INSS JOURNAL Vol . 27 2020 C-4315

MAAP における福島第一原子力発電所事故を踏まえた発電所安全対策設備のモデル化
ModelingofsafetyequipmentbasedonFukushimaDaiichiNuclearPowerStationAccident
inthesevereaccidentanalysiscode“MAAP”
楠木貴世志（TakayoshiKusunoki）＊1
中村晶（AkiraNakamura）＊1

高木
佐野俊弥（ToshiyaTakaki）＊1
直樹（NaokiSano）＊1

要約
東京電力（株）福島第一原子力発電所事故を踏まえ，原子力発電所緊急安全対策ならびにシビアアクシデント（SA）対策他として導入された設備を MAAP プラントモデルに組み込み，動作を確認した．本稿では恒設代替低圧注水ポンプによる格納容器スプレイのモデル化について説明する．
キーワード

MAAP，シビアアクシデント，モデル化，恒設代替低圧注水ポンプ

Abstract
Fromaconsiderationofprogressionofthe2011FukushimaDaiichiNuclearPower
Station,equipmentintroducedaspowerstationemergencysafetymeasuresandsevereaccidentmeasureswereincorporatedintotheMAAPplantmodel.Then,weconfirmedvalidationofthemodel.Thispaperdescribesmodelingofthecontainmentspraybythepermanentalternativelowpressurewaterinjectionpump.
Keywords

MAAP,severeaccident,modeling,permanentalternativelowpressurewaterinjectionpump

1. は じめにについても取り扱うことが可能である．このように，広範囲の物理現象を取り扱うことが可能な総合

MAAP（Modular… Accident… Analysis… Program）

解析コードであり，シビアアクシデントで想定されコードとは，
1980 年代の初めに米国 FAI 社（Fauske…

る様々な事故シナリオについて，起因事象から安定&… Associates,… LLC.） に よ っ て 開 発 さ れ， 米 国した状態，あるいは過圧・過温により原子炉格納容EPRI（Electric…Power…Research…Institute）が所有器が機能喪失するまで計算が可能であることが特徴権を有するコードである．現在も EPRI を中心とし（1）（2）である．

た MAAP ユーザーズグループのもとで保守及び改（1）（2）

上述したように，MAAP において様々な緩和設備はモデル化されているが，東京電力（株）
福島第一良が進められている．

MAAP は，シビアアクシデントの事象進展の各原子力発電所事故を踏まえ，近年，日本の原子力発段階を網羅し，炉心，原子炉圧力容器，原子炉格納電所において発電所緊急安全対策ならびにシビアア容器内で起こると考えられる重要な事故時の物理現クシデント（SA）対策他として導入された設備の象をモデル化するとともに，工学的安全施設や炉心全ては網羅できていない．そのため，それらの設備損傷防止あるいは格納容器機能喪失防止で想定するについては個々のユーザーが MAAP 上で性能を設各種の緩和設備についてのモデルを備えている．ま定し，場合によってはモデル化が必要となる場合もた，核分裂生成物（FP）に関する物理現象をモデある．

ル化しており，事故時に炉心溶融に伴って原子炉圧

本 論 で は こ の 内， モ デ ル 化 の 一 例 と し て，

力容器や原子炉格納容器内に放出される FP の挙動

MAAP… Version… 4（MAAP4）における恒設代替低＊ 1 （株）
原子力安全システム研究所

技術システム研究所

INSS JOURNAL Vol . 27 2020 C-4316

圧注水ポンプによる格納容器スプレイのモデル化

パラメータがなく，格納容器（CV）上部区画の床について説明する．恒設代替低圧注水ポンプとは，余熱除去ポンプの代替として燃料取替用水タンク又面からスプレイヘッダまでの高さを表すパラメー．
タ ZSPA が DZ2 として用いられている（図１参照）

は復水タンクを水源に，余熱除去系を通じて原子炉ZSPA は水頭差の計算だけでなく，スプレイの落下容器内に注水する機能，及び格納容器スプレイ系を高さを定義するパラメータとして使用されている．

通じて原子炉格納容器内へスプレイする機能を有す

ZSPA はスプレイ使用時の CV 除熱量等に影響を及ぼるポンプである．

すと考えられることから，実際のポンプ設置位置から移送先（スプレイヘッダ）までの高さと ZSPA の2.

M AAP へのポンプモデル化の概要

2.1 圧
 力損失を考慮したポンプのモデル化

設定値との差は，ポンプの揚程を変更することで考慮した．

ポンプ流量は，取水源と移送先の水頭差，及びポンプの QH カーブ（流量と揚程）から決定される．
MAAP における取水源と移送先の水頭差を式（1），スプレイがあるCV区画の床面

ZSPARW（1）

有効 NPSH を式（2）に示す．

ࢂࢃ૛ࢂࢃ૚

൅ࡰࢆỈ㢌ᕪൌ ቀࡼ૛ൈ ൈ ࢂࢃ૛൅ ࡰࢆቁ െ ቀࡼ૚ൈ ൈ ࢂࢃ૚૚ቁ ቁ൅ࡰࢆỈ㢌ᕪൌ ቀࡼ૛൅૛ࡰࢆ
ࡳࡾ࡭ࢂࡳࡾ࡭ࢂ૚ （1）૛ ቁ െ ቀࡼ૚ࡳࡾ࡭ࢂ

ࡳࡾ࡭ࢂ

ここで，P 1 は取水源の圧力，VW 1 はポンプ入口配管内の水の比容積，DZ1 は取水源からポンプ入口のエレベーション（EL）差，P 2 は移送先の圧力，
VW 2 はポンプ出口配管内の水の比容積，DZ2 はポンプ入口から移送先までの EL 差，GRAV は重力加速度を表す．
ࡼࡼࢂ ࡼࢇ ࢏ െ ࢎࢌ࢏ െ᭷ຠ‫܁۾ۼ‬۶ൌ ࢇൌ൅ࡼࢆ᭷ຠ‫܁۾ۼ‬۶൅ ࢆ࢏ െ ࢎࢌ࢏࣋ࢍെ ࢂ࣋ࢍ

࣋ࢍ

࣋ࢍ

ZSPA
設定パラメータなし（ZSPAをDZ2として使用）（2）

ここで，Pa は取水源の圧力，Zi はポンプ入口から(1)
図 1 MAAP4 におけるモデルの概要（1）

図１

MAAP4 におけるモデルの概要

3. 格
 納容器スプレイ時のポンプのモデル化



3.1 モ
 デル化の手順本研究における格納容器スプレイ時のポンプのMAAP へのモデル化は以下の手順で行う．

水までの高さ，Pv はポンプ入口の水の蒸気圧，hfi はポンプ入口までの摩擦損失，ρg は水の密度と重力加速度の積を表す．
式（1）では圧力損失の項がなく，式
（2）
ではポンプ

① モ
… デル化するポンプのポンプ成績表等から，ポ，全揚程［m］，ンプ特性（吐出し流量［m3/s］
必要 NPSH［m］）を読み取る．

入口までの摩擦損失（hfi）を０と仮定している．つ② ポ… ンプの吸込み口中心のエレベーション，及びまり，MAAP4 では，圧力損失が考慮されていないスプレイヘッダを含む格納容器上部区画床面のため，流量を過大評価してしまう恐れがある．よりエレベーションを調査し，そのエレベーション現実的な設定を行うためには，ポンプ揚程を圧力損失分だけ低く，必要 NPSH は圧力損失分だけ高く設定する必要がある．

2.2 格
 納容器スプレイモデルへの反映
MAAP4 では，上述したように式（1）からポンプを隔てた取水源と移送先の水頭差が計算され，計算結果と QH カーブの設定データの対応からポンプ流量が決定される（1）．
し か し な が ら，MAAP4 で は DZ2 を 定 義 で き る差を求める．
③ 「2.2…
…
格納容器スプレイモデルへの反映」で説
明 し た よ う に，MAAP4 で は ZSPA が DZ2 と して用いられていることに対応するため，全揚程から②のエレベーション差を差し引いて設定する．
④ ポ… ンプによる格納容器スプレイ時の機器圧損と配管及び弁類圧損を求める．

㸰⑤
実… 際の圧力損失は通水流量に応じて変動するこ඲ᥭ⛬ൌ ඲ᥭ⛬െ ᥭ⛬ホ౯್ൈ ൈ ௵ពὶ㔞㸰඲ᥭ⛬ൌ ඲ᥭ⛬െ ᥭ⛬ホ౯್ᅽᦆ⪃៖๓௵ពὶ㔞㸰ᅽᦆ⪃៖๓㸰ホ౯ὶ㔞ホ౯ὶ㔞とになるため，評価流量に対する圧力損失の評価値が１点しかない場合，圧力損失が流量の２INSS JOURNAL Vol . 27 2020 C-4乗に比例すると仮定して式（3）でポンプデータの設定に必要な任意の設定点の流量における表１317

恒設代替低圧注水ポンプのポンプ特性
3

流量［m /h］

全揚程［m］

必要 NPSH［m］

圧力損失を算出し（右辺第２項），ポンプの全0200

5揚程からその圧損分の揚程を差し引いて設定1001705する．

1201607㸰௵ពὶ㔞඲ᥭ⛬ ൌ ඲ᥭ⛬ᅽᦆ⪃៖๓ െ ᥭ⛬ホ౯್ ൈ
㸰（3）
௵ពὶ㔞㸰
඲ᥭ⛬ ൌ ඲ᥭ⛬ᅽᦆ⪃៖๓ െ ᥭ⛬ホ౯್ ൈ ホ౯ὶ㔞 㸰

140

155

8160

150

10ホ౯ὶ㔞

⑥ ポ… ンプ通水時の取水源からポンプ吸込口までのベーションが 10… m である．一方，MAAP プラントモデルでスプレイヘッダを含む格納容器上配管圧損合計を求める．
⑦ 実… 際の圧力損失は通水流量に応じて変動するこ部区画床面のエレベーションは 25… m に設定さとになるため，評価流量に対する圧力損失の評れており，それらのエレベーション差は 15… m

価値が１点しかない場合，圧力損失が流量の２であった．

乗に比例すると仮定して式（2）でポンプデータ③ …MAAP4 のスプレイモデルを実機計算と整合さの設定に必要な任意の設定点の流量における圧せるために，全揚程から 15… m を差し引いて設力損失を算出し（右辺第２項），ポンプの必要定した（表２参照）．

NPSH にこの圧損分を加えてポンプデータとして設定する．

㸰௵ពὶ㔞‫܁۾ۼ‬۶ ൌ ‫܁۾ۼ‬۶ᅽᦆ⪃៖๓ ൅ ‫܁۾ۼ‬۶ホ౯್ ൈ㸰௵ពὶ㔞㸰‫܁۾ۼ‬۶ ൌ ‫܁۾ۼ‬۶ᅽᦆ⪃៖๓ ൅ ‫܁۾ۼ‬۶ホ౯್ ൈ ホ౯ὶ㔞 㸰（4）ホ౯ὶ㔞

3.2 恒 設代替低圧注水ポンプのモデル化

表２

MAAP4 のスプレイモデルを考慮したポンプ特性

流量［m3/h］

全揚程［m］

必要 NPSH［m］

0185510015551201457140140816013510

以下，恒設代替低圧注水ポンプのモデル化について説明する．但し，本論のポンプ特性，機器のエレ④ 恒… 設代替低圧注水ポンプによる格納容器スプレ

ベーション，圧力損失，及び解析結果は仮の値とイ時の機器圧損と配管及び弁類圧損の合計は，する．

50… m であった（表３参照）．この時の評価対象の流量は 100…m3/h であった．

① ポ… ンプ成績表（図２参照）からポンプ特性（吐，全揚程［m］，必要 NPSH［m］）
出し流量［m3/h］

表３

格納容器スプレイ時の圧力損失を読み取った結果，表１に示す値であった．

項目

必要揚程［m］② 恒… 設代替低圧注水ポンプの吸込み口中心のエレ

機器圧損

10

配管及び弁類圧損

40

合計

50

揚程/必要NPSH揚程⑤ ④… の評価対象の流量は１点であったため，式（3）を用いて必要な任意の設定点の流量における圧力損失を算出し，全揚程から差し引いて，表４(となった．

ｍ)
必要NPSH⑥ 図… 面などを調査した結果，ポンプの流量が 120…
m3/h 通水時に，取水源からポンプ吸込口までの配管圧損合計は 5…m であった．

容量（ｍ3/ｈ/個）

図 2 ポンプ成績表
図２

ポンプ成績表INSS JOURNAL Vol . 27 2020 C-4318

表４

全揚程に圧力損失を考慮したポンプ特性示す．図３に示すように，制御フラグで恒設代替低3

圧注水ポンプによる格納容器スプレイの起動・停止

流量［m /h］

全揚程［m］

必要 NPSH［m］

0185

5100105

5120737140428160710が意図した通りに切り替えられている．

5. ま とめ
本論では，発電所緊急安全対策ならびにシビアア
クシデント対策他として導入された，恒設代替低圧⑦ ⑥… の評価対象の流量は１点であったため，式（4）注水ポンプによる格納容器スプレイを MAAP4 に組を用いて必要な任意の設定点の流量における圧み込み動作確認を実施した．その際，以下の点を踏力損失を算出し，ポンプ単体の必要 NPSH に圧まえてモデル化を行った結果，制御フラグでスプレ損分を加え，表５のように設定した．

イの起動・停止が意図した通りに切り替えられてい表５

必要 NPSH に圧力損失を考慮したポンプ特性

流量［m3/h］

全揚程［m］

必要 NPSH［m］

018551001058.512073121404217.8

160

722.8ることが確認できた．
・ 恒… 設代替低圧注水ポンプによる格納容器スプレイ時の圧力損失を考慮した．
・ …MAAP4 では格納容器（CV）上部区画の床面からスプレイヘッダまでの高さを表すパラメータ ZSPA が DZ2 として用いられている．そのため，実際のポンプ設置位置から移送先までの高さと ZSPA の設定値との差を，ポンプ4. 動
 作確認の揚程を変更することで考慮した．

モデル化した恒設代替低圧注水ポンプによる格納

なお，本研究で組み込まれたモデルについては，容器スプレイが意図した通りに動作するか確認を

関西電力
（株）
原子力防災訓練時のプラント事象進展行った．

シナリオ解析に活用する（3）とともに，原子力緊急事故シナリオは，大破断 LOCA（10 インチ）発時においては事象の推移を予測する事象進展解析に

生 + 非常用炉心冷却装置（ECCS）注入失敗 + 格納用いることとなる．今後もその解析結果を踏まえて容器スプレイ不作動とし，事象発生７時間後に恒設様々な知見を蓄積するとともに，新たな設備が導入代替低圧注水ポンプによる格納容器スプレイを開始された場合にはその反映を行い，更なる MAAP 解し，10 時間後に停止するように設定した．

析基盤の充実を図る予定である．

図３に格納容器スプレイ流量と圧力の解析結果を流量
圧力謝 辞

格納容器圧力(kPa-Gage)

格納容器スプレイ流量(m3/h)

本研究にあたり，関西電力（株）池田浩之氏には資

7時間(hour)10

図3 格納容器スプレイ流量と圧力
図３
格納容器スプレイ流量と圧力

5. まとめ
本論では，発電所緊急安全対策ならびにシビアアクシデント対策他として導入された，恒設代替低圧注水ポンプに料収集，及び開示にご協力いただいた．ここに厚く感謝します．

INSS JOURNAL Vol . 27 2020 C-4

文 献（1）
 Electric Power Research Institute, MAAP4
UsersManual.
（2）… 東海第二発電所，付録 27… 計算機プログラム…
（解析コード）の概要・MAPP,… 工事計画審査資料，（2018）．
（3） 川 崎 郁 夫， 高 木 俊 弥， 尾 上 彰， 池 田 浩 之，
平成 30 年度 関西電力美浜発電所原子力防災訓練のプラント事象進展シナリオ解析，日本原子力学会 2019 年秋の大会 ,（2019）．

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