PWR２次系配管FAC速度に及ぼす水化学の影響

福村 卓也, 有岡 孝司(株)原子力安全システム研究所
技術システム研究所

2008年10月20日 日本原子力学会「水化学部会」第５回定例研究会

Contents¾研究の背景・PWR2次系におけるETA注入
・FACに及ぼすアミンの影響¾FAC速度変化の評価
・マグネタイト溶解度の計算からの評価
・回転円盤試験による測定¾FAC速度に及ぼす温度および化学種の影響¾まとめ

2008年10月20日

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PWR2次系とFAC

Four leaftype

材料：炭素鋼、ステンレス鋼、Ni基合金、Ti合金
流況：オリフィス下流部などの流れの乱れ

FACの発生環境：約30～270℃脱気純水+pH調整剤（NH3, ETA)
定期検査時に膨大な配管減肉管理を実施
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SGへの鉄持ち込み低減とETA注入
管支持板

SG 細管
給水Four leaf type・伝熱性能の低下
・水位制御上の問題
・SG 細管の損傷

蒸気発生器
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iron deposition

給水 pH at 25℃
AVTETA注入～ 9.2～10

蒸気発生器（SG)への鉄持ち込み低減対策として、国内のPWRの多くはETA注入による給水高pH化を実施。
フランスやカナダの１部のＰＷＲではモルホリンを注入。
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ＦＡＣ速度の化学種効果

FAC rate

CHECKWORKS
Morpholine

NH3
pH at 225 ℃
P. J. King et al. 11th Int. Conf. Environmental Degradation of Materials in Nuclear Systems

化学種によってはFAC抑制効果が小さいという報告もある。
高温におけるETA環境でのＦＡＣ速度データがない。
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5配管減肉管理指針における水質「加圧水型原子力発電所配管減肉管理に関する技術規格」（日本機械学会）において過去のデータから初期設定減肉率を規定。
ただし、この初期設定減肉率は給水のpHが9.1～9.3、溶存酸素濃度が5ppb未満に調整されたプラントのデータに基づき設定。
一例：復水管(LP1HTR~2HTR、低圧4段）で0.52mm/104hr

中長期的な課題（参考）抜粋
今後，信頼性の高い配管肉厚測定データが蓄積された時点で，各種研究成果やＰＷＲにおける設備運用の改善状況（例えば，高pH運転の効果）を踏まえ，初期設定減肉率の値を再評価する必要がある。

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6課題と目的
課題：FAC速度に関する知見はAVT水質のデータに基づいている。
ETA注入はFAC速度をどう変化させるのか？
高pH条件下でのFAC速度に化学種で差があるのか？
高温でETAとモルホリンは異なる挙動を示すのか？
目的：ETA水質における2次系系統各部のFAC速度の変化を評価し、ETA注入がFAC速度に与える影響を把握する。あわせて、アンモニアやモルホリンでの高pHがFAC速度に与える影響と比較する。

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実施内容
¾2次系水質の評価
・系統各部における水質をマスバランスから計算
その際にSG及びMSRでのN2H4,NH3,ETA
気液分配係数 ：KD=C(Vapor)/C(Liquid) 及びSGでのN2H4の熱分解定数 : Ct=C0e-λtの最適化を実施した。

¾FAC 速度評価
・ マグネタイト溶解度の計算からの評価
FAC 速度 ∝マグネタイト溶解度 : J=kCs
・FAC 速度の測定
回転円盤試験
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2次系水質計算手法
SGでの例

10MSR
SG

NH3=F(MS)･C(MS)+F(SGBD)･C(SGBD)

KD

F(FW)･C(FW)1

N2H4ETAＭＳ

0.1
1

N2H4, NH3と ETA 気液分配
KD=C(Vapor)/C(Liquid)ＦＷ
ＳＧＢＤ
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N2H4熱分解
10N2H4=8NH3+4N2+H2
Ct=C0e-λt
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101002Pressure (kg/cm )

F: 流量
C: 濃度
FW: 給水MS: 主蒸気SGBD: SG ブ
ローダウン
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0.0

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LP-HTR out-4

LP-HTR out-3

LP-HTR out-2

N2H4

LP-HTR out-1

0.5

Condensate pump out

LP-HTR drain -4

LP-HTR drain -3

LP-HTR drain -2

LP-HTR drain -1

LP turbine out (mist)

0.8ETA0.635

N2H4NH3ETA3025200.3150.2
10NH35ETA concentration (ppm)

0.7

LP turbine #5 Bleed (mist)

LP turbine #4 Bleed (mist)

0.4

LP turbine #3 Bleed (mist)

LP turbine #2 Bleed (mist)

0.1

Moisture separator drain

Cross-under(mist)

HP turbine #2 Bleed(mist)

HP turbine #1 Bleed(mist）

HP-HTR drain

MSR HTR out (mist)

SG blow

HT-HTR out

Dearater out

Feedwater(Input)

N2H4, NH3 concentration(ppm)

系統各部の水質の計算結果
45400

PWR2次系水質は系統各部で大きく変動する。

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0.0

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LP-HTR out-4

LP-HTR out-3

LP-HTR out-2

LP-HTR out-1

Condensate pump out

LP-HTR drain -4

LP-HTR drain -3

0.6

LP-HTR drain -2

LP-HTR drain -1

LP turbine out (mist)

LP turbine #5 Bleed (mist)

LP turbine #4 Bleed (mist)

LP turbine #3 Bleed (mist)

0.2

LP turbine #2 Bleed (mist)

Moisture separator drain

Cross-under(mist)

HP turbine #2 Bleed(mist)

HP turbine #1 Bleed(mist）

HP-HTR drain

1.0

MSR HTR out (mist)

SG blow

HT-HTR out

Dearater out

Feedwater(Input)

magnetite solubility(ppb)

系統各部のマグネタイト溶解度の計算結果
1.2before ETA
after ETA

0.8

AVT0.4ETA

ETA注入により系統各部のマグネタイト溶解度は低下する。
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回転円盤によるFAC速度の測定
1.試験片 : 回転円盤タイプ
2.試験片材料 : 炭素鋼

Wt%CSi

MnPSCuNi

CrN.002

TR.05.004.002.01.01.02.0025

3. 試験系統概略
試験部

高圧ポンプ
水質調整タンク
ヒータ

試験片
275φ、3mmt

4.FAC 速度評価
FAC 速度 = 重量減/試験片面積/試験時間
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最外周速度：35m/s

12FAC速度の測定結果
FAC rate (mg/cm2 /h)
0.100

feedwater ammmonia 0.4ppm
feedwater ETA 9ppm
AVT

0.050

ETA

0.000out1
2 out moisture 3separator HP heater
4#4heaterout deaerater
re-heater drain
Temp.：219℃
Temp.：142℃ Temp.：180℃
Temp.：181℃

ETA注入後のFAC速度は 1/2 ～1/5に低下
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13FAC速度に及ぼす温度および化学種の影響

FAC rate, mg/cm 2/h

0.10
AVT Low pH
ETA High pH
AVT High pH
ETA Low pH
ETA >20ppm

0.08
0.06
0.04
0.02
0.00
050

100
150200Temperature, ℃

250300高温部では高pHによるFAC抑制効果が小さい。
高pHによるFAC抑制効果はアンモニアとETAでは差がみられない。
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14FAC速度に及ぼす温度および化学種の影響
0.10
FAC rate, mg/cm 2/h

AVTETA
Morpholine

0.01
66.2

6.4

6.6

6.8
pHt

77.2

7.4

180℃

180℃においてFAC速度にアンモニアとETAでは差はみられない。
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まとめ
¾ ETA注入前後のPWR2次系水質の評価
SGでのヒドラジンの熱分解定数およびSGおよびMSRでのヒドラジン、アンモニア、ETAの気液分配係数を最適化し、マスバランスにより評価した。
¾ FAC速度の評価(1) ETA 注入の高pH化により、系統各部のFAC速度は低下する。しかしながら高温部ではFAC抑制効果は小さい。
(2) 高pHによるFAC抑制効果はETAとアンモニアでは差がみられない。
(3)180℃におけるFAC速度は同じpHtでアンモニアとETAでは差がみられない。

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