(57)【要約】【課題】本発明の目的は、プラント線量率を低く保つ水質管理方法を提供することにある。【解決手段】本発明は沸騰水型原子力プラントにおいて、給水中の鉄濃度を０．１ｐｐｂ以下とし、かつ水素注入を行うことを特徴とするものである。また、好ましくは給水中の鉄濃度を０．０５ｐｐｂ以下とする。更には、給水鉄濃度が０．１ｐｐｂ以上で運転したプラントにおいて、全系統化学除染を実施して炉内に蓄積している鉄とクロムを除去してから給水中の鉄濃度を下げ、かつ水素注入を開始することを特徴とするものである。【効果】燃料棒上のコバルトの滞在時間を短くし、コバルト６０の生成を抑制できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
沸騰水型原子力プラントにおいて、給水中の鉄濃度を０．１ｐｐｂ以下とし、かつ水素注入を行うことを特徴とする沸騰水型原子力プラントの水質管理方法。
【請求項２】
好ましくは給水中の鉄濃度を０．０５ｐｐｂ以下とすることを特徴とする第１項記載の沸騰水型原子力プラントの水質管理方法。
【請求項３】
既に給水鉄濃度が０．１ｐｐｂ以上で運転したプラントにおいて、全系統化学除染を実施して炉内に蓄積している鉄とクロムを除去してから給水中の鉄濃度を下げ、かつ水素注入を開始することを特徴とする第１項又は第２項記載の沸騰水型原子力プラントの水質管理方法。
【請求項４】
沸騰水型原子力プラントの給復水系において、水素を注入する系統と給水中の鉄濃度を０．１ｐｐｂ以下にすることのできる復水浄化設備を有することを特徴とする沸騰水型原子力プラント。
【請求項５】
０．１ｐｐｂ以下にすることのできる復水浄化設備としてプリーツ型フィルタ又は中空糸膜フィルタが用いられていることを特徴とする請求項４に記載の沸騰水型原子力プラント。
【請求項６】
ヒータードレンの一部又は全部を直接給水中に回収する系統を有する沸騰水型原子力プラントにおいては、ヒータードレンを給水系に回収する前に高温のプリーツ型フィルタ又は中空糸膜フィルタに通水できるようにヒータードレン浄化装置を設けてあることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の沸騰水型原子力プラント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沸騰水型原子力プラント及びその水質管理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
沸騰水型原子力プラントにおいて、腐食性生物の燃料棒表面上への滞在時間を短くして放射化を抑制することにより、炉外配管等への放射性腐食生成物の蓄積を低減し、プラント線量率を低減する方法として、特開平５−２６４７８６号公報がある。そこには、プラント線量率の主たる原因となるコバルト６０の燃料棒表面上での生成を抑制するため、給水中の鉄濃度を０．１ｐｐｂ以下、好ましくは０．０５ｐｐｂ以下とし、かつ炉水中のｐＨを弱酸性側に制御することが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−２６４７８６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記発明では、給水中の鉄濃度を低減することによって燃料棒表面上にコバルトの溶出しにくいコバルトフェライトの形成を抑制し、コバルトが溶出しやすいコバルトモノオキサイドの形成と、溶出を加速させるために炉水のｐＨを弱酸性に制御することでコバルトの燃料棒表面上での滞在時間を短くしている。しかしながら、炉水中には鉄以外にもクロムが存在し、クロムが存在するとコバルトはコバルトクロマイトを形成し、燃料棒表面上に安定化されることからコバルトの滞在時間を十分に短くすることができない問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、燃料棒表面上でのコバルトの滞在時間をできるだけ短くすることにより、コバルトの放射化を抑制し、プラント線量率を低く保つことのできる水質管理方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、原子力プラントの水質管理方法において、給水中の鉄濃度を０．１ｐｐｂ以下とし、かつ水素注入を行うことを特徴とするものである。
【０００７】
また、上記目的を達成するために本発明は、原子力プラントの水質管理方法において、好ましくは給水中の鉄濃度を０．０５ｐｐｂ以下にすることを特徴とするものである。
【０００８】
更に、本発明は既に稼動している給水鉄濃度が０．１ｐｐｂ以上で運転した原子力プラントの水質管理方法において、全系統化学除染を実施して炉内に蓄積している鉄とクロムを除去してから給水中の鉄濃度を下げ、かつ水素注入を開始することを特徴とするものである。
【０００９】
また、上記目的を達成するために本発明では原子力プラントにおいて、このプラントの給復水系に対し、水素を注入する系統と給水中の鉄濃度を０．１ｐｐｂ以下にすることのできる復水浄化設備を備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、上記目的を達成するために本発明は、原子力プラントにおいて、０．１ｐｐｂ  以下にすることのできる復水浄化設備としてプリーツ型フィルタ又は中空糸膜フィルタが用いられていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、上記目的を達成するために、本発明のヒータードレンの一部又は全部を直接給水中に回収する系統を有する原子力プラントにおいては、ヒータードレンを給水系に回収する前に高温のプリーツ型フィルタ又は中空糸膜フィルタに通水できるようにヒータードレン浄化装置を設けてあることを特徴とするものである。
【００１２】
また、上記目的を達成するために、本発明の原子力プラントにおいては、復水浄化系にプリーツ型フィルタ又は中空糸膜フィルタを復水脱塩器の上流側にプレフィルタとして用い、給水中の鉄濃度を０．１ｐｐｂ、好ましくは０．０５ｐｐｂ以下に制御すると共に、復水系に水素を注入して、炉水を還元雰囲気に制御することにより、炉内のステンレス鋼やインコネルからのクロムの溶出を抑制するようにしたものである。
【００１３】
特に、ヒータードレン水を直接給水に回収するヒータードレンポンプアップシステムを採用しているプラントにおいては、ヒータードレンに含まれる鉄濃度が高いため、給水に回収する前に高温でも使用できるプリーツ型フィルタ又は中空糸膜フィルタを用いた浄化設備に通水して鉄濃度を低減できるようにすることを併用することにより、目標の給水鉄濃度を達成することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１実施例）
本発明の一実施例を図１を用いて説明する。図１は沸騰水型原子炉の系統を示した図であり、原子炉１で発生した蒸気は主蒸気ライン１２を通ってタービン２へ送られる。蒸気の一部は抽気ライン１９を通って給水加熱器８の胴側へ供給され、給水温度を上昇させる。凝縮した蒸気はヒータードレン水となって、ヒータードレンポンプ２０により復水器３へと導かれる。低圧タービンを駆動した蒸気は復水器３で凝縮される。
【００１５】
タービン系や抽気系，復水器３の構造材が腐食することにより生成される腐食生成物を含む復水は、低圧復水ポンプ４によりプリーツ型フィルタや中空糸フィルタのように除鉄率が９０％を超えるような高性能フィルタを用いた復水ろ過装置５へ導かれ、通常クラッドと称される粒子状の腐食生成物の大部分が除去される。クラッド成分が除去された復水は、復水脱塩器６でイオン成分が取り除かれる。このようにして、高性能フィルタとイオン交換樹脂を用いた二重式浄化設備により給水中の鉄濃度を目標となる０．１ｐｐｂ以下、より好ましくは０．０５ｐｐｂ以下に制御することが可能となる。
【００１６】
復水脱塩器６から流出した復水は、高圧復水ポンプ７で昇圧され、給水加熱器８で昇温され、給水ポンプ９，給水ライン１３を介して原子炉１に供給される。この間、これらの構造材の腐食により鉄が発生するが、高圧復水ポンプ７の上流側に酸素注入装置２２から酸素注入量調節弁２３により復水に酸素を注入することにより、給水ライン１３に用いられている炭素鋼の腐食を抑制すると共に、最も接液面積の大きい給水加熱器８のチューブは耐食性の高いステンレス鋼が用いられているため、その発生量は小さく目標の給水中の鉄濃度を達成することができる。
【００１７】
一方、炉水中のクロムは原子炉１の内部構造材であるステンレス鋼やインコネルから溶出してくるが、その溶出量は炉水が酸化環境にあるときに多く、還元環境になると少なくなることが知られている。そこで、炉水のクロム濃度を下げるために、高圧復水ポンプ７の上流側に水素注入装置１０から水素注入量調節弁
１１により復水に水素を注入することにより、給水を介して炉内に水素を供給し、放射線場により水の放射線分解で生成する酸素や過酸化水素を水素で還元し、炉水を還元環境に維持することができる。
【００１８】
炉水が還元環境に維持されているかどうかは、再循環ライン１４から分岐した原子炉浄化系の原子炉の炉水浄化装置１８の上流側に設置されている炉水サンプリングライン１６に設けられている水質測定装置１７により確認することができる。水質測定装置としては溶存酸素計や溶存水素計，腐食電位計などを用いることができる。その結果により、給水に注入する水素の量を水素注入量調節弁１１の開度を調節することにより、炉水を適切な還元環境に維持することができる。
【００１９】
以上の給水中の鉄濃度を低減させる高性能フィルタを用いた復水浄化設備と水素注入設備により、燃料に付着する鉄とクロムを抑制することができる。鉄が多く燃料棒表面上に付着するとコバルトの化学形態はコバルトフェライトとなり、クロムが多く燃料棒表面上に付着するとコバルトの化学形態はコバルトクロマイトとなる。鉄もクロムも存在しない場合はコバルトモノオキサイドの形態となる。これらのコバルトの高温水中での溶解度は図２に示すように、コバルトモノオキサイド＞コバルトフェライト＞コバルトクロマイトの順となっており、溶解度が高いほど溶出速度も大きくなると考えられるので、鉄とクロムの燃料への付着を抑制することで、コバルトの形態を溶出速度の大きいコバルトモノオキサイドに保ち、結果として燃料棒表面上での平均滞在時間を短縮して放射化を抑制し、炉水中のコバルト６０濃度を低く保つことが可能になる。炉水中のコバルト６０濃度が低ければ炉外配管その他の構造材に付着する量も減少し、プラントの線量率を低く保つことができる。
【００２０】
（第２実施例）
第１の実施例では、ヒータードレンポンプ２０を出たヒータードレン水は復水器３に回収されていたが、図３に示すようにプラントの熱効率を向上させる目的で低圧ヒータードレン水を直接高圧復水ポンプ７の上流側に、高圧ヒータードレン水を直接給水ポンプ９の上流側に戻すプラントも存在する。
【００２１】
第２の実施例では、このようなヒータードレンポンプアップシステムを採用したプラントで、給水中の鉄濃度を低減させる手段について説明する。低圧ヒータードレン水は、低圧給水加熱器８ａの胴側が炭素鋼で構成されているために鉄濃度が高くなっている。このドレン水を直接復水脱塩器６の下流側に回収すると給水中の鉄濃度を０．１ｐｐｂ以下に制御することが不可能になる。したがって、低圧ヒータードレンポンプ２０ａの下流側に高温水で使用できる高性能フィルタ（プリーツ型フィルタ又は中空糸膜フィルタなど）を用いた低圧ヒータードレン浄化装置２１ａを設ける。これにより、低圧ヒータードレン水に含まれる鉄を除去することができる。
【００２２】
高圧ヒータードレン水は、高圧給水加熱器８ｂの胴側も炭素鋼で構成されているが温度が高いために低圧ヒータードレン水ほど高い濃度の鉄を含まないが、できるだけ鉄濃度を下げた方が線量率を低くするためには有効である。そこで、低圧ヒータードレン系と同様に、高圧ヒータードレンポンプ２０ｂの下流側に高温水で使用できる高性能フィルタ（プリーツ型フィルタ又は中空糸膜フィルタなど）を用いた高圧ヒータードレン浄化装置２１ｂを設ける。これにより、高圧ヒータードレン水に含まれる鉄を除去することができる。復水浄化設備や水素注入系など他の系統構成は第１の実施例と同様である。
【００２３】
ヒータードレン浄化装置２１を設けることにより、ヒータードレンポンプアップシステムを採用したプラントでも給水中の鉄濃度を目標の０．１ｐｐｂ以下、より好ましくは０．０５ｐｐｂ以下に制御することが可能となり、第１の実施例と同じ効果が期待できる。
【００２４】
（第３実施例）
第１，第２の実施例では新設プラントを対象とした水質管理方法について示したが、既設プラントを対象とする場合には既に多量の鉄やクロムを含む腐食生成物が燃料棒表面上を含む炉内に蓄積している。このため、先の実施例のような給水鉄濃度に低下させても炉内の鉄クラッドの剥離と付着バランスの中でコバルトフェライトを形成してしまうために目的の効果が得られなくなる。
【００２５】
そこで、炉内の腐食生成物を化学除染により除去した後に先の実施例に示した水質管理を行えばよい。すなわち、図４に示すように運転サイクル終了後に、一度全ての燃料棒を取出し、原子炉１の内部と再循環ライン１４を対象に化学除染を実施し炉内に蓄積した腐食生成物を除去すると共に、プラント線量率を下げる。
【００２６】
除染作業とは別に、高性能フィルタを装荷できる復水ろ過装置５，水素注入装置１０，ヒータードレンポンプアップシステム採用プラントにおいてはヒータードレン浄化装置２１の追設を行い、次のサイクルからの水質管理を実現できるようにする。図４には復水ろ過装置５と水素注入装置１０の追設をシリーズ的に記載しているが同時並行しても順番を入れ替えても良い。また、これらの追設工事は除染の準備作業が開始される時点から開始しても良い。
【００２７】
除染とシステム変更が終了した後に、新燃料を炉心に装荷し、給水鉄濃度０．１ｐｐｂ以下、好ましくは０．０５ｐｐｂ以下とし、かつ水素注入を実施する水質管理を行うことでプラントの線量率を低く保つことができる。
【００２８】
（第４実施例）
第３の実施例では燃料棒を全て取出してから除染し、新燃料のみを装荷することによって、炉内に蓄積した腐食生成物を除去したが、図５に示すように交換燃料のみを取出して燃料棒ごと化学除染を実施することもできる。この場合、除染時の放射能量が多くなるデメリットはあるが、使用途中の燃料を継続して利用することができる。除染後には交換分に相当する新燃料を装荷して低鉄濃度，水素注入の水質管理を実施すればよい。
【００２９】
この実施例では、燃料を化学除染したが、炉外に取出して超音波やウォータジェットなどの機械的な力による物理除染を実施してから炉内に再装荷することもできる。この場合には、燃料被覆管の化学除染剤による腐食を考慮する必要がなくなるが、付着物の除去効率は低下する。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料棒表面上で生成するコバルト６０の生成を抑制でき、長期的なプラント線量率の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例を説明するためのプラント系統構成図である。
【図２】コバルト化合物の高温水中での溶解度を示した図である。
【図３】第２の実施例を説明するためのプラント系統構成図である。
【図４】第３の実施例を説明するためのプラント除染，改造，水質管理手順を示した図である。
【図５】第４の実施例を説明するためのプラント除染，改造，水質管理手順を示した図である。
【符号の説明】
１…原子炉、２…タービン、３…復水器、４…低圧復水ポンプ、５…復水ろ過装置、６…復水脱塩器、７…高圧復水ポンプ、８ａ…低圧給水加熱器、８ｂ…高圧給水加熱器、９…給水ポンプ、１０…水素注入装置、１１…水素注入量調節弁、１２…主蒸気ライン、１３…給水ライン、１４…再循環ライン、１５…再循環ポンプ、１６…炉水サンプリングライン、１７…水質測定装置、１８…炉水浄化装置、１９…抽気ライン、２０…ヒータードレンポンプ、２０ａ…低圧ヒータードレンポンプ、２０ｂ…高圧ヒータードレンポンプ、２１ａ…低圧ヒータードレン浄化装置、２１ｂ…高圧ヒータードレン浄化装置、２２…酸素注入装置、２３…酸素注入量調節弁。
【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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