資料No.４

⼤飯発電所３号機加圧器スプレイライン配管における⻲裂の調査を踏まえた対策
および
⾼浜発電所４号機蒸気発⽣器伝熱管の損傷の原因と対策

2021年3⽉4⽇

⼤飯発電所３号機
加圧器スプレイライン配管における⻲裂の調査を踏まえた対策

本事象のまとめ1＜事象の概要＞ 供⽤期間中検査（ISI）にて、加圧器スプレイラインの1次冷却材管台と管継⼿（エルボ部）（材質︓オーステナイト系ステンレス鋼（SUS316））の配管溶接部に有意な指⽰が認められた。 その後の破壊調査により、溶接熱影響部にて深さ4.4㎜、⻑さ60㎜の⻲裂があることが明らかとなった。
＜⻲裂発⽣及び⻲裂進展原因＞
 調査の結果、過⼤な溶接⼊熱（若⼿による丁寧かつ慎重な溶接や⼿⼊れ溶接の可能性を含む）と、形状による影響※が重畳したことで、表層近傍において特異な硬化が⽣じたものと考えられる。
 この硬化部に⾼い応⼒が影響したことにより、⻲裂が発⽣したものと考えられるが、メカニズムがすべて明らかにはなっておらず、PWR1次系の配管溶接部では、これまで同様の事象が⽣じていないことから、今後知⾒の拡充に※管台－エルボ形状では、変形領域が狭いため、溶接部近傍でひずみが⼤きくなる。
努める。
 ⻲裂は溶接熱影響部で粒界に沿って進展しており、硬化したオーステナイト系ステンレス鋼はSCCで進展することが知⾒としてあることから、粒界型SCCで進展したものと判断した。
加圧器スプレイ配管

切断箇所

加圧器スプレイ配管
外径︓114.3mm
厚さ︓14.0mm
材料︓SUS316TP

溶接部
1次冷却材管
１次冷却材管外径︓836mm
厚さ︓68.75mm
材料︓ステンレス鋳鋼

配管の切断箇所切断した配管の外観

溶接⼊熱が⼤きくなる要因の整理

2

これまでの原因調査より、溶接⼊熱が⼤きくなる要因として以下が考えられる。
①全層TIG溶接以外の溶接⼿法
2層⽬以降の溶接において、TIG溶接では⽐較的安定した溶融池が形成されるのに対し、TIG溶接以外の溶接では、溶融池が不安定となるため、厚めの初層溶接を⾏うことから、⼊熱量が⼤きくなる傾向がある。
②現地溶接
⼯場溶接では、溶接対象物を回転させつつ、安定した溶接姿勢で溶接が可能であるが、現地溶接では、上向き姿勢や狭隘部での溶接となる場合もあり慎重な作業となることから、⼊熱が⼤きくなる可能性がある。
③若⼿溶接⼠による施⼯
当該溶接部は、若⼿の溶接⼠が丁寧かつ慎重に溶接したことで溶接速度が遅くなり⼊熱が⼤きくなったと推定しており、同様に若⼿溶接⼠が施⼯した場合、⼊熱が⼤きくなる可能性がある。
④補修溶接
補修溶接は施⼯時の検査で判定基準を満たさない場合における通常の施⼯⽅法であるが、追加で溶接をするため、⼊熱が⼤きくなる可能性がある。
①全層TIG溶接以外の溶接⼿法
 従来より考慮している。
②現地溶接＋③若⼿溶接⼠による施⼯
または④補修溶接
 ⼯場溶接の場合は、若⼿溶接⼠であっても安定した溶接が可能であることから、「②現地溶接」と「③若⼿溶接⼠による施⼯」を組み合わせることを考慮する。
 「②現地溶接＋③若⼿溶接⼠による施⼯」と「④補修溶接」は、それぞれがどの程度寄与するか明らかではないため、両要因を考慮する。

全層TIG溶接を⽤いていないかNO

YES⼊熱が⼤きくなる可能性があるか

NO

YES
過⼤な溶接⼊熱になる可能性がある

過⼤な溶接⼊熱になる可能性がない

形状による分類 （モックアップでの落ち込みおよび表層硬さ）
管台
管台以外

ケース

形状

ケース
１管台－
エルボ

ケース
２

エルボ－
直管

ケース
３

直管－
直管

モックアップ形状

モックアップ写真

3

落ち込みの深さと領域

深さ 約1.1㎜
領域 約20㎜
13.5

深さ 約1.2㎜
領域 約30㎜

13.5

深さ 約1.4㎜
領域 約40㎜※溶接時の条件は何れも、初層Tig+SMAW（⼊熱量︓⼤）。 落ち込み領域は明瞭な塑性変形が確認された領域で、弾性変形の領域はより⼤きい範囲で⽣じている。

＜硬さデータプロット範囲＞



管台-エルボでは落ち込み領域（変形領域）が相対的に狭くなる傾向が認められた。
モックアップで検証した結果、管台を含む形状のみで300HVを超える硬化が確認された。
︓枠組みの範囲は機密に係る事項ですので公開することはできません形状による分類（まとめ）
分類

管台

管台
以外形状

板厚管台

変形領域

表層硬さ(モックアップ)

短>300HV
管台－エルボエルボ

20中<300HV
エルボ－直管

レジューサ

20中ー

ティ－

20

中ー

弁

20

中ー

直管

13.5

⻑

<300HV
直管－直管4

⽔平展開
対象

解説

〇

板厚が極端に厚く、急激に変化する。変形領域が短いことで溶接時の⾃由収縮が阻害され、硬化が⽣じたものと推定。
実機・モックアップ共に硬化が認められた。
また、運転中応⼒が⾼くなるターミナルエンド部である。

×

管台と⽐べて板厚が薄く、急激に変化しない。そのため、溶接時の⾃由収縮が阻害されず硬化が⽣じにくいと推定。
モックアップでも硬さが増加しにくいことが確認された。

 管台は硬化が⽣じやすい形状であるため、管台以外の形状と分類することとした。
︓枠組みの範囲は機密に係る事項ですので公開することはできません5

⽔平展開⽅法の策定（1/2）
今回、加圧器スプレイ配管で⾒つかった⻲裂は、以下の理由から特異な事象であると判断している。

 これまでのISIで、当社においては11プラントの安全上重要な配管に対し、10年の周期（4回⽬以降の周期は7年）で、延べ約3,000箇所の超⾳波探傷検査を実施してきており、今回の事象を除いて、溶接部近傍の硬化に起因する粒界割れは確認されていない。
 また国内外のPWRプラントにおいても、これまで同様の発⽣事例の報告はない。
 今回事象を受け、既に⼤飯3,4号機においては、同様の事象の可能性のある部位全て（80箇所）に対し追加検査を実施し、⽋陥がないことを確認している。
 当社プラントの内、最も運転時間の短い⼤飯3号機（約17万時間）で⽣じたものであり、それよりも運転時間の⻑い美浜3号機、⾼浜1〜4号機でも、⾄近3定検分のISI※（109箇所）及び今定検中における本事象と同じ箇所の検査（10箇所）において、⽋陥がないことを確認している。
※運転時間で約20万時間が経過した以降の検査

 上記のとおり、本事象は特異であると判断しているが、メカニズムがすべて明らかにはなっていないため、本事象の原因である「過⼤な溶接⼊熱」、「形状による影響」を踏まえ、それぞれについて類似性の⾼い箇所へ⽔平展開を⾏う。

⽔平展開⽅法の策定（2/2）
１次系⽔質環境中オーステナイト系ステンレス鋼配管の供⽤期間中検査（UT）対象の全系統の全溶接部（*１）(235箇所)NO （）内は⼤飯３号機の箇所数
運転温度が２００℃以上であるか（*２）

YES（143箇所）

溶接後の応⼒改善を実施していないか（*３）

YES（127箇所）
全層TIG溶接を⽤いていないか
（*４）

YES
（37箇所）
⼊熱が⼤きくなる可能性があるか
（*５）

YES
（11箇所）（92箇所）

6（*１）PWR環境中のSCCの進展が認められていないステンレス鋳鋼、初層溶接部が接液しないセットイン管台、及び初層溶接部が除去されているセットオン管台は含まれていない。
（*２）PWR環境中のSCCの進展への温度の影響を考慮し、運転温度200℃以上の溶接部は抽出対象とする。

NO（16箇所）（*３）残留応⼒の影響を考慮し、溶接後の応⼒改善（バフ研磨やピーニング）を実施していない溶接部は抽出対象とする。
（*４）全層TIG溶接は硬化が⼩さいことを確認していること及び、初層⼊熱量が⼩さくできることで、応⼒についても⼩さくできることから、全層TIG溶接を⽤いていない溶接部は抽出対象とする。

NO（90箇所）（*５）経験年数が少ない溶接⼠が施⼯した場合、丁寧かつ慎重に作業することにより⼊熱が⼤きくなる可能性があることから、実務経験が3年未満の溶接⼠が施⼯した溶接部（⼊熱の安定する⼯場溶接を除く）は抽出対象とする。
または、補修溶接を実施した場合は、追加で溶接をするため、⼊熱が⼤きくなる可能性があることから、補修溶接を実施した溶接部を抽出対象とする。

NO（26箇所）

形状による影響（管台との溶接部）（*６）（*６）管台は他の形状と⽐較して溶接による硬化が⽣じやすく、モックアップにおいても管台を含む形状で300HVを超える硬さを確認したことから、形状の影響の⼤きい「管台－エルボ」及び「管台－直管」の溶接部を抽出対象とする。

NO（23箇所）

⽔平展開の対象箇所数

YES
（3箇所）
⽔平展開（類似性あり）

美浜３21
類似性なし

⾼浜１24

⾼浜２17

⾼浜３14

⾼浜４18

⼤飯３14

⼤飯４9

対象外

【⽔平展開】
 ⼊熱が⼤きくなる可能性のある溶接部については検査を実施する。また、⼊熱が⼤きくなる可能性が低い溶接部であっても、形状による影響を踏まえ検査を実施する。
 これらの類似性の⾼い箇所に対しては3定検の間、毎定検で検査を実施する。
 なお、知⾒拡充や研究結果を踏まえて、対象・頻度を検討し、ISI計画に反映する。
本定検で実施する検査
⽔平展開箇所に加え、「類似性なし」とした箇所も含め、現時点において同様の事象が他プラントにおいて⽣じていないことを念のため確認し、⽋陥がないことを確認した上でプラントを稼働する。

本定検で実施する検査の対象箇所数
美浜３98

⾼浜１94

⾼浜２132

⾼浜３54

⾼浜４44

⼤飯３37(済)⼤飯４43(済)⾼浜発電所４号機
蒸気発⽣器伝熱管の損傷の原因と対策

蒸気発⽣器伝熱管の損傷発⽣状況

7＜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。
ＳＧ伝熱管信号指⽰箇所概要図
Ａ－ＳＧの状況
X51,Y4

信号指⽰箇所拡⼤断⾯図
約33ｍｍ

伝熱管

Ａ－ＳＧ（低温側）

Ｃ－ＳＧ（低温側）

X⽅向
1

X⽅向
1

第三管⽀持板
伝熱管

約29ｍｍ

約22mm
約4㎜
1mm以下

第三管⽀持板約29mm＜第三管⽀持板＞
有意な信号
指⽰管（X21,Y8）＜第三管⽀持板＞
有意な信号
指⽰管（X51,Y4）

管⽀持板
下端から約8㎜＜第三管⽀持板＞
有意な信号
指⽰管（X55,Y8）

信号指⽰箇所（伝熱管２次側）

Ｃ－ＳＧの状況（X21,Y8）
第三管⽀持板第三管⽀持板

伝熱管

約22mm
1㎜以下
約7㎜

（X55,Y3）（X55,Y8）
第三管⽀持板

伝熱管

約29mm

約29mm

管⽀持板
下端から約1㎜

約1㎜
約2㎜

管⽀持板
下端から約3㎜

1㎜以下

94

伝熱管

約22mm約22mm＜第三管⽀持板＞
有意な信号指⽰管（X55,Y3）

約6㎜

約29mm

1Y⽅向

4694
1︓有意な信号指⽰管（１本）

︓既施栓箇所（外⾯減⾁）（１本）

︓既施栓管（拡管部応⼒腐⾷割れ）（８本）

︓既施栓管（拡管部応⼒腐⾷割れ以外） （１２９本）

Y⽅向

46

︓有意な信号指⽰管（３本）

︓既施栓箇所（外⾯減⾁）（３本）

︓既施栓管（拡管部応⼒腐⾷割れ）（１３本）

︓既施栓管（拡管部応⼒腐⾷割れ以外） （１１０本）

原因調査および対策＜調査結果＞

8＜伝熱管のスケール剥離状況＞

スケール剥離箇所（光沢箇所は伝熱管表⾯）（伝熱管を損傷させた原因の確認）
 各伝熱管の損傷の原因と想定されるスケールを４個※を回収（※筋状の摺れ痕や、伝熱管主成分のニッケルやクロムの成分を検出） スケールやスラッジ以外の異物は⾒つかっていない
 回収した４個のスケールは⼤部分が密度の⾼い層（稠密層）（損傷原因となりうるスケールの⽣成メカニズム）
管⽀持板
伝熱管
 スケールの⽣成には、ＳＧ内への鉄分の持ち込み量が関係 ⾼浜３、４号機のＳＧは、他のプラントよりも運転時間が⻑いことなどから、鉄分の積算量が他のプラン
トよりも多いことを確認
 伝熱管下部ほどスケールが稠密であることを確認＜ 原 因 ＞
 伝熱管外表⾯に⽣成された稠密なスケールが、プラント運転等に伴い剥がれ落ち、伝熱管に繰返し接触したことで摩耗減⾁が発⽣したと推定＜対策＞

 伝熱管に付着したスケールを脆弱化させるために、ＳＧ器内を薬品で洗浄
 損傷した伝熱管を施栓

SG洗浄前の⼯場における試験

9

稠密な性状のスケールを脆弱化させるための対策として、⼤飯発電所３号機および４号機においても実績のある薬品洗浄について、洗浄試験により有効性の検証を⾏った。

＜⼯場における洗浄試験＞
スケールの薬品浸漬試験を⾏い、稠密層厚さの減少効果を確認するとともに、伝熱管との摩耗試験により脆弱化効果を確認した。
試験を⾏ったスケールは、⾼浜４号機から回収（第⼆管⽀持板上および管板上）したもので実施①薬品濃度の設定
4000

薬品濃度と炭素鋼腐⾷量の関係

薬品濃度と鉄溶解量の関係

10080

腐⾷量 [µｍ]

Fe [ppm]

3000
2000
1000

60402000024
EDTA濃度 [%]6

薬品濃度に⽐例して鉄の溶解量は増加するため、スケール脆弱化の観点では濃度が⾼いほどよい。

0510
EDTA濃度 [%]15

薬品濃度に⽐例して炭素鋼（ＳＧ器内構造物の主な構成材料）の腐⾷量も増加。

腐⾷影響を最⼩限に抑える観点で、国内実績で最⼤の３％以下とし、浸漬試験では２％〜３％を適⽤する。

②洗浄温度の設定
・温度が⾼いほどスケール中へのＥＤＴＡ※の浸⼊および鉄との反応は進むため、基本の８０℃よりも⾼温側に設定。
※︓希薄なエチレンジアミン四酢酸。合成洗剤に使⽤される酸の⼀種で鉄、銅の溶解を促進する効果を持つ薬液。

・実機適⽤時にＳＧ器内の薬品濃度を均⼀にすることおよび作業安全の観点から、沸騰しない温度で設定。
１００℃を適⽤。（⽔の蒸気圧約０．１ＭＰａに対し、洗浄中のＳＧ器内圧は撹拌⽤窒素の注⼊・加圧に伴い０．１５ＭＰａ）

SG洗浄後のスケール脆弱化効果の確認結果(1/3)○薬品洗浄後のスケールと伝熱管との摩耗試験について
⾼浜発電所３号機にて薬品洗浄を実施した後、ＳＧ器内からスケールを採取し、断⾯ミクロ観察および摩耗試
験を実施した結果、いずれのスケールも稠密層厚さが0.1mm未満であり、試験⽚製作時にスケールが⽋損、摩耗試験開始直後にスケールが⽋損、または有意に摩滅することを確認した。
No

回収場所

スケール厚さ※1（ｍｍ）

稠密層厚さ（ｍｍ）

摩耗体積⽐（伝熱管／スケール）

１Ａ－ＳＧ
第⼀管⽀持板上

0.20.08

試験開始直後に⽋損

２Ａ－ＳＧ
第⼀管⽀持板上0.20.08

試験開始直後に⽋損

３Ａ－ＳＧ第⼆管⽀持板上0.20.04

試験開始直後に⽋損

４Ａ－ＳＧ
第⼀管⽀持板上0.20.02

試験開始直後に⽋損

５Ｂ－ＳＧ
第⼀管⽀持板上0.30.04

試験開始直後に⽋損

６Ｃ－ＳＧ
第⼀管⽀持板上0.20.060.02

Ｃ－ＳＧ
第⼀管⽀持板上Ｃ－ＳＧ第⼀管⽀持板上Ｃ－ＳＧ第⼀管⽀持板上Ｃ－ＳＧ第⼀管⽀持板上C－ＳＧ
第七管⽀持板上

0.30.06

試験開始直後に⽋損

0.20.06

試験⽚製作時に⽋損

0.30.040.01

0.30.06

0.01

0.50.00

0.01

７８９１０※2参考※2︓下部スケールと⽐較のため参考に確認※1︓ノギスにより計測

10

SG洗浄後のスケール脆弱化効果の確認結果(2/3)○薬品洗浄後のスケール稠密層厚さについて（以下に代表例を⽰す。）回収場所

断⾯ミクロ
観察結果

＜薬品洗浄前＞
Ｃ－ＳＧ
回収スケール
第⼀管⽀持板上＜薬品洗浄後＞Ａ－ＳＧ
回収スケール
第⼀管⽀持板上（ケース２）＜薬品洗浄後＞Ｃ－ＳＧ
回収スケール
第⼀管⽀持板上（ケース６）＜薬品洗浄後＞C－ＳＧ
回収スケール
第七管⽀持板上（参考）

0.06mm0.14mm

0.08mm稠密層厚さ(mm)

0.140.08

0.06

0.00

スケール厚さ※
(mm)

0.2

0.2

0.20.5※︓ノギスにより計測
︓稠密層の範囲

11

SG洗浄後のスケール脆弱化効果の確認結果(3/3)

12○稠密層厚さと摩耗体積⽐の関係
薬品洗浄後の⾼浜発電所３号機から採取した実機スケールについて、稠密層厚さと摩耗体積⽐の関係を整理した結果、稠密層厚さおよび摩耗体積⽐ともに⼗分低いことを確認した。
稠密層厚さと摩耗体積⽐の関係◇︓減⾁原因スケール(推定)（注） 4個〇︓⾼浜４号機回収スケール

26個●︓⾼浜3号機回収スケール（薬品洗浄後）11個

注）

減⾁原因スケールの摩耗体積⽐は、回収スケールの推定摩耗量とECTモックアップ試験から得た実機相当の伝熱管の摩耗量から算出した。また、稠密層厚さは断⾯ミクロ観察を⾏い測定した。

〇⾼浜３号機と⾼浜４号機の運転時間は、ほぼ同じ。
〇⾼浜３号機と⾼浜４号機のスケールをＳＧから取り出し、⽐較しても同じ性状であることを確認〇⾼浜３号機で回収したスケールにて薬品洗浄を実施し、稠密層厚さおよび摩耗体積⽐ともに⼗分低いことを確認した。
今後、⾼浜４号機においても、プラント起動前に薬品洗浄を実施する。

今後の対応（前回、委員会からの質問）（質問事項１）
 スケールの性状確認に関して、これまでの知⾒も踏まえ、今後の保全にどのように活かしていくのか。何が最適か検討すべき。

ＳＧ伝熱管に付着するスケールに対し、薬品洗浄の頻度に関する保全指標は、次の通り定める。

 ⾼浜発電所３号機および４号機については、毎定期検査時にスケールを回収し、スケールの稠密層厚さの確認および摩耗試験を⾏う。
 稠密層厚さ0.1mm未満、摩耗体積⽐0.1未満であることを確認し、それを超えた場
合は、薬品洗浄を実施する。

（質問事項２）
 今後、運転保守において、どのような点に注意すべきかなどの知⾒を国内外で共有してくべき。
 薬品洗浄によりスケールを脆弱化させることで対策は可能だと思う（以前より専⾨委員会でも指摘をしている）が、蒸気発⽣器の交換も検討すべき。
今後、国外にも今回得た知⾒を公表していく（⽶国EPRIが実施するSGMP（蒸気発⽣器保全プログラム）のワーキングで発表予定）。
なお、⾼浜発電所３号機および４号機のＳＧについては、ＴＴ６００合⾦製の伝熱管に応⼒腐⾷割れが認められていることから、本事象も踏まえ、今後も引き続き、ＳＧ取替に係る検討を進めていく。

13