JP6532320B2 - 金属配管穿孔方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属配管穿孔方法に関する。

原子力発電プラントの廃炉時には機器及び金属配管の処分が必要となり、これらの切断や撤去作業を実施する。しかし、原子力プラントの圧力容器内に設置されている炉内構造物や圧力容器に接続された金属配管等は、放射性物質が付着している可能性があり、さらには水中に放射性物質が存在している場合においては放射線分解で生成した水素ガスが混在する場合がある。通常、配管はバルブ等で閉止されるため、バルブを開状態にすることで、配管内部の水素ガスを置換することが容易である。しかし、バルブが故障し、弁の開閉ができない場合は配管の一部に貫通孔（開口部）を設ける必要がある。

配管を含めた金属材料を切断加工する方法として、一般的にはプラズマやレーザーを用いる熱切断、刃やドリルを用いる機械切断（機械加工）が挙げられる。配管が水没しているケースのように切断する箇所が水中であれば、特許文献１（特開２００４‐３４７３４９号公報）に記載の切断方法や、特許文献２（特開２００６‐２３４７２６号公報）に記載の切断方法を用いることができる。

特開２００４‐３４７３４９号公報 特開２００６‐２３４７２６号公報

しかしながら、上記特許文献は、いずれも水中における金属配管の切断方法を提供するものであり、気中（空気中）において金属配管を切断するものではない。上述したとおり、配管の内部には水素ガス等の可燃性物質が存在する可能性があるため、気中において可燃性物質に引火しない方法で金属配管に貫通孔を設ける必要がある。

上記特許文献１記載の切断方法では、切断中に火気が発生して可燃性物質に引火することが懸念されるため、上記切断方法を気中で適用することは難しい。また、水を吹き付けながら切削加工する方法や局部的に囲いを設けて水封して切削加工する方法も考えられるが、前者の方法では加工片同士が接触することで火花の発生が懸念され、後者では配管内部が気相であれば水封の効果が期待できず、可燃性ガスが引火する恐れがある。また、特許文献２では、電気化学反応によって配管を切断するために、切断対象となる金属構造物を電解液が貯溜された加工用プールに浸漬しているが、このような加工プールの無い気中で電気化学反応によって金属構造物を切断することおよびその際の構成については、何ら開示されていない。これまでに、気中で、放射性物質及び可燃性物質を含む金属配管において、可燃性物質の引火を防止しつつ貫通孔を設けることが可能な金属配管穿孔方法は見当たらない。

本発明の目的は、上記事情に鑑み、放射性物質と可燃性物質を含む金属配管において、可燃性物質の引火を防止しつつ貫通孔を設けることが可能な金属配管穿孔方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、気中で、可燃性物質を含む金属配管に貫通孔を設ける金属配管穿孔方法において、上記金属配管の表面に、電極と、電解質溶液と、を配置し、上記電解質溶液を介して上記金属配管と上記電極との間に直流電流を流して上記金属配管を溶解して貫通孔を設ける電解腐食工程を含み、上記電解腐食工程において、上記電極が挿入される電極貫通孔と、上記電解質溶液を供給するための供給孔と、上記電解質溶液を排出するための排液孔と、上記電極貫通孔、上記供給孔及び上記排液孔が設けられたカバーと、を備える電極冶具を上記金属配管の表面に固定し、上記金属配管の外側の表面と上記電極冶具の内側の表面とで上記電解質溶液で満たされた密閉空間を形成し、上記金属配管及び上記電極に直流電流を流し、上記カバーは、可とう性を有する材料からなることを特徴とする金属配管穿孔方法を提供する。また、本発明は、他の態様として、気中で、可燃性物質を含む金属配管に貫通孔を設ける金属配管穿孔方法において、上記金属配管の表面に、電極と、電解質溶液と、を配置し、上記電解質溶液を介して上記金属配管と上記電極との間に直流電流を流して上記金属配管を溶解して貫通孔を設ける電解腐食工程を含み、上記電解腐食工程において、上記電極が挿入される電極貫通孔と、上記電解質溶液を供給するための供給孔と、上記電解質溶液を排出するための排液孔と、上記電極貫通孔、上記供給孔及び上記排液孔が設けられたカバーと、を備える電極冶具を上記金属配管の表面に固定し、上記金属配管の外側の表面と上記電極冶具の内側の表面とで上記電解質溶液で満たされた密閉空間を形成し、上記金属配管及び上記電極に直流電流を流し、上記電解質溶液を収容するタンクを備え、上記電極冶具及び上記タンクがポンプ及びホースを介して接続されており、上記電解質溶液が上記ホース及び上記密閉空間を満たしており、上記タンクに液位計が設けられ、上記液位計の値の減少をもって上記金属配管が貫通したと判断することを特徴とする金属配管穿孔方法を提供する。

本発明によれば、放射性物質と可燃性物質を含む金属配管において、可燃性物質の引火を防止しつつ貫通孔を設けることが可能な金属配管穿孔方法を提供することができる。

本発明に係る実施例１の金属配管穿孔方法の手順を示すフローチャートである。 図１のＳ１〜Ｓ２の配管および電極冶具を示す模式図である。 本発明に係る実施例２の金属配管穿孔方法の手順を示すフローチャートである。 図３のＳ１〜Ｓ２の配管および電極冶具を示す模式図である。２における除去対象となる配管の概要を示す図である。 本発明に係る金属配管穿孔方法が適用される原子炉施設内の構造の一部を模式的に示す側面図である。 実施例１の穿孔システムの概要を示す図である。 実施例２の穿孔システムの概要を示す図である。

本発明に係る金属配管穿孔方法の概要を説明すると、気中で、原子力発電所等における可燃性物質が内包される金属配管において、電解質を満たした保持具で電極を配管表面に固定して、電解質を媒体として電極と配管に直流電流を印加することで、配管表面から配管の肉厚方向に溶解させ（電解腐食）、配管内面まで穿孔させるものである。以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、本発明はここで取り上げた実施形態に限定されることはなく、発明の要旨を変更しない範囲で適宜改良及び変更を加えることができる。

図１は本発明に係る実施例１の金属配管穿孔方法の手順を示すフローチャートであり、図２は実施例１のＳ１及びＳ２の配管および電極冶具を示す模式図である。図１に示すように、実施例１の金属配管穿孔方法は、ＳＴＥＰ１（Ｓ１）〜ＳＴＥＰ５（Ｓ５）を含む。以下、各工程について、詳細に説明する。

穿孔作業を開始するに当たり、ＳＴＥＰ１（Ｓ１）では、金属配管（以下、単に「配管」とも称する。）１の穿孔位置８を設定する。図５は、本発明に係る金属配管穿孔方法が適用される原子炉施設内の構造の一部を模式的に示す側面図である。図５に示すように、対象となる金属配管１は、構造物１０の内部において、複数の部屋を縦横に敷設されているため、配管の建設記録や関連図面、カメラ画像、線量率測定結果等をもとに、作業に必要なスペースが確保できることや放射線量が低いこと等を勘案して穿孔位置８を設定する。原子炉施設内の構造物の一部である配管１としては、炭素鋼またはステンレス鋼からなるものが一般的である。

次に、ＳＴＥＰ２（Ｓ２）では、穿孔位置８に電極冶具６を取り付け、電極冶具６に電解質溶液を通水する。図２（ｃ）に示すように、電極冶具６は、電極７が挿入される電極貫通孔６１と、電極冶具６に電解質を含む電解質溶液を供給するための供給孔６２と、電極冶具６内の電解質溶液を電極冶具６外へ排出する排液孔６３と、電極貫通孔６１、供給孔６２及び排液孔６３が設けられたカバー６０で構成される。また、配管１の表面には、電流を流すための通電部材（通電ピン）１６が設けられている。

穿孔位置８となる配管１の表面に電極冶具６を押し付け（図２（ｃ））、配管に固定する（図２（ｄ））。電極冶具６（カバー６０）の端面６０ａは、配管１表面の曲面に密着するように形状加工が為されており、電極冶具６を配管１に押付けることで、カバー６０の端面６０ａと配管１の表面とが密着し、そのまま固定保持されることで後述する電解質を含む溶液（電解質溶液）が漏れないようにすることができる。すなわち、配管１の表面とカバー６０とで、電解質溶液で満たされた密閉空間が形成される。

カバー６０の材料としては、特に限定は無いが、配管１へ押し付けて密着させるために、可とう性を有する材料であることが好ましい。具体的には、シリコン系樹脂やフッ素系樹脂が好適である。

図２（ｅ）に示すように、電極冶具６は、中央部分に電極貫通孔６１を有しており、電極貫通孔６１を貫通するように電極７が差し込まれている。また、電極貫通孔６１と平行に、電解質溶液を通水（供給）するための貫通孔（供給孔）６２と、溶液を排水するための貫通孔（排液孔）６３とを有している。電解質溶液は、供給孔６２を介してカバー６０内に供給されてカバー６０内を満たし、排液孔６３を介してカバー６０外へ排出される。電極７の先端は、電極冶具６が配管１の表面に取り付けられたときに、配管１表面に近接するよう配置されており、電極冶具６を配管１表面に密着するように固定すると、電極７と配管１表面との間は電解質溶液で満たされる構成となっている。

電極７は、金属であれば特に限定はないが、金属配管よりも標準電極電位が高いものであることが好ましい。具体的には、金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウムまたはオスミウムのいずれかの貴金属を含むものであることが好ましい。また、電極７の先端と配管表面との間の距離は５ｍｍ以下とすることが望ましい。

図６は、実施例１の穿孔システムの概要を示す図である。図２の丸で囲ったＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、それぞれ図６の丸で囲ったＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに接続されており、Ａ，Ｂは電解質溶液の循環系統を示し、Ｃ，Ｄは電気系統を示している。

図６に示すように、電極冶具６は構造物１０の外部に置かれた溶液タンク５にポンプ１２及びホース４を介して接続されており、電解質溶液は、ホース４とカバー６０との間を循環している。溶液タンク５内の溶液は、ポンプ１２、ホース４及び供給孔６２を介して電極冶具６のカバー６０内へ送液される。そして、電極７と配管１表面との間隙を満たした後、排液孔６３及びホース４を介して、溶液タンク５に回収される。すなわち、ホース４とカバー６０は、電解質溶液で満たされていることになる。

電解質溶液は、塩酸、硫酸、硝酸または塩化ナトリウムのいずれかを含む酸性溶液を用いることが望ましいが、後述する電極７と配管１表面の間に通電するのに必要な電気伝導度が確保できれば、塩化物を含む中性溶液でも本発明に適用することができる。

図２に示す電極７と通電ピン１６は、図６に示す電気ケーブル３により電源９に接続される。なお、通電ピン１６は配管１に電気的に接触しているものであり、配管１への固定方法に特に限定はないが、例えばネジ止めや溶接、接着等により固定することができる。

次に、ＳＴＥＰ３（Ｓ３，電解腐食工程）で、電源９を用いて電極７と通電ピン１６の間に１Ａ程度の定電流を流すことで、配管１表面を電解腐食させる。配管１に対して定電流を継続して流すと、徐々に配管の肉厚方向に腐食が進行するので、最終的には配管１に穿孔することが可能となる。穿孔後は、通水した溶液が僅かに配管内面側へ漏えいするので、タンク５、ホース４および電極冶具６を循環する電解質溶液の量が減少することになる。そのため、溶液タンク５に予め液位計１１を設置しておき、電流を流してから規定時間経過後に液位計１１で測定したタンク５内の電解質溶液の水位が規定の値を下廻ったら貫通が完了したと判断することが可能である。貫通完了後、弁１３を閉止するとともにポンプ１２を停止する。そして、ＳＴＥＰ５（Ｓ５）で、電極冶具６及び関連部材を撤去し、作業終了とする。

上記構成によれば、気中環境において、水素ガス等の可燃性物質を内包した金属配管であっても、可燃性物質に引火することなく配管に穿孔することが可能となり、配管に貫通孔を設けることが出来る。また、貫通孔を設けた後は、貫通孔を通して配管内部に含まれる可燃性物質を不活性ガス等に置換することで、火花が発生しても着火しないため、一般的な機械的切断方法で切断解体することが出来る。また、貫通孔が設けられる部位は電極冶具によって覆われているため、配管内部に含まれる放射性物質や可燃性物質の外部へ拡散を防止しながら貫通孔を設ける作業を行うことができる。さらに、本発明の構成は遠隔で穿孔作業を実行することが可能であり、作業者の被ばくを防止することができる。

図３は、本発明に係る実施例２の金属配管穿孔方法の手順を示すフローチャートである。本実施例の金属配管穿孔方法は、実施例１にＳＴＥＰ７（Ｓ７）およびＳＴＥＰ８（Ｓ８）の作業手順が追加されたものであり、機械的加工による機械加工工程（Ｓ７）と実施例１の電解腐食工程とを組み合わせた場合の作業手順の概略を示している。以下に、Ｓ７及びＳ８について詳述する。

図４は、図３のＳ１〜Ｓ２の配管および電極冶具を示す模式図である。図４に示すように、Ｓ１で穿孔位置８を決定した後（図４（ｂ））、Ｓ７で穿孔位置８に加工ドリル１４と密閉容器２を取り付ける（図４（ｃ）および（ｄ））。図４（ｃ）に示すように、密閉容器２内で加工ドリル１４が回転することで配管の肉厚方向に削孔を行う。密閉容器２は配管材の切削粉が周囲に飛び散らないように設けている。

図７は、実施例２の穿孔システムの概要を示す図である。図４の丸で囲ったＥは図７の丸で囲ったＥに接続されており、電気系統の接続を示している。図７に示すように、加工ドリル１４は構造物１０の外部に置かれた加工ドリル操作盤１５に電気ケーブル３を介して接続されている。加工ドリル操作盤１５は加工ドリル１４の回転操作と肉厚方向への送り操作を実施し、配管１を規定の深さ（配管１を貫通しない深さ、言い換えると、配管１の肉厚未満の深さ）削孔する。

その後、Ｓ８で加工ドリル１４を撤去後、切削した位置にＳ２で電極冶具６を取付け、電解腐食工程を実施する。配管１を電解腐食する厚さが、上述した切削加工分だけ減ずることになるので、Ｓ３における作業時間（電源９を用いて電極７と通電ピン１６間に１Ａ程度の定電流を流す時間）が短縮される。さらに、電極冶具６は切削加工部位（ドリル加工穴内）に差し込み固定できるので、配管への電極冶具６の固定も容易となる。図３に記載したその他のＳＴＥＰは実施例１と同様であるので、説明を省略する。

以上、説明したように、本発明によれば、放射性物質と可燃性物質を含む金属配管において、可燃性物質の引火を防止しつつ貫通孔を設けることが可能な金属配管穿孔方法を提供することができることが示された。本発明に係る金属配管穿孔方法は、原子力発電所等で用いられている気体配管等の撤去作業に好適である。

なお、上記した実施例は、本発明の理解を助けるために具体的に説明したものであり、本発明は、説明した全ての構成を備えることに限定されるものではない。例えば、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。さらに、各実施例の構成の一部について、削除・他の構成に置換・他の構成の追加をすることが可能である。

１…金属配管、２…密閉容器、３…電気ケーブル、４…ホース、５…タンク、６…電極冶具、６０…カバー、６０ａ…端面、６１…電極貫通孔、６２…供給孔、６３…排液孔、７…電極、８…穿孔位置、９…電源、１０…構造物、１１…液位計、１２…ポンプ、１３…弁、１４…加工ドリル、１５…加工ドリル操作盤、１６…通電ピン。

Claims (12)

1. 気中で、可燃性物質を含む金属配管に貫通孔を設ける金属配管穿孔方法において、前記金属配管の表面に、電極と、電解質溶液と、を配置し、前記電解質溶液を介して前記金属配管と前記電極との間に直流電流を流して前記金属配管を溶解して貫通孔を設ける電解腐食工程を含み、
   前記電解腐食工程において、前記電極が挿入される電極貫通孔と、前記電解質溶液を供給するための供給孔と、前記電解質溶液を排出するための排液孔と、前記電極貫通孔、前記供給孔及び前記排液孔が設けられたカバーと、を備える電極冶具を前記金属配管の表面に固定し、前記金属配管の外側の表面と前記電極冶具の内側の表面とで前記電解質溶液で満たされた密閉空間を形成し、前記金属配管及び前記電極に直流電流を流し、
   前記カバーは、可とう性を有する材料からなることを特徴とする金属配管穿孔方法。
2. 気中で、可燃性物質を含む金属配管に貫通孔を設ける金属配管穿孔方法において、前記金属配管の表面に、電極と、電解質溶液と、を配置し、前記電解質溶液を介して前記金属配管と前記電極との間に直流電流を流して前記金属配管を溶解して貫通孔を設ける電解腐食工程を含み、
   前記電解腐食工程において、前記電極が挿入される電極貫通孔と、前記電解質溶液を供給するための供給孔と、前記電解質溶液を排出するための排液孔と、前記電極貫通孔、前記供給孔及び前記排液孔が設けられたカバーと、を備える電極冶具を前記金属配管の表面に固定し、前記金属配管の外側の表面と前記電極冶具の内側の表面とで前記電解質溶液で満たされた密閉空間を形成し、前記金属配管及び前記電極に直流電流を流し、
   前記電解質溶液を収容するタンクを備え、前記電極冶具及び前記タンクがポンプ及びホースを介して接続されており、前記電解質溶液が前記ホース及び前記密閉空間を満たしており、
   前記タンクに液位計が設けられ、前記液位計の値の減少をもって前記金属配管が貫通したと判断することを特徴とする金属配管穿孔方法。
3. 前記電解質溶液を収容するタンクを備え、前記電極冶具及び前記タンクがポンプ及びホースを介して接続されており、前記電解質溶液が前記ホース及び前記密閉空間を満たしており、
   前記タンクに液位計が設けられ、前記液位計の値の減少をもって前記金属配管が貫通したと判断することを特徴とする請求項１に記載の金属配管穿孔方法。
4. 前記電解腐食工程の前に、機械加工によって前記金属配管を切削する機械加工工程を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の金属配管穿孔方法。
5. 前記カバーの前記金属配管との接触部は、前記金属配管の表面に密着可能な形状を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の金属配管穿孔方法。
6. 前記金属配管は、前記直流電流を通電させるための通電部材が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の金属配管穿孔方法。
7. 前記電極及び前記通電部材が電気ケーブルを介して電源に接続されていることを特徴とする請求項６記載の金属配管穿孔方法。
8. 前記電極が、金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウムまたはオスミウムのいずれかの貴金属を含むものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の金属配管穿孔方法。
9. 前記電解質溶液は、塩酸、硫酸、硝酸または塩化ナトリウムのいずれかを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の金属配管穿孔方法。
10. 前記金属配管が、炭素鋼またはステンレス鋼からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の金属配管穿孔方法。
11. 前記金属配管が、原子炉施設の構造物の一部であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の金属配管穿孔方法。
12. 前記金属配管の中に放射性物質が含まれることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の金属配管穿孔方法。

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