JPS61116693A

JPS61116693A - 補機冷却設備

Info

Publication number: JPS61116693A
Application number: JP59238024A
Authority: JP
Inventors: 純花輪; 正明福島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-11-12
Filing date: 1984-11-12
Publication date: 1986-06-04

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の゛技術分野〕本発明は原子力発電プラントに設けられている補機冷却
設備に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般に、原子力発電プラントにおいては、正常運転を継
続するために冷却を必要とする機器があり、これらの機
器を常に冷却するために補機冷却設備が設ゆられている
。

第６図は従来の補機冷却設備を示し、非常用機器１と常
用機器２とに冷却水を送給して冷却するように形成され
ている。すなわち、ポンプ３によって送出された冷却水
は、循環路４を通って非常用機器１と常用機器２とを冷
却し、その後熱交換器５を通過する間に海水や湖水等の
系外の冷却水と熱交換して冷却され、再びポンプ３によ
って送出される。この循環路４は閉ループであり、内部
の冷却水の温度変化による体積変化を吸収したり、配管
からの漏洩等による冷却水の減少を補うために、降水管
６を介してサージタンク７が配管より高い位置に設けて
接続されている。

非常用機器１は非常用炉心冷却系ポンプ等からなり、非
常時に冷却水を必要とする機器である。

この非常用機器１の上下流にはそれぞれ仕切弁１ｉ、１
ｍが設けられてあり、非常時に両弁１＆。

１ａを開いて通水するようにしている。そして、ポンプ
３から非常用機器１へ冷却水を送給したり、非常用機器
１かもポンプへ冷却水を還流せしめる循環路４を形成す
る配管は、地震に伴う原子炉事故時にも使用できるよう
にするため、考え得る最強の地震にも耐え得るようにし
て形成されている。

一方、常用機器２は原子炉冷却材再循環ポンプ等からな
り、プラント通常運転時には冷却水を必要とするが、非
常時には冷却水の供給が停止しても安全上特に支障のな
い機器である。そこで、第６図の鎖線で囲んだ常用配管
８は、常用機器２が事故時に冷却水を失っても支障がな
いことから、非常用機器１の配管よりも低い耐震クラス
で製せられている。そのため、常用配管８の耐震クラス
より大きな地震が発生すると、この常用配管８が破断し
、その破断口９から冷却水が流出して行き、そのまま放
置すると冷却水がなくなり、非常用機器１へ十分な冷却
水を送出することかできなくなるおそれがある。

永この冷却榊の喪失を回避するために、常用配管８の上流
側に遮断弁１０を設け、常用配管８の破断を検知した時
に遮断弁１０を全閉として、冷却水の流出を最小限に抑
えるように形成している。また、常用配管８の下流側に
は、非常用機器１やサージタンク７から破断口９へ向う
冷却材を阻止する逆止弁１１が設けられている。　　。

そして、常用配管８の破断の検知を次の２方法により行
なっている。

第一の方法は、サージタンク７内の水位を水位計１２に
より測定し、水位が設定値より低下したことを検知する
ことによって破断を検知している。

第二の方法は、常用配管８を流れる冷却水流量を、遮断
弁１０の下流側に設けた流量計１３により測定し、流量
が設定値を超えたことを検知することによって破断を検
知している。

ところが、前記第一の検知方法では、常用配管８が破断
し、冷却水が流出して、サージタンク７から冷却水が循
環路４に補給されて、サージタンク７内の水位が設定値
より低下することで初めて破断が検知される。そのため
、破断が生じてから遮断弁１０が全閉となるまでに相当
の時間を要し、冷却水が多量に流出してしまうという不
都合があった。

また、前記第二の検知方法では、常用配管８に破断が発
生しても、その破断を検知できるほど流量が増加しない
おそれがあった。

次に、ポンプ５の動作を、第７図に示すポンプ性能曲線
に基づいて、説明する。

第７図において、曲線１４は一ンプ５の流量揚程曲線で
あり、曲線１５は配管の抵抗曲線で流電の２乗に比例す
る放物線である。そして、曲線１４と１５との交点１６
はポンプ５の運転状態すなわち流量、揚程をそれぞれ示
している。そして、ポンプ５の吸込口１７に作用する圧
力については、個々のポンプに対してキャビテーション
を起こすことなく運転できる最低限の値すなわち要求Ｎ
ＰＳＨが定められている。曲線１８は流量に対する要求
ＮＦＳＨの変化を示している。ポンプ５がキャビテーシ
ョンを起さないで安定な運転を行なうためには、実際に
ポンプ吸込側に作用する圧力すなわち有効ＮＰＳＨが前
記要求ＮＰＳＨより大きいことを必要条件としている。

この有効ＮＰＳＨは、サージタンク７の水面とポンプ５
の吸込口１７との水頭差に相当する圧力と、サージタン
ク７から降水管６、循環路４との合流点１９を経てポン
プ５の吸込口１７までの圧力損失との差によって決定さ
れる。そして、常用配管８が健全な場合には、降水管６
内の冷却水は停止しているので、前記圧力損失が発生す
るのは、合流点１９とポンプ５の吸込口１７０間の冷却
水が移動する部分のみである。このように有効ＮＰＳＨ
は水頭差と圧力損失との差であり、圧力損失が増加する
ほど低下する。そして、流量が増加するに従って圧力損
失が増加するので、有効ＮＰＳＩ’［は逆に低下する。

この有効ＮＰ８Ｈの変化を曲線美が示している。

一般に、ポンプ５が通常運転を継続している場合には、
曲線美の有効ＮＰＳＨが曲線１８の要求ＮＰＳＨより高
く、キャビテーションのない安定した正常な運転が行な
われる。

この時常用配管７が破断すると、破断口９から先の配管
抵抗がなくなり、全体の配管抵抗が低下し、その抵抗曲
線は曲＠１５から曲線２１のように変化する。よって、
流量揚程曲線１４との交点が右方にずれ、流量が増加し
、圧力損失も増加する。また、降水管６について見ると
、常用配管８が健全な場合には圧力損失はないが、一旦
破断するとサージタンク７の冷却水が降水管６を通って
循環路４内に補給されるので、この降水管６内でも圧力
損失が生じ、これにより有効ＮＰＳＨが減少してしまう
。サージタンク７は、その機能上、建早の最高所付近に
設けられるため、合流点１９までの降水管６は長尺なも
のとなり、その部分の圧力損失は大きなものとなる。

従って、常用配管８の破断前には、有効ＮＰＳＨが曲線
美のように要求ＮＰＳＨを示す曲線１８より高いが、破
断後は有効ＮＰＳＨが曲線ηのように曲線１８を下まわ
り、キャビテーショ／が発生し、ポンプの揚程が曲線乙
のように急落して流量が出なくなるおそれがある。

このような破断の検知について説明する。

例えば、常用配管８が健全な時に、配管抵抗曲線が曲線
１５で表わされ、かつ、流量揚程曲線１４との交点１６
で示される揚程、流量でポンプ５が運転されており、有
効ＮＰＳＨは曲線美に示す状態であるとする。そして、
常用配管８が破断すると、前述したように配管抵抗が減
少して、配管抵抗曲線が曲線２１に変化し、流量が流量
揚程曲線１４との交点スで示される設定値に増加するこ
とにより破断が検出されるように形成されているものと
する。

ところが、常用配管８が実際に破断した時には前述した
ように降水管６内に冷却水の下降流が生じるので、圧力
損失が生じ、有効ＮＰＳＨが曲線ｎに示す値まで低下す
るおそれがある。この低下により、流量が前記交点スで
示す設定値に増加する前に曲線１８とｎとの交点５で示
される流量に上昇した時に、有効ＮＦＳ）Ｉが要求ＮＰ
ＳＨを下まわってしまい、キャビテーションが生じてポ
ンプの揚程が曲線乙に示すように急落し、結局流量が破
断検出の設定値を起えず破断を検知することができない
ことが予想される。

一方、その流量の設定値を下げると、ポンプ５の起動、
停止や弁の開閉等に伴５冷却水流の過渡的な変動をも破
断と誤認してしまうおそれがある。

このように従来は常用配管８の破断の検知が困難なもの
であった。

〔発明の目的〕

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、常用
配管の破断を短時間で検知し、遮断弁を早期に全閉とさ
せて冷却水の流出を少量に抑えることができ、原子力発
電プラントの信頼性、安全性を向上させることのできる
補機冷却設備を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明の補機冷却設備は、熱交換器により冷却された冷
却水をポンプの輸送力により閉ループを介して非常用機
器および常用機器へ循環送給し、前記常用機器の上流側
に遮断弁を有するとともに後流側に逆止弁を有し、前記
閉ループに冷却水を補給するサージタンクを有する補機
冷却設備にお゛いて、前記常用機器のまわりの配管が破
断した時に前記サージタンクから所定量の冷却水が前記
閉ループに送給されていることを検知することによりそ
の破断を検知し、前記遮断弁を全閉とさせる破断検知器
を設けて形成したことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図から第５図について説明
する。

第１図は本発明の一実施例を示す。同図において従来と
同一部分には同一符号を付しである。

本実施例においては、第６図に示す従来の水位計１２や
流量計１３に代えて、降水管６の途中に圧力検出器にを
介して圧力検出器Ｉを設けている。

この圧力検出器ｎは常用配管８が破断した時に、サージ
タンク７内の冷却水が循環路４に補給されるのを検知し
て破断を検知する破断検知器として機能する。

次に、本実施例の作用を説明する。

常用配管６が健全な時には、サージタンク７の水位はほ
ぼ一定である。従って、圧力検出器τの指示値は、サー
ジタンク７の水面と圧力検出器がの水頭差に相当する圧
力から循環路４０合流点１９よりポンプ３の吸込口１７
に至る配管の圧力損失を差し引いたほぼ一定値を示す。

この場合の常用機器２内の冷却水流量は例えば９８８　
ｍ　７時とされ、非常用機器１内の冷却水流量は例えば
３５０　ｍ　７時とされている。

一方、常用配管８が破断すると、サージタンク７から降
水管６を通して循環路４内へ冷却水が補給される。これ
により、降水管６中も冷却水が流れるので圧力損失が新
たに生じ、更に破断によって循環路４内の流量が増加す
るため前記合流点１９から吸込口１７までの間の圧力損
失も増加する。従って、圧力検出器ｎの指示値は、破断
前に比べて圧力損失の増加分だけ低下することとなる。

本実施例では、この圧力検出器ｎの指示値の低下が設定
値を越えたことを検知して常用配管８の破断を検知し、
遮断弁１０を直ちに全閉とさせて破断口９からの冷却水
の流出を阻止する。

更に具体的に説明する。

圧力検出器Ｉの指示は常用配管８が健全である場合にも
変動する。すなわち、循環路４内の冷却水は温度変化等
により体積変化を起し、また弁類からも微少な冷却水漏
れが生じサージタンク７内の水位が変動する。また、弁
の開閉、ポンプ３の起動、停止によって循環路４内の冷
却水流量が変動して圧力損失が変動する。よって、常用
配管８の破断の検知を行なうための圧力検出器ｎの設定
値は、これらの健全時における圧力検出器ｎの指示値の
変動範囲より大きくする必要がある。

一般に、常用配管８が破断した場合に破断口９から流出
する冷却水量は４５０〜８００　ｍ３／時と多い。

これに対して、サージタンク７の水面からの冷却水の蒸
発や、弁類からの冷却水の漏洩量は、余裕をみても約５
６０ｃｃＺ時と非常に少ない。また、補機冷却設備は閉
ループであるから、弁を開閉した場合の圧力損失も小さ
く、更にポンプ３の起動時においてもポンプ３の吐出圧
力がポンプ３の吸込側にも作用するので、開ループの場
合のように起動時に吸込圧が大きく低下することもな（
、ポンプ３の起動、停止時の圧力損失も小さい。第２図
は閉ループ系で系内の圧力をポンプの吐出弁を全開にし
て起動時の前後に亘って示したものであるが、圧力の脈
動は約２東−２以内と小さく抑えられ・ている。従って
ポンプ起動時の圧力損失も７１％さいことが判る。

これらの大きさの関係を試算してみると次のようになる
。

今、サージタンク７から冷却水が降水管６を通して循環
路４に補給されており、その流量をＱ（ｍ５／時）とす
ると、降水管６における圧力損失ＨはＨ＝　７．１３　Ｘ　（−’−）２　　　・・・・・・
・・・・・・・・・・・・（１）で表わされる。

そして、破断口９からの冷却水の流出量が約８００　ｍ
３／時とし、Ｑ＝８００（ｍ／時）を（１）式に代入す
るとＨ＝４，５ｍＡｑとなる。

そして、この場合の降水管６内の冷却材の流速は２．３
ｍ／秒となる。

一方、破断の生じていない通常時における弁類等からの
冷却水の漏洩量は多めに余裕をもってみても５６０ｅｅ
／時であり、前記破断時のＱ　＝　８００（ｍ３／時）
に比べると極めて小量であり、圧力損失および流速とも
破断時の誤差範囲に入いる位いに小さいものである。

従って、圧力検出器２７によって破断の検知を行なう設
定値は通常時の圧力変動範囲より十分に低い値となる。

よって、圧力検出器ｎは誤動作することなく迅速かつ確
実に常用配管８の破断を検出することができる。

また、第３図に示すように、系統分離のために補機冷却
設備をＡ系列とＢ系列との２系列に分けて形成し、Ｂ系
列のポンプ３を定期点検により停止している場合には、
タイライン列、２９を通してＢ系列の常用機器２にも冷
却水を通水するようにしている。この場合においても、
ＡＢ２系列の各常用配管８が健全である時にはサージタ
ンク７からの冷却水の補給は行なわれず、降水管６内に
冷却水の流れは生じない、そして、少なくとも一方の常
用配管８が破断すると、前述と同様にして圧力検出器ｎ
が迅速かつ確実にその破断を検知し、各遮断弁１０　、
１０を全閉とさせて冷却水の流出を最小限に抑えること
ができる。また、降水管６０部分の破断時における圧力
損失を予測する場合にも、１本の降水管６について計算
すれば良いので、その誤差も小さくなり、正確な破断検
知を行なうことができる。

ところが、従来は第３図鎖線に示す流量計１３によって
常用配管８の破断を検知するものであるから、タイ２イ
ン公、２９を使用して通水する場合に遮断弁１０が全閉
とならないように、タイライン列。

四の使用時の冷却水の流量増加をも考慮して、破断検知
用の流量設定値を決定しなければならない。

例えば、流量計１３の流量は、１３００ｍ／時までであ
ると設計されていると、実際には圧力計算の誤差により
２０％増の１５６０　ｍ５７時まで流量が増加すること
があり、この時に遮断弁１０が閉じては不都合が生じる
ので、結局設定流量値を２０００　ｍ　７時と高く設定
する必要があった。従ってタイライン路、２９を使用し
ない場合における破断検知用の流量設定値を必要以上に
大きくシ存けれ―ならず、。

正確かつ迅速な破断検知を行なうことができないという
不都合があった。

また、サージタンク７においては、ある程度水位が下が
ると水を補給するように形成されているが、その補給開
始から停止までの水位変動は０．４ｍであって、圧力の
変動は０．４ｍＡｑ　　であり、破断時に比べて極めて
小さいので、本実施例の破断検知は良好に行なわれる。

このように本実施においては、圧力検出器ｎにより降水
管６内の圧力降下を測定して、降水管６を通してサージ
タンク７から冷却水が循環路４内へ所定量補給されてい
ることを認定し、常用配管８の破断を検知することがで
きるので、その破断の検知が迅速かつ確実であり、破断
口９からの冷却水の流出も極めて少量にとどめることが
できる。

よって、常用配管８が破断しても、非常用機器１へ送給
すべき冷却水は十分に保有され、非常用機器１０機能を
低下させたり停止させることがなくなり、原子力発電プ
ラントの安全性をより信頼性を向上させることができる
。

第４図は本発明の他の実施例を示す。

本実施例は破断検知器として、圧力検出器ｎに代えて、
降水管６の途中にフロースイッチ（至）を設けて形成さ
れている。このフロースイッチＩは、冷却水の体積変化
や、弁類からの微少の漏洩によっては作動せず、常用配
管８が破断した時に降水管６内を流下するサージタンク
７からの補給水によってのみ作動されて遮断弁１０を全
閉とさせるように設定されている。

よって、本実施例においても前記実施例と同様に常用配
管８の破断を迅速かつ確実に検知することができる。ま
た、タイ２イン公、２９の使用時においても、破断時の
降水管６の流量は、２０００−１５６０　＝　４４０　
ｍ　７時であり、弁類かもの漏洩量５５Ｑｃｃ／時より
十分大きいので、検出を確実に行なうことができる。ま
た、設定値を更に下げることもできる。

第５図は本発明の更に他の実施例を示す。

本実施例は破断検知器として、サージタンク７に水位変
動計３１を設けて形成されている。この水位変動計３１
は、前記フロースイッチＩと同様に、冷却水の体積変化
等のように水位変動速度が小さい場合には作動せず、常
用配管８が判断してサージタンク７内の冷却水が降水管
６を介して循環路４へ補給されてサージタンク７内の水
位変動速度が大きい場合のみに作動されて遮断弁１０を
全閉とさせるように設定されている。よって、前記各実
施例と同様に常用配管８の破断を迅速かつ確実に検知す
ることができる。

〔発明の効果〕

このように本発明の補機冷却設備は、常用配管の破断を
短時間で確実に検知し、遮断弁を早期に全閉とさせて冷
却水の流出を極く少量に抑えることができ、原子力発電
プラントの信頼性、安全性を向上させることができる等
の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の補機冷却設備の一実施例を示す概略図
、第２図は閉ループにおけるポンプ起動前後の冷却水の
圧力変動を示す線図、第３図から第５図はそれぞれ本発
明の他の実施例を示す概略図、第６図は従来の補機冷却
設備を示す概略図、第７図はポンプの性能曲線図である
。１・・・非常用機器、２・・・常用機器、３・・・ポン
プ、４・・・熱交換器、６・・・降水管、７・・・サー
ジタンク、８・・・常用配管、１０・・・遮断弁、１１
・・・逆止弁、ｎ・・・圧力検出器、Ｉ・・・フロース
イッチ、３１・・・水位変動計。

Claims

【特許請求の範囲】１、熱交換器により冷却された冷却水をポンプの輸送力
により閉ループを介して非常用機器および常用機器へ循
環送給し、前記常用機器の上流側に遮断弁を有するとと
もに後流側に逆止弁を有し、前記閉ループに冷却水を補
給するサージタンクを有する補機冷却設備において、前
記常用機器のまわりの配管が破断した時に前記サージタ
ンクから所定量の冷却水が前記閉ループに送給されてい
ることを検知することによりその破断を検知し、前記遮
断弁を全閉とさせる破断検知器を設けたことを特徴とす
る補機冷却設備。２、破断検知器は、サージタンクから閉ループに冷却水
を補給する降水管の途中に設けた圧力検出器によつて形
成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の補機冷却設備。３、破断検知機器は、サージタンクから閉ループに冷却
水を補給する降水管の途中に設けたフロースイッチによ
つて形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の補機冷却設備。４、破断検知機は、サージタンクの水位変動を測定する
水位変動計によつて形成されていることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の補機冷却設備。