JPS60220898A - 原子炉水質制御方法及び装置 - Google Patents
原子炉水質制御方法及び装置Info
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- JPS60220898A JPS60220898A JP59077313A JP7731384A JPS60220898A JP S60220898 A JPS60220898 A JP S60220898A JP 59077313 A JP59077313 A JP 59077313A JP 7731384 A JP7731384 A JP 7731384A JP S60220898 A JPS60220898 A JP S60220898A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、沸騰水型原子炉(以下BWRという)及び新
屋転換炉(以下ATRという)等の原子炉の熱によシ直
接蒸気を発生し、タービンを駆動してd力を発生する直
接サイクル型軽水炉の水質制御方法及び装置に関する。
屋転換炉(以下ATRという)等の原子炉の熱によシ直
接蒸気を発生し、タービンを駆動してd力を発生する直
接サイクル型軽水炉の水質制御方法及び装置に関する。
従来のBWR,−次系の構成を第1図に示す。
BWR,−次系においては、高純度で中性の冷却水が再
循環ポンプ16によシ炉心部2に送〕込まれ、一部は炉
心部2における発熱によ)蒸気となり、主蒸気系12を
経て、高圧タービン10と低圧タービン11の駆動源と
なる。低圧タービン11には、コンデンサ9が結合して
おり、炉心2で生成した蒸気は、ここで凝縮し、水とな
る。凝縮水は、復水ポンプ8と復水脱塩器6を経た後、
給水ポンプ7により加圧され、加熱した後、再び圧力容
器1内に戻される。BWRにおいては、構造材料の腐食
抑制及び原子炉の核熱特性の劣化防止のため冷却水の水
質を中性とし、炉浄化系4と復水脱塩器6で不純物を除
去して純度を高く保っている。
循環ポンプ16によシ炉心部2に送〕込まれ、一部は炉
心部2における発熱によ)蒸気となり、主蒸気系12を
経て、高圧タービン10と低圧タービン11の駆動源と
なる。低圧タービン11には、コンデンサ9が結合して
おり、炉心2で生成した蒸気は、ここで凝縮し、水とな
る。凝縮水は、復水ポンプ8と復水脱塩器6を経た後、
給水ポンプ7により加圧され、加熱した後、再び圧力容
器1内に戻される。BWRにおいては、構造材料の腐食
抑制及び原子炉の核熱特性の劣化防止のため冷却水の水
質を中性とし、炉浄化系4と復水脱塩器6で不純物を除
去して純度を高く保っている。
冷却水中のガス成分、特に材料の腐食に大きな影響をも
たらす酸素等に対しては、我国のBWRにおりては、原
子炉の出力を上げる前に、コンデンサ9を真空脱気運転
して水中の酸素濃度をあらかじめ数十ppb前後に低く
している。スウェーデンのBWRでは、同じく出力上昇
以前に、緊急炉心冷却系より窒素を吹き込み酸素濃度を
低く抑えている。このように、種々の方策を施した結果
、BWRの通常運転時の溶存酸・水素濃度は、それぞれ
150〜250ppb、5〜10 ppb前後になる。
たらす酸素等に対しては、我国のBWRにおりては、原
子炉の出力を上げる前に、コンデンサ9を真空脱気運転
して水中の酸素濃度をあらかじめ数十ppb前後に低く
している。スウェーデンのBWRでは、同じく出力上昇
以前に、緊急炉心冷却系より窒素を吹き込み酸素濃度を
低く抑えている。このように、種々の方策を施した結果
、BWRの通常運転時の溶存酸・水素濃度は、それぞれ
150〜250ppb、5〜10 ppb前後になる。
先に示した脱気運転時より高くなるのは、これらの酸・
水素が、原子炉炉心部2で水が中性子・ガンマ線によっ
て照射される結果生じる放射線分解生成物だからである
。炉心2で放射線分解の結果生じる酸素、水素等の揮発
生成分については大部分が主蒸気系12を経て、空気抽
出器13゜再結合器14.スタック15等からなるオフ
ガス系に送り込まれる。炉心2で生成した分解生成種の
ごくわずかの部分が液相にとどまり、前記した濃度の酸
素、水素濃度として炉外で検出される。
水素が、原子炉炉心部2で水が中性子・ガンマ線によっ
て照射される結果生じる放射線分解生成物だからである
。炉心2で放射線分解の結果生じる酸素、水素等の揮発
生成分については大部分が主蒸気系12を経て、空気抽
出器13゜再結合器14.スタック15等からなるオフ
ガス系に送り込まれる。炉心2で生成した分解生成種の
ごくわずかの部分が液相にとどまり、前記した濃度の酸
素、水素濃度として炉外で検出される。
BWRの温度と圧力条件(285C,70MPa)では
、250ppbの酸素濃度は、構造材料の腐食抑制とい
う面から十分に低い値とされているが、近年、材料の防
食をさらに確実なものとするために、スウェーデン及び
米国のBWR,で、−次冷却系への水素注入が実施され
、注目を集めている。
、250ppbの酸素濃度は、構造材料の腐食抑制とい
う面から十分に低い値とされているが、近年、材料の防
食をさらに確実なものとするために、スウェーデン及び
米国のBWR,で、−次冷却系への水素注入が実施され
、注目を集めている。
水素注入は、水素を冷却水中に注入することによシ、水
の放射線分解そのものを抑制する効果がある。実際の例
では、復水脱塩器6の下流から水素を注入し、オフガス
中及び再循環系の酸・水素濃度を実測することによシそ
の効果をモニタしている。その結果、第2図に示す様に
、酸素ガス放出量については、大きな低減効果は見られ
ないものの、再循環系の酸素濃度については比較的少な
い水素注入量で大きな低減効果があることが見出された
。
の放射線分解そのものを抑制する効果がある。実際の例
では、復水脱塩器6の下流から水素を注入し、オフガス
中及び再循環系の酸・水素濃度を実測することによシそ
の効果をモニタしている。その結果、第2図に示す様に
、酸素ガス放出量については、大きな低減効果は見られ
ないものの、再循環系の酸素濃度については比較的少な
い水素注入量で大きな低減効果があることが見出された
。
しかしながら、これらの−次冷却系のサンプリング値に
基づく知見には以下に示す様に、いくつかの点で問題が
ある。
基づく知見には以下に示す様に、いくつかの点で問題が
ある。
(1) 冷却水をサンプリングし、冷却した後の手分析
による測定値は、数多くの水の放射線分解生成物が、最
終的に安定な酸素、水素になった結果の値であるため、
サンプリング点での分解生成物の濃度そのものは不明で
ある。
による測定値は、数多くの水の放射線分解生成物が、最
終的に安定な酸素、水素になった結果の値であるため、
サンプリング点での分解生成物の濃度そのものは不明で
ある。
(11)炉心部で生成した、酸素、水素、過酸化水素を
はじめとする水の放射線分解生成種の濃度は、−次系各
領域における放射線線量率あるいは、炉心部からの経過
時間等に対応して決まる。したがって、仮υにサンプリ
ング値が、サンプリング点での濃度を正しく与えるもの
であってもそれから、−次系の他の領域における状況を
知ることはできない。
はじめとする水の放射線分解生成種の濃度は、−次系各
領域における放射線線量率あるいは、炉心部からの経過
時間等に対応して決まる。したがって、仮υにサンプリ
ング値が、サンプリング点での濃度を正しく与えるもの
であってもそれから、−次系の他の領域における状況を
知ることはできない。
特に、近年は、再循環系以外の部位、例えば、炉心上方
の上昇管における酸素濃度を抑制する等の要請もあり、
−次系全体の水質を管理することが基本的な考え方にな
シつつある。しかしながら、先に述べた問題点から明ら
かな様に、従来実プラントで利用されてきた技術でこの
様な要請に応えることは、不可能である。そこで、発明
者らは、こうした要請に応える手段を提供するために、
(1)高温・高圧水用溶存酸素計 (li) B W R炉水の放射線分解の理論評価モデ
ルを開発してきた。以下、上記(1)、 (Ii)の技
術の概略を説明する。
の上昇管における酸素濃度を抑制する等の要請もあり、
−次系全体の水質を管理することが基本的な考え方にな
シつつある。しかしながら、先に述べた問題点から明ら
かな様に、従来実プラントで利用されてきた技術でこの
様な要請に応えることは、不可能である。そこで、発明
者らは、こうした要請に応える手段を提供するために、
(1)高温・高圧水用溶存酸素計 (li) B W R炉水の放射線分解の理論評価モデ
ルを開発してきた。以下、上記(1)、 (Ii)の技
術の概略を説明する。
中 高温・高圧水用溶存酸素計
第3図は高温高圧水用溶存酸素針の概略構造図である。
センサー本体18は容器17中の被測定液281C浸漬
される。被測定液28は、センサーの一端で、酸素に対
して選択的な透過性を持つテフロン膜23を介して、K
Ctを溶かした内部電解液20に接している。テフロン
膜の機械的強度を保つため、膜の外側に金属性、例えば
、ステンレス鋼のフィルタ24、膜の内側に陰極を兼ね
た金の多孔板22を配しである。内部電解液20内の一
端には陽極21が配置される。耐熱構造とするために、
センサー本体18は全てテフロン等の耐熱材料で形成し
、側面に、電解液の熱膨張を吸収するベローズ19を設
けである。この様な構造。
される。被測定液28は、センサーの一端で、酸素に対
して選択的な透過性を持つテフロン膜23を介して、K
Ctを溶かした内部電解液20に接している。テフロン
膜の機械的強度を保つため、膜の外側に金属性、例えば
、ステンレス鋼のフィルタ24、膜の内側に陰極を兼ね
た金の多孔板22を配しである。内部電解液20内の一
端には陽極21が配置される。耐熱構造とするために、
センサー本体18は全てテフロン等の耐熱材料で形成し
、側面に、電解液の熱膨張を吸収するベローズ19を設
けである。この様な構造。
材料にすると、BWR炉水条件(285C,70MPa
)での使用が可能となる。炉水中の酸素は、\\ テフロン膜を透過し、金電極22上で、次の反応によシ
環元される。
)での使用が可能となる。炉水中の酸素は、\\ テフロン膜を透過し、金電極22上で、次の反応によシ
環元される。
Ch + 2 HzO+ 46− +40H−””(1
)一方、この反応に伴い、Ag/AgCt電極上でA
g + Ct−→AgC1+ e−・・・・・・(2)
の反応が進行する結果、両電極間に電流が流れる。
)一方、この反応に伴い、Ag/AgCt電極上でA
g + Ct−→AgC1+ e−・・・・・・(2)
の反応が進行する結果、両電極間に電流が流れる。
テフロン膜23を介して電解液20内に透過してくる酸
素の流入率は、被測定液の酸素濃度にほぼ比例するため
に、電流計26で測定した電流値によシ、被測定液の酸
素濃度を知ることができる。
素の流入率は、被測定液の酸素濃度にほぼ比例するため
に、電流計26で測定した電流値によシ、被測定液の酸
素濃度を知ることができる。
(II) B W R炉水の放射線分解の理論評価モデ
ル本手法は、BWR炉水の放射線分解生成物濃度の時々
刻々の変化を、−次冷却水の流体素片に乗って数値解析
によりめるものである。モデルの内容は、この〔発明の
背景〕の車床に示した参考文献に詳しいので、ここでは
、モデルの概略と結果のみ示す。
ル本手法は、BWR炉水の放射線分解生成物濃度の時々
刻々の変化を、−次冷却水の流体素片に乗って数値解析
によりめるものである。モデルの内容は、この〔発明の
背景〕の車床に示した参考文献に詳しいので、ここでは
、モデルの概略と結果のみ示す。
水が、ガンマ線、中性子線等の放射線の照射を受けると
、−次生成物として次の分解生成種が形成される。
、−次生成物として次の分解生成種が形成される。
n、f
H2O−MN−→e&−,aH”m He Hz I
OH,0・・・・・・・・・(3) これら−次生成物の生成率はg値(吸収エネルギー10
0eV当シの生成個数)と呼ばれ、高温水に対しては、
表1に示すような実測値が得られている。
OH,0・・・・・・・・・(3) これら−次生成物の生成率はg値(吸収エネルギー10
0eV当シの生成個数)と呼ばれ、高温水に対しては、
表1に示すような実測値が得られている。
一次生成物間の相互反応により、02 、 HeOz
aHO! 、 (h−、HOz−等の二次生成物が生成
する。
aHO! 、 (h−、HOz−等の二次生成物が生成
する。
これらの生成反応を含め、−次、二次生成物相互には表
2に示すような化学反応が進行するとされている。
2に示すような化学反応が進行するとされている。
そこで、単位体積当たりの照射による吸収エネルギーを
Qとすれば、分解生成種濃度の時間的変化は単相溶液中
の一様反応の場合は次式で表わされる。
Qとすれば、分解生成種濃度の時間的変化は単相溶液中
の一様反応の場合は次式で表わされる。
・・・・・・・・・(→
ここで、kB : 1種、j種の分解生成種間の反応速
度定数 CI:・1種分解生成橿の液相中濃度 BWRの炉心の沸騰二相流の様に、ガス成分の相関移行
が生じる不均一反応の場合は、ここで、vt :ボイド
率 ε:ガス放出係数 61:ガス吸収係数 x(t):時刻tにおける流体素片の位置CF(x):
位置Xにおける1種分解生成種の蒸気中濃度 一方、蒸気中濃度に対しては ・・・・・・・・・・・・(6) ここで、Vt:液相流速 vl:蒸気流速 が成立つ。
度定数 CI:・1種分解生成橿の液相中濃度 BWRの炉心の沸騰二相流の様に、ガス成分の相関移行
が生じる不均一反応の場合は、ここで、vt :ボイド
率 ε:ガス放出係数 61:ガス吸収係数 x(t):時刻tにおける流体素片の位置CF(x):
位置Xにおける1種分解生成種の蒸気中濃度 一方、蒸気中濃度に対しては ・・・・・・・・・・・・(6) ここで、Vt:液相流速 vl:蒸気流速 が成立つ。
BWRラジオリシスモデルでは、以上の様な表弐に基づ
き、BW几−次冷却系の全流路に沿って積分を実行し、
放射線分離生成種の濃度をめている。第4図は、このよ
うにしてめた分解生成種濃度のうち、酸素の一次冷却系
の濃度分布を示したもので、三次元の軸は水平軸が一次
冷却系の位置゛、垂直軸が酸素濃度、斜めの軸が水素注
入率である。図から、通常運転を含め、水素注入下にお
いても酸素濃度には大きな分布がつくことが判る。第2
図に、水素注入実験の屏析結果を併せて示した。両プラ
ントにつめて、解析値は、水素注入率の高い領域(ドレ
スデン2号炉において注入率40 Nm”/h以上)を
除いて、実測値と20チ以内の誤差で一致しておシ、定
性的な傾向については、水素注入の全領域で一致してい
る。
き、BW几−次冷却系の全流路に沿って積分を実行し、
放射線分離生成種の濃度をめている。第4図は、このよ
うにしてめた分解生成種濃度のうち、酸素の一次冷却系
の濃度分布を示したもので、三次元の軸は水平軸が一次
冷却系の位置゛、垂直軸が酸素濃度、斜めの軸が水素注
入率である。図から、通常運転を含め、水素注入下にお
いても酸素濃度には大きな分布がつくことが判る。第2
図に、水素注入実験の屏析結果を併せて示した。両プラ
ントにつめて、解析値は、水素注入率の高い領域(ドレ
スデン2号炉において注入率40 Nm”/h以上)を
除いて、実測値と20チ以内の誤差で一致しておシ、定
性的な傾向については、水素注入の全領域で一致してい
る。
ここで示した二手法は、BWR,炉水の真の水質を知る
上で有効な手段となりうるものであるが、実根の水質制
御という意味では依然以下に掲げる問題点を有している
。
上で有効な手段となりうるものであるが、実根の水質制
御という意味では依然以下に掲げる問題点を有している
。
(1)高温・高圧水用溶存酸素計は、取付は位置におけ
る酸素濃度を測定することはできるが、他の位置及び二
相流部の液相中の濃度等を算定。
る酸素濃度を測定することはできるが、他の位置及び二
相流部の液相中の濃度等を算定。
実測不可能である。
(11)理論解析モデルは、個々のプラント毎に入力値
が異なるために、例えば、運転条件が変わるたびに数値
シミュレーションを行b1水素江入率を決めるという様
な制御の仕方になると考えられるが、このためには大容
量で高速の計算機がそれぞれのプラントの水質制御シス
テム毎に必要である。
が異なるために、例えば、運転条件が変わるたびに数値
シミュレーションを行b1水素江入率を決めるという様
な制御の仕方になると考えられるが、このためには大容
量で高速の計算機がそれぞれのプラントの水質制御シス
テム毎に必要である。
く参考文献〉
E、 xbe and S、 Uchida、 @An
al)’ticalevaluation of wa
ter radiolysis in BWRs’Pr
oCeedingS of Jnternatjona
l ConferenceOn Water Chem
istr/ of Nuclear 1%eactor
Systems、 Bournmouth、 U、に、
oct、 17−21 。
al)’ticalevaluation of wa
ter radiolysis in BWRs’Pr
oCeedingS of Jnternatjona
l ConferenceOn Water Chem
istr/ of Nuclear 1%eactor
Systems、 Bournmouth、 U、に、
oct、 17−21 。
1983、 Vat、 1. p、 17 (1983
)〔発明の目的〕 本発明の目的は、BWR−次系全体の簡便で高信頼性の
水質算定システムとこれに基づく水質制御方法及び装置
を提供することである。
)〔発明の目的〕 本発明の目的は、BWR−次系全体の簡便で高信頼性の
水質算定システムとこれに基づく水質制御方法及び装置
を提供することである。
本発明は、スウェーデン及び米国のBWRにおいて為さ
れた水素注入実験及び理論評価モデルにより見出された
新しい知見に基づいている。先ず、その内容を以下に示
す。
れた水素注入実験及び理論評価モデルにより見出された
新しい知見に基づいている。先ず、その内容を以下に示
す。
(1) 実験から得られた知見
先ず、実効的注入水素濃度を次式によって定義する。
ここで、CH:実効的注入水素濃度 (1)I)b)G
x :水素注入率 (g/5) QC:炉心流量 (g/s) この時、BWR商用商用酸素ガス放出率の低減率及び再
循環系中の酸素1度は、第5図、第6図に示すように次
式によって比較的良く実測値と一致する値が得られる。
x :水素注入率 (g/5) QC:炉心流量 (g/s) この時、BWR商用商用酸素ガス放出率の低減率及び再
循環系中の酸素1度は、第5図、第6図に示すように次
式によって比較的良く実測値と一致する値が得られる。
几= 1.008XI) (−0,00985CM)
・”−(8)Co=191.38XI)(−0,048
3CI) ”・・(9)ここで、R:酸素ガス放出率
(−) Co :再循環系の酸素濃度(1)pb)01)理論解
析モデルによる知見 理論解析モデルでは、特定のプラントについて、通常運
転時又は水素注入時の分解生成種濃度分布をめることが
できる。しかしながら、実際には各プラント毎、あるい
は同じプラントであっても、以下に示す4*なパラメー
タの相違によって濃度分布は変わりうる。
・”−(8)Co=191.38XI)(−0,048
3CI) ”・・(9)ここで、R:酸素ガス放出率
(−) Co :再循環系の酸素濃度(1)pb)01)理論解
析モデルによる知見 理論解析モデルでは、特定のプラントについて、通常運
転時又は水素注入時の分解生成種濃度分布をめることが
できる。しかしながら、実際には各プラント毎、あるい
は同じプラントであっても、以下に示す4*なパラメー
タの相違によって濃度分布は変わりうる。
(1)炉心出力密度
(2)炉心流量
(3)給水流量
(4)エネルギー吸収率の炉心外の領域における分布
(5) 冷却材の一次系領域における滞留時間(6)
ジェットポンプの有無 そこで、これらのパラメータにつbて、現実的にMり得
る範囲で入力値を変えて解析した結果、分解生成種の濃
度相互間に数多くの線型関係が成立つことが見出された
。−例を第7図に示す。
ジェットポンプの有無 そこで、これらのパラメータにつbて、現実的にMり得
る範囲で入力値を変えて解析した結果、分解生成種の濃
度相互間に数多くの線型関係が成立つことが見出された
。−例を第7図に示す。
第7図は炉心部に2ける分解生成種間の濃度相関を示し
たもので、図中の円又は三角形の印は、各種条件におけ
る計算値を示している。図から、条件によって分解生成
種の濃度は一定の幅で変動するが、大部分は、相互に一
定の関係を保ちながら変動していることが判る。このこ
とは、ある分解生成種の濃度が判れば、自動的に他の分
解生成種濃度も高い確率で算定できることを意味する。
たもので、図中の円又は三角形の印は、各種条件におけ
る計算値を示している。図から、条件によって分解生成
種の濃度は一定の幅で変動するが、大部分は、相互に一
定の関係を保ちながら変動していることが判る。このこ
とは、ある分解生成種の濃度が判れば、自動的に他の分
解生成種濃度も高い確率で算定できることを意味する。
すなわち、同図0では、炉心の過酸化水素濃度が判れば
、同じく炉心の酸素、水素濃度も算定できることになる
。このよりな二変量の一次線型相関の強さは、通常は相
関係数rを用いて表わされる。
、同じく炉心の酸素、水素濃度も算定できることになる
。このよりな二変量の一次線型相関の強さは、通常は相
関係数rを用いて表わされる。
第7図に示した例では、全て0.95以上である。
この様な相関は、BWR−次系の全ての位置の分解生成
種濃度間についてめられる。これを相関係数行列の上玉
角部として示したのが第8図である。第8図では、相関
係数行列の概略の様子を示すために、要素の絶対値が0
,9を越えるものについて黒抜き(0,9以上)又は点
を散布して示してあり、各要素の縦・横に対応する位置
の分解生成種濃度間に高い相関が有り、互いに算定可能
であることを示す。
種濃度間についてめられる。これを相関係数行列の上玉
角部として示したのが第8図である。第8図では、相関
係数行列の概略の様子を示すために、要素の絶対値が0
,9を越えるものについて黒抜き(0,9以上)又は点
を散布して示してあり、各要素の縦・横に対応する位置
の分解生成種濃度間に高い相関が有り、互いに算定可能
であることを示す。
以上が本発明の基礎となる知見である。本発明は、以上
の知見に基づき、主蒸気系の酸・水素濃度及び再循環系
の酸素濃度の測定値から、BWR−次系全体の水質を算
定し、この算定値により、水素注入装置の制御量をめ、
BWRの水質を制御することを骨子とする。
の知見に基づき、主蒸気系の酸・水素濃度及び再循環系
の酸素濃度の測定値から、BWR−次系全体の水質を算
定し、この算定値により、水素注入装置の制御量をめ、
BWRの水質を制御することを骨子とする。
更に具体的には、第8図において、主蒸気系の酸素、水
素の濃度と炉心、セパレータ、ミキシングプレナム部の
放射線分解生成種の濃度との間に特に強い相関関係があ
ること、及びダウンカマから下部プレナム部内の放射線
分解生成種の互いの間にも強り相関関係があることに着
目し、これらの世間に成立する一次線型関係を利用して
各濃度を算定し、この算定値が目標とする濃度になるよ
うに系統への水素注入率を決めて、水質を制御するよう
にしたものである。
素の濃度と炉心、セパレータ、ミキシングプレナム部の
放射線分解生成種の濃度との間に特に強い相関関係があ
ること、及びダウンカマから下部プレナム部内の放射線
分解生成種の互いの間にも強り相関関係があることに着
目し、これらの世間に成立する一次線型関係を利用して
各濃度を算定し、この算定値が目標とする濃度になるよ
うに系統への水素注入率を決めて、水質を制御するよう
にしたものである。
一方、具体的な制御量として挙げられるものは、(1)
水系注入率(給水系) (11)再結合用酸素又は空気注入率(オフガス系)で
あって、本発明によってBWRの水質及び水素注入装置
を経済的、かつ適正に制御できる。
水系注入率(給水系) (11)再結合用酸素又は空気注入率(オフガス系)で
あって、本発明によってBWRの水質及び水素注入装置
を経済的、かつ適正に制御できる。
ステンレス鋼の応力腐食割れ(SCC)を完全に防ぐに
は現在、溶存酸素濃度を2850で20〜40 pI)
b以下に抑制することが望ましいとされている。発明者
らの理論解析によれば、炉水中には、酸素の他に過酸化
水素、02−なども含まれており、これらの分解生成種
の材料腐食への影響は、必ずしも明らかにされておらず
、今後の研究の進展に伴って、新たな拘束条件の付加あ
るいは溶存酸素濃度の目標値の緩和がなされることが有
り得る。したがって、制御の目標は、変わり得るが、具
体的に水質の制御方法を示すために、ここでは、以下を
仮の目標とする。
は現在、溶存酸素濃度を2850で20〜40 pI)
b以下に抑制することが望ましいとされている。発明者
らの理論解析によれば、炉水中には、酸素の他に過酸化
水素、02−なども含まれており、これらの分解生成種
の材料腐食への影響は、必ずしも明らかにされておらず
、今後の研究の進展に伴って、新たな拘束条件の付加あ
るいは溶存酸素濃度の目標値の緩和がなされることが有
り得る。したがって、制御の目標は、変わり得るが、具
体的に水質の制御方法を示すために、ここでは、以下を
仮の目標とする。
制御目標:ダウンカマ及び上昇管(セパレータ)部にお
ける液相の酸素濃度を40 ppb (9,3Xl 0
−7mot/l)、 200 ppb (4,64X1
0−’mol/ t )以下にそれぞれ制御する。
ける液相の酸素濃度を40 ppb (9,3Xl 0
−7mot/l)、 200 ppb (4,64X1
0−’mol/ t )以下にそれぞれ制御する。
先ず、以下の手順により、ダウンカマ及び上昇管内の酸
素濃度が401)Pbになった時の主蒸気系。
素濃度が401)Pbになった時の主蒸気系。
再循環系の酸素濃度を算定する。
(1)炉心部液相の酸素濃度を下記により算定する。
(02)(上昇管)=0.94x[Oi〕(炉心)+1
.04X10−7・・・・・・・・・αO 例では、 208.1 ppb (4,83x 10−’ mot
/ z)となる。
.04X10−7・・・・・・・・・αO 例では、 208.1 ppb (4,83x 10−’ mot
/ z)となる。
((1)次に、この値から、蒸気中の酸素濃度を下記に
よ請求める。
よ請求める。
(Ozl(炉心)=0.402XC021(蒸気)+1
.68X10−’・・・・・・・・・(ロ) 例では、 7、 I P (7,82X 10−’mot/l)と
なる。
.68X10−’・・・・・・・・・(ロ) 例では、 7、 I P (7,82X 10−’mot/l)と
なる。
(+++)上でめた値に主蒸気流量を掛けて、酸素の放
出率の低減率Rをめ、式(8)により、実効的注入水素
濃度CHをめる。
出率の低減率Rをめ、式(8)により、実効的注入水素
濃度CHをめる。
(1v)一方、ダウンカマ部での酸素濃度が40 pp
b(9,3X10−7mot/l)になった時の再循環
系の酸素濃度を下記によ請求める。
b(9,3X10−7mot/l)になった時の再循環
系の酸素濃度を下記によ請求める。
[:0z)(ダウンカマ)=1.05Xl:02)(再
循環系)・・・・・・・・・@ 例では、 38 pi)b (8,9X I Q−’ mol/l
)となる。
循環系)・・・・・・・・・@ 例では、 38 pi)b (8,9X I Q−’ mol/l
)となる。
(V)式(9)によシ、必要な実効的注入水素濃度をめ
る。例では、aa、5ppbとなる。
る。例では、aa、5ppbとなる。
(vi) (iff)でめたCBと上記の値を比較し、
大きい方を選び、安全係数を掛けて、これを実効的水素
濃度の目標値CMとする。
大きい方を選び、安全係数を掛けて、これを実効的水素
濃度の目標値CMとする。
(vil)Ci+に炉心流量を掛けて、水素注入率0!
を算出し、水素注入装置の制御を行う。
を算出し、水素注入装置の制御を行う。
(viiD式(8)により、水素注入下の酸素ガス放出
低減率をめ、これに、主蒸気流量を掛けて、酸素ガス体
積放出率をめる。
低減率をめ、これに、主蒸気流量を掛けて、酸素ガス体
積放出率をめる。
(ix)次式により、水素の過剰体積放出率をめる。
(水素の過剰体積放出率)
=(水素体積注入率)−2X(酸素ガス体積放出率)・
・・・・・・・・0 (X)次式により、オフガス系に注入する酸素又は空気
の体積注入率をめ、安全係数を掛けて、オフガス系への
酸素注入率を決め、注入装置を制御する。
・・・・・・・・0 (X)次式により、オフガス系に注入する酸素又は空気
の体積注入率をめ、安全係数を掛けて、オフガス系への
酸素注入率を決め、注入装置を制御する。
(酸素体積注入率)=(水素の過剰体積放出率)/2・
・・・・・・・・α→ 以上示した手順は、初期の制御量の設定法であって、実
際忙、水素注入を開始してからの手順は、以下による。
・・・・・・・・α→ 以上示した手順は、初期の制御量の設定法であって、実
際忙、水素注入を開始してからの手順は、以下による。
(1)主蒸気中の酸素・水素濃度の実測値から、上昇管
の酸素濃度を弐〇〇、(ロ)により算定する。
の酸素濃度を弐〇〇、(ロ)により算定する。
(11)再循環系の酸素濃度の実測値から、ダウンカマ
部での酸素濃度を式@により算定する。
部での酸素濃度を式@により算定する。
(i1+)それぞれの推測値が目標値に一致するように
、水素注入率を増減する。
、水素注入率を増減する。
(1v)主蒸気中の酸素、水素ガス濃度から、オフガス
系への酸素又は空気注入率を決める。
系への酸素又は空気注入率を決める。
以上、示した例で、ダウンカマ内の濃度の算定には、再
循環系の実測値、上昇管内の一度の算定には主蒸気中濃
度を用いたが、これは、第8図に見られる様に、BWR
−次系の放射線分解生成物の挙動に (1)主蒸気系、炉心、七ノくレータ、ミキシングプレ
ナム、を一体とした領域、及び、 (11)ダウンカマから、下部プレナムに至る領域の二
鎖域のそれぞれの内部で強い相関があるためである。例
では、酸素についてのみ示したが、各領域における過酸
化水素、水素他の分解生成種濃度も同じ手順で算定でき
ることは第8図から明らかである。
循環系の実測値、上昇管内の一度の算定には主蒸気中濃
度を用いたが、これは、第8図に見られる様に、BWR
−次系の放射線分解生成物の挙動に (1)主蒸気系、炉心、七ノくレータ、ミキシングプレ
ナム、を一体とした領域、及び、 (11)ダウンカマから、下部プレナムに至る領域の二
鎖域のそれぞれの内部で強い相関があるためである。例
では、酸素についてのみ示したが、各領域における過酸
化水素、水素他の分解生成種濃度も同じ手順で算定でき
ることは第8図から明らかである。
第9図は、以上の算定制御法を実現するためのシステム
構成を示したもので、−次系水質算定制御装置35には
、入力信号として、蒸気9酸・水素濃度、再循環系中の
酸素濃度、水素注入率、オフガス酸素(空気)注入率、
炉心流量、給水流量。
構成を示したもので、−次系水質算定制御装置35には
、入力信号として、蒸気9酸・水素濃度、再循環系中の
酸素濃度、水素注入率、オフガス酸素(空気)注入率、
炉心流量、給水流量。
主蒸気流量等が必要である。これらの信号は、抽気系2
9等に設けられた蒸気中成分計側装置36゜炉浄化系上
流等に設けた高温高圧水用溶存酸素計32、水素注入装
置33.酸素注入装置31.一般のプロセス計装系より
、ケーブル34により導かれる。
9等に設けられた蒸気中成分計側装置36゜炉浄化系上
流等に設けた高温高圧水用溶存酸素計32、水素注入装
置33.酸素注入装置31.一般のプロセス計装系より
、ケーブル34により導かれる。
第10図は、算定制御装置の初期水素、酸素注入率の設
定のアルゴリズムを一般化してブロック図で示したもの
で、濃度の目標値の値や種類が異っても同じアルゴリズ
ムで対応できる。
定のアルゴリズムを一般化してブロック図で示したもの
で、濃度の目標値の値や種類が異っても同じアルゴリズ
ムで対応できる。
第11図は、同じく、水素注入中の制御法のブロック図
を一般化して示したものである。
を一般化して示したものである。
本発明は、これまで算定を実測も不可能であったBWR
−次系の水質の制御に初めて具体的な手法を与えるもの
であり、本発明によれば、BWRの安全性、健全性を大
きく高めると共に、水素注入によるBWRの水質改善を
効率的かつ経済的に行うことができる原子炉水質制御方
法及び装置が得られる。
−次系の水質の制御に初めて具体的な手法を与えるもの
であり、本発明によれば、BWRの安全性、健全性を大
きく高めると共に、水素注入によるBWRの水質改善を
効率的かつ経済的に行うことができる原子炉水質制御方
法及び装置が得られる。
第1図はBWR−次系の概略構成を示す図、第2図はス
ウェーデンのオスカージャム2号炉及び米国のドレスデ
ン2号炉における水素注入実験の結果を、オフガス系へ
の酸素、水素放出量及び再循環系における酸素、水素濃
度について示す図(実線及び破線は、理論モデルによる
解析値)、第3図は従来の高温高圧水用溶存酸素計の概
略構造図、第4図は理論モデルによるBVI−次系の溶
存酸素濃度分布を水素注入率の関数として示す図、第5
図はBWRの水素注入下の酸素ガス放出率の低減率を示
す図、第6図は水素注入下の再循環系の溶存酸素濃度を
示す図、第7図は炉心部の放射線分解生成種濃度相互の
相関を示す図、第8図はBWR−次系全領域の分解生成
種濃度相互の相関係数行列の上玉角部の概略を示す図、
第9図は本発明のシステム構成を示す図、第1θ図は水
質推測制御装置の初期値設定のアルゴリズムを示すブロ
ック図、第11図は同じく水素注入実施中の制御のアル
ゴリズムを示すブロック図である。 1・・・BWR圧力容器、2・・・炉心、3・・・再循
環系、4・・・炉浄化系、5・・・給水系、6・・・復
水脱塩器、7・・・給水ポンプ、8・・・復水ポンプ、
9・・・コンデンサ、10・・・高圧タービン、11・
・・低圧タービン、12・・・主蒸気配管、13・・・
空気抽出器、14・・・酸・水素再結合装置、15・・
・スタック、16・・・再循環ポンプ、17・・・容器
、18・・・センサ本体、19・・・ベローズ、20・
・・電解液(KC1溶液)、21・・・銀電極、22・
・・金電極、23・・・テフロン膜、24・・・ステン
レスフィルタ、25・・・注入ポンプ、26・・・電流
計、27・・・直流区源、28・・・被測定液、29・
・・抽気系配管、31・・・酸素注入装置、3’2・・
・高温高圧水用溶存酸素濃度計、33・・・水素注入装
置、34・・・信号ケーブル、35・・・BW凡−次系
水質算定制御装置、36・・・蒸気中濃度計測装置。 茅 1 目 茅 2 目 $3 目 茅、5″ 目 θ (07σθ 友!jj′J注入水素濃度 (rtyb)第2 目 θ 10 /θθ 史効注入水索 濃度 (f’Pbジ [HzJ (報01/+ン (bン 酸素カス成上中(NJ/h) 7 目 X/l)−’ (C) tH2θz) Ctrico+乃) (Hz(h) (qul /l ) 草9 図 1/ 茅10 目
ウェーデンのオスカージャム2号炉及び米国のドレスデ
ン2号炉における水素注入実験の結果を、オフガス系へ
の酸素、水素放出量及び再循環系における酸素、水素濃
度について示す図(実線及び破線は、理論モデルによる
解析値)、第3図は従来の高温高圧水用溶存酸素計の概
略構造図、第4図は理論モデルによるBVI−次系の溶
存酸素濃度分布を水素注入率の関数として示す図、第5
図はBWRの水素注入下の酸素ガス放出率の低減率を示
す図、第6図は水素注入下の再循環系の溶存酸素濃度を
示す図、第7図は炉心部の放射線分解生成種濃度相互の
相関を示す図、第8図はBWR−次系全領域の分解生成
種濃度相互の相関係数行列の上玉角部の概略を示す図、
第9図は本発明のシステム構成を示す図、第1θ図は水
質推測制御装置の初期値設定のアルゴリズムを示すブロ
ック図、第11図は同じく水素注入実施中の制御のアル
ゴリズムを示すブロック図である。 1・・・BWR圧力容器、2・・・炉心、3・・・再循
環系、4・・・炉浄化系、5・・・給水系、6・・・復
水脱塩器、7・・・給水ポンプ、8・・・復水ポンプ、
9・・・コンデンサ、10・・・高圧タービン、11・
・・低圧タービン、12・・・主蒸気配管、13・・・
空気抽出器、14・・・酸・水素再結合装置、15・・
・スタック、16・・・再循環ポンプ、17・・・容器
、18・・・センサ本体、19・・・ベローズ、20・
・・電解液(KC1溶液)、21・・・銀電極、22・
・・金電極、23・・・テフロン膜、24・・・ステン
レスフィルタ、25・・・注入ポンプ、26・・・電流
計、27・・・直流区源、28・・・被測定液、29・
・・抽気系配管、31・・・酸素注入装置、3’2・・
・高温高圧水用溶存酸素濃度計、33・・・水素注入装
置、34・・・信号ケーブル、35・・・BW凡−次系
水質算定制御装置、36・・・蒸気中濃度計測装置。 茅 1 目 茅 2 目 $3 目 茅、5″ 目 θ (07σθ 友!jj′J注入水素濃度 (rtyb)第2 目 θ 10 /θθ 史効注入水索 濃度 (f’Pbジ [HzJ (報01/+ン (bン 酸素カス成上中(NJ/h) 7 目 X/l)−’ (C) tH2θz) Ctrico+乃) (Hz(h) (qul /l ) 草9 図 1/ 茅10 目
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、原子炉の一次冷却系に水素を注入して炉水の水質を
制御する原子炉の水質制御方法において、主蒸気系の酸
素及び水素の少なくともひとつの濃度から、炉心、セパ
レータ、ミキシングブレナム部の放射線分解生成種の濃
度を、一方、再循環系の酸素及び水素の少なくともひと
つの濃度から、ダウンカマから下部ブレナムに至る系統
の放射線分解生成種の濃度を、これらの葉間に成立する
一次線型関係を利用して算定し、この算定値が目標とす
る濃度になるように、−次冷却系への水素注入率を決め
ることを特徴とする原子炉水質制御方法。 2、原子炉の一次冷却系に水素を圧入する水素注入装置
を有し水素の注入率を変えて炉水の水質を制御する原子
炉の水質制御装置において、主蒸気系の酸素及び水素の
少なくともひとつの濃度を計測する装置と、再循環系の
酸素及び水素の少なくともひとつの濃度を計測する装置
と、主蒸気系のそれら濃度から炉心、セパレータ、ミキ
シングブレナム部の放射線分解生成種の濃度をまた再循
環系のそれら濃度からダウンカマより下部ブレナムまで
の系統の放射線分解生成種の濃度をこれらの葉間の一次
線型関係を利用して算定しこの算定値が目標とする濃度
となるように水素注入装置を調節する一次系水質算定制
御装置とからなることを特徴とする原子炉水質制御装置
。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59077313A JPS60220898A (ja) | 1984-04-17 | 1984-04-17 | 原子炉水質制御方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59077313A JPS60220898A (ja) | 1984-04-17 | 1984-04-17 | 原子炉水質制御方法及び装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60220898A true JPS60220898A (ja) | 1985-11-05 |
JPH0426439B2 JPH0426439B2 (ja) | 1992-05-07 |
Family
ID=13630424
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59077313A Granted JPS60220898A (ja) | 1984-04-17 | 1984-04-17 | 原子炉水質制御方法及び装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60220898A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62126398A (ja) * | 1985-11-27 | 1987-06-08 | 株式会社日立製作所 | 原子炉水質制御システム |
-
1984
- 1984-04-17 JP JP59077313A patent/JPS60220898A/ja active Granted
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62126398A (ja) * | 1985-11-27 | 1987-06-08 | 株式会社日立製作所 | 原子炉水質制御システム |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0426439B2 (ja) | 1992-05-07 |
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