JPS5950919B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は熱交換器に係り、とくに伝熱管および管板での
ナトリウム漏洩を容易に検出できるようにした例えば高
速増殖用中間熱交換器に関する。

〔発明の技術的背景〕

周知のとおり、高速増殖炉プラントの原子炉冷却系設備
は炉心を包含する原子炉系と、この原子炉系で発生した
熱をタービン発電機系へ伝えるための１次冷却系、２次
冷却系及び水・蒸気系から構成されている。

さらに１次冷却系と２次冷却系の熱交換を目的としてそ
の中間に中間熱交換器（以下、熱交換器と称す。

）が設置されている。この熱交換器は高速増殖炉の原子
炉冷却系機器の中でも主要な機器のひとつであり、安定
した熱交換を行なうためには内部に多数配置された伝熱
管の健全性を確保することが要求される。

しかし、プラントの長期間の運転を考慮すると熱交換器
の伝熱管がプラントの寿命期間中に亘って健全であると
はいいきれず、定期的に伝熱管を検査すること）が必要
とされている。

従来、高速増殖炉の熱交換器の伝熱管の検査は熱交換器
内の１次冷却材及び２次冷却材を全てドレンし、伝熱管
内に小型の検査装置を挿入してその健全性を確認したり
あるいはヘリウムガス等に°よる漏洩試験によって伝熱
管の健全性を確認している。

〔背景技術の問題点〕

しかしながら、検査時間が膨大であること、熱交換器に
残留した１次冷却材が放射化されているため、検査性が
悪いこと等により検査は非常に困難をきわめている。

このような状況化にあって高速増殖炉の熱交換器に対し
次のような必要が生じてきた。

（１）伝熱管の検査時間を極力短縮し、プラントの稼動
能率向上に寄与したい。

（２）伝熱管の検査方法を容易にし、検査員のリスクを
極力軽減したい。

〔発明の目的〕

本発明の目的は以上の要望を満足させるためになされた
もので、伝熱管及び管板での冷却材漏洩検出を容易かつ
精度よく検出できる熱交換器を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は熱交換器の上下部ヘッダーに接続した入口配管
内に液面計を設けたことを特徴とする熱交換器である。

本発明によれば入口配管内及び出口配管内の２次冷却材
液面を一定に保持するとともに不活性ガスで加圧して一
定時間放置し、該入口配管内の２次冷却材液面の変動の
有無から伝熱管および管板でのナトリウム漏洩検出を容
易かつ精度よく確認することができる。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明に係る熱交換器の一実施例
を説明する。

第１図は本発明に係る熱交換器の縦断面を示す図である
。

この図から明らかのように本発明に係る熱交換器１は円
筒状の外胴７の上下端部に半球状の上部ヘッダー１７゛
および下部ヘッダー１８が一体となって取り付けられて
本体部分が構成されている。

外胴７の中間よりやや上方の側面には１次冷却材を導入
するための１次冷却材入ロノズル２が接続され、また外
胴７の下部ヘッダ１８には１次冷却材を導入するための
１次冷却材出ロノズル３が取り付けられている。

上部ヘッダー１７には２次冷却材人口配管４および２次
冷却材出口配管５が取り付けられている。

ドレン配管６は内胴１０の下部にまで延在し、また人口
配管４は上部１７を貫通し内胴１０内の下部管板１１よ
りやや下方まで延在して固定されている。

また、この２次冷却材入口配管４には液面計１４が挿入
されている。

一方、外胴７内には有底の内胴１０が支持部材１０ａを
介して設けられており、内胴１０には１次冷却材を導入
および導出させるための１次冷却材入口窓１２及び１次
冷却材出口窓１３がそれぞれ上下に離間して設けられて
いる。

内胴１０の内部は多数本の伝熱管９が結束して上部管板
８及び下部管板１１に支持されており、上部管板８の上
方は２次冷却材上部室１５を、下部管板１１の下方は２
次冷却材下部室１６をそれぞれ形成する。

また、外胴７と内胴１０との間隙３７には１次冷却材の
導入および導出を区画すするための仕切壁１９が設けら
れている。

このように構成された熱交換器１は第２図に示す如く、
１次冷却配管２２と２次冷却配管２６の中間に設置され
て原子炉２０で発生した熱を蒸気発生器２４へ伝達する
ものである。

１次冷却配管２２及び２次冷却配管２６には冷却材を循
環させるため１次主循環ポンプ２１及び２次主循環ポン
プ２３が設けられている。

２次冷却管２６には２次冷却配管２６、熱交換器１及び
蒸気発生器２４へ冷却材を充填あるいはそれらから冷却
材をドレンするための充填ドレン配管３０及び３１が接
続されており、その途中には止め弁３４及び３５が設け
られている。

充填ドレンン配管３０及び３１は冷却材を収納しておく
ためのダンプタンク２５に接続されている。

また、２次冷却配管２６には冷却材のドレンの際、２次
冷却配管２６、熱交換器１及び蒸気発生器２４の内部を
不活性ガスで充満させるための不活性ガス配管２８及び
２９が接続されており、その途中には止め弁３２及び３
３が設けられている。

不活性ガス配管２８及び２９は不活性ガスを供給するた
めの不活性ガス供給装置２７へ接続されている。

次に上記構成に係る装置の作用を説明する。

このように構成されている熱交換器１は前述したように
原子炉プラントの通常運転時、原子炉２０で発生した熱
を１次冷却配管２２および２次冷却配管２６を介して蒸
気発生器２４へ伝達させるものである。

１次冷却材は１次冷却材人ロノズル２から流入し、外胴
７と内胴１０との間隙３７を上昇し、内胴１０に設けら
れた１次冷却材人口窓１２を経由して内胴１０内を下降
し１次冷却材出口窓１３に到り、支切壁１９より下方の
外胴７と内胴１０との間隙３７を下降して１次冷却材出
ロノズル３から流出する。

一方、２次冷却材は外胴７の上部ヘッダー７に設けられ
た２次冷却材入口配管４から流入し２次冷却材下部室１
６に到り、伝熱管９内を上昇して１次冷却材と熱交換器
をした後、２次冷却材上部室１５に到達し２次冷却材出
口配管５から流出する。

プラントの通常運転時このように作用している熱交換器
１の伝熱管９の検査は、原子炉２０の熱発生を停止させ
、原子炉２０および１次冷却配管２２内の冷却材温度を
一定に保持した後、２次冷却配管２６及び蒸気発生器２
４内の２次冷却材をドレンした状態で行う。

すなわち、２次冷却配管２６に接続された充填ドレン配
管３１に設けられた止め弁３５を開とし、２次冷却配管
２６および蒸気発生器２４内の２次冷却材をダンプタン
ク２５ヘドレンし収納する。

これと同時に２次冷却配管２６及び蒸気発生器２４内の
２次冷却材の内包空間へは不活性ガス供給装置２７によ
って供給された不活性ガスが不活性ガス配管２９及び止
弁３３をを経由して供給されてくる。

また、熱交換器１内の２次冷却材のドレンは２次冷却材
入口配管４に内包された２次冷却材ドレン配管６を用い
て行う。

熱交換器１内の２次冷却材上部室１５．２次冷却材下部
室１６および伝熱管９内に充満されている２次冷却材は
不活性ガス供給装置２７によって供給された不活性ガス
が２次冷却材入口配管４及び２次冷却材出口配管５に流
入してきて２次冷却材液面部を加圧することになる。

このことにより、熱交換器１内の２次冷却材は２次冷却
材下部室１６に開口している２次冷却材ドレン配管６の
最下端から流入し、この配管６内を上昇して充填ドレン
配管３０及び止め弁３４を経由してダンプタンク２５ヘ
ドレンされる。

この時、熱交換器１内のドレンレベルすなわち２次冷却
材の液面は伝熱管９の検査を精度良く行うことを考慮し
て第１図に示す如く、２次冷却材人口配管４及び出口配
管５の垂直部である符号３６の位置に保つ。

この時、高速増殖炉では冷却材として液体金属であるナ
トリウムを用いるため、ナトリウムの融点が比較的高い
こと （約１００℃）を考慮すると熱交換器１内に隔離
された２次冷却材の温度保持を行い凍結を防止しなけれ
ばならないが、熱交換器１内の１次冷却材は充填されて
おり、原子炉２０および１次冷却配管２２内の１次冷却
材も充填されていて２００℃近辺の一定温度に保持され
ている。

従って、熱交換器１内に隔離された２次冷却材は伝熱管
９を介して１次冷却材の温度に近い状態に保持されるこ
とになる。

このような状態下で熱交換器１の伝熱管９の検査を実施
する。

すなわち、２次冷却材のドレン操作のために開状態にな
っていた充填ドレン配管３０及び３１に設けられた止め
弁３４及び３５を閉状態とした上で熱交換器１の２次冷
却材入口配管４及び出口配管５を不活性ガスで加圧する
。

不活性ガスは前述したとおり、２次冷却材入口配管４及
び２次冷却材出口配管５の両方に流入してくる。

このとき２次冷却配管２６及び蒸気発生器２４内も２次
冷却材がドレンされているため同時に加圧され一定圧力
に保持される。

従って、熱交換器１の２次冷却材人口配管４及び２次冷
却材出口配５は共に不活性ガス配管２８及び２９の両方
から均一な圧力で加圧されるので２次冷却材入口配管４
内の冷却材液面３６は常に一定に保たれた状態になる。

このような状態下において一定時間放置し、２次冷却材
入口配管４内に設けられた液面計１４によって２次冷却
材入口配管４内の冷却材液面３６の変動を測定すること
により伝熱管９の健全性を確認する。

すなわち、熱交換器１内に存在する２次冷却材は２次冷
却材上部室１５．２次冷却材入口配管４及び２〜次冷却
材出口配管５の一部、伝熱管９及び２次冷却材下部室１
６である。

従って、２次冷却材上部室１５を加圧し、１次冷却材側
より高圧にすることにより、伝熱管９に亀裂、ピンホー
ル等の損傷があれば当該部を経由して２次冷却材は１次
冷却材へ流れ込んでいき２次冷却材入口配管４の冷却材
液面３６は下降する。

このことを液面計１４によって検知することにより伝熱
管９の損傷を確認することができる。

また、冷却材液面３６の下降が液面計１４で確認されな
ければ伝熱管９が健全であることが確認できる。

この検出法の精度は、実用炉クラスの高速増殖炉の中間
熱交換器の配管口径、中間熱交換器内冷却材容量を想定
し、液面計の精度を±２ｃｍ、温度補正の精度を±２℃
と仮定し、加圧による試験を２日間（４８時間）行なう
とすると、約１６ｃｃ／ｍｉＨの２次冷却材漏洩を検出
可能とするものである。

これは直径約０．１ｍｍのピンホールによる漏洩に相当
するもので゛ある。

もし本発明のように冷却材の液面３６を２次冷却材入口
配管内に保持するのでなく、２次冷却材上部室１５内に
保持すると、２次冷却材漏洩の検出精度は前述と同様の
条件下で約７２ｃｃ／ｍｉｎとなる。

逆に云えば、同一の検出精度を得るためには本発明によ
る場合の４．５倍の９日間の試験期間が必要となる。

なお、液面計１４は入口配管４だけでなく出口配管５に
も取り付けることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は熱交換器の２次冷却材入口
または出口配管に液面計を取り付けてなるもので、漏洩
検出試験時に、該配管に自由液面を設け、中間熱交換器
の１次および２次パウンダリーの冷却材の漏洩を自由液
面の低下から精度よく検出することができる。

したがって、本発明によれば伝熱管の検査方法を容易に
し、かつ精度の良い伝熱管の検査が可能となり、検査員
のリスクを極力軽減することができる。

このことにより、伝熱管の検査時間が短縮し、強いては
プラントの信頼性を増し稼動率を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る熱交換器の一実施例を示す縦断面
図、第２図は第１図に示す熱交換器の適用場所を説明す
るための系統図である。 ２・・・１次冷却材入ロノズル、３・・・１次冷却材出
ロノズル、４・・・２次冷却材入口配管、５・・・２次
冷却材出口配管、６・・・２次冷却材ドレン配管、１２
・・・１次冷却材入口窓、１３・・・１次冷却材出口窓
、１４・・・液面計。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内部に多数の伝熱管を有し側面上下に１次冷却材入
   口窓及び１次冷却材出口窓を有する内胴と、この内胴を
   覆い１次冷却材入ロノズル及び１次冷却材出ロノズルを
   有する外胴と、この外胴の両端に接続された上部ヘッダ
   ー及び下部ヘッダーと、前記上部ヘッダーに接続された
   ２次冷却材出口配管と、前記上部ヘッダーを貫通し前記
   内胴の下部まで延在する２次冷却材入口配管と、前記２
   次冷却材入口配管または前記２次冷却材出口配管に取り
   付けられた液面計とからなることを特徴とする熱交換器
   。