(57)【要約】【課題】原子炉構造材の防食に際し、副次的な問題を発生させることなく、腐食抑制のより一層の向上を図った原子炉構造材の腐食抑制方法およびその腐食抑制装置を提供する。【解決手段】本発明に係る原子炉構造材の腐食抑制方法は、原子炉再循環系４、残留熱除去系５、原子炉冷却材浄化系６および給水系７のうち、少なくとも一つ以上の系統に水素を供給し、構造部材の腐食電位を低下させる原子炉構造材の腐食抑制方法において、前記少なくとも一つ以上の系統に設けた水素供給装置１６ａ，１６ｂ，…から水素を供給する際、水素解析装置１７で水に含まれている水素酸素等の濃度を演算、解析し、演算、解析したデータに基づいて供給水素量を設定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉再循環系、残留熱除去系、原子炉冷却材浄化系および給水系のうち、少なくとも一つ以上の系統に水素を供給し、構造材の腐食電位を低下させる原子炉構造材の腐食抑制方法において、前記少なくとも一つ以上の系統に設けた水素供給装置から水素を供給する際、水素解析装置で水に含まれている水素酸素等の濃度を演算、解析し、演算、解析したデータに基づいて供給水素量を設定することを特徴とする原子炉構造材の腐食抑制方法。
【請求項２】
原子炉再循環系、残留熱除去系、原子炉冷却材浄化系および給水系のうち、少なくとも一つ以上の系統に水素を供給し、構造材の腐食電位を低下させる原子炉構造材の腐食抑制方法において、前記少なくとも一つ以上の系統に設けた水素供給装置から水素を供給する際、水素解析装置で水に含まれている水素、酸素等の濃度を演算、解析し、演算、解析したデータにプラントデータ情報を加えて供給水素量を設定することを特徴とする原子炉構造材の腐食抑制方法。
【請求項３】
原子炉再循環系、残留熱除去系、原子炉冷却材浄化系および給水系のうち、少なくとも一つ以上の系統に水素を供給し、構造材の腐食電位を低下させる原子炉構造材の腐食抑制方法において、前記少なくとも一つ以上の系統に設けた水素供給装置から水素を供給する際、水素解析装置で水に含まれている水素、酸素等の濃度を演算、解析し、演算、解析したデータにプラントデータ情報を加えるとともに、前記少なくとも一つ以上の系統に設けたサンプリング系統から検出した水素濃度および酸素濃度の情報も加えて供給水素量を設定したことを特徴とする原子炉構造材の腐食抑制方法。
【請求項４】
プラントデータ情報は、放射線線量率、炉心流量、再循環流量、給水流量のうち、少なくとも一つ以上を選択していることを特徴とする請求項２または請求項３のうち、いずれか１項記載の原子炉構造材の腐食抑制方法。
【請求項５】
原子炉再循環系、残留熱除去系、原子炉冷却材浄化系および給水系のうち、少なくとも一つ以上の系統に水素供給装置を備え、前記水素供給装置から水に水素を供給し、構造材の腐食電位を低下させる原子炉構造材の腐食抑制装置において、前記水素供給装置は、水に含まれている水素濃度、酸素濃度等を演算、解析し、演算、解析したデータに基づいて供給水素を設定する水素解析装置を設けたことを特徴とする原子炉構造材の腐食抑制装置。
【請求項６】
水素解析装置は、水に含まれている水素濃度、酸素濃度等のデータに、プラントデータ情報およびサンプリング系統から検出した水素濃度、酸素濃度等の情報のうち、少なくとも一つ以上の情報を加えて供給水素量を設定したことを特徴とする請求項５記載の原子炉構造材の腐食抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電プラントで使用される原子炉構造材が、炉水中に含まれ、放射線によって分解し、生成される酸化性物質の影響を受けて腐食することを抑制する原子炉構造材の腐食抑制方法およびその腐食抑制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電プラントの炉水には、放射線によって分解し、生成される、例えば酸素や過酸化水素等の酸化性物質が高濃度で含まれている。
【０００３】
このため、原子炉構造材として使用されているステンレス鋼やニッケル基合金等の耐食鋼は、腐食電位が上昇し、応力腐食割れを起すことが良く知られている。
【０００４】
この応力腐食割れを抑制する技術には、例えば、特許文献１および特許文献２に見られるように、給水に水素を注入し、原子炉炉水中の酸素、過酸化水素の濃度を低くさせたり、ＰｔやＲｈ等の貴金属を原子炉構造材に被着させ、さらに給水に水素を加えて酸素濃度を低くさせたものや、あるいは特許文献２に見られるように、光触媒として機能する酸化チタンを原子炉構造材に被着させたものや、さらに、特許文献３に見られるように、光触媒、貴金属および水素注入を組み合わせたもの等、数多く提案されている。
【特許文献１】特許第２６２４９０６号公報
【特許文献２】特開平７−２７０５９２号公報（第２頁〜第４頁、図４）
【特許文献３】特開２００１−４７８９号公報（第２頁、図３、図９）
【特許文献４】特開２００１−２７６６２８号公報（第２頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されている原子炉炉水に水素を注入する技術や原子炉構造物に貴金属を被着させる技術には、以下に示す問題点が指摘されている。
【０００６】
原子炉炉水に水素を注入すると、原子炉炉水は還元雰囲気になる。
【０００７】
また、原子炉炉水には酸素の核変換によって生成される放射性窒素Ｎ−１６等の窒素化合物が存在し、この窒素化合物が環境の変化により、硝酸イオン、亜硝酸イオン等の水溶性物質から揮発性のアンモニウムに変化する。
【０００８】
変化したアンモニウムは、タービン系に流れ、タービン系の線量率を上昇させる虞があった。
【０００９】
また、原子炉炉水に水素を加えると、オフガス系にも流れる。このため、オフガス系は、酸素による再結合を行う必要があり、設備費の増加につながっていた。
【００１０】
一方、原子炉構造物に貴金属を被着させる技術は、原子炉炉水への水素注入に較べて少量の水素で済み、腐食抑制も確認されつつある。
【００１１】
しかし、原子炉構造材に貴金属を被着させるには、貴金属を含んだ溶液を原子炉炉水中に加える必要がある。
【００１２】
原子炉炉水に貴金属を加えた場合、ジルコニウム合金で作製された燃料被覆管に貴金属が付着し、燃料材料の腐食や水素吸収の多量化等の問題が発生する。
【００１３】
また、貴金属を被着させた部分は、水質が酸素モル濃度に対し、水素モル濃度が２倍以上になると、材料の腐食電位が、例えば−５００ｍＶ等著しく低下する。このため、材料の鉄の酸化皮膜の安定性を欠き、皮膜表面内外に存在する放射性金属酸化物の原子炉炉水への流出等の問題を引き起す可能性がある。
【００１４】
他方、特許文献２，３，４に見られるように、光触媒を用いる防食技術は、上述水素注入や貴金属被着で発生する問題点はないものの、光触媒を励起させる光や放射線が必要となり、防食範囲が極く限られた領域となり、例えば、原子炉内から離れた再循環領域まで防食が及ばない等の問題点を持っていた。
【００１５】
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、原子炉構造材の防食に際し、副次的問題を発生させることなく、腐食抑制のより一層の向上を図った原子炉構造材の腐食抑制方法およびその腐食抑制装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る原子炉構造材の腐食抑制方法は、上述の目的を達成するために、原子炉再循環系、残留熱除去系、原子炉冷却材浄化系および給水系のうち、少なくとも一つ以上の系統に水素を供給し、構造材の腐食電位を低下させる原子炉構造材の腐食抑制方法において、前記少なくとも一つ以上の系統に設けた水素供給装置から水素を供給する際、水素解析装置で水に含まれている水素酸素等の濃度を演算、解析し、演算、解析したデータに基づいて供給水素量を設定する方法である。
【００１７】
また、本発明に係る原子炉構造材の腐食抑制方法は、上述の目的を達成するために、原子炉再循環系、残留熱除去系、原子炉冷却材浄化系および給水系のうち、少なくとも一つ以上の系統に水素を供給し、構造材の腐食電位を低下させる原子炉構造材の腐食抑制方法において、前記少なくとも一つ以上の系統に設けた水素供給装置から水素を供給する際、水素解析装置で水に含まれている水素、酸素等の濃度を演算、解析し、演算、解析したデータにプラントデータ情報を加えて供給水素量を設定する方法である。
【００１８】
また、本発明に係る原子炉構造材の腐食抑制方法は、上述の目的を達成するために、原子炉再循環系、残留熱除去系、原子炉冷却材浄化系および給水系のうち、少なくとも一つ以上の系統に水素を供給し、構造材の腐食電位を低下させる原子炉構造材の腐食抑制方法において、前記少なくとも一つ以上の系統に設けた水素供給装置から水素を供給する際、水素解析装置で水に含まれている水素、酸素等の濃度を演算、解析し、演算、解析したデータにプラントデータ情報を加えるとともに、前記少なくとも一つ以上の系統に設けたサンプリング系統から検出した水素濃度および酸素濃度の情報も加えて供給水素量を設定した方法である。
【００１９】
また、本発明に係る原子炉構造材の腐食抑制方法は、上述の目的を達成するために、プラントデータ情報は、放射線線量率、炉心流量、再循環流量、給水流量のうち、少なくとも一つ以上を選択している方法である。
【００２０】
また、本発明に係る原子炉構造材の腐食抑制装置は、上述の目的を達成するために、原子炉再循環系、残留熱除去系、原子炉冷却材浄化系および給水系のうち、少なくとも一つ以上の系統に水素供給装置を備え、前記水素供給装置から水に水素を供給し、構造材の腐食電位を低下させる原子炉構造材の腐食抑制装置において、前記水素供給装置は、水に含まれている水素濃度、酸素濃度等を演算、解析し、演算、解析したデータに基づいて供給水素を設定する水素解析装置を設けたものである。
【００２１】
また、本発明に係る原子炉構造材の腐食抑制装置は、上述の目的を達成するために、水素解析装置は、水に含まれている水素濃度、酸素濃度等のデータに、プラントデータ情報およびサンプリング系統から検出した水素濃度、酸素濃度等の情報のうち、少なくとも一つ以上の情報を加えて供給水素量を設定したものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る原子炉構造材の腐食抑制方法およびその腐食抑制装置は、原子炉再循環系、残留熱除去系、原子炉冷却材浄化系および給水系のうち、少なくとも一つ以上の系統に水素を供給する際、水素解析装置で水に含まれている水素、酸素等の濃度を演算、解析し、演算、解析したデータに基づいて供給水素量を設定するので、構造部材腐食電位を低下させて原子炉構造材の健全化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に係る原子炉構造材の腐食抑制方法およびその腐食抑制装置の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００２４】
図１は、本発明に係る原子炉構造材の腐食抑制方法およびその腐食抑制装置の第１実施形態に適用する原子力発電プラントの冷却水循環系統を示す概略系統図である。
【００２５】
原子力発電プラントの冷却水循環系統は、シュラウド１、ジェットポンプ２等の炉内構造物を収容した原子炉圧力容器３を中心に、原子炉再循環（ＰＬＲ）系４、残留熱除去（ＲＨＲ）系５、原子炉冷却材浄化（ＣＵＷ）系６、給水系７を備える構成になっている。
【００２６】
原子炉再循環系４は、原子炉圧力容器３の外側に設置する原子炉再循環ポンプ８ａ，８ｂを備え、器内の原子炉炉水（冷却材）を原子炉再循環ポンプ８からジェットポンプ２を介してシュラウド１内の炉心に強制循環させ、炉心で発生する熱を除去し、炉熱出力の制御を行っている。
【００２７】
また、残留熱除去系５は、残留熱除去系ポンプ９、熱交換器１０を備え、炉水を原子炉再循環系４の吸込配管より取水し、残留熱除去系ポンプ９で昇圧し、熱交換器１０で冷却後、原子炉圧力容器３に戻し、原子炉停止後等の崩壊熱、顕熱等を除去している。
【００２８】
また、原子炉冷却材浄化系６は、再生熱交換器１１、非再生熱交換器１２、原子炉冷却材浄化系ポンプ１３、ろ過脱塩装置１４を備え、原子炉炉水を原子炉再循環系４の吸込配管より取水し、再生熱交換器１１、非再生熱交換器１２で冷却後、ろ過脱塩装置１４で炉水内に含まれる腐食生成物、核分裂生成物等を除去し、不純物を除去した炉水を給水系７に供給している。
【００２９】
また、給水系７は、給水ポンプ１５を備え、タービン系（図示せず）から供給された給水を昇圧して原子炉圧力容器３に供給している。
【００３０】
一方、原子炉再循環系４、残留熱除去系５、原子炉冷却材浄化系６および給水系７のそれぞれには、水素供給装置１６ａ，１６ｂ，…が設けられている。これら水素供給装置１６ａ，１６ｂ，…は、水質解析装置１７を備え、水質解析装置１７で水素、酸素等の濃度を演算、解析し、演算、解析したデータを基にして適正な水素供給量を設定し、設定した水素供給量信号ｅに基づいて水素を原子炉炉水等に供給し、各構造物の腐食電位をより一層低下させている。
【００３１】
このような構成を備えた原子力発電プラントの冷却水循環系統を流れる原子炉炉水や給水に放射線分解があると、原子炉炉水等は放射線のエネルギを吸収し、以下に示す成分に分解される。  
［化１］
Ｈ２Ｏ→ｅａｑ，Ｈ＋，Ｈ，ＯＨ，Ｈ２，Ｈ２Ｏ２，ＨＯ２
【００３２】
これらの成分は、反応して安定な組成である水素、酸素、過酸化水素に変化する。そして、例えば、酸素に水素を供給したとき、酸素は、以下のように変化し、最後に、水に還元される。  
［化２］
水素供給→Ｏ２→Ｈ２Ｏ→Ｈ２Ｏ２→ＯＨ→Ｈ２Ｏ
このように、例えば、酸素に水素を供給した場合、酸素の濃度は減少し、次に過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）の濃度が減少する。
【００３３】
図２は、縦軸に水素、酸素、過酸化水素の炉水中に含まれる濃度を示し、横軸に水素供給量（給水水素濃度）を示す原子力発電プラントの冷却水循環系統の水質解析結果を示す水素等の濃度線図である。
【００３４】
この濃度線図から、給水水素濃度０．４ｐｐｍで酸素濃度がゼロになり、酸化性成分は過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）が主たる成分になることがわかった。
【００３５】
図３は、縦軸にステンレス鋼の腐食電位（Ｖ  ＳＨＥ）を採り、横軸に酸素量２００ｐｐｂ、過酸化水素２００ｐｐｂの水質濃度を採った腐食電位線図である。なお、ステンレス鋼には、ＴｉＯ２が被着されている。
【００３６】
図３に示す腐食電位線図から、酸素のみの場合に較べて、光あるいは熱で励起される触媒を用いた場合、過酸化水素の存在により腐食電位の低下が確認された。
【００３７】
図４は、縦軸にステンレス鋼の腐食電位（Ｖ  ＳＨＥ）を採り、横軸に給水水素注入量を採った腐食電位線図である。なお、ステンレス鋼には、上述同様にＴｉＯ２が被着されている。
【００３８】
図４に示す腐食電位線図から、給水水素濃度０．４ｐｐｍで腐食電位の低下が認められた。
【００３９】
このように、本実施形態は、原子力発電プラントの冷却水循環系統に流れる原子炉炉水あるいは給水に水素を供給する水素供給装置１６ａ，１６ｂ，…を備え、水素解析装置１７で演算した解析結果に基づいて適正な供給水素量を設定し、設定した水素量に基づいて水素を原子炉炉水あるいは給水に供給するので、腐食電位をより一層低下させ、原子炉構造材の健全化を図ることができる。
【００４０】
図５は、本発明に係る原子炉構造材の腐食抑制方法およびその腐食抑制装置の第２実施形態に適用する原子力発電プラントの冷却水循環系統を示す概略系統図である。
【００４１】
なお、第１実施形態の構成要素と同一の構成要素には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【００４２】
本実施形態に係る原子炉構造材の腐食抑制方法およびその腐食抑制装置に適用する原子炉炉水あるいは給水の水質解析を行う水素解析装置１７は、中央制御室等で収集されたプラントデータ情報１８ａ，１８ｂを利用できるように図ったものである。
【００４３】
プラントデータ情報１８ａ，１８ｂは、放射線線量率に関するデータ、炉心流量、再循環流量、給水流量などの水の放射線分解に関連するデータが含まれている。
【００４４】
これらデータを基に解析された給水水素供給量の情報と原子炉炉水の水質分析情報とに基づいて水質解析装置１７は、水素供給量を設定し、設定した水素供給量が腐食抑制の対象位置に供給されるよう水素供給装置１６ａ，１６ｂ，…に制御指令を与える。なお、水素供給量は、過酸化水素が酸化性成分と主となるように設定される。
【００４５】
このように、本実施形態は、腐食抑制の対象位置に供給する水素量を決定する際、原子炉炉水の水質分析情報のほかにプラントデータ情報も加えて水素供給量を設定するので、より的確に設定された水素供給量の下、腐食電位をより一層低下させ、原子炉構造材の健全化を図ることができる。
【００４６】
なお、本実施形態は、水質解析装置１７が腐食抑制の対象位置に供給する水素量を設定する際、原子炉炉水の水素分析情報のほかにプラントデータ情報も加えて水素解析装置１７が水素供給量を設定したが、この例に限らず、例えば、原子炉冷却材浄化系６に炉水サンプリング系１９を設け、この炉水サンプリング系１９に設けた酸素濃度検出モニタ２０および水素濃度検出モニタ２１からの信号情報も加えて水素解析装置１７が水素供給量を設定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る原子炉構造材の腐食抑制方法およびその腐食抑制装置の第１実施形態に適用する原子力発電プラントの冷却水循環系統を示す概略系統図。
【図２】本発明に係る原子炉構造材の腐食抑制方法およびその腐食抑制装置の第１実施形態に適用する原子力発電プラントの冷却水循環系統の水質解析結果を示す水素等の濃度線図。
【図３】本発明に係る原子炉構造材の腐食抑制方法およびその腐食抑制装置の第１実施形態に適用する原子力発電プラントの冷却水循環系統の水素濃度に対する腐食電位線図。
【図４】本発明に係る原子炉構造材の腐食抑制方法およびその腐食抑制装置の第１実施形態に適用する原子力発電プラントの冷却水循環系統の給水水素供給量に対する腐食電位線図。
【図５】本発明に係る原子炉構造材の腐食抑制方法およびその腐食抑制装置の第２実施形態に適用する原子力発電プラントの冷却水循環系統を示す概略系統図。
【図６】本発明に係る原子炉構造材の腐食抑制方法およびその腐食抑制装置の第３実施形態に適用する原子力発電プラントの冷却水循環系統を示す概略系統図。
【符号の説明】
【００４８】
１  シュラウド
２  ジェットポンプ
３  原子炉圧力容器
４  原子炉再循環系
５  残留熱除去系
６  原子炉冷却材浄化系
７  給水系
８ａ，８ｂ  原子炉再循環ポンプ
９  残留熱除去系ポンプ
１０  熱交換器
１１  再生熱交換器
１２  非再生熱交換器
１３  原子炉冷却材浄化系ポンプ
１４  ろ過脱塩装置
１５  給水ポンプ
１６ａ，１６ｂ  水素供給装置
１７  水素解析装置
１８ａ，１８ｂ  プラント情報データ
１９  炉水サンプリング系
２０  酸素濃度検出モニタ
２１  水素濃度検出モニタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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