(57)【要約】【課題】応力腐食割れ対策として、炉心流量が変動しても、炉水に適量の水素を適切な期間、注入することができるようにした原子力発電プラントの水素注入方法を提供する。【解決手段】本原子力発電プラントの水素注入方法は、炉水の炉心流量又は炉心圧力損失などの炉心流量と相関のあるプロセス値に比例して、炉水に注入する水素の注入量を増減させる。前記水素の注入量は、変動する炉心内の炉水の流量又は炉心圧力損失などの炉心流量と相関のあるプロセス値と実効水素濃度とを乗じて算出する。前記実効水素濃度は、給水水素濃度一定管理時の仮の水素注入量を変動する炉心内の炉水の流量又は炉心圧力損失などの炉心流量と相関のあるプロセス値で除して算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉心が収納されている圧力容器内の炉水に水素を注入することにより、圧力容器内の炉水中の酸化剤濃度が低下するようにした原子力発電プラントの水素注入方法であって、
炉水の炉心流量又は炉心圧力損失などの炉心流量と相関のあるプロセス値に比例して、炉水に注入する水素の注入量を増減させることを特徴とする原子力発電プラントの水素注入方法。
【請求項２】
前記水素の注入量は、変動する炉心流量又は炉心圧力損失などの炉心流量と相関のあるプロセス値と実効水素濃度とを乗じて算出することを特徴とする請求項１に記載の原子力発電プラントの水素注入方法。
【請求項３】
前記実効水素濃度は、給水水素濃度一定管理時の仮の水素注入量を変動する炉心流量又は炉心圧力損失などの炉心流量と相関のあるプロセス値で除して算出することを特徴とする請求項２に記載の原子力発電プラントの水素注入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型の原子力発電プラントにおいて、応力腐食割れ（ＳＣＣ）対策として炉水に水素を注入する原子力発電プラントの水素注入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型の原子力発電プラントは、図２に示すように、圧力容器１０内の炉水が、圧力容器１０内の下部格子１１とシュラウド１２で囲まれた炉心１３内での核分裂反応によって沸騰し、気水分離器１４を通過した蒸気が圧力容器１０に接続された主蒸気管２１を経てタービン２２を回転させることにより、タービン２２に連結された発電機２３を回転させている。そして、前記蒸気は、復水器２４によって冷却されて給水となり、この給水が給水系配管２５から圧力容器１０に戻される。
【０００３】
そして、出力を大きくするため、炉心１３内の炉水を強制的に循環させる再循環系１５が圧力容器１０の底側に設けられている。再循環系１５は、圧力容器１０の底側の外部に接続される再循環系配管１５ａと、この再循環系配管１５ａの途中に取り付けられた再循環ポンプ１５ｂとを備えている。また、圧力容器１０内の底側には、シュラウド１２を取り囲むように複数（例えば２０台）のジェットポンプ１６，１６…が配置されている。
【０００４】
そして、圧力容器１０内では、前記気水分離器１４で分離された水と、給水系配管２５から戻された給水とが混合され、再循環系１５に入り、再循環ポンプ１５ｂで圧力を増し、ジェットポンプ１６の駆動水となる。この駆動水は、ジェット流で周囲の水を吸収し、炉心１３へ必要な冷却水を送り込む。また、核分裂反応は１サイクルの末期ほど弱くなるため、炉水の炉心流量は、出力が一定に維持されるように１サイクルの末期ほど多くなるようにされている。
【０００５】
ところで、炉水は、炉内での放射線分解により、酸素、水素及び過酸化水素水を含んだものとなっている。そして、炉水の溶存酸素や過酸化水素水などの酸化剤濃度が、給水濃度よりも高くなると、応力腐食割れを起こす一因となる。
【０００６】
そこで、応力腐食割れ対策として、給水系配管２５に接続された水素注入装置３０から給水中に水素を注入し、酸化剤濃度を低下させることによって炉内の状態を還元性の雰囲気に保ち、炉心１３における酸素の発生を抑制するようにした装置が各種提供されている。
【０００７】
例えば、特許文献１には、圧力容器１０内から流出した炉水の水質を測定し、このデータに基づいて給水系に水素を注入する水素注入量制御装置が開示されている。また、特許文献２には、金属材料の腐食環境の度合いを示す腐食電位及び主蒸気系線量率（主蒸気放射線量率）が所定の範囲になるように水素の注入量を制御する水素注入システムが開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特公平７−２１５５４号公報
【特許文献２】特開平９−２２２４９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示された水素注入量制御装置を実施するには、溶存酸素濃度と給水水素濃度との相関を確認する必要がある。しかし、溶存酸素濃度は、水素注入量以外の炉内構造物の壁面や再循環系配管１５ａの表面（以下、「配管表面」という。）の状態によって変動するため、溶存酸素濃度と給水水素濃度との相関を確認することができない。仮に、配管表面の状態を無視し、溶存酸素濃度のみ着目して水素注入量を増加すると、溶存酸素濃度は低下するものの、主蒸気放射線量率が上昇する。
【００１０】
また、水素が注入されると、炉内の溶存酸素が放射化され、放射性物質（Ｎ−１３）の形態が揮発性のアンモニアの形態に変化することにより、主蒸気放射線量率が変動する。主蒸気放射線量率が異常に高いと、主蒸気隔離弁が閉となり（インターロック）、原子力発電プラントを継続して運転することができなくなる。
【００１１】
一方、特許文献２に開示された水素注入システムは、約１週間の注入試験時に腐食電位と主蒸気放射線量率との相関を確認し、この相関からプラントごとの給水水素濃度を決定し、運転サイクル中、この給水水素濃度になるように水素が注入される。したがって、この水素注入システムは、運転サイクル中の腐食電位と主蒸気放射線量との相関に基づいて水素注入量を変動させるものでないため、運転サイクル中において炉心流量が変動する炉水に最適量の水素が注入されているとは限らない。
【００１２】
また、水素が炉水に注入されると、炉内の状態が還元性の雰囲気となり、金属材料からのクロムの溶出が抑制され、配管表面にクロム酸化物（クラッド）が蓄積される。このクロム酸化物は、定期検査等の水素が注入されない時期において、炉内環境が酸化雰囲気に変化することによるクロムのイオン化および再循環ポンプ１５ｂの出口渦流によって圧力容器１０内の炉水中に吐き出される。クロムイオンは、陰イオンであるため、導電率が上昇し、ｐＨ値が低下する。水素注入期間が長すぎると、蓄積されるクロム酸化物が多いため、炉内環境変化に伴って破壊されるクロム酸化物が多くなる。したがって、水素注入期間を適切に設定することが重要であるが、引用文献２に開示された水素注入システムでは、水素注入期間を適切に設定することができない。
【００１３】
そこで、本発明は、応力腐食割れ対策として、炉心流量が変動しても、炉水に適量の水素を適切な期間、注入することができるようにした原子力発電プラントの水素注入方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る原子力発電プラントの水素注入方法は、炉心が収納されている圧力容器内の炉水に水素を注入することにより、圧力容器内の炉水中の酸化剤濃度が低下するようにした原子力発電プラントの水素注入方法であって、炉水の炉心流量又は炉心圧力損失などの炉心流量と相関のあるプロセス値に比例して、炉水に注入する水素の注入量を増減させることを特徴としている。
【００１５】
この原子力発電プラントの水素注入方法によれば、炉水中の酸化剤濃度を低下させるための水素の注入量を、炉水の炉心流量又は炉心圧力損失などの炉心流量と相関のあるプロセス値に比例して増減させることにより、炉心流量が変動しても、原子炉内の雰囲気を一定に保つように適量の水素が炉水中に注入される。したがって、水素の注入期間を管理することにより、停止時のクロムイオンの吐き出しによる導電率の上昇を管理できるようになり、この導電率の上昇許容範囲から水素の注入期間を適正に設定することができる。
【００１６】
また、前記本発明に係る原子力発電プラントの水素注入方法において、前記水素の注入量は、変動する炉心流量又は炉心圧力損失などの炉心流量と相関のあるプロセス値と実効水素濃度とを乗じて算出することが好ましい。
【００１７】
この実効水素濃度は、主蒸気系線量率と溶存酸素濃度の相関を確認し、誤差や変動幅を考慮して決定されるため、水素の注入量を適切に算出することができる。
【００１８】
また、前記本発明に係る原子力発電プラントの水素注入方法において、前記実効水素濃度は、給水水素濃度一定管理時の仮の水素注入量を変動する炉心流量又は炉心圧力損失などの炉心流量と相関のあるプロセス値で除して算出することが好ましい。
【００１９】
この仮の水素注入量は、原子力発電プラントの水素注入設備が設置された直後の水素注入試験時において測定される腐食電位及び主蒸気系線量率から、腐食電位及び主蒸気系線量率が所定の範囲内になるように設定される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、給水に注入する水素の注入量が炉水の炉心流量又は炉心圧力損失などの炉心流量と相関のあるプロセス値に比例して増減されることにより、炉心流量が変動しても、炉水中の水素の濃度が常に一定に維持され、酸化剤濃度が上昇しないようにすることができる。したがって、この原子力発電プラントの水素注入方法は、応力腐食割れ対策として有効な手段となり、原子力発電プラントの安全性の向上に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明に係る原子力発電プラントの水素注入方法の一実施形態について説明する。この原子力発電プラントの水素注入方法は、図２に示した沸騰水型の原子力発電プラントにおいて実施される。したがって、この原子力発電プラントの水素注入方法においても、水素は水素注入装置３０から給水系配管２５を通して炉水に注入される。
【００２２】
この水素の注入量は、実効水素濃度管理により、すなわち炉水の炉心流量又は炉心圧力損失などの炉心流量と相関のあるプロセス値に比例して増減される。具体的には下記の（式１）によって算出される。
水素注入量（ｍ3／h）＝実効水素濃度（ppb）×炉心流量×（22.4／2）×10-6  ……（式１）
【００２３】
炉心流量は、逐次変動するだけでなく、燃焼度の関係で出力が一定に維持されるように、１サイクルの末期ほど多くされるなど、１サイクル中に変動するため、水素注入量を自動的に制御する場合においては、例えば１０分間の平均値が入力値とされる。入力値は例えば、すべてのジェットポンプ１６，１６…を流れる炉水の流量の総和から算出することができる。
【００２４】
また、入力値は、炉心流量と相関のある炉心圧力損失から算出したプロセス値としてもよい。炉心圧力損失は、下部格子１１の上下の圧力差であり、ある圧力容器１０においては、下記の（式２）の相関関係がある。
炉心流量＝83667×圧力損失0.5706  ……（式２）
【００２５】
また、（式１）中の数値「22.4」は、１molの理想気体の体積（ｍ3／mol）であり、（式１）中の数値「２」は、水素の質量（g）である。そして、実効水素濃度（ppb）は、１立方メートル当たりの水素の質量であり（10-3ｇ／ｍ3）、下記の（式３）から算出される。
実効水素濃度（ppb）＝仮の水素注入量（ｍ3／ｈ）／炉心流量×（22.4／2）×10-6  ……（式３）
【００２６】
仮の水素注入量は、原子力発電プラントが設置された直後の約１週間の注入試験時において測定される腐食電位と主蒸気系線量率から腐食電位及び主蒸気系線量率が所定の範囲内になるように設定される。
【００２７】
この仮の水素注入量を前記の炉心流量で除して、さらに（22.4／2）×10-6を乗算することによって実効水素濃度が算出される。この実効水素濃度は、炉心流量が日々変化することから、主蒸気系線量率や溶存酸素の相関を確認し、誤差や変動幅を考慮してインターロックされないように安全率などを検討したうえで、前記（式１）に代入する実効水素濃度が決定される。
【００２８】
このようにして算出された水素注入量の水素が水素注入装置３０から給水系配管２５を通して炉水中に注入されることにより、この原子力発電プラントは実効水素濃度管理される。ここで、実効水素濃度と主蒸気系線量率の推移を実効水素濃度管理の前後にわたって図１に示す。
【００２９】
この図から理解できるように、実効水素濃度管理が実施される平成１８年３月ごろ前においては、実効水素濃度は50ppbから56ppbまで大幅に変化し、これに伴って、主蒸気系線量率も0.5ｍSv/ｈ以下の図示できない数値から0.9ｍSv/ｈ前後まで広範囲に推移している。一方、実効水素濃度管理が実施された平成１８年４月以後においては、実効水素濃度は53ppbから54ppb前後で変化し、主蒸気系線量率も0.7ｍSv/ｈから0.8ｍSv/ｈ前後の狭い範囲で推移している。
【００３０】
このように実効水素濃度管理で給水系に適量の水素が注入されることにより、主蒸気系線量率が所定の範囲内に収められる。したがって、水素注入期間を設定することにより、水素注入停止時の導電率の上昇を一定にすることができる。このようにして、本原子力発電プラントの水素注入方法は、炉水中の酸化剤濃度が給水濃度よりも高くなることがなく、応力腐食割れが起きにくいようにすることができる。
【００３１】
なお、本発明は、前記の実施形態に限定することなく、特許請求の範囲に記載された発明特定事項の範囲内において種々変更することができる。例えば、実効水素濃度は、給水流量と炉心流量との商に給水水素濃度を乗じることによって算出することもできる。また、水素は、再循環系１５から炉水に注入するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る原子力発電プラントの水素注入方法を実施する前後にわたって、実効水素濃度と主蒸気系線量率の推移を示す図である。
【図２】原子力発電プラントの概略図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０…圧力容器
１３…炉心
【図１】
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【図２】
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