(57)【要約】【課題】配管の設置状況に係わらず容易に適用可能であるとともに応力腐食割れや腐食疲労などの環境助長割れによるき裂の進展を抑制可能な配管のき裂進展抑制方法を提案する。【解決手段】配管のき裂進展抑制方法は、内面２５ｂ側にき裂２７を有する配管２５のき裂存在箇所２８の外面側２５ｃに押圧荷重負荷装置３１を配置し、押圧荷重付加装置３１により配管２５の外面側２５ｃへ押圧荷重負荷過程と押圧荷重除荷過程とからなる周期的な荷重負荷を行う。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面側にき裂を有する配管の前記き裂存在箇所の外面側に押圧荷重負荷装置を配置し、
前記押圧荷重付加装置により前記配管の外面側へ押圧荷重負荷過程と押圧荷重除荷過程とからなる周期的な荷重負荷を行うことを特徴とする配管のき裂進展抑制方法。
【請求項２】
前記き裂存在箇所に対する前記配管中心線の線対称位置に押圧荷重反力支持装置を配置することを特徴とする請求項１に記載の配管のき裂進展抑制方法。
【請求項３】
前記押圧荷重過程は前記配管に作用する定常的な応力に対して１０％を越える応力を発生させる押圧荷重を負荷することを特徴とする請求項１または２に記載の配管のき裂進展抑制方法。
【請求項４】
前記配管に作用する定常的な応力は、少なくとも前記配管に作用する熱応力、内圧による応力および溶接残留応力から求めることを特徴とする請求項３に記載の配管のき裂進展抑制方法。
【請求項５】
前記周期的な荷重負荷を連続的に複数回繰り返すことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の配管のき裂進展抑制方法。
【請求項６】
前記配管を備えるプラントの運転停止毎に前記周期的な荷重負荷を行うことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の配管のき裂進展抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、応力腐食割れや腐食疲労などの環境助長割れに対する配管のき裂進展抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電プラントや化学プラントなどの配管は、主としてオーステナイト系ステンレス鋼を材料に用いて構成される。このようなオーステナイト系ステンレス鋼を用いた配管は、靭性に富み、き裂などを起点とする急速な不安定破壊を起こし難く、応力腐食割れや腐食疲労などの環境助長割れ（Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｃｒａｃｋｉｎｇ：ＥＡＣ）によるき裂が生じても、配管破断を起こす前に漏洩が先行する傾向がある。この環境助長割れは、例えば、応力腐食割れ感受性のある材料を用いた構造物（配管を含む構造物一般）において、応力条件、環境条件が組み合わさって起きる事象である。
【０００３】
特に原子力発電プラントにあっては、高温水が循環する原子炉一次系において応力腐食割れや腐食疲労などの環境助長割れによってき裂の発生やき裂の進展が生じる可能性がある。そこで、プラントの健全性をより強固なものとし、またプラントの長寿命化を図る観点から、環境助長割れを抑制するために種々の技術開発が行われている。具体的には、応力腐食割れ感受性の低い改良材料の開発、構造物の板厚方向に所定の温度差が生じるよう一方側の面を水冷しながら他方側の面を高周波誘導加熱で昇温した後加熱を停止して板厚方向がほぼ均一な室温近くの温度となるまで一方側の面を水冷する高周波誘導加熱応力改善（Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｈｅａｔｉｎｇ  Ｓｔｒｅｓｓ  Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ：ＩＨＳＩ）のような応力改善技術の開発、沸騰水型原子炉（Ｂｏｉｌｉｎｇ  Ｗａｔｅｒ  Ｒｅａｃｔｏｒ：ＢＷＲ）プラントにおける水素注入などの水質改善技術の開発などが行われている。
【０００４】
また、応力腐食割れなどにより配管に発生したき裂の進展を抑制する技術は、その後のプラントの健全性の維持・強化、長寿命化を図る上で重要である。
【０００５】
ここで、一般に、構造物のき裂発生箇所に荷重変動を与えると、き裂の進展挙動が変化することが知られている。例えば、変動荷重の継続的な負荷は、その変動幅、周期などに依存して構造物のき裂の進展を助長する。
【０００６】
他方、過大荷重を負荷することでき裂進展速度を低下させることができる。これは、過大荷重の負荷によってき裂の先端部分に塑性域が形成され、当該部分に一種の圧縮応力場が形成されてき裂の進展を抑制すためと考えられる。具体的には、配管のき裂発生箇所に過大荷重を負荷することによって応力腐食割れなどによるき裂の進展を抑制できる（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１５１２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の配管のき裂進展抑止方法は、き裂存在箇所を中間に挟み込むように配管の外周軸線方向に離間させた一対の固着部材を配管の外周面に環状に取り付け、この一対の固着部材の互いに向かい合う面にテーパ加工を施すとともに一対の固着部材の間にテーパ加工を施した楔状環状体を配置したのち、楔状環状体を収縮させて一対の固着部材間の相対的な距離を広げてき裂存在箇所に引張荷重を負荷した後、この引張荷重を除荷する。
【０００９】
このように、特許文献１に記載の配管のき裂進展抑止方法は、き裂存在箇所に引張荷重を負荷するために配管の外周面に固定された環状の固着部材を要する。この環状の固着部材を配管の外周面に設けるためには、配管の外周全周に固着部材を配置するための空間的制約やアクセス性、固着部材を固定する止め輪を嵌め込む止め輪溝を配管に形成するための作業性を満足する必要がある。換言すれば、特許文献１に記載の配管のき裂進展抑止方法は、配管の設置状況によっては適用の自由度が低くなる。
【００１０】
また、特許文献１に記載の配管のき裂進展抑止方法は、配管を配管中心線方向へ変位させてき裂存在箇所に引張荷重を負荷するため、配管の設置状況、より詳しくはその拘束条件によっては配管の他の部位へ予期せぬ荷重を負荷する虞もある。
【００１１】
そこで、本発明は、配管の設置状況に係わらず容易に適用可能であるとともに応力腐食割れや腐食疲労などの環境助長割れによるき裂の進展を抑制可能な配管のき裂進展抑制方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の課題を解決するため本発明に係る配管のき裂進展抑制方法は、内面側にき裂を有する配管の前記き裂存在箇所の外面側に押圧荷重負荷装置を配置し、前記押圧荷重付加装置により前記配管の外面側へ押圧荷重負荷過程と押圧荷重除荷過程とからなる周期的な荷重負荷を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、配管の設置状況に係わらず容易に適用可能であるとともに応力腐食割れや腐食疲労などの環境助長割れによるき裂の進展を抑制可能な配管のき裂進展抑制方法を提案できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る配管のき裂進展抑制方法を適用するプラントの一例を示した概略的な構成図。
【図２】本発明に係る配管のき裂進展抑制方法の実施例を示す概略縦断面図。
【図３】本発明に係る配管のき裂進展抑制方法の実施例を示す図２のＡ−Ａ矢視断面図。
【図４】本発明に係る配管のき裂進展抑制方法における周期的な荷重負荷の一例を示す説明図。
【図５】本発明に係る配管のき裂進展抑制方法における周期的な荷重負荷の他の例を示す説明図。
【図６】本発明に係る配管のき裂進展抑制方法によるき裂進展の抑制効果を示す特性図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る配管のき裂進展抑制方法の実施形態について図１から図６を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明に係る配管のき裂進展抑制方法を適用するプラントの一例を示した概略的な構成図である。  
図１に示すように、配管のき裂進展抑制方法を適用するプラントの一例である沸騰水型原子炉プラント１は、原子炉建屋（図示省略）内に設置された原子炉格納容器（図示省略）と、原子炉格納容器内に設置されたペデスタル（図示省略）と、ペデスタルに支持された原子炉圧力容器３を有する原子炉一次系４と、を備える。
【００１７】
原子炉一次系４は、原子炉圧力容器３と、原子炉圧力容器３内の炉水に冠水された炉心６、炉心６を囲む炉心シュラウド７および炉心シュラウド７の周囲に配置されたジェットポンプ８などの炉内構造物と、原子炉圧力容器３に接続された再循環系１１、冷却材浄化系１２およびボトムドレンライン１３などの一次系配管１４と、を備える。
【００１８】
原子炉圧力容器３は、ペデスタルに支持された容器本体１６と、容器本体１６の上部開口を閉塞する蓋体１７と、を備える。また、原子炉圧力容器３は、上部格子板（図示省略）、炉心支持板（図示省略）、シュラウドサポート（図示省略）、炉心スプレー系配管（図示省略）などの炉内構造物を収納する。容器本体１６は、円筒状の胴体１８と、胴体１８の下端に接続された下鏡１９と、を備える。下鏡１９は、制御棒駆動機構２１や炉内計装管（図示省略）を通過させる貫通孔を有する。
【００１９】
原子炉圧力容器３内の炉水は、炉心６を下方から上方に流通するときに、炉心６の核反応熱を奪い昇温される。昇温された炉水は蒸気と水との二相流状態になり、炉心６の上方に設けられた気水分離器（図示省略）に流入する。気水分離器は水と蒸気とを分離する。分離された蒸気は、気水分離器の上方に設けられた蒸気乾燥器（図示省略）によって乾燥された乾燥蒸気となる。この乾燥蒸気は、原子炉圧力容器３に接続された主蒸気配管を経てタービン系に供給されて仕事に供される。他方、分離された水は、ジェットポンプ８によって炉心６の下方に流下して再度炉心６の下方から上方に向かって流通して同様のサイクルを繰り返す。
【００２０】
一次系配管１４は、原子炉圧力容器３から炉水を取水して原子炉圧力容器３に炉水を放水する。  
これらの原子炉圧力容器３、炉内構造物および一次系配管１４は、ＢＷＲプラントを構成する構造物である。
【００２１】
次に、本実施形態に係る配管のき裂進展抑制方法の適用例として、一次系配管１４に発生したき裂の進展を抑制する場合について説明する。
【００２２】
図２および図３は、本発明に係る配管のき裂進展抑制方法の実施例を示す概略図である。なお、図３は、図２のＡ−Ａにおける断面図である。  
図２および図３に示すように、一次系配管１４のいずれかの配管２５は、突合部分２５ａを溶接によって接合された溶接部２６を有する。溶接部２６は、配管２５の内面２５ｂ側に開口したき裂２７を有する。このき裂２７の周辺部分をき裂存在箇所２８と呼ぶ。また、き裂２７は、配管２５の外面２５ｃに未だ貫通していないき裂である。なお、き裂２７は、本実施形態に係る配管のき裂進展抑制方法を適用するに当たり、予め非破壊検査などの検査方法によって検出されたものである。
【００２３】
本実施形態に係る配管のき裂進展抑制方法は、先ず配管２５のき裂存在箇所２８の外面２５ｃ側に押圧荷重負荷装置３１を配置し、次に押圧荷重負荷装置３１により配管２５の外面２５ｃ側へ押圧荷重Ｆの負荷過程とその除荷過程とからなる周期的な荷重負荷を行う。この押圧荷重Ｆによって、き裂２７の先端部分２７ａに引張荷重が負荷される。
【００２４】
押圧荷重負荷装置３１は、き裂存在箇所２８の外面２５ｃ側へ局所的に集中した押圧荷重Ｆを負荷および除荷する。具体的には、押圧荷重負荷装置３１は、き裂存在箇所２８の外面２５ｃ側へ当接される押圧子３２と、押圧子３２に接続された荷重付加部３３と、を備える。
【００２５】
押圧子３２は、き裂２７の大きさ（主に配管２５の内面２５ｂに沿う周長）によって適宜に選択される。なお、押圧子３２はき裂存在箇所２８の全体に一様に当接できるものに限られず、き裂存在箇所２８に部分的に当接できるものでもよい。押圧子３２がき裂存在箇所２８に比べて小さい場合、押圧荷重負荷装置３１を適宜に移動させることでき裂存在箇所２８の全体に押圧荷重Ｆを負荷および除荷できる。
【００２６】
荷重付加部３３は、押圧子３２に押圧荷重Ｆを発生させるものであり、油圧装置や空圧装置、電動機（減速機等を組み合わせたものを含む）などの動力源や形状記憶合金などを適宜に用いて構成される。
【００２７】
また、本実施形態に係る配管のき裂進展抑制方法は、仮に配管２５の拘束部分（図示省略）が押圧荷重Ｆの負荷に対して十分な強度、剛性を有していない場合、き裂存在箇所２８に対する配管２５の中心線Ｃの線対称位置に押圧荷重反力支持装置３５を配置することができる。
【００２８】
押圧荷重反力支持装置３５は、押圧荷重Ｆの反力ｆを支持するものであり、配管２５周囲の床面、壁面および天井面などの十分な強度、剛性を有する部分と配管２５との間に架設される。押圧荷重反力支持装置３５は、十分に広い接触面３５ａを有し、押圧荷重Ｆの反力ｆを十分に分散さえて異常な面圧が加わらないように配管２５を保持する。
【００２９】
図４は、本発明に係る配管のき裂進展抑制方法における周期的な荷重負荷の一例を示す説明図である。図５は、本発明に係る配管のき裂進展抑制方法における周期的な荷重負荷の他の例を示す説明図である。なお、図４および図５の横軸は時間を表し、縦軸は押圧荷重Ｆの大きさを表す。
【００３０】
図４および図５に示すように、配管のき裂進展抑制方法における周期的な荷重負荷は、右上がりに図示された押圧荷重Ｆの負荷過程Ｆｕと、右下がりに図示された押圧荷重Ｆの除荷過程Ｆｄと、を有する。
【００３１】
また、配管のき裂進展抑制方法における周期的な荷重負荷は、押圧荷重Ｆの負荷過程Ｆｕおよび除荷過程Ｆｄを各１回ずつ組み合わせたもの（図４）や、押圧荷重Ｆの負荷過程Ｆｕおよび除荷過程Ｆｄを２回以上組み合わせたもの（図５）がある。き裂進展抑制方法における周期的な荷重負荷は、いずれの場合においても、押圧荷重Ｆがき裂存在箇所２８に作用する定常的な応力を越える応力をき裂２７の周縁部、特にき裂２７の先端部分２７ａに発生させるよう設定される。この定常的な応力を越える応力は、例えば定常的な応力を５％程度越える応力であり、望ましくは定常的な応力に対して１０％を越える応力である。
【００３２】
なお、き裂存在箇所２８に作用する定常的な応力は、少なくとも配管２５に作用する熱応力、配管２５の内圧による応力および溶接部２６を形成した際の溶接残留応力から求められる。
【００３３】
図６は、本発明に係る配管のき裂進展抑制方法によるき裂進展の抑制効果を示す特性図である。なお、図６の横軸は時間を表し、縦軸はき裂長さを示す。
【００３４】
図６に示すように、本実施形態に係る配管のき裂進展抑制方法を適用しない場合、配管２５に生じたき裂２７は時間の経過とともにき裂長さが増加する単調な右上がりの曲線Ｌ１のように進展する。他方、本実施形態に係る配管のき裂進展抑制方法を適用した場合、配管２５に生じたき裂２７は本実施形態に係る配管のき裂進展抑制方法を適用した時点Ｔからき裂の進展が抑制されて遅延し、曲線Ｌ１を右へシフトさせた部分を有する曲線Ｌ２のように進展する。
【００３５】
このように本実施形態に係る配管のき裂進展抑制方法によってき裂２７を有する配管２５に通常負荷される定常的な応力よりも大きい引張応力を負荷すると、き裂２７の先端部分２７ａに圧縮の残留応力が発生し、き裂２７が開口してその進展が遅延する。
【００３６】
また、本実施形態に係る配管のき裂進展抑制方法は、沸騰水型原子炉プラント１の定期点検などにともなう運転停止毎に押圧荷重負荷装置３１による周期的な荷重負荷を行うことでき裂２７の進展をより効果的に抑制することができる。この場合、き裂存在箇所２８に押圧荷重負荷装置３１および押圧荷重反力支持装置３５を予め設置しても良く、沸騰水型原子炉プラント１の運転停止毎に押圧荷重負荷装置３１および押圧荷重反力支持装置３５を改めて設置しても良い。
【００３７】
本実施形態に係る配管のき裂進展抑制方法によれば、沸騰水型原子炉プラント１の炉水に曝される再循環系１１、冷却材浄化系１２およびボトムドレンライン１３などの一次系配管１４において配管２５の内面２５ｂにき裂が存在する場合、沸騰水型原子炉プラント１の運転停止時にき裂存在箇所２８へ押圧荷重Ｆを負荷および除荷することによってき裂２７の先端部分２７ａに塑性域を形成して当該部分を圧縮場に置くことができる。これによって、沸騰水型原子炉プラント１の運転中においてき裂２７の進展を抑制できる。
【００３８】
また、本実施形態に係る配管のき裂進展抑制方法によれば、押圧荷重負荷装置３１は配管２５のき裂存在箇所２８の外面２５ｃに押圧荷重Ｆを負荷および除荷できればよいので、必ずしも配管２５の外周全周に設置領域の存在やアクセス性を必要としない。また、押圧荷重反力支持装置３５を使用する場合であっても押圧荷重負荷装置３１および押圧荷重反力支持装置３５によって配管２５を挟み込むことができれば本実施形態に係る配管のき裂進展抑制方法を適用できるので、配管２５の全周に渡って何らの作業を必要とせず、配管２５の設置状況によって適用の自由度が損なわれることもない。
【００３９】
したがって、本実施形態に係る配管のき裂進展抑制方法は、配管２５の設置状況に係わらず容易に適用可能であるとともに応力腐食割れや腐食疲労などの環境助長割れによるき裂の進展を抑制できる。
【００４０】
なお、本実施形態に係る配管のき裂進展抑制方法は、適用の一例である沸騰水型原子炉プラント１に限られずＥＡＣ等によるき裂が発生する可能性のある化学プラントなどの他のプラントにも適用可能であり、また、沸騰水型原子炉プラント１における一次系配管１４に限らず一次系の冷却材が接する原子炉圧力容器３および炉内構造物など他の構造物にも適用できる。
【符号の説明】
【００４１】
１  沸騰水型原子炉プラント
３  原子炉圧力容器
４  原子炉一次系
６  炉心
７  炉心シュラウド
８  ジェットポンプ
１１  再循環系
１２  冷却材浄化系
１３  ボトムドレンライン
１４  一次系配管
１６  容器本体
１７  蓋体
１８  胴体
１９  下鏡
２１  制御棒駆動機構
２５  配管
２５ａ  突合部分
２５ｂ  内面
２５ｃ  外面
２６  溶接部
２７  き裂
２７ａ  先端部分
２８  き裂存在箇所
３１  押圧荷重負荷装置
３２  押圧子
３３  荷重付加部
３５  押圧荷重反力支持装置
３５ａ  接触面
【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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