JPS5953469B2 - 復水浄化方法とその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の利用分野 本発明は復水浄化方法とその装置に係り、特に原子力発
電プラントのサイドストリーム式復水浄化系統に使用す
るに好適な復水浄化方法とその装置に関する。

発明の背景 サイドストリーム式復水浄化系統は、一般に二種の復水
一時貯槽を有する。

この内の一種は蒸気タービン排気蒸気の凝縮水を溜める
ものであり、他の一種は浄化済の復水をボイラ給水系統
の要求量に応じて該系統へ流す所謂クッション的機能を
有するものである。

それ故に後者の貯槽は、ボイラ給水系統が要求しない量
の、つまり余剰分の復水を貯える槽であるばかりでなく
、浄化系統内のポンプが事故を起こして停止した場合に
は給水系統へ送給される復水の一時的な水源池でもある
。

従って二つの貯槽は共に大型となり、それ故に槽内は水
との接触面積が広くなるから防蝕対策を施さぬ限り鉄錆
等の腐食生成物の槽外流出という問題は解決できない。

一方、両貯槽はプラントの小型化、簡単化を図る為に復
水器内に形成するが、復水器の組立や修理は現地という
極めて悪条件の環境下で行うものであるからステンレス
の溶接は応力腐食割れ等の事故を生じ、信頼性の点で好
ましくない。

従って貯槽の材質をステンレスにすることは実質的に不
可能であり、結局のところ貯槽の材質は炭素鋼とするの
が実際的である。

既に提案されているサイドストリーム式系統では、蒸気
タービン排気蒸気の凝縮水を溜める第１の貯槽（以下、
第１ホツトウエルと称する。

）、給水ポンプ、濾過装置、脱塩装置、熱交換器群、浄
化済復水を一時的に貯える第２の貯槽（以下、第２ホツ
トウエルと称する。

）、給水ポンプ、ボイラ給水系統の順に機器が配置され
ている。

第１ホツトウエルから濾過装置入口までをＡ区間、濾過
装置出口から第２ホツトウエル入口までをＢ区間第２ホ
ットウェルからその直後の給水ポンプまでをＣ区間、更
にその後段の給水系統をＤ区間として、腐食生成物の産
出量を求めると次表のようになる。

これらの値は、各相当区間上の配管及び機器の復水が通
過する濡縁面積と、炭素鋼の純水中における腐食速度（
すなわち１５０〜３００ｍｇ／ｄｍ２／月。

比較的良好な状態でも１５０ｍｇ／ｄｍ２７月。

）とから算出したものである。

従ってＣ区分以下特に第２ホツトウエルで発生する多量
の腐食生成物は復水と共にボイラへ送給されることにな
る。

今日の原子力発電プラントにおける重要な課題の一つは
、水質改善である。

この課題は我が国に限らず国外においてもその対策に大
きな努力が払われており、水質改善による被曝線量低減
は、今後も継続して研究すべき課題である。

すなわち給水系より原子路に持ち込まれた鉄を主体とす
る微量のＣＯやＮｉ等の腐食生成物は、炉内で沖性子に
照射され放射性数種（例えばＣ０−５０、Ｆｅ−５９）
となる。

これらの数種は半減期が長く、数種より放出されるγ線
が定検規間中の作業具に照射され被曝することになる。

人体への被曝は安全面から極力少なくすることが重要で
ある。

このことを考えると多くの腐食生成物が原子炉に持ち込
まれる事、すなわち復水の全鉄濃度が高くなり水質が悪
くなる事は、従来技術において最大の問題点である。

従って給水持ち込み腐食生成物は、被曝低減の為には可
能な限り少なくする必要がある。

また、腐食生成物の給水系統内持ち込み低減は原子力発
電に限っての課題ではなく、蒸気タービン利用の火力発
電に共通して言えるものである。

火力発電においては一般にスケールの付着防止、伝熱効
率の低下、クラックの発生等の問題をかかえており、従
って給水系統への鉄錆等の流出防止は共通の課題である
。

発明の目的 本発明の目的は、復水を浄水処理した後に、浄水済復水
を一時的に溜める貯槽を利用して該浄化済復水をボイラ
給水系統の要求量に応じ該系統へ送給するものにおいて
、貯槽内に生じる鉄錆の如き腐食生成物がボイラ給水系
統に送り込まれるのを防止することを可能とする復水浄
化方法とその装置を提供するにある。

発明の概要 本発明は上記目的を達成する為に、浄化処理済みの復水
は要求量に応じてボイラ給水系統に流し、残りの余剰分
はホットウェルに一時的に溜め、このホットウェル内の
復水は通常全量を再度浄化処理にかけるようにしたもの
である。

尚、余剰復水は第２ホツトウエルを利用せず第１ホツト
ウエルに直接戻すことに考えられるが、本発明は浄化系
統内の給水ポンプ等の万一の事故に備えて最低一つの貯
槽を具備した浄化系統を前提とする。

発明の実施例 以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示す復水浄化装置の系
統図である。

タービン排気蒸気が導入される各復水器１の底部には復
水溜めすなわち排気蒸気を凝縮させた復水を溜める第１
ホツトウエル２と第２ホツトウエル３とが形成されてい
る。

両ホットウェルは仕切板４によって区画され、この仕切
板４は後述するように復水溢流用の堰５を構成している
。

第２ホツトウエル３の上部は堰５と間隙を作って覆い６
が設けられている。

各第１ホツトウエル２の底部には復水送給管７が連通し
、合流する。

復水送給管７の途中には順次復水浄化系の循環ポンプ８
、復水濾過装置９、復水脱塩装置１０、熱交換器群、中
間貯槽１１が設けられている。

循環ポンプ８と復水濾過装置９との間には酸素供給装置
１２が付設されている。

熱交換器群はグランド蒸気復水器１３、オリフィス１４
、復水器空気抽出器１５が並列に配置されている。

中間貯槽１１は系統内の最も高い位置にあって静水頭を
確保しており、中間貯槽１１の側部には水位検出器１６
が付設されている。

また中間貯槽１１の頂部と復水器１の中空間とは配管１
７によって開通している。

そして復水送給管７は中間貯槽１１への管路を分岐した
後に各復水器１へ分岐し、各分岐管上には水位制御弁１
８を付設し、各管路の先端すなわち復水送給管７の端部
は更に二つに分岐して一方は復水器１内の覆い６と堰５
との間に、他方はボイラ給水系統（図示省略）へ続く復
水ポンプサクションヘッダ１９に至っている。

また、各水位制御弁１８には予備制御弁２０が併設され
ている。

水位制御弁１８の後段で分岐して復水器１内に至る分岐
管は、ホットウェル３の上部にてスプレーヘッダ２１を
もって開口している。

他方の各分岐管はいずれも復水ポンプサクションヘッダ
１９に至っており、こり復水ポンプサクションヘッダ１
９は復水ポンプ２２に至っている。

復水ポンプ２２の吐出側はボイラ給水系統に続く復水送
給管２３である。

更にホットウェル３の底部には復水ポンプサクション１
９に至る配管２４が開口しており、この各配管２４には
緊急弁２５が設けられていて、緊急時以外は閉止状態に
なっている。

また、前記した水位検出器１６は各水位制御弁１８と、
水位制御装置２６を介して電気的に接続されている。

タービン排気蒸気は復水器１内で凝縮され、その凝縮水
は第１ホツトウエル２に一時的に貯えられる。

第１ホツトウエル２内の凝縮水（すなわち復水）は復水
送給管７と循環ポンプ８とによって後流側の諸機器に送
出される。

復水は先ず酸素供給装置１２から酸素供給を受ける。

酸素供給要領は、後段の復水中の溶存酸素濃度が２０乃
至５０ｐｐｂとなるように行なう。

この酸素供給によって後流側の諸機器には安定した酸化
皮膜が形成される。

酸素供給を受けた復水は次に復水濾過装置９に入る。

ここでこれまでに生じた鉄錆等の腐食生成物が濾過除去
される。

復水濾過装置９を通過して濾過処理された復水は次に復
水脱塩装置１０に入る。

ここでは水質処理が中心であるが、残溜の腐食生成物も
殆んどがここで除去されてしまう。

こうして復水脱塩装置１０を通過した復水は、グランド
蒸気復水器１３と復水器空気抽出器１５とに分流して間
接式熱交換が行われ予熱されて後流側へ流出する。

グランド蒸気復水器１３は図示省略のタービン及び弁の
グランド部の封入蒸気を凝縮するものであり、復水器空
気抽出器１５は復水器１内の非凝縮気体を抽出する為に
使用される蒸気エゼクタ駆動用蒸気の排気蒸気を凝縮さ
せるものである。

尚オリフィス１４はグランド蒸気復水器１３及び復水器
空気抽出器１５への復水流人量を定量に保持するもので
ある。

これらの間接式熱交換部を経た浄化処理済復水は再び集
合し、主流からは再び中間貯槽１１への管路が分岐する
る中間貯槽１１は浄化系統内の静水頭を確保し、その液
面は水位検出器１６で検出され、水位制御装置２６によ
って後述する水位制御弁１８の開度調節を行うことによ
り安定に保持される。

中間貯槽１１は静水頭を得るに足る容量で充分であり、
小型のものでよい。

中間貯槽１１への分岐点を通過した浄化処理済の復水は
各復水器１へ分岐し、各復水器１毎に付設された水位制
御弁１８を介して流量調節がなされ、しかる後にスプレ
ーヘッダ２１と復水ポンプサクションヘッダ１９とに分
岐して流れる。

スプレーヘッダ２１からは第２ホツトウエル３の液面に
向けてその上方より復水が噴霧される。

また復水ポンプサクションヘッダ１９に至った各復水の
主流は復水ポンプ２２に至り、復水送給管２３に出てボ
イラ給水系統へ送出される。

第２ホツトウエル３内に導入される復水は主系統（すな
わち図示省略のタービン駆動用蒸気発生器等を有する系
統のこと。

）の要求に応じて復水ポンプサクションヘッダ１９へ導
かれる復水主流の余剰分である。

第２ホツトウエル３に導かれた復水は堰５より溢流して
第１ホツトウエル２に戻り、再度循環して浄化処理され
る。

尚予備制御弁２０は水位制御装置２６とは接続されてお
らず、緊急時に単独で動作可能なものである。

また緊急弁２５も循環ポンプ８の故障時の如き緊急時以
外は常時閉止しであるものである。

上記した本発明の第１の実施例によればまた次のような
効果が得られる。

（１）第２ホツトウエル３に導入した復水は全量第１ホ
ツトウエル２に戻して再浄化処理を行うようにしたので
、第１のホットウェル２内で生じた腐食生成物がボイラ
給水系統へ送出されることが防止できる。

従って原子力発電プラントに採用するならば、放射線数
種となる腐食生成物を低減できることから作業者の放射
線被曝を防止することができるという効果がある。

しかも全量を第１ホツトウエル２に移動させることによ
って再浄化処理はタービン排気蒸気の凝縮水と共に行え
るから浄化系統の小型化、簡単化が図れるものである。

尚、従来のサイドストリーム式復水系統において原子炉
入口での腐食生成物濃度は５ｐｐｂ以上であったが、本
実施例の採用により、１ｐｐｂ以下に抑えることが可能
となる。

（２）第１ホツトウエル２、第２ホツトウエル３共復水
器１内に形成したので設置面積の小型化が図れる。

加えて両針槽を仕切り板４にて区画し、堰５より溢流さ
せる方式にしたので、一層構造は簡単化し、製作が容易
である。

（３）復水給水系統において復水中の溶存酸素濃度が２
０ｐｐｂ以下になると炭素鋼は全面腐食をもたらす事が
知られている。

本実施例では浄化系統の上流側にて復水中に酸素供給装
置１２より酸素を供給しており、しかもその供給要領は
溶存酸素濃度が２０ｐｐｂ以上となるようにしたので、
後段の諸機器に安定した酸化皮膜を形成することが可能
であり、よって濾過処理済みの復水が流過する流路内か
ら鉄錆等の腐食生成物が生ずることを極力抑制すること
が可能である。

また溶存酸素濃度は２０乃至５０ｐｐｂにするようにし
たが、これは酸素供給装置１２の性能や経済性を考慮し
た為の範囲であって、実際的には第２図からも明らかな
ように上限約５００ｐｐｂまで供給可能である。

尚、第２図は１００℃水に接触した炭素鋼の腐食速度と
溶存酸素量との関係を示すものである。

理論的には上限７００ｐｐｂまで供給可能であるが、７
００ｐｐｂ以上になると逆に孔食という酸素による機器
類損傷が起こり、流通水量に基づく供給酸素量の制御を
考慮すると、７００ｐｐｂ近くを許容値に設定すること
は好ましくない。

尚、本実施例では循環ポンプ８と復水濾過装置９の間か
ら酸素を供給しているが、復水濾過装置９のプリコート
を長くする為には、復水濾過装置９の出口側から注入し
ても良い。

（４）水位制御弁１８に予備制御弁２０を併設したので
、水位制御弁１８の故障時にもボイラ給水系統への給水
を円滑に続行することが可能である。

特に、冷却水の供供給能力を低下させてはならない原子
炉力水においては重要な機能を果たすものである。

（５）中間貯槽１１は、その機能上の設置目的により、
復水浄化系統の内設高位に設置されている為に、水位制
御弁１８の入口圧力は高くなる。

一方、水位制御弁１８の出口側は復水器１に接続されて
いる為に真空状態であり、従って入口圧力と出口圧力の
差は大きくなる。

制御弁には弁固有の性質によって許容差圧が有り、この
許容差圧を上回る差圧で制御弁を運転すると、制御弁内
及び出口側においてキャビテーションを発生する事が懸
念される。

キャビテーションは、弁の縮流部において高流速になる
為に局所的に流体の静圧が飽和圧力以下となり、気泡を
発生し、その後流において流速が減少し、静圧が飽和圧
力以上になることによって気泡が急速に押しつぶされる
という現象である。

この気泡の崩壊現象は激しい振動や騒音を伴い、また１
０ａｔａ乃至１０Ｑａｔａの衝撃圧力を発生するので弁
体や配管のエロージョンの原因となる。

そして実施例では、スプレーヘッダ２１の圧力損失を利
用し、水位制御弁１８の出口側圧力を高くし、水位制御
弁１８の差圧を小さくすることが可能であり、よってキ
ャビテーションを回避することが可能である。

（６）第２ホツトウエル３の底部に配管２４を開口させ
、配管２４の他端は復水ポンプサクションヘッダ１９に
開口させ、配管２４の管路上には緊急弁２５を設けて通
常この管路を閉止するようにしたので゛、通常は第２ホ
ツトウエル３内の腐食生成物はボイラ給水系統には流出
しない。

そして万一循環ポンプ８が故障する等してボイラ給水が
安定に行えなくなる危険性が生じた時にはこの緊急弁２
５を開にして第２ホツトウエル３内の復水をボイラへ送
出させることが可能である。

従ってボイラ給水を円滑に続行することが可能である。

特に、前記したように、冷却水の供給能力を低下させて
はならない原子炉給水において重要な機能を果たすもの
である。

尚、緊急弁２５の作動については種々の方法が採用可能
であり、例えば、水位検出器１６の検出水位が低或いは
検出不可能な程低くなった場合に動作するようにしたり
、制御装置２６から開信号が出されているにもかかわら
ず水位制御弁１８が完全閉止した場合に動作するように
したりすることも不可能である。

（７）本実施例は現行のサイドストリーム式復水系統に
おいて水位制御弁１８から復水ポンプサクションヘッダ
１９に至る範囲を変更、加工すれば足りるので、直ちに
現行のものに採用可能である。

第３図は本発明の第２の実施例を示す復水浄化装置の系
統図である。

前記第１の実施例と異なる点は主に水位制御弁の配置の
合理化と、溶存酸素の有効活用とを図った点にある。

以下第２の実施例の特徴部分について説明する。

復水送給管７は熱交換器群を経たところで仲間貯槽１１
に至る管路を分岐した後に複数個の水位制御弁（本実施
例においては水位制御弁１８が３個、予備制御弁２゛０
が１個）への管路に分岐し、これら各弁の出側において
再び統合され、復水ポンプサクションヘッダ１９に至る
。

復水ポンプサクションヘッダ１９からは各復水器１の第
２ホツトウエル３の底部に連通する配管２７が分岐する
。

従って第１の実施例に設けたスプレーヘッダ２１は必要
としない。

他の構成は前記第１の実施例と同様である。

中間貯槽１１への分岐点を通過した浄化処理済復水は各
水位制御弁１８を介して流量調節がなされ、しかる後続
合されて復水ポンプサクションヘッダ１９に至る。

復水ポンプサクションヘッダ１９からは各復水器１のホ
ットウェル３の底部に向けて配管２７を介し余剰復水が
送給される。

その他の復水の流れは第１の実施例と同様である。

上記した本発明の第２の実施例によれば前記第１の実施
例の効果（１）、 （２）、 （３）、 （４）に加え
て主に次のような効果が得られる。

（５）水位制御弁１８を各復水器１毎に付設することな
く３個を並列に配置したので、予備制御弁２０は１個だ
けでも各水位制御弁１８の共用として使用することが可
能であり、弁の員数が削減でき、加えて水位制御弁廻り
の配管の簡素化が図れる。

また、水位制御弁１８の運転状態が改善される事によっ
て水位制御弁の型式選定の範囲を広げる事ができる。

水位制御弁１８の出口側配管は復水ポンプサクションヘ
ッダ１９に接続される為に水位制御弁１８の出口側配管
は簡素化され、加えて第２ホツトウエル３における静水
頭を水位制御弁１８の出口側圧力として利用して差圧を
緩和できるので第１実施例のスプレーヘッダ２１に匹敵
する効果が得られる。

また、これによって第２ホットウェル３上部の配管が削
除できて、復水器１の内部構造の簡素化が図れる。

水位制御弁１８の出口側配管の圧力損失及び第２ホツト
ウエル３の静圧類が、水位制御弁１８の出入口圧力の差
圧を緩和するが、特に配管の圧力損失は、流量制限オリ
フイスの設置が容易になるので容易に増加することがで
き、制御弁のキャビテーションの懸念は不要となる。

従って水位制御弁１８として使用可能な弁形式の範囲も
広くなり、型式の選定によっては水位制御弁１８の員数
削減も可能である。

更に復水浄化系統において注入された酸素を含む復水は
、復水ポンプサクションヘッダ１９に入り、主系統で必
要な量が復水ポンプ２２によって主系統に送られ、余剰
分が第２ホツトウエル３の底部から液中に入ることにな
るから、酸素放出は防止でき、酸素は有効に利用される
ことになる。

それ故に主系統においてもう一度酸素を注入する必要は
無くなり、酸素注入の為の設備を少なくできると共に必
要な酸素量も削減でき、保守点検の省力化と経済性の向
上を図ることがで゛きる。

第４図は本発明の第３の実施例を示す復水浄化装置の系
統図である。

前記第２の実施例と異なる点は、復水ポンプサクション
ヘッダ１９上において復水ポンプ２２への分岐位置を配
管２７よりも上流側としたことにある。

本実施例による効果は第２の実施例の全効果に加えて更
に次の効果が得られる。

第１に本実施例によれば、復水ポンプサクションヘッダ
１９において腐食生成物が発生しても、全て第２ホツト
ウエル３内に導入して浄化処理することが可能である。

第２に、復水ポンプ２２への分岐点を復水ポンプサクシ
ョンヘッダ１９の最上流側に位置させたので、復水ポン
プ２２に至る腐食生成物発生区間が大巾に短縮され、よ
ってより高水質の復水をボイラへ給水することが可能と
なる。

発明の効果 以上述べたように、本発明によれば、浄化処理済復水の
一時的貯槽に導入した復水は全量再浄化処理するように
したので、該貯槽内で生じた腐食生成物がボイラ給水系
統へ送出されることが防止できるという効果がある。

特に本発明を原子力発電プラントに採用するならば作業
者の放射線被曝を防止することができるという効果が′
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第３図及び第４図はそれぞれ本発明の実施例を
示す復水浄化装置の系統図、第２図は炭素鋼の腐食速度
を示す特性図である。 １・・・・・・復水器、２，３・・・・・・ホットウェ
ル、４・・・・・・仕切り板、５・・・・・・堰、６・
・・・・・覆い、７，２３・・・・・・復水送給管、９
・・・・・・復水濾過装置、１２・・・・・・酸素供給
装置、１７． ２４． ２７・・・・・・配管、１９・
・・・・・復水ポンプサクションヘッダ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 復水器にて生じた復水を浄化処理した後に、この浄
   化済復水を一時的に溜める貯槽を利用して該浄化済復水
   を要求量に応じてボイラ給水系統へ送給する復水浄化方
   法において、前記浄化済復水を給水系統の要求量に応じ
   て前記貯槽を経由することなく直接前記給水系統へ送給
   する復水と余剰の浄化済復水を前記貯槽へ導入する復水
   とに分け、前記貯槽へ導入した復水は再び浄化処理した
   後に前記給水系統へ送給するようにしたことを特徴とす
   る復水浄化方法。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の復水浄化方法におい
   て、前記貯槽へ導入した復水はタービン排気蒸気を凝縮
   して生じた未浄化復水と合流させた後に前記浄化処理す
   るようにしたことを特徴とする復水浄化方法。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項に記載の復水浄
   化方法において、前記浄化処理は鉄錆等の腐食生成物を
   濾過する工程を含み、この工程に入る前に酸素を復水中
   に注入することにより、前記貯槽及び給水系統に至る配
   管内並びにこの配管に付設した諸機器の復水接触面に酸
   化皮膜を形成するようにしたことを特徴とする復水浄化
   方法。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載の復水浄化方法におい
   て、前記浄化済復水中の溶存酸素濃度が２０ｐｐｂ乃至
   ５００ｐｐｂの範囲になるようにしたことを特徴とする
   復水浄化方法。 ５ 復水器内を流下するタービン排気蒸気の凝縮水を溜
   める為に復水器内に設けた第１の復水溜めと、該復水溜
   めに開口し途中に復水濾過装置を有する復水送給管と、
   該送給管を流下してボイラ給水系統に送給される濾過処
   理済復水を一時的に溜める第２の復水溜めとから成る復
   水濾過装置において、前記濾過処理済復水を直接ボイラ
   給水系統に導く配管を前記濾過装置から前記第２の復水
   溜めに至る復水送給管より分岐させて配設し、更に前記
   第２の復水溜め内の復水を前記第１の復水溜めに導く流
   路を設けたことを特徴とする復水浄化装置。 ６ 特許請求の範囲第５項に記載の復水浄化装置におい
   て、前記復水器内に前記第１と第２の両夜水溜めを区画
   部材にて区画して形成し、該区画部材の上端を堰として
   前記流路を形成したことを特徴とする復水浄化装置。 ７ 特許請求の範囲第５項または第６項に記載の浄水浄
   化装置において、前記復水送給管は前記第２の復水溜め
   の通常時の液面の下方に開口させたことを特徴とする復
   水浄化装置。 ８ 特許請求の範囲第５項乃至第７項記載のいずれかに
   記載の復水浄化装置において前記復水送給管に酸素供給
   装置を付設したことを特徴とする復水浄化装置。