(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結果として粒界応力腐食割れ（ｉｎｔｅｒｇｒａｎｕｌａｒ  ｓｔｒｅｓｓ  ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ  ｃｒａｃｋｉｎｇ）が軽減されるように、１つまたは複数の化学種を用いて原子力発電炉の内側表面を処理するために、前記原子炉が運転されている間に高濃度化学溶液を前記原子炉に注入するための注入システムであって、
前記高濃度化学溶液を貯蔵するための容器と、
前記容器から前記原子炉の注入タップに連結された共通の移送管へ前記高濃度化学溶液をくみ上げるための第１の注入ポンプと、
前記第１の注入ポンプにより溶液タンクから前記高濃度化学溶液がくみ上げられる速度を測定するための装置と、
前記共通の移送管を用いて前記高濃度化学溶液を自動で希釈するために、脱イオン水の供給源から共通の移送管まで前記脱イオン水をくみ上げるための第２の注入ポンプと、
前記発電炉の運転中に前記希釈された化学溶液を前記発電炉の内部へ送るために、前記第１および第２の注入ポンプを前記共通の移送管に個別に連結させるための第１および第２の弁と、
前記発電炉システムに入る前記希釈された化学溶液の注入速度を結果として制御するために、前記第１および第２の注入ポンプ、ならびに、前記第１および第２の注入ポンプを前記共通の移送管に連結させるための前記複数の弁を制御するため論理制御器と、
前記第１の注入ポンプの濡れている可動部分を洗い流すための緩衝溶液を貯蔵しさらに前記第１の注入ポンプを通るように循環させるための再循環／貯蔵システムと、
を含む、注入システム。
【請求項２】
前記化学種が、白金、アルコール、ヒドラジン、チタニウム、ジルコニウム、タングステン、バナジウム、およびタンタルからなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の注入システム。
【請求項３】
前記緩衝溶液が、１：１の比の炭酸ナトリウムと重炭酸ナトリウムとの粉末からなる緩衝溶液であり、結果として、それぞれが同値の０．０２５モルでフラッシュ溶液となりさらにはｐＨが約１０となることを特徴とする請求項１または２に記載の注入システム。
【請求項４】
前記第１および第２の注入ポンプが、前記原子炉への前記希釈された化学溶液の注入速度の制御を結果として可能にするために注入量を調節する容積式ポンプであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の注入システム。
【請求項５】
前記高濃度化学溶液が前記溶液容器からくみ上げられる速度を測定するための前記装置が、前記容器内に貯蔵されている化学溶液の量の低下を重量で測定するために重量法を使用する少なくとも１つのロードセルを有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の注入システム。
【請求項６】
前記高濃度化学溶液が前記溶液容器からくみ上げられる速度を測定するための前記装置が、前記化学溶液の重量の低下を計算するための、少なくとも１つのロードセルからの信号を使用するデータ収集システムをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の注入システム。
【請求項７】
前記注入速度が、前記原子炉の主蒸気ライン放射線の増加、前記原子炉の水の中の前記化学溶液および前記原子炉の内側表面上に堆積する化学種の濃度、ならびに少なくとも１つの電気化学腐食電位（「ＥＣＰ（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）」）プローブによって測定される腐食電位の関数であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の注入システム。
【請求項８】
前記原子炉に注入される前記化学溶液が、貴金属、アルコール、ヒドラジン、チタニウム、ジルコニウム、タングステン、タンタル、バナジウム、およびこれらの任意の組合せのうちのいずれかであることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の注入システム。
【請求項９】
使用時における炉水中の化学物質濃度が１兆分の１（ｐｐｔ（ｐａｒｔｓ  ｐｅｒ  ｔｒｉｌｌｉｏｎ））から１０億分の１（「ｐｐｂ（ｐａｒｔｓ  ｐｅｒ  ｂｉｌｌｉｏｎ）」）の低めのレベルに維持され、化学溶液注入による導電率の増加がわずかとなり、それにより、前記原子炉の亀裂および割れ目内への貴金属の対流、渦、および拡散移動が強化されるような速度で、前記希釈された化学溶液が前記原子炉に注入されることを特徴とする請求項８に記載の注入システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は原子力発電炉に関し、より詳細には、結果として粒界応力腐食割れ（ｉｎｔｅｒｇｒａｎｕｌａｒ  ｓｔｒｅｓｓ  ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ  ｃｒａｃｋｉｎｇ  （ＩＧＳＣＣ））が軽減されるように原子炉内部を処理するために起動後の原子力発電炉内に化学溶液を注入する機能を実現するオンライン注入システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電炉内での粒界応力腐食割れ（ＩＧＳＣＣ）を軽減するために、水素ガスの注入に併せて貴金属化学物質を使用することが知られている。貴金属溶液は、酸素と水素との再結合を助けるための触媒として原子炉内に注入される。発電炉への貴金属の供給は、通常は、モード３の高温待機中に行われる。貴金属が注入されているこのモードの間は電力が生成されないため、結果として貴重なクリティカルパス時間がかなり損失される。
【０００３】
また、発電炉の起動の間、現行のシステム構成を用いて水素を注入することはできない。通常の水化学条件下では、十分でない濃度の水素が、放射線分解の酸素との再結合に利用される。その結果、存在する任意の亀裂が拡大し、一部分の亀裂は貴金属によって処理されず、したがって、ＩＧＳＣＣが軽減されない。本発明のオンライン注入システムは、原子炉内部を処理するために原子炉の起動後に化学溶液を注入する機能を実現することによりこの問題を解決する。
【０００４】
通常運転時における発電炉への化学物質供給プロセスに関していくつかの試みがなされた。それぞれの試みは成果としては比較的成功であったが、それぞれの試みには大きな後退部分および改良部分があった。
【０００５】
主蒸気ライン放射線の増加が原子炉内への化学溶液の注入における１つの問題であるため、使用される注入量はプロセス制御装置を用いて非常に厳密に監視された。最初の注入溶液は、主蒸気への影響を最小にするために大幅に希釈される必要があった。希釈溶液を用いる場合、貯蔵タンクが頻繁に空になることから、貯蔵タンクを再補充するためには複数の作業員による集中的な混合プロセスが必要であった。濃度を変更する必要がある場合は、必ず希釈プロセスも必要となった。
【０００６】
面倒な溶液混合プロセスを行うことを回避するために、高い溶液濃度が使用された。しかし、高い濃度は、溶液の攻撃的特性を増大させることにもなり、これは、ポンプ内部の濡れた構成要素に悪影響を及ぼす場合がある。原子炉タービン建屋内では３７．８℃＋（１００＋°Ｆ）の厳しい周囲温度であることから、従来の既成注入ポンプ（複数の製造業者が試験した）は数時間の運転で故障した。
【０００７】
供給プロセスの別の問題は、移送ラインに堆積することによる化学物質の減少である。ライン内での滞在時間を短くすると化学物質の損失は減る。容量の制御が限定されることから、脱イオン水流れの排出体積流量（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｆｌｏｗｒａｔｅ）を増大させることにより、移送ライン内における溶液の滞在時間が減少した。この手法により、化学物質を自動で希釈することも可能になり、注入スキッドに新たな機能が加えられることになった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明のオンライン注入システムは上述の問題を克服し、運転中の発電炉への化学溶液の連続した供給を実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の注入システムは、発電炉の通常運転状態において種々の主要または補助システム（給水、再循環、ＲＷＣＵ（原子炉冷却水浄化装置（ｒｅａｃｔｏｒ  ｗａｔｅｒ  ｃｌｅａｎ−ｕｐ  ｕｎｉｔ））など）タップ（複数可）を経由して発電炉内へ化学溶液を注入するように設計される。供給プロセスでは容積式ポンプを使用する。化学物質の注入は高濃度溶液の形態で行われるが、これは、スキッドからの排出の前にシステムにより内部で希釈される。注入システムを使用するこの化学物質供給方法は、複数の重要な成果をもたらす。第１に、この方法は、移送ラインに堆積することによる化学物質の損失を最小にする。第２に、この方法により、高濃度溶液を注入物質として使用することが可能となる。第３に、この方法は、時間がかかりかつ面倒である化学物質の希釈プロセスを省略する。第４に、この方法は、化学溶液を注入に必要な圧力まで上げる。第５に、この方法は、特別に用意される独自のフラッシュ溶液を使用することにより、注入ポンプヘッドのところで溶液からの固体の沈殿を防止する。最後に、オンライン注入により、発電炉の起動時、停止時、および運転時に拡大する可能性がある新たな亀裂表面上に新鮮な化学物質が付着される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、粒界応力腐食割れを軽減するために運転中の原子炉（図示せず）に化学溶液を注入するのに使用されるオンライン注入システム１０の概略流れ図である。システム１０は、同時に作動する２つの注入ポンプ１２および１４を有する。一方のポンプ１４は、２つの補給タンク１６または１８のうちの１つからの高濃度化学溶液を交互にくみ上げ、一方、他方のポンプ１２は、プラント供給源２０からの脱イオン水を用いて溶液を希釈することによって化学溶液の供給時間を短縮する際に役立つ。両方のポンプ１２および１４からの排出は、例えば給水ライン１７を介してスキッドから出て原子炉に注入される前に、ライン接続部１９のところで合わさって混合される。化学溶液のこの希釈により、溶液の希釈を促進しながら移送管１５内における化学物質の滞在時間を短縮するという課題が克服される。
【００１１】
システム１０は、タップ２２を通して主要システムまたは補助システムのどちらかに化学溶液を注入する。ポンプ１２および１４は、結果として原子炉への化学溶液の注入速度を制御するために注入量を調節するのに使用される容積式ポンプである。溶液タンク１６または１８のうちの１つから原子炉に注入される化学溶液の量は、ロードセル２４または２６をそれぞれ使用して重量法によって測定される。化学溶液の重量損失のアナログまたはデジタル信号２７または２９は、化学物質が溶液タンク１６および１８からくみ上げられるときの速度を計算するためにデータ収集システム２５で使用される。その結果、システム１０は、ロードセル２４および２６に接続された電子秤を使用して原子炉１７への化学溶液の注入を制御することを実現し、さらに、データ収集システム２５への信号２７または２９により化学溶液の重量損失データを伝達することを実現する。
【００１２】
図２に示すように、注入ポンプ１２および１４ならびに隔離弁２８および３０が、停止状態の場合に化学物質の注入を止めるために論理制御器４０の使用により連動する。論理制御器４０は、信号線２１および２３をそれぞれ介してポンプ１２および１４と通信し、交流電源ライン３１および３３をそれぞれ介して隔離弁２８および３０を制御する。システム１０が望ましくない状態にありさらには自動的に隔離される可能性があることを構内にいるあるいは遠隔地にいる運転者にイーサネット（登録商標）ポート４２を介して通知するのに、警告信号が使用される。通常は閉じている自動隔離弁２８および３０は、注入ポンプ１２および１４の下流に配置される。トリップ信号、信号の損失、または、電源喪失の場合、弁２８および３０は閉じる。イーサネット（登録商標）ポート４２に接続されたイーサネット（登録商標）ラインを用いた遠隔地にある通信手段を通してシステム状態を見ることが可能である。すべての警告は、遠隔地にあるこの通信手段を介して表示可能である。論理制御器４０は、以下の警告信号を発する：
ａ．高い圧力−圧力が停止状態に接近していることの警告；
ｂ．低い圧力−タンク内の化学溶液が少ないことを運転者に通知する；
ｃ．高い流量−化学物質の注入速度が設定速度と異なっている状態
ｄ．低い流量−化学物質の注入速度が設定速度と異なっている状態。
【００１３】
論理制御器４０はまた、以下の停止信号を発する。
ａ．高い圧力−装置および人員の保護；
ｂ．低い圧力−ラインの破損、システムの隔離の指示；
ｃ．ポンプの故障−ポンプの故障によりシステムが隔離される；
ｄ．低低の溶液（Ｌｏｗ−Ｌｏｗ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ）−化学溶液タンクが空になり、ポンプが停止し、弁によって隔離される。
【００１４】
システム１０の新規性のある特徴は、原子炉が最大出力および温度で運転されている状態で広範囲のｐＨの化学溶液を注入することができる能力である。オンライン注入プロセスは、最適な使用のために化学物質の注入を監視および制御することを可能にする。選択される注入速度は、主蒸気ライン放射線（「ＭＳＬＲ」（ｍａｉｎ  ｓｔｅａｍ  ｌｉｎｅ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ））の増加、炉水中の化学溶液および原子炉の内側表面に堆積する化学溶液の濃度、および、原子炉内の電気化学腐食電位（「ＥＣＰ」（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ））プローブによって読み取られる腐食電位によって決定される。
【００１５】
注入システム１０の化学物質の注入速度は以下のように表すことができる：
注入速度＝ｆ（ＭＳＬＲＭ、ＣＷ、ＣＳ、ＥＣＰ）
ここで、
ＭＳＬＲＭ＝主蒸気ライン放射線モニタ；
ＣＷ＝炉水中に溶解している化学物質の濃度；
ＣＳ＝表面上に堆積している化学物質の濃度；
ＥＣＰ＝電気化学腐食電位。
【００１６】
発電炉への化学溶液の注入は少量ではあるが安定した濃度に維持される。目標濃度への直接的な注入には、複数の作業員による混合工程または極端に大きい溶液貯蔵容器が必要となる。ポンプ１２および１４を使用して可能となる注入システム１０の内部希釈の機能により、高速に流れる脱イオン水流れ内へ計測されながら供給される高濃度溶液を使用することが可能となる。希釈された排出流れは滞在時間が短くなり、それにより、注入される化学物質のライン損失が少なくなり、一方で、必要となる量を原子炉へ確実に供給する。
【００１７】
システム１０のオンライン注入プロセスでは必要なことである化学溶液の連続した注入を維持するために、注入ポンプ１４の構成要素上での固体の堆積および沈殿を防止することが重要である。この目的のため、注入ポンプ１４の濡れている可動部分を洗い流す新規性のある緩衝溶液５０が用意される。緩衝溶液５０を貯蔵しさらにポンプ１４を通るように循環させるための再循環／貯蔵システム５４を図３に示す。システム５４は、緩衝溶液５０を貯蔵するためのキャニスタ５３ならびにライン５１および５５を有しており、ライン５１および５５は、それぞれ、ポンプ１４のピストン５２を囲んでいるフラッシュ溶液ハウジング５６へ溶液５０を供給するためのもの、ならびに、溶液５０をキャニスタ５３に戻すためのものである。フラッシュ溶液ハウジング５６は、溶液５０の一部と、溶液５０がハウジング５６から漏出するのを防止するためのフラッシュ溶液シール５８とを含む。フラッシュ溶液５０は、１：１の比の炭酸ナトリウムと重炭酸ナトリウムとの粉末（それぞれが同値の０．０２５モル）からなり、溶液のｐＨは約１０である。緩衝用フラッシュ溶液５０がない場合、化学溶液から固形が沈殿し、注入ポンプ１４のピストンおよびシールに堆積する。これにより、可動部分の摩擦が増大し、往復ピストン５２のスティッキングが起こり、このスティッキングによりシールが劣化し、最終的にはポンプ１４全体が故障する。システム障害による停止を回避するために、試験された特定の緩衝用フラッシュ溶液５０を使用することが重要である。水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、グリセリン、水酸化ナトリウムなどの従来のフラッシュ溶液を使用すると、ポンプ１４のピストンおよびシール上での化学注入物質からの堆積物によりポンプが故障する。したがって、原子炉内に貴金属を連続して注入することを成功裡に行うために、上述した、特別に作られたフラッシュ溶液が使用される。
【００１８】
注入システム１０は、原子炉の発電運転中に、例えばアルコール、ヒドラジン、チタニウム、ジルコニウム、タングステン、タンタル、バナジウム、および、特定の場合には白金化合物である［Ｎａ２Ｐｔ（ＯＨ）６］、といった化学溶液を原子炉容器に供給する。発電運転時におけるより高い温度およびより高い流体速度により原子炉の亀裂および割れ目内へ触媒の溶け込みが向上する。したがって、原子炉の亀裂および割れ目内への白金化合物の拡散を強化するような白金の移送環境は、原子炉の酸化性物質侵入状態に適合していることが好ましい。
【００１９】
運転中の原子炉への化学溶液のオンライン注入の一般的な期間は、好ましくは、約１〜３週間である。また、この長い時間は、原子炉の亀裂および割れ目内への化学注入物質の対流、渦、および拡散移動をより良好に強化するのも適している。化学物質の注入速度は好ましくは低速であり、その結果、使用時において、炉水中の化学物質濃度は１兆分の１（ｐｐｔ（ｐａｒｔｓ  ｐｅｒ  ｔｒｉｌｌｉｏｎ））から１０億分の１（「ｐｐｂ（ｐａｒｔｓ  ｐｅｒ  ｂｉｌｌｉｏｎ）」）の低めのレベルに維持され、導電率の増加はわずかとなる。
【００２０】
このオンラインプロセスに付随してＭＳＬＲＭが増大する可能性があることから、２、３回の予備的な短時間（約４時間）化学物質注入工程試験を、長期間となる任意の定常状態注入期間の前に、一定数増分された追加速度で行うことが好ましい。この予備の注入速度は、プラント運転時の線量率（Ｎ１６）の指標基準内にある連続注入速度から選択することができる。
【００２１】
運転中の発電炉に注入するための、本発明による化学物質注入システムおよび化学物質供給プロセス／方法の必要事項を以下に記載する。
（プラントの運転要件）
オンラインでの使用において必要となる運転条件は以下のとおりである：
原子炉運転モードは、出力の７０％を超えていることが好ましい。
【００２２】
炉心流量は、８５％を超えていることが好ましい。
（使用期間）
白金化学物質の注入期間は、７日から２１日であることが好ましい。
（炉水の導電率）
注入期間における炉水の導電率は、好ましくは０．３μＳ／ｃｍより低く、上限が１．０μＳ／ｃｍより低い。
（プロセス制御）
プロセス制御は、７から２１日を越える各使用において注入される化学種の質量によってなされる。注入速度は、最初のＮ１６工程試験で決定される個別のプラントのＮ１６レスポンスに応じて決まる。この速度は、部分的には、炉水の注入物質濃度（すなわち、所望される炉水中では１００ｐｐｔの白金）によって付加的に制御されてよく、導電率の制限が上がる。
（その後の再利用のための化学物質の投入）
周期的な再使用は、６から１２カ月の間隔で行われるのが好ましい。プラントが、延長されたオフ水素期間に入ると、実質的にこの事象に引き続いてすぐにオンラインプロセスは再使用されなければならない。このときに注入される質量は最初の使用と同じでなければならない。
【００２３】
本発明を現在最も実用的かつ好適であると思われる実施形態に関連させて説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されず、むしろ、添付の特許請求の範囲の精神および範囲内に含まれる様々な修正形態および等価の構成を包含することを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のオンライン注入システムの概略流れ図である。
【図２】図１のオンライン注入システム用の論理制御器の連動する信号を示す概略図である。
【図３】運転中の原子炉内に化学溶液を注入するのに使用される注入ポンプが適切に機能するのを可能にする、フラッシュ溶液を注入するためのシステムの図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  オンライン注入システム
１２、１４  注入ポンプ
１５  移送管
１６、１８  補給タンク
１７  給水ライン
１９  ライン接続部
２０  プラント供給源
２１、２３  信号線
２２  タップ
２４、２６  ロードセル
２５  データ種集システム
２７、２９  信号
２８、３０  隔離弁
３１、３３  交流電源ライン
４０  論理制御器
４２  イーサネット（登録商標）ポート
５０  緩衝溶液
５１、５５  ライン
５２  ピストン
５３  キャニスタ
５４  再循環／貯蔵システム
５６  フラッシュ溶液ハウジング
５８  フラッシュ溶液シール
【図１】
0005629054.tif 000002
【図２】
0005629054.tif 000003
【図３】
0005629054.tif 000004