JPH10115696A - 原子力プラントの水素・酸素注入停止方法及び緊急用水素・酸素注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】原子炉水の導電率の上昇を抑制するとともに、
緊急停止した場合に気体廃棄物処理系の健全性を損なう
ことがない原子力プラントの水素・酸素注入方法と、そ
の装置を提供する。 【解決手段】原子炉冷却系に水素を注入するとともに気
体廃棄物処理系で余剰となる水素を処理するために排ガ
ス再結合器17の上流側に酸素注入する沸騰水型原子力プ
ラントの水素・酸素注入方法において、プラントの運転
時、またはプラントの停止時に水素及び酸素の注入を停
止して、水素注入停止時の原子炉水の導電率の上昇を抑
制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子炉冷却水に水
素を注入するとともに、気体廃棄物処理系において余剰
となる水素を処理するため、気体廃棄物系再結合器の下
流側に酸素を注入して水素注入停止時の原子炉水の導電
率の上昇を抑制するように構成した沸騰水型原子力プラ
ントの水素・酸素注入停止方法及び緊急用水素・酸素注
入装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子炉冷却系の応力腐食割れ（ＳＣＣ）
対策として、原子炉冷却水（以下、炉水と記す）中の溶
存酸素濃度を下げるために、炉水中に水素を注入する方
法がある。炉水中の溶存酸素は炉内で炉水が放射線分解
することによって生じるものであり、水素注入を行うこ
とにより、炉水の放射線分解により生じた酸素と結合さ
せて水にし、溶存酸素濃度を低減する。

【０００３】図６により従来の沸騰水型原子力プラント
における水素・酸素注入装置を説明する。原子炉１内で
発生した蒸気は、主蒸気管２を通ってタービン系へ送ら
れタービン３を駆動し、復水器４で凝縮され復水とな
る。この復水は、復水ポンプ５，エゼクタコンデンサ６
を経て復水脱塩装置７で不純物を除去され、給水系へ送
られる。さらに、給水加熱器８で加熱され、給水ポンプ
９を経て給水配管13を通り、原子炉１へ供給される。

【０００４】一方、蒸気とならなかった炉水は、再循環
系10に設けた循環ポンプ11により再び原子炉１内炉心入
口へ送られる。給水ポンプ９の吸入側配管に水素注入装
置12を配管接続し、水素注入装置12から給水配管13へ水
素を注入し、給水中へと溶解させる。この溶存水素を含
んだ給水を、原子炉１に送り込むことにより、原子炉１
内の放射線分解で生じた酸素を結合させ炉水中の酸素濃
度を低減させることができる。

【０００５】一方、注入した水素の一部は、タービン
３，復水器４，抽気管14，空気抽出器15を経て気体廃棄
物処理系予熱器16へ放出される。気体廃棄物処理系予熱
器16へ導かれた通常の排ガスは、再結合器17，排ガス復
水器18，活性炭吸着塔19を経てスタック20から大気中に
放出される。

【０００６】水素の体積割合が増加すると放出途中で、
水素爆発を起こす危険性が考えられるため、再結合器17
入口側に酸素注入装置21を配管接続し、この酸素注入装
置21を用いて余剰な水素を再結合させるのに必要な酸素
を注入し、排ガス再結合器17で結合させ、水として排出
する。

【０００７】また、再循環系10を流れる炉水の一部は循
配ポンプ11の吸入側に配管接続した冷却材浄化系ポンプ
23を経て冷却材浄化装置22にてクロム酸イオン等の不純
物を除去された後、給水系の給水配管13を経て、再び原
子炉１へ送られる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】水素注入時には炉水中
の溶存酸素濃度が減少するために、炉水の雰囲気が酸化
性雰囲気から還元性雰囲気へと移行する。炉水中に存在
するクロム酸イオンは還元性雰囲気中では酸化物形態に
なり、主としてイオン形態のクロムを除去している冷却
材浄化系では除去され難くなる。

【０００９】しかしながら、給水等からのクロムの持込
量は、基本的に水素注入による炉水の雰囲気とは無関係
でほぼ一定であり、冷却材浄化系で除去されなくなった
差分だけ炉内にクロムが蓄積すると考えられる。

【００１０】水素注入停止時には炉水雰囲気は還元性雰
囲気から再び酸化性雰囲気になり、クロムはイオン形態
で存在することが可能になる。このため水素注入停止時
には炉内に蓄積していたクロムが急激に炉水中に溶出
し、炉水導電率が上昇する。

【００１１】現在、炉水導電率は0.2 μＳcm^-1前後で管
理されているが、水素注入停止時の急激なクロムの溶出
時には管理目標値である0.4 μＳcm^-1を越えるおそれが
あり、プラント運転上好ましくない。

【００１２】このような水素注入停止時の炉水の導電率
上昇を抑制し、炉水の導電率を管理目標値以下に保ちた
いとの要望があるが、かかる要望を実現するための手段
は確立されていない。

【００１３】また、水素及び酸素注入装置が緊急に停止
した場合は、炉水の導電率の上昇に加えて、気体廃棄物
において水素または酸素が一時的に過剰になり、水素爆
発や、活性炭塔での発火などのおそれがあり、気体廃棄
物処理系の健全性上好ましくない。このような、水素及
び酸素注入装置の緊急停止時の気体廃棄物処理系に対す
る健全性の確保は十分に行われていない。

【００１４】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、沸騰水型原子力プラント運転時、プラント停
止時、または注入装置の緊急停止による水素・酸素注入
停止時に、炉水の導電率の上昇を抑制すること、及び緊
急停止した場合に気体廃棄物処理系の健全性を損なうこ
とのない原子力プラントの水素・酸素注入方法及び緊急
水素・酸素注入装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明において
は、原子炉冷却系に水素を注入するとともに、気体廃棄
物処理系で余剰となる水素を処理するため、気体廃棄物
処理系の排ガス再結合器の上流側に酸素注入する沸騰水
型原子力プラントにおける水素・酸素注入法において、
プラント運転時に水素及び酸素の注入を停止するにあた
り、水素注入停止時の炉水の導電率上昇を抑制すること
を特徴とする。

【００１６】請求項１の水素・酸素注入停止方法におい
ては、プラント運転時における水素・酸素の注入停止時
に水素注入量を漸減することにより、注入停止時の炉水
の導電率の上昇を抑制することができる。

【００１７】請求項２の発明においては、原子炉冷却系
に水素を注入するとともに、気体廃棄物処理系で余剰と
なる水素を処理するため、気体廃棄物処理系の排ガス再
結合器の上流側に酸素注入する沸騰水型原子力プラント
における水素・酸素注入法において、プラント停止時に
水素及び酸素の注入を停止するにあたり、水素注入停止
時の炉水の導電率上昇を抑制することを特徴とする。

【００１８】請求項２の水素・酸素注入停止方法におい
ては、プラント停止時における水素・酸素の注入停止時
に放射線分解による原子炉内での酸素の発生が停止する
まで水素を注入することにより、注入停止時の炉水の導
電率の上昇を抑制することができる。

【００１９】請求項３の発明においては、原子炉冷却系
に水素を注入するとともに、気体廃棄物処理系において
余剰となる水素を処理するため、気体廃棄物処理系再結
合器の上流側に酸素注入する沸騰水型原子力プラントに
おける水素・酸素注入法において、通常時の水素・酸素
注入方法の緊急停止時には別途手段の緊急用水素・酸素
注入方法により行うことを特徴とし、これにより水素注
入停止時の炉水の導電率上昇を抑制する。

【００２０】請求項３の水素・酸素注入停止方法におい
ては、水素・酸素注入装置の緊急停止時に緊急用水素注
入設備を用いて水素注入を実施することにより、水素・
酸素注入装置の緊急停止時の炉水の導電率の上昇を抑制
することができる。

【００２１】請求項４の発明においては、原子炉冷却系
に水素を注入するとともに、気体廃棄物処理系で余剰と
なる水素を処理するため、気体廃棄物処理系再結合器の
上流側に酸素注入する沸騰水型原子力プラントにおける
水素・酸素注入法において、水素・酸素注入装置の緊急
停止時に、緊急用水素・酸素供給設備と、緊急用水素・
酸素注入装置と、炉水監視装置と、これらを制御する制
御装置とからなることを特徴とし、水素注入停止時の炉
水の導電率上昇を抑制する。

【００２２】請求項４の緊急用水素・酸素注入装置にお
いては、水素・酸素注入装置の緊急停止時に水素注入を
実施することが可能であるので、水素・酸素注入装置の
緊急停止時の炉水の導電率の上昇を抑制することができ
る。

【００２３】請求項５の発明においては、原子炉冷却系
に水素を注入するとともに、気体廃棄物処理系で余剰と
なる水素を処理するため、気体廃棄物処理系排ガス再結
合器の上流側に酸素注入する沸騰水型原子力プラントに
おける水素・酸素注入装置において、水素・酸素注入装
置の緊急停止時に、緊急用水素・酸素供給設備と、緊急
用水素・酸素注入制御装置と、気体廃棄物系水素濃度及
び酸素濃度を監視するための濃度計を設け、この濃度計
を緊急用水素・酸素注入制御装置に接続して、気体廃棄
物処理系の水素濃度増加または酸素濃度低下を抑制する
ことを特徴とする。

【００２４】請求項５においては、水素・酸素注入の緊
急停止の場合には直ちに緊急用水素・酸素注入装置によ
り水素及び酸素の注入が継続され、排ガス再結合器以降
の酸素濃度の上昇を抑制し、気体廃棄物処理系の健全性
を保つことが可能となる。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１より本発明に係る原子力プラ
ントの水素・酸素注入方法及び緊急用水素・酸素注入装
置の実施の形態を説明する。図１においては図６に示し
た水素注入装置12と酸素注入装置21を削除して、その代
りに復水ポンプ５の吸入側配管に水素供給設備24を水素
流量調節弁27を介して配管接続するとともに、緊急用水
素供給設備31を緊急用水素流量調節弁33を配管接続して
いる。

【００２６】また、空気抽出器15と排ガス再結合器17と
の間に酸素供給設備25を酸素流量調節弁28を介して配管
接続するとともに、緊急用酸素供給設備32を緊急用酸素
流量調節弁34を配管接続している。

【００２７】図１中符号29は炉水導電率計で、この炉水
導電率計29の出力信号は水素・酸素注入制御装置26と緊
急用水素・酸素注入制御装置30へ入力される。水素・酸
素注入制御装置26の出力信号は水素流量調節弁27，酸素
流量調節弁28及び緊急用水素・酸素注入制御装置30に入
力される。緊急用水素・酸素注入制御装置30の出力信号
は緊急用水素流量調節弁33と緊急用酸素流量調節弁34に
入力される。

【００２８】原子力プラント運転時の水素及び酸素は、
水素供給設備24及び酸素供給設備25から供給され、注入
制御装置26からの制御信号により、水素流量制御弁27及
び酸素流量制御弁28によって、注入量が制御される。こ
の場合、水素と酸素の流量費はおよそ２：１となってい
る。

【００２９】流量が制御された水素及び酸素はそれぞれ
復水ポンプ５の上流及び排ガス再結合器17の上流に注入
される。この実施の形態では、水素を復水ポンプ５の上
流から給水中に注入しているが、図６に示した給水ポン
プ９の上流あるいは下流、または冷却材浄化系などから
注入してもよい。

【００３０】また、酸素の注入点は余剰の水素ガスと反
応させる必要があるため、排ガス再結合器17の上流であ
る必要がある。この実施の形態では、空気抽出器15の下
流であるが、空気抽出器15の上流や復水器４などから注
入してもよい。

【００３１】請求項１の発明においては、原子力プラン
トと運転時の水素・酸素注入停止時に炉水導電率計29に
より炉水導電率を監視し、炉水導電率が急激に上昇しな
いよう水素・酸素注入量を漸減し、その後、注入を停止
する。図２（ａ）に請求項１を実施した場合の炉水導電
率の変化を示す。

【００３２】この実施の形態では水素注入量を直線的に
減少させているが、段階的に減少させたり、炉水導電率
の上昇割合が大きい場合には水素注入量を一時的に増加
させてもよい。図２（ｂ）は従来例を本発明と比較のた
めに示している。

【００３３】請求項２の発明において、プラント停止時
の水素・酸素注入停止時に炉水導電率計29により炉水導
電率を監視しながら原子力プラント出力に応じた水素注
入をプラント停止まで継続する。従来例においては、プ
ラント停止前に水素注入を停止するため、炉水導電率は
図２の従来例に示すように水素注入停止後に急速に上昇
する。

【００３４】図３は請求項２を実施した場合の炉水導電
率の変化を示している。プラント出力がない場合には放
射線分解により酸素が生じることがないので、この実施
の形態ではプラント出力が「０」となった時点で水素注
入を停止しているが、炉水温度が降下するまで注入を継
続してもよい。

【００３５】つぎに図４により請求項３を実施した場合
の炉水導電率の変化を従来例と比較して説明する。請求
項３の発明によれば、水素・酸素注入設備24，25が緊急
停止した場合には、直ちに緊急用水素・酸素注入設備3
1，32により緊急停止前と同等の水素が注入され、炉水
導電率の上昇を抑制することができる。緊急停止前と同
等の水素を注入することにより、炉水導電率を水素注入
緊急停止前と同等のレベルに保つことが可能となる。

【００３６】この実施の形態では緊急の水素注入量を緊
急停止前と同等としてるが、炉水導電率の上昇を抑制で
きる範囲で緊急の水素注入では注入量を減らし、炉水導
電率の上昇を抑制した後に、前記請求項１の停止方法を
実施してもよい。なお、以上の実施の形態においては、
炉水導電率により、水素・酸素注入量を制御している
が、炉水導電率の代りに炉水クロム濃度などを用いても
よい。

【００３７】つぎに請求項４の発明に係る実施の形態を
図１に基づき説明する。水素・酸素注入設備24，25が緊
急停止した場合には、水素流量制御弁27及び酸素流量制
御弁28が閉となり、水素・酸素注入制御装置26から緊急
用水素・酸素注入制御装置30に起動信号が送られる。

【００３８】緊急用水素供給設備31及び緊急用酸素供給
設備32から供給される水素及び酸素は、緊急用水素・酸
素注入制御装置30からの制御信号により緊急用水素流量
調節弁33及び緊急用酸素流量調節弁34によって、注入量
が制御され、それぞれ、給復水系と排ガス系とに注入さ
れる。

【００３９】この実施の形態によれば、水素及び酸素の
注入点は通常の注入点と異なっているが、注入点を共用
してもよい。請求項４の実施の形態により、請求項３の
緊急の水素及び酸素の注入が可能となる。

【００４０】つぎに請求項５の発明の実施の形態を図１
及び図５により説明する。本実施の形態が請求項４の実
施の形態と異なる点は、図１に示した炉水導電率計29の
代わりに気体廃棄物系水素・酸素濃度計35を設けたこと
にある。

【００４１】水素・酸素注入緊急停止時に、水素及び酸
素の注入が同時に停止した場合、注入点が異なることか
ら排ガス再結合器17の上流側での排ガス中の水素及び酸
素濃度は図５に示すようになり、排ガス再結合器17以降
の気体廃棄物処理系においては酸素濃度が高い状態にな
る。この場合、図６に示す再結合器17の下流側に設置さ
れた活性炭塔19内の活性炭が発火するなどの恐れがあ
る。

【００４２】そこで、請求項５の発明の実施の形態で
は、プラント通常運転時の水素及び酸素は、水素供給設
備24及び酸素供給設備25から供給され、注入制御装置26
からの制御信号により、水素流量制御弁27及び酸素流量
制御弁28によって、注入量が制御される。流量が制御さ
れた水素及び酸素はそれぞれ復水ポンプ５の上流及び空
気抽出器15の下流かつ排ガス再結合器17上流に注入され
る。

【００４３】水素・酸素注入システムが緊急停止した場
合には、水素流量調節弁27及び酸素流量調節弁28が閉と
なり、水素・酸素注入制御装置26から緊急用水素・酸素
注入制御装置30に起動信号が送られる。緊急用水素供給
設備31及び緊急用酸素供給装置32から供給される水素及
び酸素は緊急用水素・酸素注入制御装置30からの制御信
号により緊急用水素流量調節弁33及び緊急用酸素流量調
節弁34によって、注入量が制御され、それぞれ給復水系
と排ガス系とに注入される。

【００４４】水素・酸素注入緊急停止時には、気体廃棄
物処理系水素・酸素濃度計35により気体廃棄物系の水素
濃度あるいは酸素濃度を監視し、気体廃棄物処理系の水
素濃度増加または酸素濃度低下を抑制するよう水素・酸
素注入量を制御する。なお、この実施の形態において
は、炉水導電率により、水素・酸素注入量を制御してい
るが、炉水クロム濃度などを用いてもよい。

【００４５】請求項５の発明によれば、このような水素
・酸素注入の緊急停止の場合には直ちに緊急用水素・酸
素供給設備31，32により水素及び酸素の注入が継続さ
れ、排ガス再結合器17以降の酸素濃度の上昇を抑制し、
気体廃棄物処理系の健全性を保つことが可能となる。

【００４６】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、プラント運転
時に水素・酸素注入を停止する場合に、水素注入量を漸
減し、その後、水素注入を停止するので、水素注入停止
時の炉水導電率の上昇を抑制することが可能である。

【００４７】請求項２の発明によれば、プラント停止時
に水素・酸素注入を停止する場合には、給水流量の変化
に応じて水素注入量を変化させ、給水水素濃度を設定値
に保ちつつプラントを停止するので、水素注入停止時の
炉水導電率の上昇を抑制することが可能である。

【００４８】請求項３の発明によれば、水素・酸素注入
装置が緊急停止した場合には、緊急用水素・酸素注入装
置が起動し、水素及び酸素の注入を継続するので、水素
・酸素注入装置の緊急停止時の炉水導電率の上昇を抑制
することが可能である。請求項４の発明によれば、請求
項３の実施が可能である。

【００４９】請求項５の発明によれば、気体廃棄物処理
系水素・酸素濃度計を設けて、水素・酸素注入装置が緊
急停止した場合でも、気体廃棄物処理系における水素濃
度あるいは酸素濃度の急激な上昇あるいは低下を抑制す
ることができるので、気体廃棄物処理系の健全性を保つ
ことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る原子力プラントの水素・酸素注入
方法及び緊急用水素・酸素注入装置の実施の形態を説明
するための系統図。

【図２】（ａ）は本発明の請求項１を実施した場合の炉
水導電率の変化を示す特性図、（ｂ）は（ａ）と比較す
るための従来例を示す特性図。

【図３】本発明の請求項２を実施した場合の炉水導電率
の変化を示す特性図。

【図４】本発明の請求項３を実施した場合の従来例と炉
水導電率の変化を比較して示す特性図。

【図５】本発明の請求項５を実施した場合と従来例と排
ガス再結合器上流側の水素及び酸素濃度の変化を比較し
て示す特性図。

【図６】従来の沸騰水型原子力プラントにおける水素・
酸素注入装置を説明するための系統図。

【符号の説明】

１…原子炉、２…主蒸気管、３…タービン、４…復水
器、５…復水ポンプ、６…エゼクタコンデンサ、７…復
水脱塩装置、８…給水加熱器、９…給水ポンプ、10…再
循環系、11…循環ポンプ、12…水素注入装置、13…給水
配管、14…抽気管、15…空気抽出器、16…気体廃棄物処
理系予熱器、17…排ガス再結合器、18…廃ガス復水器、
19…活性炭吸着塔、20…スタック、21…酸素注入装置、
22…冷却材浄化装置、23…冷却材浄化系ポンプ、24…水
素供給設備、25…酸素供給設備、26…水素・酸素注入制
御装置、27…水素流量調節弁、28…酸素流量調節弁、29
…炉水導電率計、30…緊急用水素・酸素注入制御装置、
31…緊急用水素供給設備、32…緊急用酸素供給設備、33
…緊急用水素流量調節弁、34…緊急用酸素流量調節弁、
35…気体廃棄物処理系水素酸素濃度計。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高木 純一 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 廣瀬 由紀 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原子炉冷却系に水素を注入するととも
   に、気体廃棄物処理系で余剰となる水素を処理するた
   め、前記気体廃棄物処理系排ガス再結合器の上流側に酸
   素注入する沸騰水型原子力プラントの水素・酸素注入方
   法において、前記プラント運転時に水素及び酸素の注入
   を停止することを特徴とする原子力プラントの水素・酸
   素注入停止方法。
2. 【請求項２】 原子炉冷却系に水素を注入するととも
   に、気体廃棄物処理系で余剰となる水素を処理するた
   め、前記気体廃棄物処理系排ガス再結合器の上流側に酸
   素注入する沸騰水型原子力プラントにおける水素・酸素
   注入方法において、前記プラント停止時に水素及び酸素
   の注入を停止することを特徴とする原子力プラントの水
   素・酸素注入停止方法。
3. 【請求項３】 原子炉冷却系に水素を注入するととも
   に、気体廃棄物処理系で余剰となる水素を処理するた
   め、前記気体廃棄物処理系排ガス再結合器の上流側に酸
   素注入する沸騰水型原子力プラントにおける水素・酸素
   注入方法において、通常時の水素・酸素注入方法の緊急
   停止時には別途手段の緊急用水素・酸素注入方法により
   行うことを特徴とする沸騰水型原子力プラントの水素・
   酸素注入停止方法。
4. 【請求項４】 原子炉冷却系に水素を注入するととも
   に、気体廃棄物処理系で余剰となる水素を処理するた
   め、前記気体廃棄物処理系排ガス再結合器の上流側に酸
   素注入する沸騰水型原子力プラントにおける水素・酸素
   注入装置において、前記排ガス再結合器の上流側に通常
   時の酸素供給設備及び緊急時の緊急用酸素供給設備をそ
   れぞれ調節弁を介して並列接続するとともに、前記それ
   ぞれの調節弁を接続するそれぞれの制御装置を設け、こ
   のそれぞれの制御装置に入力する炉水導電率計を設けて
   なることを特徴とする原子力プラントにおける緊急水素
   ・酸素注入装置。
5. 【請求項５】 前記再結合器の下流側の水素及び酸素の
   濃度を監視する気体廃棄物処理系水素・酸素濃度計を設
   けるとともに、この気体廃棄物系水素・酸素濃度計を前
   記緊急用水素・酸素注入制御する制御装置に接続してな
   ることを特徴とする請求項４記載の原子力プラントにお
   ける緊急水素・酸素注入装置。