INSS JOURNAL Vol . 23 2016 NT 2

44

流れ加速型腐食に及ぼす局所流動状況の影響＊ 1−エルボ管における減肉速度と上流オリフィスによる組み合わせ効果−
Eﬀects of Local Flow Field on Flow Accelerated Corrosion‑ Wall Thinning Rate at an Elbow Pipe and Combination Eﬀect of an Upstream Oriﬁce ‑歌野原中村

陽一（Yoichi Utanohara）＊2
晶（Akira Nakamura）＊2

釜堀
村瀬

孝一（Koichi Kamahori）＊3
道雄（Michio Murase）＊2

要約
エルボ管における流れ加速型腐食（FAC）を炭素鋼製の腐食センサを用いて計測した．
さらに，エルボ上流にオリフィスを設置し，配管要素の組み合わせによる FAC 増大効果についても調べた．配管内径 D = 50 mm，オリフィスの絞り直径比は 0.5 である．水温は 150℃，管断面
平均流速は 4.98 m/s，溶存酸素濃度は 0.2 µg/kg，pH は室温でほぼ中性（約 7.0）とした．エルボ
配管の減肉速度は上流の直管部よりも増加することを確認したが，エルボ腹側では周方向の他の部分よりも増加の程度が低くなり，腹側近傍の流速が低いことが原因と考えられる．最大減肉速
度のエルボ部とエルボ上流の直管部との比は，エルボ単体の場合は約 3.7，上流にオリフィスがある場合は約 15.4 となった．オリフィスとエルボ間の距離は 2.65D と短いため，上流のオリフィス
は下流エルボの減肉速度に大きな影響を与える結果となった．
キーワード

流れ加速型腐食，エルボ配管，減肉速度，電気抵抗法，オリフィス

Abstract
Flow accelerated corrosion（FAC）
rates at an elbow pipe with the diameter of D =50 mm were measured by using corrosion sensors made of carbon steel. In addition, FAC rates
at the elbow with an upstream oriﬁce were measured to investigate the enhancement of FAC
due to pipe geometries. The diameter ratio of the oriﬁce was 0.5. The water temperature was
150 °C, the mean cross-sectional velocity was 4.98 m/s, the dissolved oxygen concentration wasunder 0.2 µg/kg, and pH was nearly neutral（about 7.0）
at room temperature. The FAC rate wassmaller at the intrados of the elbow pipe than at other circumferential locations due to low ﬂow
velocity near the inner surface. The ratio of the maximum FAC rate at the elbow pipe to the
FAC rate in the straight pipe was about 3.7 without the upstream oriﬁce and about 15.4 with the
upstream oriﬁce. This showed that the oriﬁce signiﬁcantly aﬀected the FAC rate at the elbow
pipe because of the short distance of 2.65D between the oriﬁce and the elbow pipe.
Keywords

Flow accelerated corrosion, Elbow pipe, Wall thinning rate, Electric resistance method, Oriﬁce

1. はじめに

命評価により事業者ごとに独自のルールで管理されていたが，2005 年に日本機械学会による「配管減流れ加速型腐食（FAC）は火力発電所や原子力（1）
肉管理に関する規格」が制定され，日本の発電所

発電所の高経年化対策にとって重要な課題である．

における配管減肉管理方法が統一された．以後，原FAC はオリフィスやエルボのように，流れが強く

子力プラントでは，
日本機械学会の規格に基づいて，乱される配管要素にて発生する．FAC は配管を減実測を主体とした配管減肉管理が行われている．

肉させ，時として配管破断をもたらすこともある．

一方，配管減肉管理の合理化に向け，減肉速度の従来，配管減肉は非破壊検査による肉厚測定と余寿予測に関する研究も進められている．減肉予測コー＊ 1 E-Journal of Advanced Maintenance, Vol.8 No.1, pp. 1‑12（2016）に対し一部加筆修正を加えたものである．
＊ 2 （株）原子力安全システム研究所 技術システム研究所＊ 3 元（株）原子力安全システム研究所 現関西電力（株）

INSS JOURNAL Vol . 23 2016 NT 2ドの開発は各国で行われており，日本でも開発が進（2）45も検討範囲を広げ考える必要がある．その上で，なめられてきた ．FAC の影響因子は一般に，環境るべく運転条件（温度，水質，流速や流動状態，定因子（温度，pH 等の水質），材料因子（クロム等の検時の配管管理方法など）を揃えた分析が必要であ

含有量），流体力学因子に分類される（3）．各因子にるが，プラントの運転条件は全てにおいて記録され関する詳細な研究はこれまで多く行われており，そてはおらず，運転条件の不確かさを排除した上で配の知見は現象の解明や減肉予測コードの開発へと繋管要素のみの影響を実機データから抽出することは（4）

がっている ．各因子の中でも，流体力学因子，特難しい．よって温度，水質や材質，流速条件等が管に配管要素が減肉速度へ及ぼす影響は，最終的に配理された実験において配管要素単体の減肉傾向や配管要素ごとの形状係数として整理され，減肉予測

管要素の組み合わせ効果について調べることは重要

コードへ反映される．

である．

FAC による減肉速度予測手法の妥当性の検討や

こ れ ま で 著 者 ら は， オ リ フ ィ ス を 対 象 と し た

予測精度の向上のためには，配管の減肉速度データ

FAC 実験を行い，十分に実験条件を管理した上でが必要である．これまでのデータの蓄積がある実機

減肉速度測定を行ってきた（7）〜（9）．同時に，流れ場

プラント肉厚測定データを利用すれば，各配管要素の数値シミュレーションを実施し，FAC に及ぼすごとの減肉傾向や配管要素の組み合わせ効果が分析

流れ場の影響を評価できるような方法を開発してきでき，形状係数の精緻化も期待できる．よって著者た．本研究では，エルボでの減肉速度に焦点を当て

らは PWR 2 次系配管における肉厚測定データの分た．エルボは発電プラントに必要不可欠な配管要素（5）

析に取り組んできた ．分析結果の一例を図１に示である．だが，エルボでの物質移動係数の測定例（10）す．分析対象は２つのエルボが連続する配管であや，発電プラントの減肉データの分析事例（11）はあり，配管要素の組み合わせ効果を把握することを目るものの，FAC 実験において減肉速度を直接測定

的に，下流側のエルボの減肉速度をエルボ間距離でした例はまだほとんど報告されてない．よって，実整理した．なお，図１の縦軸の減肉速度比とは上流

験条件を管理した上でエルボでの減肉速度の測定を

側要素の影響がなくエルボ単体と見なせる要素間距行った．また，配管形状の組み合わせ効果に関する

離（L/D = 100）での減肉速度によって，各減肉速検討も行うため，エルボ上流にオリフィスを設置し，度を規格化した値と定義している．つまり，配管要

エルボ単体の場合の減肉速度と比較した．

素組み合わせ効果の指標といえる．図１ではエルボ間距離の増加とともに，下流側エルボの減肉速度比

1210が短い場合は減肉速度比が大きくなる傾向が確認さ8れるため，実機管理においても重点的に点検される部位と考えられる．一般に，上流に配管要素が存在

減肉速度比が１に近づくような分布となっている．要素間距離

実機減肉データ
近似曲線6すると下流側の減肉速度は増加し，その影響は要素

4間距離に応じて指数関数的に減少することが指摘さ2（6）れていた ．しかし，実機データは一つの曲線に乗00るような分布ではなく非常にばらつきが大きい．原

10

20

30

分布の偏りに起因する測定データの不確かさなどの

50

60

70

80

90

100

要素間距離（ L/D ）因として，運転条件（温度，水質，流動状態など）
がそれぞれ異なることや，配管要素ごとの減肉速度40

図１

実機減肉データ分析結果，要素（エルボ・エルボ）
間距離 L/D に対する減肉速度比（L/D =100 での減肉速度により規格化）可能性が考えられる．また，数点他のデータから大きく離れた点も存在するが，他の点に比べ偏流が発2. 実験方法

生しやすい箇所であるか，もしくは，定期検査時の配管保管方法に影響受けたなどの可能性が考えられ2.1. 実験ループる．よって，ばらつきを抑えるためには，特に離れた点については個々に原因を調査する必要があり，本研究で用いた実験ループの模式図を図２に示

運転時のみならず定期検査時の配管の保管状態等にす．実験方法は既報のものとほぼ同じである（7）〜（9）．

INSS JOURNAL Vol . 23 2016 NT 2

46

しかし，次節で述べるように，試験体は従来のもの

合計 20 箇所で，エルボ入口から 9.25D 上流の直管部から変更した．
循環ポンプは試験体の下流に設置し，に４箇所，エルボ管の中央に４箇所，エルボ出口

試験部にポンプで発生する外乱の影響が及ばないよから 2.68D，3.68D 下流に４箇所ずつ，4.68D，5.68D

うにした．給水中の溶存酸素濃度は脱気装置により下流に２箇所ずつ設置した．なお，エルボの曲げ方

ある程度低減させ，さらに室温から試験温度である

向は水平面内，つまり，上流直管，エルボ管，下流

150℃までの昇温過程で低減させ，0.2 µg / kg（ppb）

直管は全て水平面内に設置されている．

以下となるよう調整した．pH の調整は行っていな

図４に実験で使用したエルボ試験体の詳細形状を

いが，室温においてほぼ中性に保たれていることを示す．通常のエルボ形状では管内面に腐食センサの確認した．
鉄濃度は脱塩装置を用いて上昇を抑制し，設置が困難であったため，工業用に使用される一般

上限 0.03 µg / g（ppm）程度で管理した．実験ルー的なエルボ形状とは異なる形状を採用した．これまプ水の温度はヒータと試験部下流に設けた冷却器にで著者らが作成した試験体（7）〜（9）では管内面を滑らより制御した．なお，実験定常状態において冷却器かにするために中ぐり加工を行い，腐食センサと管は循環ポンプによる発熱を除熱する目的で使用して内面が面一になるようにしていた．しかし，そのいる．

ような加工はエルボ管内面で行うことができない．

実験中は温水タンク圧力，水温，流量を継続的に計測した．また，実験ループ水の溶存酸素濃度，導電率，pH は大気圧，室温において計測した．水質（9）の計測装置は表１に示すものを用いた ．

従って 54 mm の直管部を２つの 45°
エルボ（曲率半R
径 e = 76.2 mm）で挟み，直管部に腐食センサを取り付けた．作成したエルボ試験体の等価曲率半径は Rep = 114.4 mm である．
オリフィスをエルボの上流に置いた実験では，エSafety valve

P

Vacuumpump

Demineralizer

Hot watertank( 2 MPa)

Degasification

ルボ入口から上流 2.65D の位置にオリフィスを設置
Nitrogen gas
cylinderを図５に示す．これまで著者らが行ったオリフィス

Flow stabilizer

Feed water

Water chemistry
control sys.
Hydrazine (N2H4)

Drain

F

Depressurization
Valve

Recirculation pump
(Inverter control)

Sulfuric acid
(H2SO4)

単体での減肉速度実験（7）〜（9）と同じオリフィスを用T

Test section(D = 50 mm)

CoolerHeater

した．オリフィスの詳細形状（絞り直径比β = 0.5）

DOpH

DO: Dissolved oxygen
C : Conductivity

C

CoolerMeasurements ofwater chemistry

Sampling sys.

いており，オリフィス単体の場合とオリフィス・エ
ルボの組み合わせの場合とで減肉速度が比較できるようにした．
上流側から下流を見た場合の腐食センサの位置関係を図６に示す．エルボ試験体中央には４つの腐食

図２

局所熱流動実験装置の概要
表１

センサが周方向に取り付けられており，それぞれupper（上），lower（下），extrados（背），intrados（腹）水質測定機器仕様

測定項目

製造者

形式

仕様

溶存酸素
濃
度

日機装

7115-22

隔膜型
ポーラログラフ式

導電率

日機装

9792

pH

堀場製作所

D-51

ガラス電極法

鉄濃度

Hach

Pocketcolorimeter Ⅱ

TPTZ 法とする．腐食センサとステンレスパイプとは図７で示すように樹脂で絶縁しており，センサの炭素鋼プ
レート表面が温水に露出するようにした．

2.2. 試験体
減肉速度計測用の試験体を図３に示す．試験体の配管はステンレス（SUS304）で，内径 D = 50 mm
で あ る． 腐 食 セ ン サ は 炭 素 鋼（STPT42: Ni, 0.02
wt. %; Cr, 0.04 wt. %; Mo, 0.01 wt. %）製のプレー
トで，配管の内面に設置した．腐食センサ設置数は

図３

減肉速度測定試験体，俯瞰図（単位：mm）

INSS JOURNAL Vol . 23 2016 NT 2

132.6

47

2.3. 減肉速度の測定方法

Entrance ofthe elbow

FAC による減肉速度は電気抵抗法で計測する．

54

Flow
direction

これまでの著者らの研究（7）〜（9）では，露出させた炭素鋼プレートと同材質，同サイズの参照試験片を用Re = 76.2

Exit ofthe elbow

い，温度変化に伴う抵抗変化を補償していた．しかし，断線などによるセンサ故障が度々発生したため，今回は参照試験片を組み込まず腐食センサや電気回路の構造を単純化した．これによりセンサ故障頻度を抑えることが期待できる．電気抵抗 R と炭素鋼試
験片厚さ d とは式（1）で関係付けられる．

Orificeposition

83.8

R = ρe

L
L
= ρe
S
d ⋅w

（1）

ここでρ e は電気抵抗率，S，L，d，w はそれぞれ
図４

エルボ試験体の形状詳細（単位：mm）

腐食センサの炭素鋼プレートの断面積，長さ，厚さ，幅である．簡素化した腐食センサは上述の利点があるが，ρ e は温度に依存するため，測定データは温度

Inner diameter

変動の影響をより強く受けることになる．しかし，

ʔ50

2.4 節で述べるように実験中は温度変化を± 0.1℃で管理できていることから，ρ e はほぼ一定として取り

˟ = 0.5

5

ʔ25

ʔ70

扱うことができる．従って，炭素鋼プレートの厚さ
d は電気抵抗 R から計測することができ，炭素鋼プ
レートの減肉速度は 3.1 節で示す減肉量の時刻歴の勾配から算出することができる．

図５

オリフィス板（単位：mm）

2.4. 電気抵抗の計測システム

upper

View fromthe upstream

電気抵抗の計測システムを図８に示す．計測シ

Verticaldirection

ステムは，腐食速度センサ，データ収集装置およびパソコンで構成されている．データ収集装置には 11 台の CorrOcean 社製データロガー（製品名：
CorrLog）が収納されており，腐食センサの抵抗を

intrados

extrados

計測する．だが，今回の実験では図 8 に示すように
腐食センサは 20 個で，データロガーの 11 台よりもlower

多い．というのも，ある腐食センサが万が一故障を起こしても他の腐食センサに繋ぎ変えて計測を続行できるように，腐食センサの数をデータロガーの

図６

腐食センサの配置

数よりも多くしている．よって，エルボでの FACの特徴を理解する上で重要な箇所を 11 箇所選んでstainless steel
Carbon steel
STPT42flow

d=0.5mm
L = 20mm

Corrosion sensor

insulating resin
exposed plate

図７

腐食センサ

S

データロガーに接続した．パソコンには，CorrLog
w = 3mm

用計測ソフト MultiTrend（CorrOcean 社）をインストールしており，計測データのログ管理，計測シ
ステムの監視およびオンラインでのモニタリングが可能である．

INSS JOURNAL Vol . 23 2016 NT 248

原点はエルボ管入口である．減肉は時間とともに進CorrOceandata logger x 12 sets
(CorrLog)み，ある一定時間を経過すると勾配は一定となる．

Corrosion sensors

DataacquisiƟon
systemTest secƟon

図８

Run 1 では約 50 時間後に勾配が減少し始め，比較的RS232CPC

電気抵抗計測システム

一定となる．Run 2 では初期の加熱期間ではほとん
ど減肉せず，10 − 20 時間後に減肉量が増加し始め，
およそ 20 − 40 時間後に時間に線形に減肉量が増加

2.5. 実験条件

するようになる．Run 1 の時間履歴は Run 2 に比べわずかに変動しているが，これは主に室温の日変化

減肉速度測定実験の実験条件を表２に示す．Runに伴って引き起こされる変動である．Run 1 の減肉

1 はエルボ単体で，Run 2 はエルボ上流にオリフィ

速度は Run 2 に比べて小さいため，変動が相対的にスを設置して実験した．Run 1 の実験時間は 561 時

大きくなっている．定常状態に達した後の減肉速度

間で，一方，Run2 は Run 1 に比べて減肉速度が大を得るため，Run 1 では 449 − 561 時間，Run 2 できいため，実験時間を 100 時間とした．管断面平均は 50 − 98 時間での減肉量の勾配の時間平均し，減流速は 5.0 m/s で，実験中の変化は± 0.3% の範囲内

肉速度を算出した．Run 2 ではエルボでの減肉量がだった．実験ループの水温は約 149℃で，実験中の大きかったため，上流直管部のエルボ入口から9.25D

温度変化は± 0.1% の範囲内だった．実験ループ中の位置における減肉量が 5 µm に達する前に実験をでのキャビテーションを防ぐため，水は 1.5 MPa 加

終了した．

圧した．溶存酸素濃度はおおよそ 0.2 µg / kg（ppb）
以下であった．水の pH は調整していない．室温度-35下での pH 計測でほぼ中性であった．鉄濃度は実験-30

初期には経過時間に比例してごくわずかに増加する

-25

表２

減肉速度測定の実験条件
Run 1

Run 2

オリフィス径［mm］‑

25.0（ β = 0.5）

実験時間［h］

561

100

管断面平均流速［m/s］ 4.98

4.98

温度［℃］

149.3

149.2

溶存酸素濃度［µg/kg］ 0.1

-20
-15
-10

0
0

腐食センサ

材料

0.01 to 0.04

100

200

3. 実験結果と考察

400

500

600

Run 2

-50

0.01 to 0.04

炭素鋼プレート（STPT42: Ni, 0.02 wt. %; Cr,
0.04 wt. %; Mo, 0.01 wt. %）300
Time [h](a) Run 1

0.2

7.0（6.2 to 7.5） 7.0（6.9 to 7.2）

鉄濃度［µg/g］

Time period
to derive
FAC rate-5-9.25D, extrados-9.25D, intrados
Elbow, extrados
Elbow, lower
Elbow, intrados
Elbow, upper
6.15D, extrados
6.15D, upper
6.15D, intrados
7.15D, extrados
7.15D, intrados-40

Metal loss [ȝm]pH

＊4

Metal loss [ȝm]が，その後は 0.03 ± 0.01 µg / g（ppm）程度の一定値を保った．

Run 1-9.25D, extrados-9.25D, intrados
Elbow, extrados
Elbow, lower
Elbow, intrados
Elbow, upper
6.15D, extrados
6.15D, upper
6.15D, intrados
7.15D, extrados
7.15D, intrados-30

Time period toderive FAC rate

-20
-10

3.1. 減肉量の時間履歴0

図９に Run 1 と Run 2 での腐食センサの減肉量の

0

20

＊4

測定期間における平均値を示す．括弧内の数字は最大値と最小値を示す．

80(b) Run 2

時間履歴を示す．凡例中の記述はエルボ入口距離を起点とした腐食センサ設置位置である．流れ方向の40
60Time [h]図９腐食センサ減肉量の時間履歴100

INSS JOURNAL Vol . 23 2016 NT 2

3.2. エルボ単体での減肉速度

493.3. オリフィス下流におけるエルボの減肉速度

図 10 に Run 1（エルボ単体）におけるエルボ試
験体での減肉速度分布を示す．前節でも触れたが，

図 11 に Run 2（オリフィス下流のエルボの組み合

図 10 には時間平均値を示している．図示はしてわせ）での減肉量を示す．なお，図示はしていない

いないが，変動により時間平均値からの標準偏差が，時間平均値からの標準偏差は 0.15 〜 0.38 mm/

は 0.3 〜 0.5 mm/y で時間平均値と同程度の値だっy と時間平均値に比べ小さい値だった．減肉速度はた．だが，時間平均処理により変動の影響を低減し全体的に Run 1 のエルボ単体の場合に比べて増加し傾向を抽出することができる．エルボ部では背側た．エルボ部の腹側で周方向の他の箇所より減肉速（extrados）や側面（upper，lower）がほぼ同程度

度が低い傾向は Run 1 の場合と同じであるが，エルの値であり，エルボ上流の値に比べ減肉速度が増加

ボ下流では腹側と周方向の他の箇所の差は Run 1 としていた．エルボによって流れ場の乱れが生じ，エ比べて小さくなった．減肉速度の直管部（エルボ上

ルボ中央では比較的広範囲で減肉速度が増加したこ

流の値）との比は，エルボ部で最大 15.4 倍，エルボとを示唆する．だが，それらに比べ腹側（intrados）

下流（x = 6.15D）で最大 2.8 倍，エルボ下流（x =の減肉速度が低くなった．これはエルボにおける流7.15D）で最大 1.9 倍となった．エルボ部では Run 1

速分布が影響しているものと考えられる．一般に，と比べての直管に対する減肉速度の比が大幅に増加

エルボにおいてはエルボ通過時に生じる遠心力で高し，上流のオリフィスの影響が大きい．一方，エル

速な流れほど背側に偏り，管断面内で２次流れが形

ボ下流では減肉速度比はそれほど増加しておらず，成される．よって，エルボ中央付近の腹側では速度オリフィスの影響はあまりなかった．

が比較的遅くなる．よって，図 10 のエルボ腹側で

4.5
4.0

速が影響している可能性が考えられる．エルボ部の3.5

減肉速度はエルボ上流や下流に比べ大きい．また，

3.0

エルボ下流の減肉速度は下流に進むに従い減少している．腹側の減肉速度が低い傾向はエルボ下流でも続いている．これらのことから，腹側で低流速，背FAC rate [mm/y]の低い減肉速度について，壁面近傍の比較的低い流

upperextrados
lower
intradosat the elbow

2.5
2.0

downstream
from the elbow

1.5
upstreamfrom the elbow

1.0側で高流速といった流速分布はエルボ下流でも続い0.5ていることが示唆される．エルボ上流は直管部での

0.0
-10

減肉速度と見なせるので，エルボ部での減肉速度との比を取ると，直管に比べエルボ部で最大 3.7 倍，

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

Distance from entrance of elbow [x/D]

図 11

オリフィス下流のエルボでの減肉速度（Run 2）

エルボ下流（x = 6.15D）で最大 2.8 倍，エルボ下流

4. 考察（x = 7.15D）で最大 2.7 倍となった．
0.6

FAC rate [mm/y]

図 12 に Run 2（オリフィスとエルボの組み合わ

upperextrados
lower
intrados

0.5
0.4

せ）での減肉速度分布を，以前計測したオリフィ
ス単体の場合の減肉速度分布（8） と比較した．オリ
フィス単体での腐食センサ設置点はオリフィス出口

0.3

から 1D，2D，3D，4D 下流である．Run 2 において

0.2

はオリフィス下流 2.65D にエルボ入口があるが，こat the elbow

upstreamfrom the elbow

0.1

downstream
from the elbowの付近のオリフィス単体での減肉速度は比較的大きい．よって，Run 2 においてオリフィスの影響が大

0.0
-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

Distance from entrance of elbow [x/D]10

きく残ったままエルボ入口に流入していると考えられる．オリフィス単体の場合の最大減肉速度は

図 10

エルボ配管単体での減肉速度（Run 1）

3.0 mm/y，また，Run 2 のオリフィスにエルボが

INSS JOURNAL Vol . 23 2016 NT 2

50

組み合わさった場合の最大減肉速度は4.2 mm/y で，の時に最大となり，kʼc, B は kc, A と kc, B の和になる．

エルボが追加されたことにより最大減肉速度は 1.2

今回の実験でも，オリフィス単体の減肉速度（約 3.0mm/y 増加している．また，Run 1 のエルボ単体のmm/y）と Run 1 におけるエルボ単体の減肉速度場合，図 10 からわかるようにエルボ上流の直管部（約 0.5 mm/y）の和は，Run 2 における下流エルボ

に対してエルボ部では最大 0.35 mm/y 減肉速度がでの減肉速度（約 4.0 mm/y）と同程度の値である．

増加する．このことから，エルボから上流 2.65D とこのように，今回の実験結果は Kastner らの式に見いった短い要素間距離でオリフィスが存在すると，合う結果となった．

エルボにおける減肉速度が大きく増加することがわ

ここでの議論はオリフィス単体で行ったこれまでの研究（7） を基にしている．上流側オリフィスと下

かる．
上流のオリフィスの影響を理解するために，以前

流側エルボの組み合わせ効果を理解するためには，行ったオリフィス流れを対象とした流速計測デー

流れ場のより詳細な理解が今後の課題であり，数値（7）

タおよび数値シミュレーションで得られた流れ場

シミュレーションの利用が有効と考えられる．
また，を図 13 と図 14 に示す．図 13 は壁面近傍の流速分布

条件を十分管理した実験において，要素間距離をパ（壁から 1mm 地点），図 14 は数値シミュレーション

ラメータとした下流側配管要素への影響を確認する

による速度分布である．オリフィス単体の場合，オことは重要であり，今後の課題である．

リフィス下流の再付着点は図 13 で示すように 2.5D
近傍であった．流速分布を管断面平均流速 Uave で4.5

噴流は約 3D まで継続している．これらのことから，
Run 2 におけるオリフィスとエルボ入口との距離
2.65D の場合，オリフィスの再付着点直後にエルボ

3.5

FAC rate [mm/y]

た．また，図 14 で示すように，オリフィスからのOrificeoutlet4.0

無次元化すると，Uave に依存せず同様な分布となっRun 2, upper
Run 2, extrados
Run 2, lower
Run 2, intrados
Utanohara et al. [11]

3.0
2.5
2.0
1.5
1.0

入口があり，また，オリフィス噴流はエルボの背側0.5に干渉していることが考えられる．この噴流がエル

0.0
-10

ボでの減肉速度を増加させている可能性がある．エ

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

Distance from entrance of elbow [x/D]

ルボでの減肉速度は上流オリフィスとの距離を 4D
以上離すことで緩和することが期待できる．なぜ

図 12なら，図 12 に示すようにオリフィス下流 4D での減

Run 2 における減肉速度とオリフィス単体での減肉速度との比較

肉速度は 1D から 3D の減肉速度の約 40% に低下し，LDV(Uave = 0.47 m/s)
LDV(Uave = 1.6 m/s)
LDV(Uave = 2.4 m/s)
LES(Uave = 0.45 m/s)

また，オリフィス噴流は 4D 下流でほぼ消えている（図 14）ためである．
はオリフィスはエルボに対して最も干渉しやすい位（6）
置に配置されているものと考えられる．Kastner らは配管要素の組み合わせ効果を示す式を提案しており，上流要素 A（形状係数 kc, A）が下流要素 B（形utave /Uave

以上の議論を踏まえると，今回の実験の Run 2 で0

状係数 kc, B）に与える影響を定式化している．下流要素の形状係数の増加分は次式で与えられる．

Δk c,A = k c,A exp(− C ⋅ z / D )z は要素 A と B の要素間距離，
C は定数（=ここで，0.231）である．下流要素の総合的な形状係数はkc,′ B = kc,B + Δkc,A

0

（2）

（3）

のように与えられる．上流要素の影響は z/D = 0

図 13

1

2

x/D

3

4

オリフィス下流，壁面近傍（壁面から 1 mm）における軸方向成分流速分布（7）INSS JOURNAL Vol . 23 2016 NT 2

51

れるべき部位である．

6. 参考文献
1D

2D

3D

4D

5D

図 14 オリフィス流れにおける時間平均流速分布，LES による計算結果（7）（Uave = 0.453 m/s）

（1） 日本機械学会，発電用設備規格

配管減肉管

理に関する規格（2005 年版）（増訂版）（2006）．
（2） 米田公俊，森田良，藤原和俊，稲田文夫，配管減肉予測ソフトウェア FALSET の開発，電5. 結論

力中央研究所報告，L11007，（2012）．
（3） R. B. Dooley and V. K. Chexal, “Flow-

本報告では，エルボ管を対象に FAC による減肉

Accelerated Corrosion of Pressure Vessels

速度測定実験を行った．さらに，配管要素の組み合in Fossil Plants”, International Journal of

わせ効果による減肉速度の増大を確認するため，エPressure Vessels and Piping, Vol. 77, No.

ルボ上流 2.65D にオリフィスを付けた場合（Run 2）

2‑3, pp.85-90,（2000）．

でも実験を行い，オリフィスが無いエルボ単体の場（4） 日本機械学会，配管減肉管理法の改良・実合（Run 1）と値を比較した．その結果，次の知見

用化に向けた調査研究分科会を得た．

P-SCCII-4，（2014）．

成果報告書，（5） 釜堀孝一，歌野原陽一，村瀬道雄，実機減肉（1）Run 1 と Run 2 の双方において，エルボ部でデータ分析に基づく FAC 減肉速度と要素間の減肉速度はエルボの上流や下流よりも大き距離の相関，日本原子力学会 2015 年秋の大会，くなった．エルボ部の腹側では周方向の他の

D06，静岡（2015）．

部分よりも減肉速度は小さく，腹側近傍の流（6） W. Kastner, M. Erve, N. Henzel and B.

速が周方向の他の部分よりも低いことが原因

Stellwag, “Calculation Code for Erosionと考えられる．エルボ下流に進むに従い，減Corrosion Induced Wall Thinning in Piping

肉速度は徐々に低下した．

Systems”, Nuclear Engineering and Design,（2）Run 1 において，エルボ部の最大減肉速度とエルボ上流の直管部との比は約 3.7 だった．

Vol. 119, No. 2‑3, pp. 431‑438（1990）．
（7） Y. Utanohara, Y. Nagaya, A. Nakamura and（3）Run 2 において，エルボ部の最大減肉速度とM. Murase, “Influence of Local Flow Field

エルボ上流の直管部との比は約 15.4 だった．

on Flow Accelerated Corrosion Downstream

Run 1 の比の 3.7 と比べて大幅に増加しておfrom an Orifice”, JSME Journal of Powerり，上流側のオリフィスがエルボ部の減肉速

and Energy Systems, Vol. 6, No. 1, pp. 18‑33,

度に大きく影響していることがわかる．

（2012）．

（4）本実験により，配管要素の組み合わせにより（8） Y. Utanohara, Y. Nagaya, A. Nakamura, M.

下流側のエルボの減肉速度が，エルボ単体のMurase and K. Kamahori, “Correlation

場合よりも増大することが確認された．組み

between Flow Accelerated Corrosion and合わせ効果を定量的に解明することは重要でWall Shear Stress Downstream from an

あり，今後も実機データ分析を行うとともに

Oriﬁce”, JSME Journal of Power and Energy

併せて実験において実機データ分析結果で示

Systems, Vol. 7, No. 3, pp. 138‑147,（2013）．

された傾向の確認を進める．
（5）本実験の場合，上流側のオリフィスと下流側（9） K. Kamahori, Y. Utanohara, A. Nakamura, M.
Murase and Y. Nagaya, “Flow Acceleratedのエルボが近接し，ほぼ最大限の影響を下流

Corrosion Downstream from an Orifice

側エルボに及ぼしていた．要素間距離が 4D（1.Measurement of Corrosion Rate）”,

よりも近接する場合は下流側配管要素の減肉

Proceedings of the Conference on Flow

速度の増大を引き起こす可能性があるため，

Accerelated Corrosion（FAC2013）,

実機配管減肉管理においても重点的に点検さ

Avignon, France, May 21‑24, No.1234,

INSS JOURNAL Vol . 23 2016 NT 2

52

（2013）．
（10） M. El-Gammal, H. Mazhar, J. S. Cotton, C.
Shefski, J. Pietralik and C. Y. Ching: “TheHydrodynamic Effects of Single-phase
Flow on Flow Accelerated Corrosion in a
90-degree elbow”, Nuclear Engineering and
Design, Vol. 240, pp.1589‑1598,（2010）．
（11） M. J. Pietralik and S. C. Schefski, “Flowand Mass Transfer in Bends under FlowAccelerated Corrosion Wall Thinning
Conditions”, ASME Journal of Engineering
for Gas Turbines and Power, Vol. 133,
pp.012902,（2011）．