資料No.３

高浜発電所４号機の蒸気発生器伝熱管の損傷

2021年1月22日

蒸気発生器伝熱管の損傷発生状況

1

事象の概要
○ 2020年10月7日からの第23回定期検査において、蒸気発生器（以下､「SG」と言う）伝熱管の渦流探傷試験を実施した。その結果、同年11月20日にA－ＳＧの伝熱管１本およびＣ－ＳＧの伝熱管３本の伝熱管４本について、管支持板部付近に外面からの減肉とみられる有意な信号指示を確認した。
○ 小型カメラによる外観観察の結果、有意な信号指示を確認した箇所に外面減肉が認められた。
小型カメラでの点検箇所

第３管支持板（Ｘ５１－Ｙ４）付着物回収前

蒸気出口

付着物回収後湿分分離器
X51-Y4
X51-Y4

気水分離器

付着物

きず
（光沢あり）

第3管支持板

伝熱管

給水入口
約29mm

約22.2mm

伝熱管約4㎜約２１ｍ

信号指示本数＜第３管支持板＞
Ａ－ＳＧ：１本
Ｃ－ＳＧ：３本

第７管支持板第６管支持板

1㎜以下

第３管支持板（Ｘ２１－Ｙ８）

管支持板
下端から約8㎜

第３管支持板（Ｘ５５－Ｙ８）

第３管支持板（Ｘ５５－Ｙ３）

第５管支持板第４管支持板第３管支持板

X21Y8

第２管支持板第１管支持板
流量分配板

第3管支持板

管板
水室

１次冷却材入口
（高温側）

仕切板

１次冷却材
出口(低温側)：小型カメラでの点検箇所

伝熱管

約22.2mm

きず（光沢あり）

きず
第3管支持板約29mm

約22.2mm

管支持板
下端から約1㎜

約6㎜

付着物（一部を回収）

伝熱管

1㎜以下

1㎜以下
約7㎜

X55-Y3

X55Y8

第3管支持板

約29mm

接触痕
伝熱管

きず
（光沢あり）

約22.2mm

約29mm

約1㎜
約2㎜

管支持板
下端から約3㎜

ＡおよびＣ－ＳG信号指示位置およびスケール回収範囲
A、C－S/Gの信号指示位置およびC-S/Gのスケール回収範囲を下図に示す。
Ａ－蒸気発生器上部より見た伝熱管位置を示す図

Ｃ－蒸気発生器上部より見た伝熱管位置を示す図＜第３管支持板＞
有意な信号指示管（X２１-Y８）＜第３管支持板＞
有意な信号指示管（X５１-Y４）＜第３管支持板＞
有意な信号指示管（X５５-Y８）＜第３管支持板＞
有意な信号指示管（X５５-Y３）

凡例：有意な信号指示管：既施栓箇所（2019年第22回定検査時外面減肉）：既施栓管（拡管部応力腐食割れ以外）：スケール回収範囲：既施栓管（拡管部応力腐食割れ）

２

スケール回収数一覧表

３

高浜、大飯各発電所のスケール回収数を下表に示す。

高浜
４号機（Ｃ－ＳＧ）※１

高浜
３号機

大飯
３号機

大飯
４号機

高浜
２号機

第７管支持板

約４０個

約７０個―※２―※２―※２

第２管支持板

約１９０個

約５０個―※２―※２―※２第１管支持板

約１００個約８０個―※３―※３―※３管板※４３，０００個以上

３，５００個以上

約１００個

約１５０個

―※３第７管支持板上面

第２管支持板上面
第１管支持板上面
管板上※１ 高浜４号機では、Ｃ－ＳＧの他にＡ－ＳＧの有意な信号指示があった１本の伝熱管の減肉箇所に確認されたスケールを回収している※２ ハンドホールが無いため回収不可※３ スケール採取を試みるも伝熱管へのスケール付着が軽微であり、採取できるほどの厚みがないことを確認※４ 毎定検実施している管板上清掃の際に回収

ＡおよびＣ－ＳＧから回収したスケールの調査

４

管支持板下面へのスケールの付着状況の想定
 スケールＣ２、Ｃ３について、管支持板下面に付着した場合のきずの位置との関係について調査した結果、スケールの筋状痕ときずの位置や、スケールに認められた平滑な面と管支持板表面の接触痕の位置等が一致することを確認した。
Ｃ－ＳＧで回収したスケールの分析結果
スケールＣ２Ａ－ＳＧで回収したスケールの分析結果

平滑面(管支持板との接触想定箇所)

・管支持板の主成分であるクロムを検出。
＜凸面＞

＜凹面＞

＜凹面＞

伝熱管との接触想定箇所・筋状の摺れ痕を確認。
・伝熱管の主成分であるニッケルやクロムを検出。

伝熱管との接触箇所

幅 ：約15㎜
長さ：約9㎜
厚さ：約0.2㎜～0.3㎜
重さ：約0.1g
材質：マグネタイト

・伝熱管との接触箇所に光沢を確認。
（電子顕微鏡による観察の結果、筋状の摺れ痕を確認。）
・伝熱管の主成分であるニッケルやクロムを検出。

スケールＣ３＜凸面＞

伝熱管との接触想定箇所・筋状の摺れ痕を確認。
・伝熱管の主成分であるニッケルやクロムを検出。

平滑面(管支持板との接触想定箇所)

・管支持板の主成分であるクロムを検出。

幅 ：約23㎜
長さ：約11㎜
厚さ：約0.3㎜
重さ：約0.25g
材質：マグネタイト

５ＡおよびＣ－ＳＧから回収したスケールの性状の確認
伝熱管をきずつけた可能性が高いと推定されたスケールＡ、Ｃ２、Ｃ３について、それぞれ一部を切断して断面を観察した結果、大部分が密度の高い層（稠密層）になっていることを確認した。

回収スケールの断面観察結果
Ａ－ＳＧ 回収スケール

断面観察
結果

回収場所

性状

約0.2～0.3mm

Ａ－ＳＧ伝熱管減肉部（第３管支持板下部）

稠密層の範囲
Ｃ－ＳＧ回収スケール（Ｃ２）Ｃ－ＳＧ回収スケール（Ｃ３）

約0.3mm

約0.3mm第２管支持板上
稠密層が主体（稠密層厚さ 0.1㎜～0.2㎜程度）

第１管支持板上伝熱管のスケール付着状況の調査
６ＳＧ伝熱管のスケールの性状については、１９９６年に高浜発電所３号機ＳＧ伝熱管の健全性確認を目的とした抜管調査を実施した際に、スケールの付着状況の調査を行っており、その結果、伝熱管の場所によりスケールの性状が異なり、伝熱管上部のスケールは厚みがある一方で密度が比較的低い層（粗密層）が主体であり、下部のスケールは層厚が薄いものの稠密層が主体であるとの結果が得られている。
これらを踏まえ、高浜発電所４号機の伝熱管上部および下部のスケールの付着状況を調査するため、ＳＧの上部（第７管支持板上）および下部（第２管支持板から管板上の間）のスケールを採取し、断面観察を行った結果、高浜発電所３号機の調査結果と同様の結果が得られた。
蒸気発生器の概要図

伝熱管上部のスケール性状※１

第７菅指示板上より採取※２

蒸気出口

粗密で厚いスケールが生成される傾向にある

湿分分離器

気水分離器
給水入口
伝熱管

スケール

粗密で厚いスケールが生成されている

伝熱管外面

伝熱管下部のスケール性状※１

第１菅指示板と第二指示板の間より採取※２

約２１ｍ
信号指示本数
第７管支持板稠密で薄いスケールが生成される傾向にある＜第３管支持板＞
Ａ－ＳＧ：１本
Ｃ－ＳＧ：３本

第６管支持板第５管支持板第４管支持板スケール

第３管支持板※１ 過去の記録調査知見より第２管支持板第１管支持板
流量分配板

１次冷却材入口
（高温側）

伝熱管外面

管板
水室仕切板

１次冷却材
出口(低温側)稠密で薄いスケールが生成されている。
※２ 今回の高浜4号機の調査実績

スケールによる伝熱管外面の摩耗減肉の可能性調査

７

過去の摩耗試験結果


高浜発電所３号機では、ＳＧ伝熱管損傷の原因調査を行うため、ＳＧ内から採取したスケールを用いて摩耗試験を実施。



スケールの厚さが大きいほどスケールが折損しにくいと想定し、比較的厚みのあるものを（約0.6mm～1.0mm）を７個、比較的薄いもの（約0.3mm～0.4mmを２個選定。



これらの摩耗試験の結果、いずれもスケールが先に摩滅したため、スケールが伝熱管を有意に減肉させる可能性は低いと推定。

今回の摩耗試験結果
スケールＡ、Ｃ２、Ｃ３は、厚さが約0.2mm～0.3mmであり、稠密層が主体であった。



このため、ＳＧ内から回収したスケールのうち、厚さが0.2mm～0.3mm程度かつ稠密層が主体のスケールを３個選定して摩耗試験を実施。



その結果、伝熱管の減肉量がスケール摩滅量よりも大きくなることを確認。
ＳＧ伝熱管摩耗試験の状況【摩耗試験概要】
工場において、試験装置により、ＳＧ内から回収したスケールを伝熱管（実機と同材料）に押し付けた状態で加振し、有意な摩耗減肉が生じる可能性について確認を実施。
【摩耗試験結果】
伝熱管の減肉量がスケール摩滅量よりも大きくなることを確認。

押付け

スケール試験片

SG伝熱管

加振

スケール試験片

稠密層が主体であるスケールが伝熱管に繰り返し接触することにより、伝熱管に有意な減肉が生じる可能性があることを確認。

これまでのＳＧ伝熱管減肉事象における調査状況
減肉が確認された
伝熱管本数
A－SG：1本(減肉率20％未満)

減肉指示のあった箇所付近にスケールを確認。スケールの回収を試みたものの、破損したため、スケール以外の異物による減肉と推定

高浜４号機
第２２回定検(2019年10月)

A－SG：1本
B－SG：1本
C－SG：3本

きず近傍にスケールは確認されず。１つの異物（ステンレス薄片）が確認されたものの、摩耗痕が確認されなかったため、異物は流出したものと推定※

B－SG：1本
C－SG：2本

きず近傍にスケールは確認されず。２つの異物(ガスケットフープ材)が確認され、そのうちの１つが１本のきずの原因の可能性があり、その他の異物は流出したものと推定※

A－SG：1本
C－SG：3本

有意な信号指示があった１本の伝熱管の減肉箇所にスケールが確認され、スケールによる減肉と推定。
その他２本の伝熱管についても、近傍の管支持板上で摩耗痕のあるスケールを回収

高浜３号機
第２４回定検(2020年2月)

高浜４号機
第２３回定検(今回)スケールによる減肉の可能性

調査結果概要

高浜３号機
第２３回定検(2018年8月)

８

減肉箇所

否定できない約20㎜
約10㎜

否定できない約５mm

否定できない約３３mm

可能性が高い

約15mm
約9mm※ 摩耗試験の結果、スケールが伝熱管を有意に減肉させる可能性は低いと推定

原因調査状況

９

スケールの生成には、ＳＧ内への鉄イオンや鉄微粒子の持ち込み量が関係していることから、運転時間や水質管理の状況について調査を実施。

ＳＧ内への鉄持ち込み量と運転時間
ユニット

鉄持ち込み量（ｋｇ）

運転時間（万時間）

薬品洗浄実績

特徴

高浜４号機

２，４９０２２．２

無

高浜３号機

２，６２０２２．３

無他プラントに比べ、運転時間が長く、鉄イオンや鉄微粒子の持ち込み量が多い。

大飯３号機

１，８５０

１７．０

有

大飯４号機

１，９５０

１７．２

有

高浜１号機

６８０

１０．９

無

高浜２号機

９４０

１２．５

無

美浜３号機

７８０９．０無２０１９～２０２０年に薬品洗浄を実施している。

平成６～８年にかけてＳＧ取替えを実施している。

他プラントのＳＧ伝熱管スケールの性状比較

大飯発電所４号機のＳＧ伝熱管下部からスケールを採取し、断面観察を行った結果、高浜発電所４号機ＳＧ内から採取したスケールと比べて、稠密層の割合が少ないことを確認した。
これらのスケールを用いて摩耗試験を実施した結果、試験開始直後にスケールが折損するか、伝熱管よりも先にスケールが摩滅した。
高浜発電所２号機のＳＧ伝熱管下部では、伝熱管へのスケール付着がごく軽微であり、採取できるほどの厚みがないことを確認した。

これまでの調査状況の整理


伝熱管にきずをつけた可能性が高いスケールＡ、Ｃ２、Ｃ３の性状を確認した結果、稠密層が主体であることを確認するとともに、同様の稠密なスケールを採取し摩耗試験を実施した結果、伝熱管の減肉量がスケール自身の摩滅量よりも大きくなることを確認している。

現在の調査状況

1０

これまでの調査の結果、空隙率の大きい多孔質層は摩耗能力に影響しないと考えられる。このため、「厚さ」としてカウントする稠密層を空隙率5%以下として減肉体積比との相関に係るデータを採取し、稠密層厚さが減肉体積比に影響することを確認している。
スケール内の稠密層厚さ※1と摩耗体積比の関係※１：空隙率５％以下の層厚さ

再発防止策
再発防止対策として薬品洗浄の実施を検討中。
（高浜４号機回収スケールを用いた薬品洗浄試験（浸漬試験）の結果、スケールを粗密化できることを確認済）