JPS63175738A

JPS63175738A - 漏洩検出器

Info

Publication number: JPS63175738A
Application number: JP601587A
Authority: JP
Inventors: Izumi Yamada; 泉山田; Shigeru Izumi; 出海　滋; Masaya Otsuka; 雅哉大塚
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-01-16
Filing date: 1987-01-16
Publication date: 1988-07-20

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、原子力発電プラント等の流体漏洩監視装置に
係り、特に、高温・高圧水や蒸気の輸送配管からの漏洩
を検出する漏洩検出器に関する。

〔従来の技術〕

配管系からの漏洩検出器には、各種の原理のものが開発
されている。−例として、比較的簡易に漏洩検出が可能
な、特開昭５９−２１０３４０号公報に記載の漏洩によ
る温度変化を用いた漏洩検出器が挙げられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、漏洩発生から検出までに必要な時間に
ついての充分な考慮がなされておらず、漏洩検出器の応
答速度が必ずしも速くないという問題があった。

本発明の目的は、応答速度の速い漏洩検出器を提供する
ことにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、高温、高圧水や蒸気の輸送配管と保温材間
に、漏洩した水や蒸気が流れやすい漏洩付伝搬空間を設
け、この空間を輸送配管内圧より低圧に保持することに
より達成できる。

〔作用〕

漏洩が発生しない正常の状態では、漏洩付伝搬空間は、
輸送配管壁温に近い温度となっており、その空間内では
、対流による極めて緩やかな流れが生じている。この空
間に、高温、高圧水もしくは蒸気が噴出すると、空間内
が配管より低圧に保持されているため、漏洩材は断熱膨
張して低温となり、漏洩付伝搬空間に急激に充満して管
軸方向の流れが生じる。よって、漏洩付伝搬空間の温度
もしくは流速測定により、漏洩の発生を知ることができ
る。また、漏洩付伝搬空間は、漏洩材の広がりによる流
れを妨げないため、漏洩検出の応答性が良好となる。従
来の漏洩検出器の場合、直接的には保温材の温度を測定
しており、その応答は保温材の熱容量により決まる。但
し、保温材は繊維質であり、漏洩材が保温材のすきまを
通って温度センサに直接到達して、比較的速い応答を示
すこともありうる。しかし、この現象による応答性の改
善は、保温材の積層の状態やすきまの状況に依存するた
め、安定した効果は望めない。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

第１図は、本発明を原子炉格納容器内冷却系配管１の水
漏洩検出に適用した例である。冷却系配管１には、７０
気圧、２８５℃の高温・高圧水が流れている。本実施例
では、多数の配管１を、保温材２と保温Ｍ３で一括保温
し、配管１と保温材２の間に、漏洩材、すなわち、高温
・高圧水が漏れたときに、配管軸方向に広がりやすいよ
うに、漏洩付伝搬空間４を設けている。漏洩の有無を漏
洩材伝播空間４の温度変化から知るため、温度センサ５
１〜５３は、保温壁３、保温箱２をつきぬけて、漏洩付
伝搬空間４に設置される。温度信号は、温度変換器５０
１〜５０３により電気信号に変換される。漏洩判定器５
１０では、温度信号が設定値より低くなったとき漏洩と
判定して警報を発生する。

第２図は、第一の実施例の漏洩検出器の配管１の管軸方
向の断面であり、高温、高圧水が漏洩点９で漏れた場合
を示す、保温された輸送配管１は、その圧力をほぼ大気
圧に制御される原子炉格納容器内に置かれている。保温
材２および保温壁３は、特別な耐圧構造を施してないた
め圧力境界とはなり得ず、漏洩付伝搬空間４も大気圧と
なっている。

つまり、漏洩付伝搬空間４は、温度的に保温壁３の外部
と隔離され、圧力的には、外部とつながっている。

第３図は、高温・高圧水が漏洩した場合の、漏洩付伝搬
空間４の温度分布を示す。高温・高圧水は、漏洩点で大
気圧に開放され、断熱膨張して、その圧力で定まる飽和
蒸気温度すなわち１００℃になる。今、漏洩水量をＧｚ
　　（ｋｇ）とすると、漏洩前後の漏洩水のエネルギが
等しいので、（１）式が成立する。

５３９．８・ｘ＋（Ｇｚ　　ｘ）Ｘ１００＝１．２２・
Ｇｚ・２８５　　（１）（１）式でｘ　（ｋｇ）は、漏
洩水量Ｇｔ（ｋｇ）のうち蒸気になる量である。係数の
５３９．８　は、水の気化熱、１．２２は、高温・高圧
水の比熱である。

（１）式を解くと。

ｘ＝０．５６３Ｇｚ　　　　　　　　（２）となる、１
００℃の飽和蒸気の比重は、配管工を流れる高温・高圧
水の１／１２００程度であり、漏洩水は、漏洩付伝搬空
間で七百倍程度にその体積が膨張する。このため、漏洩
が発生しだすと、１００℃の蒸気が漏洩付伝搬空間４に
急激に広がっていく。本実施例では、漏洩点９を中心に
して、左右の管軸方向に広がる。第３図は、漏洩付伝搬
空間４の温度分布の計算結果である。蒸気が漏洩点９か
ら漏洩付伝搬空間４に広がる過程で、配管１により蒸気
が加熱されて昇温するので、漏洩付伝搬空間４の温度は
、漏洩点から遠ざかるほど高温となり、その最高温度は
、配管壁温に一致する。

漏洩点から離れた位置では、漏洩量が増加するほど低温
となる。第４図は、漏洩が発生した場合の、温度センサ
５３の出力の時間変化を示したものである。正常時は、
はぼ配管壁温と同等に保たれており、漏洩発生時、蒸気
の広がりによる遅れ時間を経過した後、漏洩による温度
低下が検知される。

温度センサ５１〜５３として、熱電対を用いており、温
度変換器５１〜５３は冷接点補償およびリニアライザ付
のものを用いている。漏洩判定器５１０は、比較器と警
報ブザーから成り、温度信号が設定値より低下したとき
に、警報ブザーを鳴動する。

上述の実施例において、輸送配管１は、配管内圧力より
充分低い大気圧に近い圧力に調整されている原子炉格納
容器内に設置されている。しかし、配管内とその外部の
圧力差が充分得られない場合、必要に応じて、その圧力
調整は既存の技術で実現可能である。保温材２として、
本実施例ではミネラルグラスファイバーフェルトを用い
ているが、ロックウール等地の材質のものを用いても問
題はない、保温壁３として、ステンレス鋼板を用いてい
るが、他の金属板等を用いても問題はない。温度センサ
５１〜５３としては、熱電対を用いているが、これは高
温、高放射線場での使用実績が多いためであり、必ずし
も熱電対に限定するものではない、温度変換器５０１〜
５０３漏洩判定器５１０も一般に産業用に使用されてい
るものを用いている。また、本実施例では多数配管を一
括して保温する構造としたが、単管保温でも同様に検出
できる。高温・高圧水や蒸気のみでなく、消化ガス等の
漏洩検出も、同様に可能である。漏洩位置の推定は、第
４図の漏洩時の漏洩付伝搬空間４の温度分布を用いるこ
とや、各計測点の温度変化発生時の時間差を用いること
で可能となる。配管１の温度が変化するような運転モー
ドでは、配管温度に応じて漏洩判定器５１０の設定値を
変化させることで対応できる。

本実施例によれば次の効果がある。

（１）漏洩付伝搬空間は、保温材で外部と隔離し、低圧
に保っているため、正常時は配管壁温と同等で、漏洩時
は空間圧力で定まる飽和蒸気温度になる。このため、保
温材に温度センサを埋めこむ場合より、正常時と漏洩時
の温度変化が大きくなり、感度が改善されることとなる
ため、漏洩検出器の性能向上の効果がある。

（２）漏洩付伝搬空間は、漏洩材が流れやすい抵抗の小
さい空間となっているため、漏洩点近傍の温度変化がよ
り遠くまで伝搬し、感度改善できるため、漏洩検出器の
性能向上の効果がある。

（３）漏洩付伝搬空間を設けることにより、漏洩付伝搬
経路が一義的に定まり、漏洩点の同定機能を向上できる
ので、漏洩検出器性能向上の効果がある。

（４）漏洩付伝搬空間を設けたことにより、正常時およ
び漏洩発生時の漏洩付伝搬空間の温度推定が容易となり
、警報設定点等をプラント稼動前に定められるため、起
動試験などプラント稼動前の運転の安全性向上に効果が
ある。

（５）この温度推定が容易となることにより、プラント
設置後の計測点変更等の手直しが不要となり、経済性向
上の効果がある。

（６）複数の配管の一括保温、一括漏洩検出により、漏
洩検出器のコスト低減が図れ、経済性向上の効果がある
。

（７）センサとして、高放射線、高温化で使用実績が多
く、信頼性の高い熱電対を使用しているため、漏洩検出
器の信頼性向上の効果がある。

以下１本発明の第二の実施例を第５図により説明する０
本実施例は、漏洩検出の好感度変化を目的に構成された
ものであり、漏洩の有無を漏洩材伝搬空間４の流速の大
きさから判定しようとするものである。

第５図は、本発明を原子炉格納容器内冷却系配管１の水
漏洩検出に適用した例である。配管工には、７０気圧、
２８５℃の高温・高圧水が流れている。多数の配管１を
、保温材２と保温壁３で一括保温し、配管１と保温材２
の間に漏洩材が広がるための漏洩材伝搬空間４を設けて
いる。漏洩発生による漏洩材伝搬空間４の流速変化を検
知するため、流速センサ８１〜８３を保温壁３．保温材
２をつきぬいて、漏洩材伝搬空間４に設置しである。流
速信号は、流速信号変換器８０１〜８０３により適当な
レベルの電気信号に変換される。漏洩判定器８１０では
、流速もしくは、流速のゆらぎが設定値以上になったと
き、漏洩と判定し、警報を発する。

漏洩材伝搬空間４の体積が一定であるため、漏洩点９で
高温・高圧水が漏れた場合、漏洩材伝搬空間内４の流速
は、漏洩量に比例して増加する。

第６図が、漏洩量と漏洩材伝搬空間４の流速の計算結果
である。ここで用いている流速センサ８１〜８３は、熱
式のものである。流れに置いた発熱体の温度が一定とな
るよう、常にその発熱体温度をフィードバックして発熱
体に電流を流し、その電流の大きさから流速を算出する
。第７図は、漏洩点９で発生した漏洩に対する流速セン
サ８３の応答を示す、漏洩量が大きいとき、時間遅れを
ともなって、流速センサ８３では大きな流速変化を検出
している。漏洩蒸気には、気化してない水の粒、すなわ
ち、ミストが混在している。ミストが流速センサ８３の
表面に付着したとき、ミストは蒸発して流速センサ８３
のヒータから多くの熱を奪うため、流速センサ８３の出
力は大きな流速変化があったかのような応答を示す、結
局、漏洩材中のミストによって、第７図に示すように、
流速センサ８３の出力は、ひげ状の変化を生じる。漏洩
量が少なくとも、蒸気中にミストが混在してれば、流速
センサ８３の出力にはひげ状の変化が生じる。但し、流
速が遅くなるため、このひげ状の変化があられれる時間
遅れは、漏洩量が少なくなるほど大となる。第７図から
れかるように、漏洩量が少ない場合、流速そのものの変
化より、ひげ状の出力変化からの方が漏洩の有無を検出
しゃすくなるゆこのように、漏洩検出用に流速センサ８
１〜８３を用いれば、微少な漏洩検出も可能となる。流
速変換器８０１〜８０３は、流速センサ８１〜８３の発
熱体温度制御系と、発熱体電流を適当な電圧レベルに変
換して出力する機能をもっており、その出力信号波形は
、第７図に示すようなものである。漏洩判定器８１０は
、流速の大きさおよび、ひげ状の信号の大きさから漏洩
の有無を判定する機能をもっている。また、各検出点で
の漏洩検出の時間遅れの違いがら、漏洩位置を判定して
いる。流速の大きさからの漏洩の有無の判定は、流速信
号からひげ状信号をフィルタで除き、それと設定値を比
較することにより行なう。流速信号のひげ状の信号の大
きさから、漏洩の有無を判定する場合は、流速信号から
フィルタによりひげ状信号のみ抽出し、これを積分した
結果と設定値を比較する。漏洩位置の決定は、最初の漏
洩検出点と二番目の漏洩検出点の間に漏洩点があるとし
、（３）式で演算する。

ここでＱｌは、最初の漏洩検出点から漏洩点までの距離
、Ｌは、最初と二番目の漏洩検出点間の距離、ヤは漏洩
材伝搬空間４の蒸気流速、Δｔは、最初に漏洩検出して
から、他のセンサで漏洩検出するまでの時間である。蒸
気流速νは、流速センサ８１〜８３による測定値を用い
る。漏洩判定器８１０は、これらの機能により、漏洩発
生時警報ブザーを鳴動するとともに、漏洩位置の表示を
行なう。

この実施例において、漏洩検出位置の決定を、二計測点
間の漏洩検出時間の差を用いて実施しているが、流速セ
ンサとして、流れ方向を検出する機能をもつものを用い
れば、その隣あった二計測点間の流れ方向の違いから検
出位置を知ることも可能である。

以上説明した、本実施例特有の効果として、下記のもの
がある。

（１）漏洩付伝搬空間は、保温壁等で外部と隔離し、低
圧に保ち、かつ、流体の流れやすい構造となっているた
め、正常時、その空間内では対流による極めて遅い流れ
しか発生しえず、漏洩時は漏洩水の膨張と流れやすさの
ため、大きな流速変化を生じることになり、漏洩検出の
好感度化が図れるので、漏洩検出器の性能向上の効果が
ある。

（２）漏洩付伝搬空間を設けることにより、漏洩による
流速変化がより遠くまで及び、感度改善できるので、漏
洩検出器の性能向上の効果がある。

（３）漏洩材伝搬空聞を設けることにより、漏洩材伝搬
経路が一義的に定まり、漏洩点の同定機能を向上できる
ので、漏洩検出器性能向上の効果がある。

（４）漏洩材の伝搬空間を設けたことにより、正常時、
および、漏洩発生時の漏洩付伝搬空間の流速推定が容易
となり、警報設定点等をプラント稼動前に定められるた
め、起動試験などプラント稼動前の運転の安全性向上に
効果がある。

（５）上記の流速推定が可能となるため、プラントの設
置後の計測点変更等の手直しが不要となり、経済性向上
の効果がある。

（６）複数の配管の一括保温、一括漏洩検出により、漏
洩検出器のコスト低減が図れ、経済性数置の効果がある
。

（７）センサとして、熱式の流速計を用いたため、流速
に有意な変化がなくとも、蒸気中のミスト検出により微
少な漏洩の検出が可能となり、漏洩検出器の性能向上の
効果がある。

以下、本発明の第三の実施例を、第８図により説明する
６本実施例は、漏洩検出器の高信頼化を目的に構成され
たものであり、漏洩付伝搬空間４の温度と流速が同時に
変化したとき漏洩と判定することにより、高信頼化を図
る。

第８図は１本発明を垂直配管２の漏洩検出に適用した例
である。漏洩点９で生じた漏洩による漏洩付伝搬空間４
の温度および流速変化を、温度センサ５１〜５３．流速
センサ８１〜８３で検出し。

漏洩判定器８２０で漏洩の有無を判定する構造となって
いる。

漏洩付伝搬空間４の温度は、漏洩がない状態では、配管
２の壁温に近くなっており、通常一定となっているが、
プラントの起動・停止の操作時や特殊な運転モードでは
、配管２の壁温が変化することがあり、これにつれて、
漏洩付伝搬空間４の温度も変化する。一方、漏洩のない
状態では、保温材伝搬空間４の流れは、はとんどない、
ところが、保温材２や保温壁に破損が生じたり、経年変
化によって保温材２間に隙間が生じたりすると、その隙
間から漏洩付伝搬空間４に入った気体は。

熱せられて上昇して流れが生じる。このため、流速と温
度の同時変化から、漏洩を判定すれば、保温構造の変化
や、運転温度の変化に対して、漏洩検出器が誤作動しな
くなり、高信頼化が図れる。

このため、漏洩判定器８２０は、漏洩付伝搬空間４の温
度が設定値より低下し、かつ、流速が設定値を越える場
合、もしくは、そのひげ状の信号が設定値を越えた場合
に漏洩と判定する。漏洩の位置は、第二の実施例と同様
にして決めている。

以上説明した本実施例特有の効果は、下記のものがある
。

（１）運転温度や、保温構造が変化しても漏洩検出が可
能となり、漏洩検出器の信頼性向上に効果がある。

（２）垂直配管の漏洩検出も可能となり、漏洩検出範囲
が拡大でき、漏洩検出器の性能向上に効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、水・蒸気等の漏れに伴う温度や流速の
変化が、高速に温度や流速のセンサに達するようになる
ため、漏洩検出器の応答性が改善され、漏洩検出器性能
向上の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の第一の実施例のブロック図。第２図は保温構造の断面図、第３図は、漏洩時の漏洩付
伝搬空間の温度分布図、第４図は、漏洩時の温度変化図
、第５図は本発明の第二の実施例のブロック図、第６図
は、漏洩量対流速特性図、第７図は漏洩時の流速変化図
、第８図は本発明の第三の実施例のブロック線図である
。１・・・輸送配管、２・・・保温材、３・・・保温壁、
４・・・保温材伝搬空間、５１〜５３・・・温度センサ
、５０１〜５０３・・・温度変換器、８１〜８３・・・
流速センサ、８０１〜８０３・・・流速変換器、５１０
，８１０゜８２０・・・漏洩判定器。

Claims

【特許請求の範囲】１、配管と保温材間に前記配管から漏れた物質が伝搬す
るための空間を設け、前記空間の温度もしくは流速変化
から漏洩の有無を判定することを特徴とする漏洩検出器
。２、特許請求の範囲第１項において、前記空間の圧力を、前記配管の内圧力より低圧に保持す
る手段を付加したことを特徴とする漏洩検出器。３、特許請求の範囲第１項において、温度センサを管軸方向に複数設置し、それらの温度の違
いから漏洩位置を推定する機能を付加したことを特徴と
する漏洩検出器。４、特許請求の範囲第１項において、温度センサもしくは流速センサを管軸方向に複数配置し
、前記センサの温度変化の時間差から漏洩位置を推定す
る機能を付加したことを特徴とする漏洩検出器。５、特許請求の範囲第１項において、流向測定機能をもつ流速センサを管軸方向に複数配置し
、その流向分布から漏洩位置を推定する機能を付加した
ことを特徴とする漏洩検出器。６、特許請求の範囲第１項記載において、流速センサとして熱式周速計を用い、漏洩の有無を流速
ゆらぎの大きさから判定することを特徴とする漏洩検出
器。７、特許請求の範囲第１項記載において、漏洩判定のためのしきい値を、配管温度に応じて変更す
るようにしたことを特徴とする漏洩検出器。