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東海第二発電所 工事計画審査資料
資料番号補足-100-1

改5

提出年月日

平成 30 年 9 月 28 日

工事計画に係る補足説明資料
発電用原子炉施設の蒸気タービン，ポンプ等の損壊に伴う飛散物による損傷防護に関する説明書
補足-100-1

平成３０年９月
日本原子力発電株式会社

補足説明資料目次

１．配管破損防護対策について
２．ディーゼル駆動補機及びタービン駆動補機の評価対象並びに過速度トリップ設定値
について
３．常設高圧代替注水系ポンプの構造及び調速装置・非常調速装置の作動方式について

１ ． 配管 破 損防護 対 策に つ いて目次

１．原子力発電所配管破損防護設計技術指針・・・・・・・・・・・・・・・・・1
２．パイプホイップレストレイントについて・・・・・・・・・・・・・・・・・2
３．障壁について・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・3
４．原子炉冷却材圧力バウンダリの配管破損による損傷防護について・・・・・・4

１．原子力発電所配管破損防護設計技術指針「原子力発電所配管破損防護設計技術指針ＪＥＡＧ4613－ 1998」 （ 日 本 電 気 協会）による配管破損防護に関する設計の方法を以下に示す。

第 3章

防護設計の方法

3． 5

防護設計の実施
配管の破損に対して防護対象の機能を確保し，また配管破損による派生事象が安全評価上の「事故」の規模を上回らないように，防護設計は次の基本的な考え方に基づき行うものとする。

ⅰ）破損想定配管と防護対象は，相互に距離を離す。
ⅱ）隔壁（建屋区画室等）を設ける。
ⅲ）配管破損による動的影響を防護対象に与えないため及び想定事象を緩和するため，パイプホイップレストレイント等の設置及び主要機能の支持設計を行う。

〔解説〕（ 解 説 3－ 4） 強 度 評 価（ 2） 告 示 の 規 定 対 象 外 の 設 備 （ パ イ プ ホ イ ッ プ レ ス ト レ イ ン ト ， 建 屋 構 築物）は，その機能維持を図る。
告示の規定対象外の設備の許容状態を以下に示す。
a． パ イ プ ホ イ ッ プ レ ス ト レ イ ン ト
配管とパイプホイップレストレイントの衝突時に消散される運動エネルギーをレストレイントの塑性域まで考慮し吸収できる設計とする。
b． 隔 壁破断配管が隔壁に打撃を与えても隔壁外の防護対象に損傷を与えることのないように設計する。

1２．パイプホイップレストレイントについて
配管破損防護設計上の防護対象としてのパイプホイップレストレイントについての 構 造 例 を 第 1図 に 示 す 。
破損想定位置第 1図

パイプホイップレストレイント構造図（例）2３．障壁について
原 子 炉 冷 却 材 圧 力 バ ウ ン ダ リ の 拡 大 範 囲 （ RCPB拡 大 範 囲 ） と な る 主 配 管 の 配 置 及び 障 壁 に よ る 区 画 を 第 2図 に 示 す 。

。

第 2図

障壁による区画図3４．原子炉冷却材圧力バウンダリの配管破損による損傷防護について
4.1

概要「実用発電用原子炉及びその附属施設の技術基準に関する規則」（以下「技術 基 準 規 則 」 と い う 。 ） 第 15条 第 4項 及 び そ の 「 実 用 発 電 用 原 子 炉 及 び そ の 附 属施設の技術基準に関する規則の解釈」（以下「解釈」という。）に基づき，配管の破損に伴う飛散物により発電用原子炉施設の安全性を損なわない設計とすることについて説明するものである。
配管破損に関しては，設計基準対象施設に属する設備のうち新規制基準におい て 拡 大 と な っ た 原 子 炉 冷 却 材 圧 力 バ ウ ン ダ リ （ 以 下 「 RCPB 」 と い う 。 ） の 範
囲 を 除 く ， 既 存 の RCPB 範 囲 に つ い て 配 管 破 損 に 伴 う 飛 散 物 に よ り ， 発 電 用 原 子
炉施設の安全性を損なわない設計を行うことについて説明する。

4.2

基本方針
設計基準対象施設に属する設備は，内部発生エネルギーの高い流体を内蔵する配管の破損に伴う飛散物により安全性を損なわない設計とする。
内部発生エネルギーの高い流体を内蔵する配管については，材料選定，強度設計に十分な考慮を払うとともに，「原子力発電所配管破損防護設計技術指針
Ｊ Ｅ Ａ Ｇ 4613-1998」 （ 日 本 電 気 協 会 ） （ 以 下 「 Ｊ Ｅ Ａ Ｇ 4613」 と い う 。 ） に基づき配管破損を想定し，その結果生じる可能性のある動的影響により，発電用原子炉施設の機能が損なわれることのないよう配置上の考慮を払うこととする。
なお，配管破損想定位置の想定にあたって，応力算出には地震動Ｓｄを用いる。

4.3

評価
発電用原子炉施設の安全性を損なうことが想定される内部発生エネルギーの高い流体を内蔵する配管の破損に伴う飛散物により，発電用原子炉施設の安全性を損なわないことを評価する。

4.3.1

内部発生エネルギーの高い流体を内蔵する配管の破損による飛散物

4.3.1.1

評価方針
高温高圧の流体を内包する原子炉冷却材圧力バウンダリを構成する主配管 の う ち 既 存 の RCPB範 囲 に つ い て ， Ｊ Ｅ Ａ Ｇ 4613に 基 づ き 配 管 破 損 を 想定し，以下の評価内容により評価し，設計上考慮する。なお，ＬＢＢ概念は適用しない。
た だ し ， Ｊ Ｅ Ａ Ｇ 4613 に 記 載 さ れ て い る 基 準 地 震 動 Ｓ １ に つ い て は ，
弾性設計用地震動Ｓｄと読み替える。また，「発電用原子力設備に関する4

構 造 等 の 技 術 基 準 」 （ 昭 和 55年 通 商 産 業 省 告 示 第 501号 ， 最 終 改 正 平 成 15
年 7月 29日 経 済 産 業 省 告 示 第 277号 ） に 関 す る 内 容 に つ い て は ， 「 発 電 用 原
子力設備規格編設 計 ・ 建 設 規 格 （ 2005年 版 （ 2007追 補 版 含 む 。 ） ） ＜ 第 Ⅰ

軽水炉規格＞ＪＳＭＥ（以下「ＪＳＭＥ4.3.1.2ＳＳ

Ｎ Ｃ １ － 2005/2007 」 （ 日 本 機 械 学 会 ）ＮＣ１」という。）に従うものとする。

評価内容
評価においては，配管破損想定位置を考慮したうえで，防護対象を防護する。
(1)

防護対象
防護対象は，原子炉施設の異常状態において，この拡大を防止し，又は緩和する機能を有するもののうち，次のとおりとする。
a.

原子炉停止系b.

炉心冷却に必要な工学的安全施設及び関連施設c.

原子炉冷却材喪失時に圧力障壁となり，かつ，放射性物質の放散に対する障壁を形成するよう設計された範囲の施設(2)

配管破損想定位置
既 存 の RCPB範 囲 に つ い て ， Ｊ Ｅ Ａ Ｇ 4613に 基 づ き ， タ ー ミ ナ ル ・エンド及び発生応力又は疲労累積係数が所定の値を超える点を配管破損想定位置とする。
a.

ターミナル・エンドb.

供 用 状 態 Ａ ， Ｂ 及 び （ 1／ 3） Ｓ ｄ 地 震 荷 重 ＊ に 対 し て 次 の い ず
れかの条件を満たす点(a)Ｓ ｎ ＞ 2.4Ｓ ｍ ， か つ ， Ｓ ｅ ＞ 2.4Ｓ ｍ(b)

Ｓ ｎ ＞ 2.4Ｓ ｍ ， か つ ， Ｓ ｎ ′ ＞ 2.4Ｓ ｍ
ただし，Ｓｎ： Ｊ Ｓ Ｍ Ｅ Ｓ Ｎ Ｃ １ PPB-3531の 計 算 式に準じて計算した一次＋二次応力。

Ｓｅ： Ｊ Ｓ Ｍ Ｅ Ｓ Ｎ Ｃ １ PPB-3536(6) の 計
算式に準じて計算した熱膨張応力。

Ｓ ｎ ′ ： Ｊ Ｓ Ｍ Ｅ Ｓ Ｎ Ｃ １ PPB-3536(3) のＳｎの計算式に準じて計算した一次＋二次応力。
：ＪＳＭＥ Ｓ ＮＣ１

Ｓｍ

付録材料図表Part5 表 1 に 規 定 さ れ る 材 料 の 設 計 応 力強さ。
5(c)疲 労 累 積 係 数 ＞ 0.1
ただし，上述する疲労累積係数は供用状態Ａ，Ｂにおける 疲 労 累 積 係 数 に （ 1／ 3） Ｓ ｄ （ Ｓ ｄ － Ｄ １ ， Ｓ ｄ － １ １ ，Ｓｄ－１２，Ｓｄ－１３，Ｓｄ－１４，Ｓｄ－２１，Ｓｄ－２２及びＳｄ－３１）地震のみによる疲労累積係数を加算したものとする。

注記＊：Ｓｄ（Ｓｄ－Ｄ１，Ｓｄ－１１，Ｓｄ－１２，Ｓｄ－１３，Ｓｄ－１４，Ｓｄ－２１，Ｓｄ－２２及びＳｄ－３１）地震と は ， 添 付 資 料 「 Ｖ -2

耐震性に関する説明書」のうち，添 付 書 類 「 Ⅴ -2-1-1

耐震設計の基本方針の概要」に示す

弾性設計用地震動Ｓｄ－Ｄ１，Ｓｄ－１１，Ｓｄ－１２，Ｓｄ－１３，Ｓｄ－１４，Ｓｄ－２１，Ｓｄ－２２及びＳｄ－３１による動的地震力をいう。なお，弾性設計用地震動
Ｓ ｄ の 概 要 は ， 添 付 書 類 「 Ｖ -2

耐震性に関する説明書」の う ち ， 添 付 書 類 「 Ⅴ -2-1-2

基準地震動Ｓｓ及び弾性設計用地震動Ｓｄの策定概要」に示す。

(3)

防護対策の実施
配管破損による動的影響により，他の安全機能を有する構築物，系統及び機器が損傷しないように，必要に応じ以下の措置を講じる設計とする。
ａ．配管破損想定位置と防護対象機器は，十分な離隔距離をとる。
ｂ．配管破損想定位置又は防護対象機器を障壁で囲む。
ｃ．上記のいずれかの対策がとれない場合，配管破損による動的影響に十分耐えるパイプホイップレストレイント等を設ける。

4.3.1.3

評価結果
既 存 の RCPB範 囲 に お け る 配 管 破 損 に 関 し ， Ｊ Ｅ Ａ Ｇ 4613に 基 づ き 評 価した結果，発生応力又は疲労累積係数が所定の値を超える箇所及び各配管におけるターミナル・エンドがあり，配管破損を想定する箇所があることを確認した。
既 存 の RCPB範 囲 に お け る 配 管 破 損 想 定 位 置 を 第 1表 に ， 各 系 統 の 配 管 鳥
瞰 図 を 第 1図 か ら 第 16図 に 示 す 。
これらの配管破損想定位置は必要な強度を有するパイプホイップレストレイントが設置されている，又は設置されていない配管については，配管
6

破損想定位置近傍に防護対象設備がないことを確認した。したがって，配管の破損に伴う飛散物により発電用原子炉施設の安全性は損なわれない。

第 1表

RCPB 範 囲 に お け る 配 管 破 損 想 定 位 置

対象

系統名

配管破損想定位置の有無

モ デ ル No.

発生応力又はターミナル・ 疲労累積係数
エンドが所定の値を超える点

パイプホイップレスト
レイント設
置の有無

破損想定位
置近傍の防護対象設備の有無

FDW-1,2,3,4,9

有有有－FDW-5,6,7,8,11

有有有－

MS-A

有有有－

MS-B

有有有－

MS-C

有有有－

MS-D

有有有－

MS-24

有有無無PLR-PD-1

有有有－

PLR-PD-2

有有有－

RCIC-19,20,29

有無無無RCIC-24-1

有無無無RCIC-24-2

有有無無RHR-PD-29

有無有－RHR-PD-35

有無有－

RHR-PD-36

有無有－

CU-PD-9

有有有－

給水系

主蒸気系

原子炉冷却材再循環系

原子炉隔離時冷却系

残留熱除去系

原子炉冷却材浄化系

7

第 1図

配管鳥瞰図（給水系

FDW-1,2,3,4,9）

第 2図配管鳥瞰図（給水系

FDW-5,6,7,8,11）

8

第 3図

配管鳥瞰図（主蒸気系

MS-A）

第 4図

配管鳥瞰図（主蒸気系

MS-B）

9

第 5図

配管鳥瞰図（主蒸気系

MS-C）

第 6図

配管鳥瞰図（主蒸気系

MS-D）

10

第 7図

第 8図

配管鳥瞰図（主蒸気系

MS-24）

配管鳥瞰図（原子炉冷却材再循環系
11PLR-PD-1）

第 9図第 10 図配管鳥瞰図（原子炉冷却材再循環系

配管鳥瞰図（原子炉隔離時冷却系
12PLR-PD-2）

RCIC-19,20,29）

第 11 図配管鳥瞰図（原子炉隔離時冷却系

RCIC-24-1）

第 12 図配管鳥瞰図（原子炉隔離時冷却系RCIC-24-2）

13

第 13 図配管鳥瞰図（残留熱除去系

RHR-PD-29）

第 14 図配管鳥瞰図（残留熱除去系

RHR-PD-35）

14

第 15 図第 16 図配管鳥瞰図（残留熱除去系

RHR-PD-36）

配管鳥瞰図（原子炉冷却材浄化系
15CU-PD-9）

２ ． ディ ー ゼル駆 動 補機 及 びター ビ ン駆 動 補機の 評 価対 象
並 び に過 速 度トリ ッ プ設 定 値につ い て目次

１．ディーゼル駆動及びタービン駆動機器の評価対象について・・・・・・・・・1
２．ディーゼル駆動及びタービン駆動補機の過速度トリップ回転速度について・・2

１．ディーゼル駆動及びタービン駆動機器の評価対象について
ディーゼル駆動及びタービン駆動の高速回転機器の損壊に関しては，高速回転機器がオーバースピードに起因する損壊に伴う飛散物とならないことを説明するものであるが，設計基準対象施設に関しては技術基準規則の要求事項に変更がない。
このことから，今回の評価対象機器としては，ディーゼル駆動及びタービン駆動の機器のうち，新たな設計基準対象施設及び重大事故等対処設備とする。第 1 表にディーゼル駆動及びタービン駆動機器の評価対象を示す。

第 1表

ディーゼル駆動及びタービン駆動機器の評価対象

機器名称（回転機器）

ディーゼル

タービン駆動駆動

評価対象

設計基準対象施設

ディーゼル駆動消火ポンプ○○

ディーゼル駆動構内消火ポンプ○○

原子炉隔離時冷却系ポンプ○

蒸気タービン○

タービン駆動原子炉給水ポンプ○

非常用ディーゼル発電機○

高圧炉心スプレイ系ディーゼル発電機○

常設高圧代替注水系ポンプ○○

重大事故等対処設備

可搬型代替注水大型ポンプ○○

可搬型代替注水中型ポンプ○○

常設代替高圧電源装置○○

緊急時対策所用発電機○○

可搬型代替低圧電源車○○

窒素供給装置用電源車

○

○

1

２．ディーゼル駆動及びタービン駆動補機の過速度トリップ回転速度について
高速回転機器のうち，新たな設計基準対象施設及び重大事故等対処設備であるディーゼル駆動補機及びタービン駆動補機の過速度トリップ回転速度を第 2 表及び第3 表に示す。

第 2表

ディーゼル駆動補機の過速度トリップ回転速度
回転速度

補機

定格

過速度トリップ＜参考＞（回転機器）

回転速度

回転速度

火技基準＊1(min - 1 )(min - 1 )（非常調速装置）ディーゼル駆動消火ポンプ

1,500

1,725(約 115%)

ディーゼル駆動構内消火ポンプ

1,500

1,725(約 115%)

可搬型代替注水大型ポンプ

2,300

2,645(約 115%)

可搬型代替注水中型ポンプ2,300

2,600(約 113%)

常設代替高圧電源装置

1,500

1,725(約 115%)

緊急時対策所用発電機

1,500

1,725(約 115%)

可搬型代替低圧電源車

1,500

1,690(約 113%)

窒素供給装置用電源車

1,500

1,690(約 113%)

1.16倍 を超える以前＊ 1： 発 電 用 火 力 設 備 に 関 す る 技 術 基 準 を 定 め る 省 令 及 び 発 電 用 火 力 設 備 の 技 術 基 準の解釈に基づく過速防止装置の作動範囲

第 3表

タービン駆動補機の過速度トリップ回転速度

補機（回転機器）
常設高圧代替注水系ポンプ

回転速度
定格回転速度-1

過速度トリップ回転速度(min )(min - 1 )5,860(締 切 運 転 時 )6,739(約 115%)2

３ ． 常設 高 圧代替 注 水系 ポ ンプの 構 造及 び 調速装 置 ・非 常 調速
装 置 の作 動 方式に つ いて目次

１．常設高圧代替注水系ポンプの構造について・・・・・・・・・・・・・・・・1２．動翼及び非常調速装置の構造について・・・・・・・・・・・・・・・・・・2
３．調速装置及び非常調速装置の作動方式について・・・・・・・・・・・・・・3

１．常設高圧代替注水系ポンプの構造について
常設高圧代替注水系ポンプはタービン及びポンプが１つのケーシングに収まる一体型ケーシング構造であり，軸封部の無い設計である。
また，常設高圧代替注水系ポンプは機械式ガバナであり，ポンプ吐出のベンチュリの圧力差により圧力ガバナピストンが作動し，リンク機構を通じて蒸気加減弁を調整し，ポンプから吐出する流量を一定に制御する設計となっており，電源を必要としないガバナである。
さらに，軸受は自給水により潤滑する方式であるため，潤滑油装置も不要な設計となっている。
以上のことから，常設高圧代替注水系ポンプは系統の弁操作のみで起動停止が可能であり，起動時に高圧代替注水系注入弁を開操作した後は，高圧代替注水系蒸気供給弁の開閉操作でポンプの起動停止操作が可能な設計とする。常設高圧代替注水系 ポ ン プ の 概 略 構 造 を 第 1図 に 示 す 。

第 1図

常設高圧代替注水系ポンプ

1

構造概要図

２．動翼及び非常調速装置の構造について
常設高圧代替注水系ポンプ駆動用タービンは，単段式のタービンであり，タービン翼は一体鍛造品の円盤から放電加工により翼型を削り出す方法で製造されているものを適用することで，タービンが破損により飛散することがない設計とする。
常設高圧代替注水系ポンプ駆動用タービンは，何らかの原因でタービン回転数が異常に上昇すると，トリップボルトが遠心力によりばね力に打ち勝ちボルトの重心が移動し，トリップ機構を作動させることにより，駆動蒸気を遮断しポンプを自動停止させ，オーバースピードにならない設計とする。
常設高圧代替注水系ポンプ駆動用タービンの構造を第 2 図に示す。

第 2図

常設高圧代替注水系ポンプ駆動用タービンの構造図

2３．調速装置及び非常調速装置の作動方式について

第 3図

常設代替高圧注水系ポンプ概要図＜通常待機時（ポンプ停止状態）＞
・圧力ガバナのピストン（①）は，ピストンロッドに取り付けられたスプリングによ り 上 昇 し た 状 態 で あ り ， ② の リ ン ク 機 構 を 介 し て 接 続 さ れ る ト リ ッ プ /ス ロ ッ
トル弁（③）は最下方に下降した状態となっている。この状態においては，駆動用高圧蒸気入口ポート（④）が全開状態にある。ここに高圧蒸気が供給されればタービンは起動するが，通常待機状態では高圧代替注水系蒸気供給弁（⑤）が「全閉」であることから蒸気は供給されずポンプは待機停止状態にある。
＜ポンプ起動～定格流量＞
・通常待機時の状態で，高圧代替注水系蒸気供給弁（⑤）を「開」（中央制御室スイッチ操作または現場人力操作）とすると，トリップ装置（⑭）のピストン内を通り高圧蒸気がピストン左側に通気され，蒸気力によりピストンが右方向へ移動し，全開状態の駆動用高圧蒸気入口ポート（④）を通り蒸気がタービンに供給され，タービン駆動のポンプが起動する。
・起動後，タービンは速やかに定格回転数に到達し，ポンプが水を吐き出し始め，ポンプ吐出部のベンチュリノズルから低圧側ライン（⑥）及び高圧側ライン（ ⑦ ） を 通 じ て 高 /低 圧 水 が 圧 力 ガ バ ナ に 供 給 さ れ る 。
3

・ポンプ定格流量状態では，低圧側ライン（⑥）圧力，高圧側ライン（⑦）圧力及び 圧 力 ガ バ ナ の ス プ リ ン グ 力 が バ ラ ン ス し ， ト リ ッ プ /ス ロ ッ ト ル 弁 の ピ ス ト ン（③）は駆動用高圧蒸気入口ポート（④）の中間位置で定格流量一定制御状態となる。
＜流量変動時の制御動作＞
・定格流量状態での運転中に流量が上昇すると，ベンチュリ効果により低圧側ライン（⑥）の圧力と高圧側ライン（⑦）の圧力のバランスが崩れ，圧力ガバナのピ
ス ト ン （ ① ） は 下 降 し ， ② の リ ン ク 機 構 を 介 し て ト リ ッ プ /ス ロ ッ ト ル 弁 の ピ ス
トン（③）を上方に押し上げる。
・これにより駆動用高圧蒸気入口ポート（④）のポートが閉じ始め，タービンへの駆動蒸気量が減少することでタービン回転数が低下しポンプ吐出量を減少させる。
・定格流量状態での運転中に流量が低下した場合は，上記と逆の動きにより流量を増加させる。
＜過速度トリップ＞
・何らかの原因でタービン回転数が異常に上昇すると，定格状態ではシャフト内にスプリングで保持されているトリップボルト（⑧）が遠心力により飛び出し，レバー（⑨）を押し上げ，リンクを介してトリップ排気弁のピストンロッド（⑩）
を上昇させる。
・トリップ排気弁のピストンロッド（⑩）に接続しているピストンは，通常，高圧蒸気検出ライン（⑪）と低圧（背圧側）蒸気検出ライン（⑫）を分断しているが，ピストンが上昇することにより高圧蒸気検出ライン（⑪）と低圧（背圧側）蒸気検出ライン（⑫）が通じ，高圧蒸気検出ライン（⑪）の圧力が低圧（背圧側）蒸気検出ライン（⑫）を通し，タービン排気室に抜ける。
・高圧蒸気検出ラインはトリップ装置の空間（⑬）につながっており，通常時は高圧 蒸 気 に よ り ト リ ッ プ 装 置 の ピ ス ト ン （ ⑭ ） を 右 側 に 押 し 付 け ， ト リ ッ プ /ス ロ
ットル弁が「開」状態となり蒸気をタービンに供給しているが，上記の動作により高圧蒸気検出ライン（⑪）の圧力が低下すると，トリップ装置のピストン（⑭）は蒸気力により左側に移動し蒸気が遮断されポンプが停止する。

以上のとおり，常設高圧代替注水系ポンプは，直流電源の電動弁を中央制御室から「開」とすることで起動可能であり，その後の定格運転の流量制御はポンプ吐出水によるベンチュリ効果で自己制御される。

4