JPS58143299A - 沸騰水形原子力発電プラントの主蒸気系 - Google Patents

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は沸騰水形原子力発電プラントにおいて、原子炉
で発生した蒸気を主タービンに導く主蒸気系に関する。

〔発明の技術的背景〕

沸騰水形原子力発電プラントの主蒸気系は、第１図に示
すように、原子炉圧力容器１内で発生した蒸気を主ター
ビン（図示せず）に導く４本の主蒸気管２と、−火路納
容器乙の貫通部の内側と外側において、各主蒸気管２に
介挿した主蒸気隔離弁４ａ、４ｂと、内側の主蒸気隔離
弁４ａの上流側に設けた流量制限器５と、タービン入口
の主蒸気止め弁（図示せず）の手前で、４本の主蒸気管
２を連結してタービンバイパス系の入口となる主蒸気へ
ラダ６から構成されている。

流量制限器５は、それらより下流側の破断事故に対して
定格主蒸気流量の２００％（流量制限器１個につき５０
％）以上の蒸気が流れないよう設定したオリフィスであ
り、第２図に示すようになめらかな表面の流線形の流路
を形成している。

この流量制限器５は、主蒸気隔離弁４ａ、４ｂが閉鎖す
るまでの間（５秒程度以下）、原子炉圧力の下降を緩和
する。

また、主蒸気へラダ６は、運転中の主蒸気隔離弁の点検
や動作確認、あるいは主蒸気隔離弁の単一故障時に、そ
のうちの１個が閉じた場合にもスクラムをせずに、残り
の３本の主蒸気管によって運転を継続できるようにする
た：めに設けられている。

このような構成の主蒸気系において、例えば流量制限器
５の上流側の地点Ｐ１　で、１本の主蒸気管２に破断事
故が発生した場合には、破断により噴出する蒸気は次の
２つの経路を通って破断点に流れこむ。

（Ａ）　　原子炉圧力容器１から破断した主蒸気管２を
通って直接破断点Ｐ１　に至る経路。

（Ｂ）　　健全な３本の主蒸気管から主蒸気ヘッダ６を
通り、破断した主蒸気管２内を逆流して破断点Ｐ。

に至る経路。

上記の（Ｂ）の経路を通る蒸気は途中で流量制限器５を
流過するので、流量を定格主蒸気流量の５０％までに抑
制されるが、囚の経路を通る蒸気は流量制限器５を通ら
ないので、流出蒸気量は多量となる。このように多量の
蒸気が噴出すると炉圧は急激に降下し、減圧沸騰による
気泡により、見掛は上の炉水位が上昇する。

炉水位がレベル８に達するとタービン主蒸気止め弁が急
閉を開始し、原子炉もスクラムするが、炉水位がその後
も上昇して主蒸気ラインに達すると気液二相流の流出が
はじまる。

主蒸気隔離弁が閉動作を開始し、非常用炉心冷　３一 部系が起動すると、破断点からの噴出量は次第に低下す
る。

以上の現象は比較的短時間内に生じ、事故発生後、主蒸
気隔離弁が全閉するまでの時間は５秒間程度以内である
が、二相流中の炉水には核分裂によって生成したヨウ素
が蒸気中の数十倍以上の濃度で含まれているので、原子
炉−火路納容器内の線量は急激に増加し、復旧作業を困
難にする。

主蒸気管の破断が第１図の２２点で発生した場合にも （４）原子炉圧力容器１から破断した主蒸気管２を通っ
て破断点Ｐ、に至る経路、 （匂　健全な３本の主蒸気管から主蒸気へラダ６を通り
、破断した主蒸気管２内を逆流して破断点Ｐ２に至る経
路、 の２つの経路を通って蒸気が破断点Ｐ２に流れ込む。

この場合には、上記（７０の経路を通る蒸気は流量制限
器５を流過するので、その流量は５０％に制限されるが
、タービン主蒸気弁が急閉するまでの　４− 間は、タービン側へ定格流量（１００％）の蒸気が流れ
、また経路（６）からの逆流分も５０％あるので、原子
炉圧力容器からの流出蒸気量は定格主蒸気流量の２００
％となる。

そのため、圧力容器内では減圧沸騰が生じ、見掛は上の
炉水位は上昇し、二相流噴出が生ずる。

この場合、主蒸気隔離弁が閉鎖すると破断点Ｐ。

からの二相流噴出は停止するが、その間に流出した二相
流の炉水中（二含まれるヨウ素により原子炉建屋内の線
量が増加する。

〔背景技術の問題点〕

−Ｆ述のように、従来の主蒸気系では、主蒸気管に破断
事故が生じた場合には炉圧の急激な減少に伴う沸騰によ
り炉水位が上昇し、多量の冷却材が流出する上、二相流
が破断点から流出して一次格納容器や原子炉建屋内を汚
染するという問題点があった。

〔発明の目的〕

本発明は背景技術における上述の如き問題点を解消し、
主蒸気管に破断事故が生じても破断点からの流出量を制
限し、二相流噴出が生じないようにした沸騰水形原子力
発電プラントの主蒸気系を提供することを目的とするも
のである。

〔発明の概要〕

本発明の沸騰水形原子力発電プラントの主蒸気系は、原
子炉圧力容器と主タービンの間を連結する複数本の主蒸
気管と、−欠格納容器の内側および外側において前記主
蒸気管に介挿した主蒸気隔離弁と、主蒸気止め弁の手前
で前記複数本の主蒸気管の間を連結し、蒸気の一部をタ
ービンバイパス系に導く主蒸気ヘッダと、前記各主蒸気
管の入口部近傍に介挿した流量制限器と、前記−火路納
容器外側の主蒸気隔離弁の下流側における前記各主蒸気
管または前記主蒸気ヘッダに介挿した逆流制限用の流量
制限器とから構成されている。

〔発明の実施例〕

以下、第６図を参照して本発明の実施例を説明する。

原子炉圧力容器１内で発生した蒸気を主タービン（図示
せず）に導く４本の主蒸気管２には、夫々、−火路納容
器乙の貫通部の内側と外側において、主蒸気隔離弁４ａ
、４ｂが介挿されている。

これらの主蒸気管２はタービン入口の主蒸気止め弁（図
示せず）の手前で主蒸気ヘッダ乙により連結され、蒸気
の一部をタービンバイパス系（図示せず）へ導くよう構
成されている。

各主蒸気管２には圧力容器１の主蒸気管ノズル部に１個
ずつ流Ｕ制限器７ａを設置され、また主蒸気ヘッダの直
前にも１個ずつ逆流制限用の流量制限器７ｂを介挿され
ている。

これらの流量制限器７ａ、７ｂはいずれも第２図に示し
たと同様に、なめらかな表面の流線形流路を有するもの
で、１本の主蒸気管２に直列に介挿された２個の流量制
限器７ｍ、７ｂによる制限流量が定格主蒸気流量の５０
％となるよう設定されている。

なお、各流量制限器７ａ、７ｂの個別の制限流ｌは互い
に等しくしておくことが望ましい。

上述のように構成した本発明の主蒸気系において、例え
ば主蒸気管２ａの１本が一次格納容器３内の点Ｐ、で破
断したとすると、破断口から流失する蒸気量は圧力容器
１側から流量制限器７ａを通して直接、破断主蒸気管内
に流入する定格主蒸気流量の最大５０％の蒸気と、他の
３本の健全な主蒸気管から主蒸気ヘッダ６および流量制
限器７ｂを経て破断主蒸気管内を逆流する最大５０％の
蒸気の和となるので、合計すると最大１００％の蒸気が
破断点Ｐｓから流出する。

また、破断初期にはタービン側の主蒸気止め弁も開いて
おり、こちらにも最大１００％の蒸気が流れているので
、原子炉圧力容器１から流出する蒸気量は最大２００％
となる。

このように大量の蒸気が流失すると圧力容器内の圧力が
急激に低下し、炉水の減圧沸騰が起こり、発生した気泡
によって炉水位は上昇する。

炉水位が上昇してレベル８まで到達すると、囁水位高“
信号が発生し、タービンの主蒸気止め弁が０．５秒程度
で閉じる。

それと前後して、鬼ドライウェル圧力高〃またはＮ主蒸
気管圧力低”信号により原子炉はスクラムし、主蒸気隔
離弁４ａ、４ｂが閉じ始め、約５秒後には全閉となる。

タービンの主蒸気止め弁が急閉すれば、タービンへの蒸
気流入は＋ｈす、また、タービンバイパス弁は主蒸気圧
力が低いので開かないので、゛圧力容器１からの流出蒸
気は１００％に抑えられる。

事故解体によると、炉水位は破断事故発生後、約２秒で
主蒸気管の位置まで上昇して気液二相流が主蒸気管に流
入するとされており、二相流が主蒸気管を経て破断口よ
り噴出することを防止するためには、その噴出量を１５
０％以下に抑える必要のあることが知られている。

本発明によれば、原子炉水位がレベル８に達するまでは
２００％流失が継続するが、事故発生から２秒以内に主
蒸気止め弁が急閉すると、圧力容器からの流出量は１０
０％流量に制限されるので、破断口から炉水が二相流と
なって噴出することを防止でき、また流失する冷却材の
総量も減少する。

なお、事故発生５秒後には主蒸気隔離弁が全開となって
主蒸気ヘッダ６側からまわり込む蒸気もなくなり、非常
用炉心冷却系の起動により長期冷却が行なわれる。

主蒸気管２の破断が第６図の主蒸気隔離弁４ｂと主蒸気
ヘッダ乙の間の点Ｐ４で発生した場合にも、上記と同様
に気液二相流の噴出は防止される。

即ち、第４図に示すように、時刻Ｔ、で破断が発生した
とすると、初期の間は約２００％の蒸気が圧力容器から
流出し、その内の１００％は手タービンへ流入し、残り
の′ｉ００％は破断点Ｐ４から流失する。

時刻Ｔ、に炉水位がレベル８に達するとタービン主蒸気
止め弁が急閉し、約０．５秒後の時刻Ｔ４にはタービン
への流入蒸気は零となるので、第４図中に一点鎖線で示
すように時刻Ｔ４Ｂ降の圧力容器からの流出量は約１０
０％に保たれる。

時刻Ｔ、で主蒸気隔離弁が閉じはじめると流出量も次第
に減少し、主蒸気隔離弁１弁、の全閉時刻Ｔ６以降の流
出量は零となる。

主蒸気管に各１個ずつ流量制限器を設けた従来の主蒸気
系では主蒸気止め弁が時刻Ｔ、から急閉をはじめたとし
ても、健全な主蒸気管から主蒸気ヘッダを通して破断主
蒸気管に回りこむ蒸気量が多いため炉水位は上昇を続け
、第４図中に実線で示すように、時刻Ｔ、以降二相流の
噴出がはじまり、多量のヨウ素を含む炉水が破断口から
流失して原子炉建屋内を汚染したのであるが、本発明で
は上述のように、１本の主蒸気管の入口端と出口端の近
傍に各１個ずつ流量制限器を設けであるので、時刻Ｔ２
以降、第４図中に一点鎖線で示すように圧力容器からの
蒸気流出は次第に低下し、炉水の噴出を防止し得ている
のである。

なお、本発明は第５図に示すように変形して適用するこ
ともできる。

この変形例は第６図において主蒸気管２の各下流側に介
挿されている流量制限器７ｂを省略し、替りに、各主蒸
気管２の間を連結する主蒸気ヘッダ６（１３個の流量制
限器７ｃを分散して介挿したものである。

なお、第５図における上記以外の構成は第６図の場合と
同様である。

この変形例においても流量制限器７Ｃが、破断した主蒸
気管２へ逆流する蒸気流量を制限するので、第３図にお
けるとほぼ同様の効果が得られる。

なお、第５図に示す変形例では、全容量バイパスを採用
すると、全容量バイパス時に各主蒸気、管の流量にアン
バランスを生ずる可能性があるので、バイパス弁への取
出し位置を変更する必要が、あるが、その反面、通常運
転時に使用する蒸気系は従来と同様であるため主蒸気ヘ
ッダ部を変更するだけで適用できるという利点がある。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明の沸騰水形原子力発電プラントの主
蒸気系においては複数本の主蒸気管の入口部の近傍に各
々流量制限器を１個ずつ設置すると共に、主蒸気管の出
口側または、それらを連結する主蒸気ヘッダにも夫々流
量制限器を設置したものであるから、主蒸気管の破断が
いずれの点で発生しても、破断した主蒸気管から噴出す
る蒸気量を所定値以下に抑えることができ、主蒸気止め
弁の作動特性とあいまって、圧力容器からの気液二相流
の流失を防止することができる。

従って、破断事故が一次格納容器内で発生しても、圧力
上昇は僅かであり、サプレッションプールの容積や建屋
の縮少を図ることができ、耐圧設計−りの余裕や自由度
を増加させることがアきる。

また、二相流の噴出を防止できるところから、炉水中に
含まれる高濃度の核分裂生成物の噴出による汚染も防止
され、事故後の復旧作業は容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の沸騰水形原子力発電プラントの主蒸気系
の概略図、第２図は流量制限器の一例を示す縦断面図、
第３図は本発明の主蒸気系の実施例を示す概略図、第４
図は従来および本発明の主蒸気系における冷却材流出量
の変化の様子を示すグラフ、第５図は本発明の主蒸気系
の変形例を示す概略図である。 １　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・原子
炉圧力容器２　・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・主蒸気管６　・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・−次格納容器４ａ　、　４ｂ　　・・・・・
・・・・・・・主蒸気隔離弁５＋７ａ＋７ｂ＋７ｃｍ−
・流量制限器６　・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・主蒸気ヘッダ代理人弁理士　須　山　佐　− １５−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子炉圧力容器と主タービンの間を連結する複数本
   の主蒸気管と、−火路納容器の内側および外側において
   前記各主蒸気管に介挿した主蒸気隔離弁と、主蒸気止め
   弁の手前で前記複数本の主蒸気管の間を連結し、蒸気の
   一部をタービンバイパス系に導く主蒸気ヘッダと、前記
   各主蒸気管の入口部近傍に介挿した流量制限器と、前記
   −火路納容器外側の主蒸気隔離弁の下流側における前記
   各主蒸気管または前記主蒸気ヘッダに介挿した逆流制限
   用の流量制限器とから成ることを特徴とする沸騰水形原
   子力発電プラントの主蒸気系。 ２、逆流制限角の流量制限器が主蒸気隔離弁の直前にお
   いて各主蒸気管に介挿されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の沸騰水形原子力発電プラントの
   主蒸気系。 ３、逆流制限用の流量制限器が主蒸気ヘッダに介挿され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の沸
   騰水形原子力発電プラントの主蒸気系。 ４、主蒸気管の入口部近傍に介挿した流量制限器が圧力
   容器の主蒸気管ノズル部に設置されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれか一項
   に記載の沸騰水形原子力発電プラントの主蒸気系。