(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気発生器附帯型原子力発電に使用される蒸気発生器から発生した蒸気を主蒸気管を通してタービン系へ導き、このタービン系のタービンを回転させて発電機を駆動して発電し、前記タービン系で仕事を終えた蒸気を復水系の復水器で凝縮して復水し、この復水を復水浄化系で浄化し、給水系の給水加熱器で加熱して給水とし、この給水を前記蒸気発生器またはボイラに戻す発電用タービン設備において、前記給水を中性純水で溶存酸素濃度を７ppb 以上に調整し、前記蒸気発生器から前記給水系までの機器，配管の一部に耐食材を組み込んでなることを特徴とする蒸気発生器附帯型原子力発電用タービン設備。
【請求項２】
前記給水系の給水鉄濃度は１ppb 以下であることを特徴とする請求項１記載の発電用タービン設備。
【請求項３】
前記主蒸気管および前記給水系の低圧給水加熱器の上流側配管に酸素ガス供給配管を接続してなることを特徴とする請求項１記載の蒸気発生器附帯型原子力発電用タービン設備。
【請求項４】
前記耐食材は耐候性鋼，低合金鋼またはステンレス鋼からなることを特徴とする請求項１記載の蒸気発生器附帯型原子力発電用タービン設備。
【請求項５】
前記復水浄化系は復水フィルタまたは復水脱塩装置の少なくとも一つを有し、前記復水フィルタは中空糸膜フィルタ，非プリコート型フィルタまたは粉末イオン交換樹脂フィルタの何れか一つからなることを特徴とする請求項１記載の蒸気発生器附帯型原子力発電用タービン設備。
【請求項６】
前記復水系の復水ポンプの吐出側配管と前記給水系の低圧給水加熱器の低圧ヒータドレン側とを低圧ヒータドレンバイパス管，低圧ヒータドレンポンプおよび中空糸膜フィルタ上流戻り配管で接続し、この中空糸膜フィルタ上流戻り配管と前記低圧給水加熱器の上流側配管に復水脱塩装置の上流戻り配管および下流戻り配管を接続してなることを特徴とする請求項１記載の蒸気発生器附帯型原子力発電用タービン設備。
【請求項７】
前記蒸気発生器に貴金属注入装置を接続してなることを特徴とする請求項１記載の蒸気発生器附帯型原子力発電用タービン設備。
【請求項８】
前記復水脱塩装置の下流側給水系配管に水素ガス供給装置を接続してなり、前記蒸気発生器の二次側の腐食電位を−200mV 以下の量に維持してなることを特徴とする請求項１記載の蒸気発生器附帯型原子力発電用タービン設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蒸気発生器附帯型原子力発電所において、材料健全性維持、向上を図ることができるように構成した蒸気発生器附帯型原子力発電用タービン設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蒸気発生器附帯型原子力発電所においては、蒸気発生器内の伝熱管二次側の材料健全性を維持するために伝熱管二次側への鉄の堆積量を極力減少させるようにしている。この方法として、タービン設備の機器や配管の腐食による機能低下を抑制するために、近年、揮発性薬品処理（All Volatile Treatment以下、ＡＶＴ）を採用し、タービン系の腐食抑制を図っている。
【０００３】
ＶＴではアンモニアを添加することにより通常ｐＨを約8.7 〜9.5 に保ち、給水にはヒドラジンを0.2 〜0.6ppm添加することと、脱気器の設置により給水溶存酸素濃度をほぼ０に管理する脱酸素または還元雰囲気状態で運転している。
【０００４】
しかし、溶存酸素を下げることにより、材料表面全体の腐食は抑制されるが、流水により加速されるエロージョン，コロージョンが発生し、機器や配管の健全性が損なわれる可能性が生じている。
【０００５】
また、蒸気発生器附帯型原子力発電所の一部では、腐食抑制の観点からさらにｐＨを上げた高ＡＶＴを採用している場合もある。この場合、復水脱塩装置を通常運転時に使用すると、腐食抑制のために使用する薬品を捕獲し、再生頻度が運転管理上間に合わないことから、使用しない。このため、復水系上流で発生した腐食物は、下流に流れ出す。
【０００６】
つぎの文献によれば、給水の鉄濃度で2.3ppb程度となることが記載されている［ H.G.HEITMANN etal;Initiial experience gained with a high pH value inthe secondary system of PWRs,BNES LONDON Water Chemistry Nuclear systems,1983 ］。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
蒸気発生器附帯型原子力発電所では、ＡＶＴを採用しても、給水鉄濃度は数ppb 程度存在するため、蒸気発生器附帯型原子力発電所では蒸気発生器での鉄酸化物の堆積量が経年的に増加し、そこでの不純物の濃縮が起こることにより蒸気発生器伝熱管二次側の粒界腐食損傷（ＩＧＡ）が発生する課題がある。
【０００８】
最近の蒸気発生器附帯型原子力発電所での高ＡＶＴでも、また、火力発電所でのＣＷＴ方式を採用しても、薬品の使用量が膨大であり、薬品管理にコストがかかるとともに公害に対する懸念も高い。さらに、復水脱塩装置樹脂の化学再生頻度も高く、再生薬品の発生量も多くその管理にもコストがかかる課題がある。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、薬品を使用することなく、低管理コストで給水鉄濃度を低減し、材料の健全性を維持し、向上することができる蒸気発生器附帯型原子力発電用タービン設備を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に対応する発明は、蒸気発生器附帯型原子力発電に使用される蒸気発生器から発生した蒸気を主蒸気管を通してタービン系へ導き、このタービン系のタービンを回転させて発電機を駆動して発電し、前記タービン系で仕事を終えた蒸気を復水系の復水器で凝縮して復水し、この復水を復水浄化系で浄化し、給水系の給水加熱器で加熱して給水とし、この給水を前記蒸気発生器またはボイラに戻す蒸気発生器附帯型原子力発電用タービン設備において、前記給水を中性純水で溶存酸素濃度を７ppb 以上に調整し、前記蒸気発生器またはボイラから前記給水系までの機器，配管の一部に耐食材を組み込んでなることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に対応する発明は、前記給水系の給水鉄濃度は１ppb 以下であることを特徴とする。請求項３に対応する発明は、前記主蒸気管および前記給水系の低圧給水加熱器の上流側配管に酸素ガス供給配管を接続してなることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に対応する発明は、前記耐食材は耐候性鋼，低合金鋼またはステンレス鋼からなることを特徴とする。請求項５に対応する発明は、前記復水浄化系は復水フィルタまたは復水脱塩装置の少なくとも一つを有し、前記復水フィルタは中空糸膜フィルタ，非プリコート型フィルタまたは粉末イオン交換樹脂フィルタの何れか一つからなることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に対応する発明は、前記復水系の復水ポンプの吐出側配管と前記給水系の低圧給水加熱器の低圧ヒータドレン側とを低圧ヒータドレン管，低圧ヒータドレンポンプおよび中空糸膜フィルタ上流戻り配管で接続し、この中空糸膜フィルタ上流戻り配管と前記低圧給水加熱器の上流側配管に復水脱塩装置の上流戻り配管および下流戻り配管を接続してなることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に対応する発明は、前記蒸気発生器に貴金属注入装置を接続してなることを特徴とする。請求項８に対応する発明は、前記復水脱塩装置の下流側給水系配管に水素ガス供給装置を接続し、前記蒸気発生器の二次側の腐食電位を−200mV以下の量に維持してなることを特徴とする。
【００１５】
本発明によればタービン設備の材料健全性を維持し、向上するために、薬品を使用することなく、中性純水条件下で給水鉄濃度を低下させることにある。図３では、溶存酸素が存在すると炭素鋼の腐食が抑制されることが明らかにされている。その腐食抑制は溶存酸素が存在するとＦｅ2 Ｏ3 の安定な酸化皮膜が形成されることによることが知られている。
【００１６】
なお、図３はGordon etal,“Hydrogen water chemistry for BWRs ”EPRI NP-3935M(1985) の文献から引用したもので、200 〜300 ℃（392 〜572 Ｆ°）の温度範囲で異なる酸素濃度に1000hr晒した炭素鋼の腐食率と溶出率を溶存酸素濃度との関係で示している。
【００１７】
図４によれば、溶存酸素が７ppb 以上あれば流速によって促進される腐食いわゆるエロージョン，コロージョン（ＦＡＣ：Flow-Accelerated Corrosion）が抑制されることが明らかにされている。
【００１８】
図４は流速で加速される腐食摩耗に対する溶存酸素の影響を示したもので、縦軸は流速で加速される腐食摩耗率の増加で、横軸は溶存酸素（ppb ）を示している。
【００１９】
図５から図７は「火力原子力発電：発電プラントの腐食とその防止，腐食形態と対策２」 vol.47 No．６ p677 〜 Jun.1996から引用したもので、低炭素鋼は炭素鋼に比較して耐エロージョン，コロージョン性が極めて高いことが明らかにされている。
【００２０】
すなわち、図５は炭素鋼，Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｕ鋼およびＣｒ−Ｍｏ鋼についてエロージョン，コロージョン減量に及ぼす影響を示しており、図６は同じく蒸気湿り度の影響を示し、図７は炭素鋼とＣｒ−Ｍｏ鋼についてエロージョン，コロージョン減量に及ぼす蒸気湿度の影響を示している。
【００２１】
本発明では、ヒータドレンシステムをカスケードシステムとした場合には、蒸気系に酸素ガスまたは空気を注入することにより蒸気中および水中の溶存酸素濃度を高め、機器や配管内面に緻密な酸化皮膜を形成することによって機器・配管内面の腐食を抑制する。また、復水浄化系において上流から持ち込まれる鉄をほぼ完全に除去し、さらに酸素ガスを注入することにより給水系からの鉄発生を抑制して、給水系からの鉄の持ち込みを１ppb 以下にすることができる。
【００２２】
一方、フォワードドレンシステムとした場合には、蒸気系に酸素ガスまたは空気を注入することにより蒸気中および水中の溶存酸素濃度を高め、機器や配管内面に緻密な酸化皮膜を形成することと耐食材を併用することにより機器や配管内面の腐食をさらに抑制する他に、復水浄化系の設置と酸素ガス注入にて給水系からの鉄発生を抑制することにより、給水鉄濃度を１ppb 以下とする。ＬＰＰＤの鉄濃度が高い場合、ＬＰＰＤは復水浄化系上流に回収し鉄をほぼ完全に除去することにより、給水鉄濃度を１ppb 以下とすることができる。
【００２３】
さらに、蒸気発生器附帯型原子力発電所では、給水水素ガス注入により、蒸気発生器伝熱管二次側の腐食電位を−200mV 以下とし、ＩＧＡの発生を抑制する。この給水水素ガス注入量を低減するために、蒸気発生器伝熱管二次側表面に貴金属をメッキまたはコーティング、あるいは貴金属溶液を高温条件下で注入してＩＧＡの発生を抑制することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１により本発明に係る蒸気発生器附帯型原子力発電用タービン設備の第１の実施の形態を説明する。図１において、符号１は蒸気発生器である。蒸気発生器１には伝熱管27を内蔵しており、蒸気発生器１には主蒸気管２が接続している。主蒸気管２はタービン系の高圧タービン３に接続し、高圧タービン３の下流側には湿分分離器４，再熱器５および低圧タービン６が順次接続している。
【００２５】
低圧タービン６には復水系の主復水器７が設けられ、主復水器７の下流側には復水ポンプ８が接続し、復水ポンプ８の吐出側はろ過装置としての復水中空糸膜フィルタ（以下、ＨＦＦと記す）９に接続している。ＨＦＦ９の下流側給水系には低圧給水加熱器10，給水ポンプ11，高圧給水加熱器12が順次接続し、高圧給水加熱器12の下流側は給水配管13により蒸気発生器１に接続している。
【００２６】
高圧給水加熱器12の二次側入口には高圧タービン３と接続する抽気管14，湿分分離器ドレン管15および再熱器５と接続する再熱器ドレン管16が接続しており、また高圧給水加熱器12の二次側出口には給水ポンプ11の吸込側に接続する高圧ヒータドレン管17が高圧ヒータドレンポンプ18を介して接続している。
【００２７】
低圧タービン６と低圧給水加熱器10の二次側入口との間は抽気管19により接続している。低圧給水加熱器10の二次側出口とＨＦＦ９の吐出側配管との間は、低圧ヒータドレンバイパス管（以下、ＬＰＰＤと記す）20により、低圧ヒータドレンポンプ21を介して接続している。
【００２８】
ここで、図１中、符号22は酸素ガスまたは空気供給装置22で、この供給装置22は主蒸気系用加圧ポンプ23を介して主蒸気管２の上流側に配管接続するとともに、給水系用加圧ポンプ24を介して低圧給水加熱器10の入口側給水系配管にも配管接続している。また、符号25は水素ガス供給装置で、この水素ガス供給装置25は水素ガス加圧ポンプ26を介して前記ＨＦＦ９の下流側給水系配管に配管接続している。
【００２９】
符号28は腐食電位計で、蒸気発生器１に接続し、蒸気発生器１内の液体がポンプにより腐食電位計28に流入し測定される。また、符号29は貴金属注入装置で、蒸気発生器１の下部にポンプを介して接続している。符号30は排ガス系で、ポンプを介して主復水器７に接続し、排ガス系30には排ガス再結合器31が設けられ、その下流側は排気筒（スタック）に接続している。
【００３０】
ここで、蒸気発生器１で発生した蒸気は主蒸気管２を通って高圧タービン３を回した後、湿分分離器４により湿分が分離される。その後、再熱器５で再加熱されて、低圧タービン６に流入し、低圧タービン６を回転し、発電機（図示せず）を駆動する。仕事を終えた蒸気は例えばチタン製冷却管を内蔵する主復水器７により凝縮して復水となる。
【００３１】
復水は主復水器７から復水ポンプ８により復水 100％浄化容量を持つＨＦＦ９へ送られ、復水クラッドがほぼ除去される。ＨＦＦ９で浄化された復水は、低圧給水加熱器10と高圧給水加熱器12によって加熱された給水となって給水管13を通り給水ポンプ11により蒸気発生器１へ供給される。このようにして、蒸気発生器１内で発生した蒸気はタービン系，復水系，給水系をたどるサイクルを繰り返すことになる。
【００３２】
このサイクル中に、高圧給水加熱器12の熱源として利用される高圧タービン３の抽気は抽気管14を通り高圧給水加熱器12に流入する。また、湿分分離器４のドレンはドレン管15を通り高圧給水加熱器12に流入する。さらに、再熱器５のドレンはドレン管16を通って高圧給水加熱器12に流入する。高圧給水加熱器12で給水系配管と熱交換されて凝縮したドレン17は熱回収向上のために、高圧ヒータドレンポンプ18により給水ポンプ11の上流に回収される。
【００３３】
他方、低圧給水加熱器10の熱源として低圧タービン６の抽気は抽気管19を通って低圧給水加熱器10に供給された後、熱交換されたドレン20は熱回収向上のために、ＬＰＰＤ20を通し低圧ヒータドレンポンプ21によりＨＦＦ９の下流に回収される。
【００３４】
ＨＦＦ９の下流側の腐食抑制ならびにＨＦＦ９の下流に流入するタービン設備の腐食抑制のために、蒸気発生器１から流出した直後の主蒸気管２に酸素ガスまたは空気供給装置22から供給された酸素ガスまたは空気を加圧ポンプ23により主蒸気や抽気およびヒータドレンが適切な溶存酸素濃度になるよう供給する。
【００３５】
一方、ＨＦＦ９の下流に酸素ガス供給装置22から供給された酸素ガスまたは空気を加圧ポンプ24により復水および給水が適切な溶存酸素濃度になるよう供給する。さらに、腐食の絶対量を低減するために、復水管および給水配管を除くＨＦＦ９の下流に流入する蒸気系やドレン系の機器および配管を低合金鋼で形成し、再熱器５や給水加熱器10，12の伝熱管はステンレス鋼製とする。
【００３６】
これにより、ＨＦＦ９の下流側に流入して給水となるすべてのタービン系が緻密な酸化皮膜を形成し腐食が抑制されることによって給水鉄濃度が１ppb 以下と低いレベルに維持できる。
【００３７】
また、水素ガス供給装置25から供給された水素ガスを加圧ポンプ26により蒸気発生器伝熱管27の腐食電位が蒸気発生器1 から分岐された腐食電位計28の指示値として−200mV 以下となるようＨＦＦ９の下流側に供給する。
【００３８】
さらに、貴金属溶液注入装置29により貴金属を蒸気発生器１に注入し、蒸気発生器伝熱管27の表面に貴金属を付着させることにより、供給酸素ガスと供給水素ガスとの反応を促し水素ガス供給量を節約することができる。一方、排ガス系30内に水素ガスと酸素ガスを反応させ水に戻す排ガス再結合器31を設置することにより、供給した水素ガスと酸素ガスを安全に処理できる。
【００３９】
本実施の形態によれば、蒸気発生器伝熱管28の材料健全性を維持、向上することができるのみならず、薬品を使用しないことによる経済性の向上とともに人体や環境への影響もやさしくなり好ましいものとなる。
【００４０】
図２を参照しながら本発明に係る蒸気発生器附帯型原子力発電用タービン設備の第２の実施の形態を説明する。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点はＨＦＦ９の下流側に復水脱塩装置32を接続し、この復水脱塩装置32の前後に復水脱塩装置バイパス管33を設けるとともに、低圧給水加熱器10の二次側に接続したＬＰＰＤ20と復水ポンプ８の吐出側配管との間にＨＦＦ上流戻り配管34を設けたことにある。
【００４１】
また、ＨＦＦ上流戻り配管34には復水脱塩装置上流戻り配管35が上流戻り弁38を介してＨＦＦ９の下流側配管に接続し、また復水脱塩装置下流戻り配管36が下流戻り弁39を介して接続したことにある。
【００４２】
本実施の形態においては、ＨＦＦ９の下流に設置した復水脱塩装置32は粒状イオン交換樹脂を用いた混床型復水脱塩装置である。この復水脱塩装置32は発電用タービンプラント停止中に混入した不純物をプラント起動前の復水、給水浄化時に除去でき、プラント起動初期の炉水水質の悪化を抑制でき、極めて高純度に維持できる。また、海水リーク時の対応も可能である。さらに復水脱塩装置32をバイパスライン33を用いてバイパスすることにより、合理的運用をすることもできる。
【００４３】
また、ＬＰＰＤ20の鉄濃度はプラント起動時によっては高くなり、給水鉄濃度が１ppb を超えることがありえる場合は、ＬＰＰＤ20の戻りをＨＦＦ９の上流、またはＨＦＦ９と復水脱塩装置32の上流の間35、あるいは復水脱塩装置32の下流36のどこへでも戻せるよう弁37，38，39が設置され、これらの弁を切り替えて給水鉄濃度が１ppb 以下となるよう合理的運用をすることができる。
【００４４】
なお、ＨＦＦ上流戻り配管34，ＨＦＦ９と復水脱塩装置上流戻り配管35，復水脱塩装置下流戻り配管36はプラントの合理化のためにそれらを最小の組み合わせで構成することもできる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、蒸気発生器附帯型原子力発電用タービン設備において、薬品を使用することなく給水に中性純水を採用して、給水鉄濃度が１ppb 以下と低いレベルに維持できるとともに、蒸気発生器伝熱管二次側の腐食電位を−200mV 以下とすることができ、蒸気発生器伝熱管の材料健全性を維持、向上することができるのみならず、薬品を使用しないことによる経済性の向上とともに人体や環境への悪影響も優しくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る蒸気発生器附帯型原子力発電用タービン設備の第１の実施の形態を示す系統図。
【図２】  本発明に係る蒸気発生器附帯型原子力発電用タービン設備の第２の実施の形態を示す系統図。
【図３】  本発明の作用を従来例と対比するための、溶存酸素の材料の腐食抑制効果を示す曲線図。
【図４】  同じく、流速で過速される腐食摩耗に対する溶存酸素の影響を示す曲線図。
【図５】  同じく、耐食材のエロージョン，コロージョン減量に及ぼす蒸気流速の影響を示す曲線図。
【図６】  同じく、耐食材のエロージョン，コロージョン減量に及ぼす蒸気湿り度の影響を示す曲線図。
【図７】  同じく、耐食材のエロージョン，コロージョン減量に及ぼす蒸気湿度の影響を示す曲線図。
【符号の説明】
１…蒸気発生器、２…主蒸気管、３…高圧タービン、４…湿分分離器、５…再熱器、６…低圧タービン、７…主復水器、８…復水ポンプ、９…復水中空糸膜フィルタ（ＨＦＦ）、10…低圧給水加熱器、11…給水ポンプ、12…高圧給水加熱器、13…給水配管、14…抽気管、15…湿分分離器ドレン管、16…再熱器ドレン管、17…高圧ヒータドレン管、18…高圧ヒータドレンポンプ、19…抽気管、20…低圧ヒータドレンバイパス管（ＬＰＰＤ）、21…低圧ヒータドレンポンプ、22…酸素ガスまたは空気供給装置、23…主蒸気用加圧ポンプ、24…給水系、25…水素ガス供給装置、26…水素ガス加圧ポンプ、27…伝熱管、28…腐食電位計、29…貴金属注入装置、30…排ガス系、31…排ガス再結合器、32…復水脱塩装置、33…復水脱塩装置バイパス管、34…ＨＦＦ上流戻り配管、35…復水脱塩装置上流戻り配管、36…復水脱塩装置下流戻り配管、37…ＨＦＦ上流戻り弁，38…復水脱塩装置上流戻り弁、39…復水脱塩装置下流戻り弁。
【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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【図７】
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