資料番号：PS-3-3 改0

東海第二発電所
原子炉格納容器の限界温度・圧力

平成29年8月18日
日本原子力発電株式会社
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１．評価の概要○限界温度・圧力の設定⇒ 原子炉格納容器の評価温度及び圧力については，重大事故等時において，原子炉格納容器の機能である放射性物質の閉じ込め機能を確保できるものとする。
⇒ 東海第二発電所の重大事故等対策の有効性評価において，原子炉格納容器の評価温度及び圧力をそれぞれ200℃，2Pd（0.62MPa[gage]，Pd：最高使用圧力（0.31MPa[gage]））としている。
⇒ これより，限界温度・圧力は，既往研究で得られた知見に加え，重大事故等対策の有効性評価における事故シナリオを考慮し実施した試験等による原子炉格納容器の破損・漏えい限界に対し，余裕を考慮した値として，200℃，2Pdを設定している。

【既往研究】
a. （財）原子力発電技術機構「重要構造物安全評価（原子炉格納容器信頼性実証事業）に関する総括報告書 （平成15年3月）」（以下「ＮＵＰＥＣ試験」という。）
b. 電力共同研究「格納容器電気ペネトレーションの特性確認試験（昭和62年度）」（以下「電気ペネ共研」という。）

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１．評価の概要○評価対象⇒重大事故等時に放射性物質の閉じ込め機能を確保するためには，200℃，2Pdの環境下における原子炉格納容器本体等の構造健全性を確認する必要がある。
国土地理院発行 ２０万分の１地勢図「水戸」に加筆⇒また，福島第一原子力発電所事故において，原子炉格納容器からの漏えい要因の一つとして推定されている開口部等のシール部についても，200℃，2Pdの環境下での機能維持を確認する必要がある。
⇒このことから，原子炉格納容器本体に加えて，開口部及び貫通部の構成品，また，ガスケットの劣化及びシート部の開口に伴いリークパスになる可能性があるシール部について評価する。

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２．原子炉格納容器本体の評価
２．１原子炉格納容器本体（一般構造部）○想定される機能喪失要因
・延性破壊（内圧を受けることによって生じる，過度な塑性変形）
円筒胴 B 部：ASME SA516 Gr.70（SGV480 相当）○機能喪失要因の選定理由
原子炉格納容器本体の設計時に考慮される機能喪失要因
は，脆性破壊，疲労破壊，座屈及び延性破壊が考えられる。
今回の評価条件である200℃，2Pdの条件を考慮した場合，脆性破壊が生じる温度域でないこと，繰り返し荷重が作用しないこと，圧縮力が一般部に生じないことから，脆性破壊，疲労破壊及び座屈は評価対象外と考えることができる。

許容圧力算定式：PVE-3230(2)a 項を準用
P ＝ 2Sηt ／ （Dｉ＋1.2t）
S

設計引張強さ（MPa）（200℃における 2/3Sｕ値を使用）η

継手効率（−）t

呼び厚さ（mm）

Dｉ

胴内径(mm)P

1.0

200℃における許容圧力
0.693MPa[gage]

281＞

0.693

0.62MPa[gage]（2Pd）※評価結果において最も厳しい部位を記載○評価対象と評価方法
評価対象構造部一般構造部

機能喪失要因評価方法

延性破壊・設計・建設規格の評価式を準用した評価
・有限要素法を用いた弾塑性解析
結果を活用した評価○評価結果
評価結果は以下のとおりであり，放射性物質の閉じ込め機能を維持できる。
・規格を準用し算出された許容圧力（０．６９３MPa[gage]）は，評価圧力2Pdを上回る。
・有限要素法による弾塑性解析結果から，格納容器全体が破損に至るのは，約1.4MPa（4.6Pd）であり，評価圧力2Pdを上回る。

設計・建設規格の評価式を準用した評価

有限要素法を用いた弾塑性解析結果

4２．原子炉格納容器本体の評価
２．２ 機器搬入用ハッチ取付部（構造不連続部）○想定される機能喪失要因
・延性破壊（内圧を受けることによって生じる，過度な塑性変形）○機能喪失要因の選定理由
原子炉格納容器本体の設計時に考慮される機能喪失要因は，脆性破壊，疲労破壊，座屈及び延性破壊が考えられる。今回の評価条件である200℃，2Pdの条件を考慮した場合，脆性破壊が生じる温度域でないこと，繰り返し荷重が作用しないこと，圧縮力が一般部に生じないことから，脆性破壊，疲労破壊及び座屈は評価対象外と考えることができる。
原子炉格納容器全体モデル図○評価対象と評価方法
評価対象

構造部

構造不連続部機能喪失要因評価方法

延性破壊・有限要素法を用いた弾塑性解析結果を活用した評
価○評価結果
局部的に塑性ひずみが発生しているが，200℃，2Pdにおける増分はごくわずかであり，ひずみ集中による局部的な破損が発生することはない。

相当塑性ひずみ分布図（２Pd）相当塑性ひずみと限界ひずみとの比較

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３．シール部の機能評価
３．１ トップヘッドフランジ（シール部）
３．１．１ フランジ部開口量評価（弾塑性解析）○想定される機能喪失要因
・開口，シール機能低下○機能喪失要因の選定理由
トップヘッドフランジのシール部については，内圧が低い段階ではボルトの締め付けにより開口は抑制されるが，内圧の上昇に伴って開口量が増加することにより，外部への漏えい経路を形成する。
また，フランジが開口してもフランジの密閉性を担保しているシール材が健全であれば，シール材が開口に追従するため外部への漏えいを防止することができるが，重大事故環境に晒されると，シール材が高温劣化し，フランジの開口に追従できなくなりシール機能の低下が想定される。
○評価対象と評価方法
評価対象
シール部（フランジ，ガスケット）

機能喪失要因開口評価方法
実機モデルのFEM解析による○開口量評価200℃における圧力と開口量の関係より，2Pdにおける内側ガスケット部の開口量は，外側ガスケット部の開口量はであった。

トップヘッドフランジ解析モデル

圧力と開口量の関係（東海第二発電所モデル，200℃）○許容開口量
トップヘッドフランジは，タング（突起）がガスケットを押し込む構造であり，フランジの定格締付量（タング押込量）はである。圧力の増加に伴いフランジ部は開口するが，ひずみ率がであればガスケットは（＝×(100％−)）まで回復するため，開口量が以下であればシール機能は維持できる。

開口量評価
シール機能低下

既往研究の試験結果を用いた評価圧縮永久ひずみ試験結果（改良EPDM材）
試験温度

200℃

初期状態

200°，2Pd状態
内圧上昇による開口

フランジ

構造部放射線照射量
試験雰囲気

蒸気

タング

3..0 mm○評価結果
圧縮永久ひずみ試験結果より，許容される開口量はであるのに対し，FEM解析による2Pdにおけるフランジ部の開口量は，約であり，許容開口量を下回ることからシール機能は維持できる。

ひずみ率0％

ひずみ率
ガスケット

試験時間
ひずみ率

168h

トップヘッドフランジのガスケットは，定格締付量（タンク押込量）である。ひずみ率が0％であれば，締付けを開放した場合，ガスケットは回復する。

フランジ部の開口に対するシール材の復元

重大事故環境では，ガスケットが劣化し，ひずみ率が大きくなる。圧縮
永久ひずみ試験の結果より，開口量が以下であればシール機能は維持できる。

圧縮永久ひずみ試験

6４．評価結果のまとめ
評価対象

評価点

評価方法
設計・建設規格を準用
有限要素法（FEM）

構造不連続部
構造部（ボルト・フランジ）
シール部（フランジ・ガスケット）
構造部（円筒胴，鏡板，フランジ，ボルト）
シール部（フランジ・ガスケット）

有限要素法（FEM）
ボルト ：工認手法
フランジ：PVE-3700
有限要素法（FEM）
ガスケット試験
設計・建設規格準用

一般構造部
原子炉格納容器本体

トップヘッドフランジ

機器搬入用ハッチ

有限要素法（FEM）
ガスケット試験
設計・建設規格準用

国土地理院発行 ２０万分の１地勢図「水戸」に加筆

構造部（円筒胴，鏡板，フランジ，ボルト）

サプレッション・チェンバ
アクセスハッチ

シール部（フランジ・ガスケット）

所員用エアロック

構造部（円筒胴）構造部（隔壁）シール部（扉板シール部）
シール部（その他シール部）
同左

有限要素法（FEM）
ガスケット試験
設計・建設規格を準用
既工認の評価値を用いた評価
機械工学便覧
ガスケット試験
ガスケット試験
代表配管：PPC-3530

平板類

スリーブ本体スリーブ取付部
構造部（ボルト締め平板）
構造部（フランジ，ボルト）
シール部（フランジ・ガスケット）

設計・建設規格を準用
工認手法
設計・建設規格を準用
JIS B 8265
文献の理論式

セーフエンド同左

設計・建設規格を準用

伸縮継手
アダプタ

同左
同左

設計・建設規格を準用
設計・建設規格を準用

ヘッダ

同左

設計・建設規格を準用

モジュール

シール部（モジュール）

電気ペネ共研，NUPEC試験

接続配管
スリーブ
配管
貫通部

電気配線
貫通部

原子炉
格納容器
隔離弁

不活性ガス系 弁箱バタフライ弁
弁シート部

レーティング設計

TIPボール弁

弁箱レーティング設計

シール部

材料仕様

漏えい確認試験

評価条件
評価値
200℃
許容圧力：0.693MPa[gage](円筒胴部)
塑性破壊(全体)：約1.4MPa[gage]（疲労累積係数：）
200℃
局部破損なし2Pd
発生応力(ボルト) ：247MPa
発生圧力(フランジ)：185MPa
200℃
開口量：
(内側)，
(外側)
2Pd
2Pd
許容圧力(円筒胴)：2.445MPa[gage]
許容圧力(鏡板)：10.110MPa[gage]
200℃
開口量：(内側)，(外側)2Pd
2Pd
許容圧力(円筒胴)：4.493MPa[gage]
許容圧力(鏡板)：10.637MPa[gage]

判定基準
0.62MPa[gage](2Pd)以上
0.62MPa[gage](2Pd)以上（疲労累積係数1以下）
破損がないこと
576MPa以下
422MPa以下
許容開口量)以下

評価結果
破断せず
破断せず
(１以下)
破断せず
破断せず
破断せず
シール機能維持

0.62MPa[gage](2Pd)以上

破断せず

許容開口量

シール機能維持

0.62MPa[gage](2Pd)以上

破断せず

200℃
2Pd
2Pd
2Pd
200℃
2Pd
200℃
200℃
2Pd
2Pd
2Pd
2Pd
2Pd
200℃
2Pd
200℃
2Pd
2Pd
200℃
2Pd
200℃
2Pd
200℃
2Pd
200℃
2Pd
200℃2Pd
200℃
2Pd
200℃
2Pd

許容開口量)以下

シール機能維持

許容圧力：3.716MPa[gage]
許容圧力：1.322MPa[gage]
開口量：0.62MPa[gage](2Pd)以上0.62MPa[gage](2Pd)以上
許容開口量)以下

破断せず
破断せず
シール機能維持

200℃以上発生応力(X-31)：169MPa

200℃以上許容応力(257MPa)以下

シール機能維持
破断せず

許容圧力(X-18)：26.617MPa[gage]
発生応力(X-31)：188MPa
許容圧力(X-28)：1.90MPa[gage]
発生応力(X-28)：124MPa
開口量：0.62MPa[gage](2Pd)以上
許容応力(393MPa)以下
0.62MPa[gage](2Pd)以上
許容応力(281MPa)以下
許容開口量)以下

破断せず
破断せず
破断せず
破断せず
シール機能維持許容圧力(X-18)：4.529MPa[gage]0.62MPa[gage](2Pd)以上

破断せず

疲労累積係数(X-14)：
許容圧力(高圧)：10.645MPa[gage]
許容圧力(低圧)：10.619MPa[gage]
許容圧力(高圧)：27.948MPa[gage]
許容圧力(低圧)：10.69MPa[gage]
漏えいなし

疲労累積係数1以下
0.62MPa[gage](2Pd)以上

１以下
破断せず

0.62MPa[gage](2Pd)以上

破断せず

漏えいなし

シール機能維持

許容圧力：1.40MPa[gage]

0.62MPa[gage](2Pd)以上

漏えいなし

設計漏えい量以下

許容圧力：1.32MPa[gage]

0.62MPa[gage](2Pd)以上

200℃以上200℃以上開口量：(内側)，(外側))以下

破断せず
シール機能維持
破断せず
シール機能維持7