ内
を循環する冷却水は、熱交換器４ａで冷却され冷却供給
配管１ａを介し冷却対象負荷である残留熱除去熱交換器
５ａ，その他の非常用機器６ａに供給される。

【００４２】このとき、残留熱除去熱交換器５ａへの冷
却水量はバイパス配管13ａを流れるため、オリフィス15
ａで流量が減少するとともに残留熱除去熱交換器５ａで
の除熱容量は低下する。ここで、オリフィス15ａの代わ
りに弁８ａに絞り機能を付与し流量を減少させて残留熱
除去熱交換器５ａでの除熱容量を低下させることも可能
である。

【００４３】冷却対象機器を冷却し昇温した冷却水は戻
り配管２ａおよび冷却水ポンプ３ａを介して再び熱交換
器４ａに戻される。昇温された冷却水は２台の海水ポン
プ10ａにより冷却海水供給配管11ａおよび連絡配管16ａ
を介して熱交換器４ａに供給される海水により熱交換し
放水配管12ａより最終的な熱の逃し場である海に放出さ
れる。なお、Ｂ系は従来と同様の運転となる。

【００４４】また、海水ポンプの容量を増加して非常時
の必要冷却海水量を満足する容量とすることにより海水
ポンプ２台運転の必要性はなくなり、連絡配管16も削除
可能となる。

【００４５】さらに、淡水系に従来より設置している熱
交換器バイパス配管とは別の第２バイパス配管18を設置
し、この第２バイパス配管18には非常時閉止となる弁19
を設置することにより、通常運転中は常に一定流量を熱
交換器４をバイパスする運用とすることで冷却水温度を
高くすることができる。

【００４６】温度制御の微調整は従来から設置している
第１バイパス配管20に設置の温度調整弁21で制御するこ
とにより通常時の冷却水温度を一定の温度に制御するこ
とができる。また、事故時においては第２バイパス配管
18上の弁19は閉止することにより全流量を熱交換器４に
通水し、所用の除熱能力を満足することができる。

【００４７】しかして、上記実施例によれば、Ａ系の熱
交換器への冷却海水量を増加して、さらに残留熱除去熱
交換器への冷却水量を低減することにより、熱交換器の
容量増加を最低限に抑えて通常運転中の熱交換器の保守
点検が可能となる。

【００４８】なお、残留熱除去熱交換器への冷却水量低
減方法としてはオリフィス付きのバイパス配管を運用す
る方法と、請求項２に示す冷却水戻り配管の弁に絞り機
能を持たせる方法がある。

【００４９】また、冷却海水量の増加方法としては連絡
配管を運用して海水ポンプ２台で必要量を確保する方法
と、請求項３に示す海水ポンプの容量を増加して連絡配
管を削除する方法がある。さらに、熱交換器の増容量、
冷却海水量増加に伴う通常運転時の冷却水の過冷却対策
としては、請求項４に示す第２バイパス配管の設置によ
り解消できる。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、熱交換器を保守点検を
実施する系統の熱交換器への冷却海水量を増加して、残
留熱除去熱交換器への冷却水量を低減できる。これによ
り、熱交換器の容量増加を最低限に抑えて通常運転中の
熱交換器の保守点検が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る原子力発電所の補機冷却設備の一
実施例を示す系統図。

【図２】従来の原子力発電所の補機冷却設備を示す系統
図。

【符号の説明】

１…冷却水供給配管、２…冷却水戻り配管、３…冷却水
ポンプ、４…熱交換器、５…残留熱除去熱交換器、６…
その他の非常用機器、７…常用機器、８，９，14，19…
弁、10…海水ポンプ、11…海水供給配管、12…放水配
管、13…バイパス配管、15…オリフィス、16…連絡配
管、17…仕切弁、18…第２バイパス配管、20…第１バイ
パス配管、21…温度調節弁。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２基の熱交換器により冷却された冷却水
   を冷却対象機器である残留除去熱交換器、その他の非常
   用機器および常用機器へ供給する冷却水供給配管、熱交
   換した冷却水を熱交換器へ戻す冷却水戻り配管および冷
   却水戻り配管に設けられた冷却水ポンプからなる閉ルー
   プの淡水系と、この淡水系の前記２基の熱交換器にそれ
   ぞれ冷却海水を供給する海水ポンプと冷却海水供給配
   管、熱交換した冷却海水を海に戻す放水配管からなる海
   水系で構成する原子力発電所の補機冷却水系において、
   前記２基の熱交換器にそれぞれ接続される前記冷却海水
   供給配管と放水配管との間に仕切弁を有する連絡配管を
   接続し、前記残留熱除去熱交換器の戻り配管に設置され
   ている弁をバイパスするバイパス配管を設置し、このバ
   イパス配管に弁とオリフィスを設置したことを特徴とす
   る原子力発電所の補機冷却設備。
2. 【請求項２】 前記残留熱除去熱交換器の戻り配管に設
   置されている弁をバイパスするバイパス配管とオリフィ
   スの代わりに弁に絞り機能を付与してなることを特徴と
   する請求項１記載の原子力発電所の補機冷却設備。
3. 【請求項３】 前記海水ポンプの容量を増加し、前記連
   絡配管を削除してなることを特徴とする請求項１記載の
   原子力発電所の補機冷却設備。
4. 【請求項４】 前記冷却水ポンプ出口側の冷却水戻り配
   管と熱交換器出口側の冷却水供給配管間に設置されてい
   る熱交換器熱交換器バイパス配管とは別にこれと並列に
   第２熱交換器バイパス配管を設置してなることを特徴と
   する請求項１記載の原子力発電所の補機冷却設備。