(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電プラントの防食管理方法であって、前記発電プラントの各機器の内壁面にＭ１ＦｅＯ３（Ｍ１は３価または４価の金属）あるいはＭ２Ｆｅ２Ｏ４（Ｍ２は２価の金属）なる組成の化合物を塗布して皮膜を形成するステップと、前記各機器の温度を予め求めたこれら各機器の運転温度の範囲に制御するとともに、前記各機器に対する導入酸素量を、各機器の運転温度によって前記Ｍ１ＦｅＯ３（Ｍ１は３価または４価の金属）あるいはＭ２Ｆｅ２Ｏ４（Ｍ２は２価の金属）なる組成の被膜が溶解腐食されることなく存在できる導入酸素量の範囲に制御することによって、前記皮膜を保持するステップと、を具えることを特徴とする、発電プラントの防食管理方法。
【請求項２】
前記皮膜はＦｅ２Ｏ３なる組成を有することを特徴とする、請求項１に記載の発電プラントの防食管理方法。
【請求項３】
前記皮膜を構成する金属Ｍ１は、Ｙ，Ｌａ，Ｔｉ，Ｚｒ，及びＨｆから選択されて成ることを特徴とする、請求項１又は２に記載の発電プラントの防食管理方法。
【請求項４】
前記皮膜を構成する金属Ｍ２は、Ｎｉ，Ｃｏ及びＭｎから選択されて成ることを特徴とする、請求項１又は２に記載の発電プラントの防食管理方法。
【請求項５】
前記皮膜はＦｅＴｉＯ３あるいはＦｅ２ＴｉＯ４なる組成を有することを特徴とする、請求項１に記載の発電プラントの防食管理方法。
【請求項６】
前記発電プラントは、加圧水型原子炉または沸騰水型原子炉であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の発電プラントの防食管理方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電プラントの防食管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
腐食は機器の構造材である金属がイオンとなって環境中に溶け出す経年事象であり、機器寿命を決定する重要な要素である。また腐食が進行すると機器の破損により思わぬ損害を招くことがあり、安全の観点からも腐食対策は必要である。そのため、腐食対策は屋外環境、高温環境で使用される多くの機器、特に発電プラントにおいて行われている。腐食は材料表面で起こる現象のため、材料の表面状態に大きく依存する。
【０００３】
高温で使用される機器の金属構造材の表面は、通常、Ｆｅ２Ｏ３などの鉄酸化物で覆われている。Ｆｅ２Ｏ３は水への溶解度が低く、緻密に生成することで防食効果のある皮膜としての効果が知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、Ｆｅ２Ｏ３皮膜は使用環境に依存して溶解消失したり、結晶系が変化したりしてしまうため、本来の防食性を発揮することができない場合がある。このような問題に鑑み、特許文献２では、モルフォリン、アルカノールアミン及び脂肪族環状アミンの少なくとも一種をｐＨ調整剤として用い、Ｆｅ２Ｏ３皮膜の接触する水のｐＨを調整してＦｅ２Ｏ３皮膜の溶解を防止する方法が開示されている。しかしながら、このようなｐＨ調整剤の使用は制御が難しく、防食管理が困難になるという問題があった。
【０００５】
また、特許文献３〜５には、ボイラ中への溶存酸素量を制御することによって、ボイラ設備の腐食を防止する方法が開示されているが、Ｆｅ２Ｏ３皮膜に対する防食管理についての記載はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１７８２０７号
【特許文献２】特開２００７−１３１９１３号
【特許文献３】特開２００２−５４１１号
【特許文献４】特開平１１−２３６６８９号
【特許文献５】特開平６−３０４４５９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、発電プラントにおいて、防食性に優れた皮膜を形成するとともに、当該皮膜を安定に保持する、発電プラントの防食管理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、発電プラントの防食管理方法であって、前記発電プラントの各機器の内壁面にＭ１ＦｅＯ３（Ｍ１は３価または４価の金属）あるいはＭ２Ｆｅ２Ｏ４（Ｍ２は２価の金属）なる組成の化合物を塗布して皮膜を形成するステップと、前記各機器の温度を予め求めたこれら各機器の運転温度の範囲に制御するとともに、前記各機器に対する導入酸素量を、各機器の運転温度によって前記Ｍ１ＦｅＯ３（Ｍ１は３価または４価の金属）あるいはＭ２Ｆｅ２Ｏ４（Ｍ２は２価の金属）なる組成の被膜が溶解腐食されることなく存在できる導入酸素量の範囲に制御することによって、前記皮膜を保持するステップと、を具えることを特徴とする、発電プラントの防食管理方法に関する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、発電プラントにおいて、防食性に優れた皮膜を形成するとともに、当該皮膜を安定に保持する、発電プラントの防食管理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態における加圧水型原子炉の系統図である。
【図２】Ｆｅ２Ｏ３皮膜が安定に存在できる運転温度及び導入酸素量を示すグラフである。
【図３】ＦｅＴｉＯ３皮膜が安定に存在できる運転温度及び導入酸素量を示すグラフである。
【図４】第２の実施形態における沸騰水型原子炉の系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態における加圧水型原子炉（以下、「ＰＷＲ」と略す）の系統図である。図１に示すように、本実施形態のＰＷＲ１０は、蒸気発生器（ボイラー）１１に対して順次に高圧タービン１２、湿分分離再熱器１３、低圧タービン１４及び復水器１５が接続されている。また、復水器１５には、低圧給水加熱器１６及び高圧給水加熱器１７が接続され、高圧給水加熱器１７は蒸気発生器１１に接続されている。また、低圧給水加熱器１３及び高圧給水加熱器１７間には、脱気器１８が設けられている。
【００１３】
ＰＷＲ１０は、例えば以下のようにして動作させることができる。すなわち、蒸気発生器１１で発生した水蒸気によって高圧タービン１２を駆動させる。次いで、高圧タービン１２を駆動させた後の水蒸気は冷却され、一部が液化されて水に戻されるので、湿分分離再熱器１３によって前記水蒸気を再加熱し、液化した水分を蒸気化させた後、低圧タービン１４に導入し、これを駆動させる。低圧タービン１４を駆動させた後、前記水蒸気は復水器１５で冷却され、水に戻される。その後、低圧給水加熱器１６及び高圧給水加熱器１７を経て加熱され、さらに蒸気発生器１１内に導入されて加熱され再度水蒸気となる。発成した水蒸気は、再度高圧タービン１２及び低圧タービン１４に導入されて、これらタービンを駆動する。
【００１４】
次に、図１に示すＰＷＲ１０の防食管理方法について説明する。
図２は、ＰＷＲ１０の代表的な運転温度である２５℃〜２２５℃の温度範囲において、Ｆｅ２Ｏ３皮膜が安定に存在できる酸素濃度の範囲を示したグラフである。また、図３は、ＰＷＲ１０の代表的な運転温度である２５℃〜２２５℃の温度範囲において、ＦｅＴｉＯ３皮膜が安定に存在できる酸素濃度の範囲を示したグラフである。すなわち、図２及び図３に示すように、Ｆｅ２Ｏ３皮膜及びＦｅＴｉＯ３皮膜は、運転温度及び導入酸素量に依存するものの、曲線及び直線で囲まれた領域内では溶解腐食されることなく安定的に存在することができるものである。
【００１５】
Ｆｅ２Ｏ３皮膜及びＦｅＴｉＯ３皮膜は従来から公知であるように、水への溶解度が低く、緻密に生成することで防食効果のある皮膜として知られている。
【００１６】
なお、図２及び図３に示すグラフ、すなわち、Ｆｅ２Ｏ３皮膜及びＦｅＴｉＯ３皮膜が安定に存在できる運転温度及び導入酸素量に依存した領域は、本発明者らの膨大な研究と鋭意検討によって得られたものである。
【００１７】
これによって、図１に示すＰＷＲ１０、すなわち発電プラントに使用するＦｅ２Ｏ３皮膜及びＦｅＴｉＯ３皮膜は、その運転温度及び導入酸素量を制御することによって安定的に保持できることが分かる。換言すれば、ｐＨ調整剤などの制御の困難な薬剤を用いることなく、運転温度及び導入酸素量を制御するという極めて簡易な手法によって、発電プラントに使用するＦｅ２Ｏ３皮膜及びＦｅＴｉＯ３皮膜を安定的に保持できることが分かる。したがって、ＰＷＲ１０の防食性を高い信頼性の下に保持することができるようになる。
【００１８】
本実施形態において、ＰＷＲ１０に防食を施すに際しては、ＰＷＲ１０を構成する各機器、すなわち、蒸気発生器１１から高圧給水加熱器１７及び脱気器１８までの内壁面に防食皮膜としてのＦｅ２Ｏ３皮膜あるいはＦｅＴｉＯ３皮膜を形成する。
【００１９】
Ｆｅ２Ｏ３皮膜の形成は、例えば、室温、大気開放環境下で水質をｐＨ９．３以上、あるいは、酸素注入を行うことによって形成することができる。また、図２に示すように、運転温度、すなわち水あるいは水蒸気の温度、及びこのときの導入酸素量を調節し、Ｆｅ２Ｏ３皮膜が安定に存在できるような領域とすることによって、自ずから形成することができる。
【００２０】
ＦｅＴｉＯ３皮膜の形成は、このＦｅＴｉＯ３皮膜を直接塗布する、あるいはＰＷＲ１０を構成する各機器がＦｅを含むような場合は、ＴｉＯ２皮膜などを塗布して行う。後者の場合は、各機器を構成する構造材中の鉄イオンや鉄酸化物が塗布したＴｉＯ２皮膜などと反応し、上記ＦｅＴｉＯ３皮膜に転換されることになる。
【００２１】
次いで、図２及び図３を参照して、Ｆｅ２Ｏ３皮膜あるいはＦｅＴｉＯ３皮膜を安定的に保持できるように、ＰＷＲ１０の運転温度、すなわち各機器の運転温度及び導入酸素量を制御する。図１に示すＰＷＲ１０の場合、復水器１５の運転温度は２５℃〜５０℃と最も低く、蒸気発生器１１及び高圧給水加熱器１７は、２００℃〜２２５℃と最も高い。
【００２２】
したがって、復水器１５の内壁面にＦｅ２Ｏ３皮膜を形成した場合、図２を参照して、復水器１５の酸素導入量は、約１．０×１０−５ｐｐｍ〜１．０×１０２ｐｐｍとなるように制御する。一方、蒸気発生器１１の内壁面にＦｅ２Ｏ３皮膜を形成した場合、蒸気発生器１１への酸素導入量は約１．０×１０−１ｐｐｍ〜１．０×１０５ｐｐｍとなるように制御する。
【００２３】
一方、復水器１５の内壁面にＦｅＴｉＯ３皮膜を形成した場合、図３を参照して、復水器１５の酸素導入量は、約１．０×１０−８ｐｐｍ〜０．５×１０−４ｐｐｍとなるように制御する。一方、蒸気発生器１１の内壁面にＦｅＴｉＯ３皮膜を形成した場合、蒸気発生器１１への酸素導入量は約１．０×１０−６ｐｐｍ〜１．０ｐｐｍとなるように制御する。
【００２４】
上述した内容から明らかなように、蒸気発生器１１などのように、運転温度が高いほど導入酸素量を多くする必要がある。したがって、ＰＷＲ１０の系内に存在する酸素量が少ないような場合は、例えば図中矢印１９ａで示すような位置において酸素供給を行い、上記範囲の酸素導入量となるようにする。
【００２５】
一方、復水器１５などのように、運転温度が低いほど導入酸素量を少なくする必要がある。したがって、ＰＷＲ１０の系内に存在する酸素量が多いような場合は、例えば図中矢印１９ｂで示すような位置において還元剤供給を行い、系内に存在する酸素量を低減して上記範囲の酸素導入量となるようにする。
【００２６】
なお、図２及び図３から明らかなように、Ｆｅ２Ｏ３皮膜の方がＦｅＴｉＯ３皮膜に比較して、各温度に対する導入酸素量の許容範囲が広くなっている。したがって、例えば、ＰＷＲ１０に対して、酸素導入量を１．０ｐｐｍとし、ＰＷＲ１０の総ての機器においてＦｅ２Ｏ３皮膜を形成すれば、各機器の運転温度においてＦｅ２Ｏ３皮膜は安定に保持されることになる。したがって、ＰＷＲ１０の防食性を高い信頼性の下に保持することができるようになる。
【００２７】
但し、ＦｅＴｉＯ３皮膜の場合も、酸素導入量を例えば５×１０−３ｐｐｍとすれば、運転温度１００℃〜１５０℃の比較的広範囲でＦｅＴｉＯ３皮膜が安定に保持される。したがって、ＦｅＴｉＯ３皮膜は、運転温度１００℃〜１５０℃の機器が複数あるような場合においては、これら複数の機器において、酸素導入量を５×１０−３ｐｐｍの一点に設定することにより、安定に保持することができる。
【００２８】
図１に示すＰＷＲ１０においては、高圧タービン１２や湿分分離再熱器１３、低圧給水加熱器１６が上記温度範囲、すなわち１００℃〜１５０℃の温度で運転される。
【００２９】
なお、ＰＷＲ１０は、総ての機器の内壁面に一律にＦｅ２Ｏ３皮膜あるいはＦｅＴｉＯ３皮膜を形成する必要はなく、機器の一部に対してはＦｅ２Ｏ３皮膜を使用し、残りの機器に対してはＦｅＴｉＯ３皮膜を使用するようにできる。
【００３０】
また、本実施形態では、ＰＷＲ１０の機器の内壁面に形成すべき皮膜として、Ｆｅ２Ｏ３皮膜あるいはＦｅＴｉＯ３皮膜について述べてきたが、本実施形態では、これらに限らず、一般式Ｍ１ＦｅＯ３（Ｍ１は３価または４価の金属）あるいはＭ２Ｆｅ２Ｏ４（Ｍ２は２価の金属）なる組成の皮膜に対して適用することができる。この場合の金属Ｍ１としては、３価の場合は、Ｙ、Ｌａを挙げることができ、４価の場合は、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆを挙げることができる。金属Ｍ２としては、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ等を挙げることができる。
【００３１】
（第２の実施形態）
図４は、本実施形態における沸騰水型原子炉（以下、「ＢＷＲ」と略す）の系統図である。図１に示すように、本実施形態のＢＷＲ２０は、原子炉２１に対して順次に高圧タービン２２、湿分分離再熱器２３、低圧タービン２４及び復水器２５が接続されている。また、復水器２５には、低圧給水加熱器２６及び高圧給水加熱器２７が接続され、高圧給水加熱器２７は原子炉２１に接続されている。また、原子炉２１には、炉水浄化系２８が設けられている。
【００３２】
ＢＷＲ２０は、例えば以下のようにして動作させることができる。すなわち、原子炉２１で発生した水蒸気によって高圧タービン２２を駆動させる。次いで、高圧タービン２２を駆動させた後の水蒸気は冷却され、一部が液化されて水に戻されるので、湿分分離再熱器２３によって前記水蒸気を再加熱し、液化した水分を蒸気化した後、低圧タービン２４に導入し、これを駆動させる。低圧タービン２４を駆動させた後、前記水蒸気は復水器２５で冷却され、水に戻される。その後、低圧給水加熱器２６及び高圧給水加熱器２７を経て加熱され、さらに原子炉２１内に導入されて再度水蒸気となる。発生した水蒸気は、再度高圧タービン２２及び低圧タービン２４に導入されて、これらタービンを駆動する。
【００３３】
次に、図４に示すＢＷＲ２０の防食管理方法について説明するが、この防食管理方法は、図１に示すＰＷＲ１０と、構成機器の態様が多少異なるのみで、基本的な管理方法は同様である。
【００３４】
すなわち、図４に示すＢＷＲ２０の代表的な運転温度もＰＷＲ１０とほぼ同様に２５℃〜２２５℃の温度範囲とすることができる。したがって、図２を参照することにより、各運転温度においてＦｅ２Ｏ３皮膜が安定に存在できる酸素濃度の範囲が分かり、図３を参照することにより、各運転温度においてＦｅＴｉＯ３皮膜が安定に存在できる酸素濃度の範囲が分かる。
【００３５】
したがって、図４に示すＢＷＲ２０の各機器の内壁面に形成した皮膜がＦｅ２Ｏ３皮膜であるかＦｅＴｉＯ３皮膜であるかによって、図２及び図３を参照し、各機器の運転温度に対してＦｅ２Ｏ３皮膜及びＦｅＴｉＯ３皮膜が安定に保持される導入酸素量を同定し、各機器内の酸素量をこのようにして同定した酸素量とすることにより、各機器の内壁面に形成したＦｅ２Ｏ３皮膜及びＦｅＴｉＯ３皮膜を安定に保持することができる。
【００３６】
換言すれば、ｐＨ調整剤などの制御の困難な薬剤を用いることなく、運転温度及び導入酸素量を制御するという極めて簡易な手法によって、発電プラントに使用するＦｅ２Ｏ３皮膜及びＦｅＴｉＯ３皮膜を安定的に保持できることが分かる。この結果、ＢＷＲ２０の防食性を高い信頼性の下に保持することができるようになる。
【００３７】
例えば、復水器２５の運転温度は２５℃〜５０℃と最も低く、原子炉２１及び高圧給水加熱器２７は、２００℃〜２２５℃と最も高い。
【００３８】
したがって、復水器２５の内壁面にＦｅ２Ｏ３皮膜を形成した場合、図２を参照して、復水器２５の酸素導入量は、約１．０×１０−５ｐｐｍ〜１．０×１０２ｐｐｍとなるように制御する。一方、原子炉２１の内壁面にＦｅ２Ｏ３皮膜を形成した場合、原子炉２１への酸素導入量は約１．０×１０−１ｐｐｍ〜１．０×１０５ｐｐｍとなるように制御する。
【００３９】
一方、復水器２５の内壁面にＦｅＴｉＯ３皮膜を形成した場合、図３を参照して、復水器２５の酸素導入量は、約１．０×１０−８ｐｐｍ〜０．５×１０−４ｐｐｍとなるように制御する。一方、原子炉２１の内壁面にＦｅＴｉＯ３皮膜を形成した場合、原子炉２１への酸素導入量は約１．０×１０−６ｐｐｍ〜１．０ｐｐｍとなるように制御する。
【００４０】
なお、原子炉２１などのように、運転温度が高いほど導入酸素量を多くする必要がある。したがって、ＢＷＲ２０の系内に存在する酸素量が少ないような場合は、例えば図中矢印２９ａで示すような位置において酸素供給を行い、上記範囲の酸素導入量となるようにする。
【００４１】
一方、復水器２５などのように、運転温度が低いほど導入酸素量を少なくする必要がある。したがって、ＢＷＲ２０の系内に存在する酸素量が多いような場合は、例えば図中矢印２９ｂで示すような位置において還元剤供給を行い、系内に存在する酸素量を低減して上記範囲の酸素導入量となるようにする。
【００４２】
なお、その他の特徴及び利点については、図１に関する第１の実施形態におけるＰＷＲ１０と同様であるので説明を省略する。
【００４３】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４４】
１０  加圧水型原子炉
１１  蒸気発生器
１２  高圧タービン
１３  湿分分離再熱器
１４  低圧タービン
１５  復水器
１６  低圧給水加熱器
１７  高圧給水加熱器
１８  脱気器
２０  沸騰水型原子炉
２１  原子炉
２２  高圧タービン
２３  湿分分離再熱器
２４  低圧タービン
２５  復水器
２６  低圧給水加熱器
２７  高圧給水加熱器
２８  炉水浄化系
【図１】
0005721984.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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