JPH08297196A

JPH08297196A - 沸騰水型原子力プラント

Info

Publication number: JPH08297196A
Application number: JP7103403A
Authority: JP
Inventors: Yasuko Watanabe; 康子渡邊; Yoshitaka Nishino; 由高西野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-04-27
Filing date: 1995-04-27
Publication date: 1996-11-12

Abstract

(57)【要約】【構成】沸騰水型原子炉において、一次冷却水の循環経
路中に溶存酸素を低減する装置を設けることによって、
一次冷却系での腐食環境を緩和する方法。【効果】一次冷却水の循環経路中に溶存酸素を低減する
装置を持つ構成にすることにより、炉心で生成する酸化
性成分の蓄積を抑制し、一次冷却系での腐食環境を緩和
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は沸騰水型原子炉一次冷却
系における腐食環境の緩和された原子力プラントに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】原子炉構造材料の粒界応力腐食割れ（以
下、ＩＧＳＣＣという）は、材料の成分組成，応力，水
質の３因子が共に好ましくない状態にある時に起こると
されている。従来から原子炉構造材、特にSUS304鋼に対
しては、炭素含有量の低減や、残留応力緩和の熱処理な
どを施し、ＩＧＳＣＣの観点からは十分安全側で運転さ
れてきた。このように、これまでの方策は、ＩＧＳＣＣ
の３因子のうちで材料，応力の２因子に対するものであ
ったが、近年沸騰水型原子炉において、第３の因子のう
ちの一つである酸化性成分の濃度を低減するため、特開
昭57−3086号公報に見られるように、水素注入が試みら
れてきた。

【０００３】図２に従来の沸騰水型原子炉一次系の主要
系統を示す。同図において、１は原子炉炉心、２は上部
プレナム、３は気水分離器、４はミキシングプレナム、
５はダウンカマ、６は再循環ポンプ、７は下部プレナ
ム、８は炉浄化系、９は給水ヒータ、１０は復水脱塩
器、１１Ａは高圧タービン、１１Ｂは低圧タービン、１
２はこれらのタービンにより運転される発電機、１３は
オフガス処理装置、１４は希ガスホールドアップ、１５
は復水器、１６は還元剤注入装置、１７は給水配管、１
８は主蒸気配管、１９は再循環配管、２０はジェットポ
ンプ、２１は給水ポンプ、２２は復水ポンプである。

【０００４】原子炉炉心１において核分裂反応により発
生した熱は、一次冷却水を蒸気に変えることで除去され
る。蒸気は上部プレナム２，気水分離器３において一次
冷却水と分離され、蒸気は高圧タービン１１Ａ，低圧タ
ービン１１Ｂへと運ばれ、その圧力で発電機１２を動か
し、発電する。蒸気は復水器１５で水に戻され、復水脱
塩器１０，給水ポンプ２１，給水ヒータ９，給水配管１
７を経て一次冷却水に供給される。一方、蒸気と分離さ
れた一次冷却水はミキシングプレナム４，ダウンカマ
５，ジェットポンプ２０，下部プレナム７を経て再び炉
心へと戻る。ダウンカマ５から、一部の一次冷却水は再
循環ポンプ６，再循環配管１９を経てジェットポンプの
駆動に寄与する。再循環配管１９を流れる一次冷却水の
一部は、炉浄化系８により、不純物を除かれたのち、給
水に合流する。

【０００５】沸騰水型原子炉一次冷却系の復水器以後の
給水系において水素注入する例は、給水ポンプ２１の上
流に還元剤注入装置１６を配置し、注入した水素を炉心
における水の放射線分解の結果生成する酸化性成分と結
合させ、再循環系６をはじめとして一次冷却系各部の酸
化性成分の濃度を低減させることをねらいとしていた。

【０００６】しかし、水素注入のマイナス面として、タ
ービン系線量率の上昇がある。これは、ある水素注入量
を境に、タービン系線量率が５〜１０倍に上昇するもの
で、炉心で酸素−１６と中性子との核反応により発生し
た窒素−１６が、注入した水素との反応により揮発性の
高いアンモニアに変化することに起因する。タービン建
屋は原子炉建屋より遮蔽が薄いため、タービン系線量率
の上昇はタービン建屋周辺での線量率の上昇をもたら
す。

【０００７】発電所敷地の広い海外プラントでは、線量
率の上昇はさほど問題にならない場合が多いが、国内の
原子力発電所においては敷地が限られているため、境界
線量率の上昇により水素注入量が制限されることもあり
うると考えられる。従来技術による炉水中の腐食環境緩
和は充分な注入が行える場合は可能であるが、以上のよ
うにタービン系線量率の上昇を伴うため、充分な注入が
行えない可能性があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、沸騰
水型原子炉及び原子力プラントにおいて、一次冷却系に
おける腐食環境の緩和された原子力プラントを提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、一次冷却水の
循環経路中に溶存酸素濃度を低減する装置を持つことに
よって、酸化性成分の蓄積を抑制することにより、一次
冷却系における腐食環境の緩和された原子力プラントを
構成する。

【００１０】

【作用】放射線が媒質中を通過するとき、その飛跡上で
イオン化や励起が次々と行われる。放射線による一次的
なイオン化に伴って放出される２次電子は、まだ充分に
エネルギを持っているので、さらにイオン化を起こす。
２次電子のエネルギが大きければ、一次粒子の飛跡より
枝分かれした別の飛跡を作り、さらにイオン化を起こ
す。２次電子のエネルギが充分小さければ（１００ｅＶ
以下）２次的なイオン化や励起は、一次的なイオン化の
位置の近く（１０Å程度）で起こるため、イオン対及び
励起種の集落が作られる。この集落を放射線化学ではス
パー（spur）と呼んでいる。飛跡に沿って生成するスパ
ーの分布は、放射線の種類，エネルギによる。

【００１１】放射線による水の分解反応は、化１のよう
に表せるが、最終的な生成物，濃度は、スパーの分布や
不純物などにより異なる。一般に、放射線の線エネルギ
損失（ＬＥＴ）が低いとき、生成物と、１００ｅＶのエ
ネルギ吸収による生成物の発生個数（Ｇ値）は以下のよ
うになる。

【００１２】

【化１】

【００１３】Ｇ(ｅ_aq)＝Ｇ(ＯＨ)＝２.６±０.３，
Ｇ(Ｈ)＝０.６０，Ｇ(Ｈ₂)＝０.４５，
Ｇ(Ｈ₂Ｏ₂)＝０.７５ＬＥＴの高い放射線ではスパーが密集しているため、ラ
ジカルの再結合が起こりやすくなり、ラジカルのＧ値は
減少するが、分子状生成物のＧ値は増加する。最終的な
生成物は、酸素，水素，過酸化水素が主要な生成物であ
る。沸騰水型原子炉炉心部においては沸騰が起こってい
るため、酸素，水素等の気体成分は、一部蒸気中へ移行
する。過酸化水素は循環に伴い、熱分解，表面分解の２
様式で分解し、酸素を生成する。その他の炉水中に残っ
た成分も、循環に伴い、分解または相互に反応し、それ
ぞれの部位において異なる定常濃度を維持している。

【００１４】総合的に見ると、水の放射線分解で生成し
た成分のうち、還元性成分(水素等)は酸化性成分（酸
素，過酸化水素等）より蒸気中に移行しやすい。従っ
て、炉水は概して酸化性の環境にある。水素注入は放射
線照射下において酸化性成分を還元する水素を炉水に添
加することにより、炉水の酸化性雰囲気を緩和しようと
するものである。

【００１５】本発明は、一次冷却水の循環経路中に溶存
酸素濃度を低減する装置を設けることにより、一次冷却
水の酸化性雰囲気を緩和するものである。一次冷却水中
には酸素以外にも酸化性成分が多種存在するが、強度の
放射線照射下ではそれらの濃度はすみやかに平衡状態へ
移行する。従って、主要酸化性成分の一つである酸素濃
度を低減することにより、一次冷却水中の全ての酸化性
成分の蓄積を抑制し、一次冷却水の酸化性雰囲気全体を
緩和できる。

【００１６】水素等の還元剤注入によって、一次冷却水
中の酸化性成分濃度の低減を図っているときにも、本発
明は効果的に作用する。本発明では、酸化性成分を還元
剤が作用する炉心以前に低減するものであるので、還元
剤により残存している酸化性成分が低減され、より腐食
環境の緩和された一次冷却水を提供できる。特に水素注
入量が少ない時には、還元剤による酸化性成分の低減効
果が十分でないため、本発明を用いることにより酸化性
成分の低減を効果的に行うことができる。

【００１７】以上より、沸騰水型原子炉一次冷却系に溶
存酸素濃度を低減する装置を設置することにより、一次
冷却系における腐食環境の緩和された原子力プラントを
構成できることが明らかとなった。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。図１
は本発明を応用した沸騰水型原子力プラントの一例であ
る。原子炉炉心１において核分裂反応により発生した熱
は、一次冷却水を蒸気に変えることで除去される。蒸気
は上部プレナム２，気水分離器３において一次冷却水と
分離され、蒸気は高圧タービン１１Ａ，低圧タービン１
１Ｂへと運ばれ、その圧力で発電機１２を動かし、発電
する。蒸気は復水器１５で水に戻され、復水脱塩器１
０，給水ポンプ２１，給水ヒータ９，給水配管１７を経
て一次冷却水に供給される。一方、蒸気と分離された一
次冷却水はミキシングプレナム４，ダウンカマ５，ジェ
ットポンプ２０，下部プレナム７を経て再び炉心へと戻
る。ダウンカマ５から、一部の一次冷却水は再循環ポン
プ６，再循環配管１９を経てジェットポンプの駆動に寄
与する。再循環配管１９を流れる一次冷却水の一部は、
炉浄化系８により、不純物を除かれたのち、給水に合流
する。再循環配管１９中に設置された溶存酸素濃度低減
装置２３は、加熱沸騰により沸騰に伴う蒸気と共に、気
体成分を液中より除去するものである。酸素を含む、抽
気された気体は、オフガスとして処理する。溶存酸素濃
度低減装置２３への熱供給はヒートポンプを用いて蒸気
復水時の廃熱などプラント内の廃熱を有効利用できる。

【００１９】推奨される気体成分の除去速度はプラント
や、その運転条件，水質条件により異なる。これは酸化
性成分の蓄積状況がプラントパラメータにより異なるた
めである。

【００２０】以下、８００ＭＷｅ級沸騰水型原子炉にお
ける本実施例の予測結果を説明する。再循環配管１９中
に溶存酸素濃度低減装置２３を設置し、再循環配管１９
を流れる炉水全量の溶存酸素濃度を３０％まで低減した
場合、シュラウド内面２５での溶存酸素濃度は７６.１p
pbから４８.９ppbへと設置前の約６５％に、過酸化水素
濃度は２８８ppbから２３０ppbへと設置前の約８０％に
低減される。さらに、（給水への水素注入量）／（炉心
流量）が３.５ppbとなる程度の水素注入時には、溶存酸
素濃度は４１.４ppbから１３.７ppbへと設置前の約３０
％に、過酸化水素濃度は２１３ppbから１４０ppbへと設
置前の約６５％に低減される。

【００２１】図３は、図１に示した実施例に加え、過酸
化水素分解促進部２４をミキシングプレナム４に設置し
た場合の実施例である。溶存酸素濃度低減装置２３では
除去できない過酸化水素を表面反応により酸素に分解す
ることで、酸化性成分の除去がより効果的に行われる。
過酸化水素分解促進部２４は、構造材と同質の材料を用
いた多層網状のフィルタ構造により、原子炉構造材に影
響を与えることなく構成できる。また、白金触媒など、
触媒によっても構成可能である。

【００２２】図１に示した実施例と同様、８００ＭＷｅ
級沸騰水型原子炉において、本実施例の予測結果を説明
する。ミキシングプレナム４に設置した過酸化水素分解
促進部２４において、ミキシングプレナム４を流れる冷
却水中の過酸化水素の７０％が分解され、該当量の酸素
が生成し、再循環配管１９中に設置した脱ガス装置２３
において、再循環配管１９を流れる炉水全量の溶存酸素
濃度を３０％まで低減した場合、シュラウド内面２５で
の溶存酸素濃度は７６ppbから３ppbへと設置前の約３％
に、過酸化水素濃度は２８８ppbから９３ppbへと設置前
の約３５％に激減する。さらに、（給水への水素注入
量)／(炉心流量）が３.５ppbとなる程度の水素注入時に
は、溶存酸素濃度は４１ppbから０.６ppb へと設置前の
約２％に、過酸化水素濃度は２１３ppbから６５ppbへと
設置前の約３０％に低減される。過酸化水素分解促進部
２４のみの設置でも酸化性成分の低減効果はあるが、そ
の場合におけるシュラウド内面２５での溶存酸素濃度は
９.５ppbと両設備設置の場合の３ppb の約３倍、過酸化
水素濃度は１２７ppbと両設備設置の場合の９４ppbの約
１.３倍である。

【００２３】図４は、図１に示した実施例において、溶
存酸素濃度低減装置２３を加熱沸騰式から減圧沸騰式に
変更した場合の実施例である。一次冷却水を減圧するこ
とにより沸騰させているため、脱ガス装置２３に熱を供
給する必要がなく、装置を簡素化できる。効果について
は、図１に示した実施例と同様である。

【００２４】図５は、図１に示した実施例において、溶
存酸素濃度低減装置２３を炉浄化系８の下流に設置し、
酸素を選択的に透過する物質でできた膜を用いて構成し
た場合の実施例である。酸素透過膜など、高温での使用
が難しい物質を使用する場合は、炉浄化系で、一次冷却
水温度が低い部分に設置する。しかし、炉浄化系８は流
量が少なく、効果としては図１に示した実施例に劣る。

【００２５】図６は、溶存酸素濃度低減装置２３を、酸
素と化合して固体の酸化物を生成する物質を用いて構成
した場合の実施例である。溶存酸素濃度低減装置２３
は、再循環配管１９に設置する場合を示す。溶存酸素濃
度低減装置２３の内部には、鉄の微粉末が格納されてお
り、一次冷却水と接している。再循環配管を流れる一次
冷却水中の酸素は鉄と反応し、溶存酸素濃度低減装置２
３の内部に留まる。鉄の微粉末は使用に伴い酸化鉄に変
化するので、適切な時期に交換あるいは再生する必要が
ある。効果は、酸素除去効率がやや低いと予想されるた
め、図１に示した実施例に劣る。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば一次冷却水の循環経路中
に溶存酸素濃度を低減する装置を設置する事により、一
次冷却系において腐食環境の緩和された原子力プラント
を構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図。

【図２】沸騰水型原子炉一次冷却系のブロック図。

【図３】図１に示した実施例に加えて過酸化水素分解促
進部２４をミキシングプレナム４に設置した場合の実施
例のブロック図。

【図４】図１に示した実施例において溶存酸素濃度低減
装置２３を図１の加熱沸騰式から減圧沸騰式に変更した
場合の実施例のブロック図。

【図５】溶存酸素濃度低減装置２３を酸素選択透過膜で
構成し、炉浄化系８の低温部に設置した場合の実施例の
ブロック図。

【図６】溶存酸素濃度低減装置２３を酸素と化合して固
体の酸化物を生成する物質を用いて構成し再循環配管１
９に設置した場合の実施例のブロック図。

【符号の説明】

１…原子炉炉心、２…上部プレナム、３…気水分離器、
４…ミキシングプレナム、５…ダウンカマ、６…再循環
ポンプ、７…下部プレナム、８…炉浄化系、１０…復水
脱塩器、１１Ａ…高圧タービン、１１Ｂ…低圧タービ
ン、１５…復水器、１６…還元剤注入装置、１８…主蒸
気配管、２１…給水ポンプ、２３…溶存酸素濃度低減装
置、２５…シュラウド内面。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】沸騰水型原子炉において、一次冷却水の溶
存酸素濃度を低減する装置を持つことを特徴とする沸騰
水型原子力プラント。
【請求項２】前記一次冷却水の流路に過酸化水素分解促
進部を持ち、その下流に溶存酸素濃度を低減する装置を
持つ請求項１に記載の沸騰水型原子力プラント。
【請求項３】前記一次冷却水に水素注入を行う請求項１
または請求項２に記載の腐食環境緩和方法。
【請求項４】請求項１または請求項２に記載の溶存酸素
濃度を低減する装置が、一次冷却水をその装置内で沸騰
させる沸騰水型原子力プラント。
【請求項５】前記一次冷却水の沸騰方法として、加熱あ
るいは減圧またはその組合せである請求項４に記載の沸
騰水型原子力プラント。
【請求項６】請求項１または請求項２に記載の前記溶存
酸素濃度を低減する装置に、酸素を選択的に透過する物
質を用いる沸騰水型原子力プラント。
【請求項７】請求項１または請求項２に記載の溶存酸素
濃度を低減する装置に、酸素と化合して固体の酸化物を
生成する物質を用いる沸騰水型原子力プラント。