JPH11142589A - 沸騰水型原子炉の水素注入方法および装置 - Google Patents

沸騰水型原子炉の水素注入方法および装置

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JPH11142589A
JPH11142589A JP9303940A JP30394097A JPH11142589A JP H11142589 A JPH11142589 A JP H11142589A JP 9303940 A JP9303940 A JP 9303940A JP 30394097 A JP30394097 A JP 30394097A JP H11142589 A JPH11142589 A JP H11142589A
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JP
Japan
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hydrogen
boiling water
pipe
hydrogen injection
water reactor
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JP9303940A
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Yuji Matsui
祐二 松井
Hirotaka Nakahara
宏尊 中原
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Hitachi Ltd
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】沸騰水型原子炉の水素注入において、炭素鋼配
管の健全性を確認しながら水素注入量を大きくすること
により、ステンレス製の炉内構造物の腐食環境緩和の効
果を増大させる。 【解決手段】沸騰水型原子力プラントに水素を注入しな
がら、超音波探触子26a,26b,26c,26dと
配管モニタリング装置27により各配管肉厚を適切な時
間毎に測定して、減肉速度を算出し、炭素鋼配管の健全
性を評価する。この評価結果に基づいて流量調整弁23
をコントロールして水素注入量を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、沸騰水型原子力発
電プラントの水素注入方法に係わり、特に、炭素鋼配管
の健全性を確保しながらステンレス製炉内構造物の腐食
環境を緩和する水素注入量の制御方法に関わる。
【0002】
【従来の技術】一般に沸騰水型原子力発電プラントの炉
内では水の放射性分解により酸素分子と水素分子が生
じ、原子炉底部における酸素濃度と過酸化水素濃度で定
義される実効酸素濃度が運転中に約200ppb にまで上
昇する。実効酸素濃度とステンレス材の応力腐食割れ
(SCC)の進展速度には図2に示すような関連がある
ので、制御棒駆動機構(CRD)ハウジングや炉内計装
管(ICM)ハウジングなどのステンレス製の炉内構造
物の腐食環境を緩和するには、実効酸素濃度を低くする
方が望ましい。
【0003】一方、実効酸素濃度と炭素鋼の腐食率には
図3に示すような関連があるので、原子炉浄化系(CU
W)や原子炉再循環系(PLR)など炉廻りの炭素鋼配
管の健全性を確保するためには、実効酸素濃度をある程
度高くする方が望ましい。
【0004】このため実効酸素濃度をステンレス材の腐
食環境緩和と炭素鋼配管の健全性確保が両立できる範囲
に制御するために、プラント稼働中に給水に水素を注入
する運転法を採用することがある。給水中の水素濃度と
炉内の実効溶存酸素量の関連性は、図4に示すようにプ
ラントによって幅があるので、原子炉再循環系や給水系
などに溶存酸素計や腐食電位モニタを設置して一次冷却
水の水質をモニタリングしながら水素注入量を制御す
る。腐食電位センサによる水質モニタリング法には、例
えば特開平5−256993 号公報などがある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した水質モニタリ
ング法では、腐食電位や溶存酸素濃度などの水質データ
と炭素鋼の腐食率の関連性に基づいて注入水素量を制御
する。実効酸素濃度と炭素鋼の腐食率の関連は図3に示
すように幅があるが、配管の健全性を確保するためには
腐食率が最大の場合を想定するので、水素注入量は低め
に制御されることになる。したがって、水質以外の方法
で炭素鋼配管の健全性を確認できれば、従来法より水素
注入量を大きくしてステンレス製炉内構造物の腐食環全
をいっそう緩和できる可能性がある。
【0006】本発明の目的は、水素注入中に炭素鋼配管
の健全性を評価し、その評価に基づいて水素注入量を制
御する沸騰型原子炉の水素注入方法および装置を提供す
ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】水素注入中の炭素鋼配管
の健全性評価は、配管表面に超音波探触子を設置して肉
厚を精密測定し、減肉速度を算出することにより達成で
きる。また、水素注入量の制御は、評価結果に基づいて
水素の注入量を増減することにより達成できる。
【0008】即ち、試験体(炭素鋼配管)表面に設置し
た超音波探触子から図5の左上に示すように超音波を垂
直に送信すると、底面(配管内面)から右上に示すよう
な反射波が受信できる。配管の肉圧は、配管材料中の超
音波音速、および、送信波と1回反射波の伝播時間から
(式1)により算出できる。
【0009】
【数1】 (配管肉圧)=(超音波音速)×(伝播時間)÷2 …(1) また、オーバーラップ法を用いると肉厚が精密に計測で
きる。この方法では、1回反射波信号を時間軸上で遅延
してN回反射信号と重ね合わせてパターンが一致する遅
延時間を決定し、(式2)により肉厚を算出する。
【0010】
【数2】 (配管肉圧)=(超音波音速)×(遅延時間)÷2÷(N−1) …(2) オーバーラップ法を用いれば、遅延時間のバラツキが±
2ns,精度が0.015%で肉厚測定が可能である。水素注
入中に適切な時間間隔で何度か超音波による肉厚測定を
実施し、肉厚の変化量を時間間隔で除算すれば、減肉速
度を算出できる。
【0011】減肉速度が予め設定しておいたしきい値よ
り大きい値には、炭素鋼配管の健全性確保のためには水
素注入量が過大であると評価し、注入量を減少させる。
減肉速度がしきい値より小さい場合には、注入量にはま
だ余裕があると評価し、水素注入量を保持、または、増
加させることができる。
【0012】このような超音波による肉厚測定では、配
管と探触子とを接触させる必要があるが、沸騰水型原子
炉の稼働中には原子炉浄化系(CUW)や原子炉再循環
系(PLR)などの炉廻りの配管は高温になるため、室
温用の探触子は使用できない。しかし、特願平8−31333
7号(明細書参照)に記載の高温用超音波探触子などを用
いれば、配管表面が300℃になっても肉厚測定が可能
である。また、探触子は小型なので、配管に探触子を設
置した上から、配管全体に保温材を被せることも可能で
ある。
【0013】また、エルボの下流側など配管が一様に減
肉しない怖れのある場所の配管内面の状態まで精密に評
価したい場合は、探触子をスキャナで走査しながら配管
の肉厚分布を測定することにより、最大減肉速度とその
箇所、および、配管内面の腐食状況を評価できる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第一の実施例を図
1および図6を参照して説明する。
【0015】図1に本発明による沸騰水型原子力プラン
トと水素注入機器の構成の概要を示す。原子炉1から発
生した蒸気は主蒸気管2を通して発電機を駆動するター
ビン3に送られる。タービン3で仕事を終えた蒸気は復
水器4で復水となり、復水移送ポンプ5によって復水浄
化装置6に送られる。復水浄化装置6で浄化された冷却
水は、給水加熱器7で加熱されてから給水ポンプ8で加
圧されて、さらに給水加熱器9で加熱されてから給水系
10の配管を通して原子炉1内に供給される。給水配系
10の配管には、原子炉浄化系15の配管が接続され、
この原子炉浄化系15には原子炉浄化系ポンプ16と加
熱器17,原子炉浄化装置18,19が接続されてい
る。原子炉浄化系15にはサンプリングライン28が接
続されており、このサンプリングライン28は溶存酸素
計30と弁29を備えている。原子炉1には二系統の原
子炉再循環系11,12が接続されており、各々の系統
は再循環ポンプ13,14を備えている。また、原子炉
1の炉底部にはRPVドレン配管20が接続されてお
り、このRPVドレン配管20は弁21を備えている。
【0016】給水加熱器7と給水ポンプ8をつなぐ配管
には水素注入ライン24が接続されており、注入制御装
置25で流量調整弁23をコントロールしながら水素タ
ンク22内の水素を注入する。原子炉浄化系15,原子
炉再循環系11,12の配管、および、RPVドレン配
管20の表面には超音波探触子26a,26b,26c,
26dが溶接してあり、各々の配管は探触子の上から保
温材で覆われている。超音波探触子26a,26b,2
6c,26dと配管モニタリング装置27は、保温材の
微細な隙間を通して、それぞれケーブルで結線してあ
る。
【0017】図5に配管モニタリング装置27の構成例
を示す。配管モニタリング装置27の制御部31は、タ
イマー32を参照して、所定の時間になると計測,評価
を開始する。切替スイッチ33で配管に設置した超音波
探触子26のいちのいずれか一つを探傷器34に接続
し、超音波を送受信する。伝播時間算出部35ではオー
バーラップ法などによって超音波の伝播時間(遅延時
間)を精密に算出し、一旦、記録部36に記録する。記
録部36では超音波探触子毎に測定時刻と伝播時間を記
録する。
【0018】肉厚変化算出部37は、記録部36に記録
した前回と今回の測定データから各配管の肉厚変化を算
出し、この算出結果を記録部36に再度記録するととも
に表示部39に表示する。判定部38では各配管の肉厚
変化を配管毎に予め定めておいたしきい値と比較して健
全性を評価し、評価結果を表示部39に表示するととも
に、評価結果に基づく制御信号40を出力する。
【0019】水素注入の手順について説明する。まず、
プラントを起動して定格運転となった状態で、超音波探
触子26a,26b,26c,26dと配管モニタリン
グ装置27により各配管肉厚の初期値を測定,記録す
る。次に弁29を開にしてサンプリングライン28に設
置した溶存酸素計30で実効酸素濃度をモニタリングし
ながら水素を注入する。水素注入開始後、適切な時間毎
に配管モニタリング装置27で各配管の健全性を評価す
る。評価結果に基づいて水素注入量を制御するには、手
動と自動の二種類の方法がある。手動法では、表示35
に表示した評価結果を運転員が確認し、注入制御装置2
5を用いて注入量を増減する。自動法では、配管モニタ
リング装置27が出力する制御信号40を注入制御装置
25に入力し、水素注入量を自動制御する。
【0020】本注入法によれば、炭素鋼配管の健全性を
確保しながら水素注入量を大きくできるので、制御棒駆
動機構(CRD)ハウジングや炉内計装管(ICM)ハ
ウジングなどのステンレス製炉内構造物の腐食環境を大
きく緩和できる。
【0021】次に、本発明の第二の実施例を図7および
図8を参照して説明する。図7に探触子をスキャナを用
いて配管に設置した場合の例を示す。原子炉浄化系15
の配管に軌道41とスキャナ42を用いて超音波探触子
26eを設置してある。スキャナ42が軌道41上を走
行することにより配管のθ方向に超音波探触子26eを
走査できる。また、超音波探触子26eがスキャナ42
のアームに沿って駆動することによりx方向に走査でき
る。これらの超音波探触子26e,軌道41,スキャナ
42は非常に薄いので、図示していない保温材と配管の
間隙に設置可能であり、保温材を付けたままの状態でθ
方向とx方向の2軸走査が可能である。図8に、第二の
実施例の配管モニタリング装置27を示す。制御部31
から計測開始の指示が出ると、スキャナ制御部43でス
キャナ42を走査しながら配管の肉厚分布を測定する。
本実施例の場合には、記録部35に伝播時間と超音波探
触子26eのθ方向とx方向の位置を同時に記録する。
計測,記録した肉厚分布を表示部39に表示することに
より、スキャン範囲の中の肉厚の最も薄い部分とその厚
さ,最大の減肉減度などを把握でき、精密な評価が可能
となる。また、肉厚分布の表示から、配管内面で一様腐
食が生じているのか孔食が生じているのかの判断も可能
となる。本実施例においては、このように炭素鋼配管の
内面状態の精密評価に基づいて健全性を確保できるの
で、いっそう確実な水素注入量の制御が可能となる。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、炭素鋼配管の健全性を
確認しながら水素注入量を大きくできるので、制御棒駆
動機構(CRD)ハウジングや炉内計装管(ICM)ハ
ウジングなどのステンレス製炉内構造物の腐食環境を大
きく緩和できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による沸騰水型原子力プラントと水素注
入機器の構成の概要を示す図である。
【図2】実効酸素濃度とステンレス材の応力腐食割れ
(SCC)の進展速度の相対比との関連を示す図であ
る。
【図3】実効酸素濃度と炭素鋼の腐食率との関連を示す
図である。
【図4】給水中の水素濃度と炉内の実効溶存酸素量の関
連性を示す図である。
【図5】オーバーラップ法による肉厚精密測定の原理を
示す図である。
【図6】本発明の第一の実施例に用いた配管モニタリン
グ装置の構成例を示す図である。
【図7】探触子をスキャナを用いて配管に設置した場合
の例を示す図である。
【図8】本発明の第二の実施例に用いた配管モニタリン
グ装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
1…原子炉、2…主蒸気管、3…タービン、4…復水
器、5…復水移送ポンプ、6…復水浄化装置、7,9…
給水加熱器、8…給水ポンプ、10…給水系、11,1
2…原子炉再循環景、13,14…再循環ポンプ、15
…原子炉浄化系、16…原子炉浄化系ポンプ、17…加
熱器、18,19…原子炉浄化装置、20…RPVドレ
ン配管、21,29…弁、22…水素タンク、23…流
量調整弁、24…水素注入ライン、25…注入制御装
置、26,26a,26b,26c,26d,26e…超
音波探触子、27…配管モニタリング装置、28…サン
プリングライン、30…溶存酸素計、31…制御部、3
2…タイマー、33…スイッチ、34…探傷器、35…
伝播時間算出部、36…記録部、37…肉厚変化算出
部、38…判定部、39…表示部、40…制御信号、4
1…軌道、42…スキャナ、43…スキャナ制御部。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】水素を注入することにより原子炉水中の溶
    存酸素濃度を低減するように水質を制御する沸騰水型原
    子力発電プラントの運転法において、炭素鋼部材よりな
    る配管の肉厚を超音波を用いて2回以上測定して減肉速
    度を算出し、算出した減肉速度に基づいて注入する水素
    の量を制御することを特徴とする沸騰水型原子炉の水素
    注入方法。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の水素注入方法において、
    算出した減肉速度と予め定めておいたしきい値とを比較
    することにより、水素注入量の増減を決定することを特
    徴とする沸騰水型原子炉の水素注入方法。
  3. 【請求項3】沸騰水型原子炉の配管に水素を注入する手
    段と、注入する水素の量を制御する手段とを備えた水素
    注入装置において、少なくとも1箇所以上の炭素鋼部材
    よりなる配管の表面に設置した一個以上の超音波探触子
    と、超音波探触子で受信した反射波から伝播時間を求め
    る手段と、求めた伝播時間を記録する手段と、記録した
    伝播時間から減肉速度を算出する手段と、算出した減肉
    速度を表示する手段とを備えることを特徴とする沸騰水
    型原子炉の水素注入装置。
  4. 【請求項4】請求項3に記載の水素注入装置において、
    減肉速度と予め設定しておいたしきい値とを比較する手
    段と、比較結果に基づいて水素の注入量を自動制御する
    手段とを備えることを特徴とする沸騰水型原子炉の水素
    注入装置。
  5. 【請求項5】請求項3に記載の水素注入装置において、
    炭素鋼部材よりなる配管の肉厚分布を計測するために、
    超音波探触子を配管表面に沿って走査する手段を備えた
    ことを特徴とする沸騰水型原子炉の水素注入装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100488244B1 (ko) * 2002-04-09 2005-05-06 재단법인서울대학교산학협력재단 가압 경수형 원자력 발전소의 원자로 냉각 계통구조재료의 내부식성 향상을 위해 냉각수 내의 수소기체를 고 농도로 주입하는 격막구조설비와 저 농도로주입하는 장치 및 그러한 격막구조설비 및 장치를 이용한냉각수 내의 수소 기체 주입 방법
JP2008250592A (ja) * 2007-03-30 2008-10-16 Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd プラント運転方法
WO2020054124A1 (ja) * 2018-09-13 2020-03-19 三菱重工業株式会社 監視装置、監視システム、監視方法及びプログラム

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