PWRプラントにおけるスケール付着事象

平成25年6月27日
原子力学会 水化学部会 定例研究会
関西電力株式会社

寺地 巧

THE KANSAI ELECTRIC POWER CO., INC.

2

主要なスケール付着問題②鉄スケール①コバルト
付着

スケール付着は、本定例研究会でも過去に取り扱われているため、プラントパラメータ①1次系スケール中のコバルト→被ばく低減の観点から問題②SG2次側に持ち込まれる鉄のスケール付着→伝熱管性能低下や材料健全性などの観点から問題を中心に紹介

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3

１次系 水処理の変遷
1970年代1980年代1990年代2000年代2010年代
美浜1号機

↑SGR
↑SGR

↑Zn

美浜2号機
高浜1号機

↑Zn

↑SGR

↑ Zn

↑SGR

高浜2号機
美浜3号機

↑ Zn

↑SGR

大飯1号機
↑Zn

↑SGR

大飯2号機
↑SGR

↑Zn

高浜3号機
↑Zn

高浜4号機
↑Zn

運転中

停止時

pH管理(改良前)
Modified pH (Li<2.2ppm)
Modified pH (Li<3.5ppm)
外層クラッド除去
満水酸化↑Zn
↑Zn

大飯3号機
大飯4号機

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1次系の腐食生成物
外層
NiFe2O4,Fe3O4
正スピネル型の腐食生成物
内層
FeCr2O4
逆スピネル型の微細粒

コバルト
模擬皮膜のTEM断面観察結果(316SS，PWR模擬条件，340時間浸漬）

出典：Terachi et al., Nuclear Science andTechnology Vol.45, 10(2008)

2層（または3層）の腐食生成物。
外層のクラッド主要組成はニッケルフェライト(NiFe2O4)
スピネル構造で内層側はクロム濃度が高い
コバルトは内層側で特に安定

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SG水室平均（Hot,Cold)線量率(mSv/h)

1次系 線量率の長期トレンド変化
14012010080
6040200010定検回数

203011プラントにおけるSG水質線量率の変化
プラント間での差は大きいが、全体的に低下傾向
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6SGR前後における線量率変化（関西電力の7PWR）
平均値には以下の傾向が認められた。

SGRプラントの平均

SG水室平均線量率(mSv/h)

140①120②③④ ⑤① 継続的な低下

100②一時的な増加80③再び低下を開始

6040④プラトーを形成

20SGR

0-20-10⑤低下の再開
010定検回数（SGR定検基準）

20

詳細評価が必要
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7線量率低下の要因に関する考察
線量率変化の要因
 腐食量の変化
皮膜形成による溶出量の低下（Ni溶出抑制→Co58生成抑制）
設備保全による溶出の増加（Co溶出増加→Co60生成要因）
SGRなど材料の改善
600合金→690合金
高Cr化によるNi溶出量低下

線源発生移行の概念
 水処理の高度化
１）SG,主要系統からのNi,Coの溶出高pH化、起動停止時の水処理改善
２）燃料表面での放射化による溶出析出挙動の管理
Ni58→Co58
亜鉛注入による析出抑制 など
Co59 →Co60３）系統設備への析出Co58/Co60比率の低下により、Niの溶出抑制が把握可能
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コールドレグ、ホットレグ配管の平均Co58/Co60比率

SG使用年数とCo58/Co60比率の関係
30TT69025

TT6002015

TT600プラントは、TT690プラン
トよりCo58の比率が高い。
母材中のNi濃度が高い

Co58比率はSG使用初期に高く、その後低下する。
使用初期はNi溶出が多い
Ni58→Co58が生成
Co60は半減期が長く蓄積される。

TT600105TT690001020
SG使用開始後 定検回数SG水室表面の各種分析結果より
Co58/Co60比率を算出

30（半減期 Co60：5.27年, Co58：71日）
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9SGR前後における線量率変化（関西電力の7PWR）
SG水室線量平均値
Co60寄与分(評価値)
Co58寄与分(評価値)① 継続的な低下
保護皮膜形成によりNi溶出量が低下：
Co58が減少

SG水室平均線量率(mSv/h)

140①120②③④ ⑤②一時的な増加
Ni溶出量増加によりCo58が増加

10080③再び低下を開始
Ni溶出量が再度減少し、Co58が低下

60
40④プラトー
Co58の低下に伴い、相対的にCo60の影響が顕著になっている。

20SGR0-20-10010

定検回数（SGR定検基準）

20⑤低下の再開
順次亜鉛注入を開始
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10

亜鉛注入前後における線量率変化(関西電力10プラント)
平均値

1.42.525±3ppbのZn注入を開始

1.5
10.50-5 -4 -3 -2 -1 012345M21.2
Co60半減期(定検間M3隔15月として概算)
T1 1T20.8
T30.6
T4O10.4
EPRI報告式(5ppb,1サイクル13月)
O2（出典：D. Perkins et al.,O30.2NPC, 2008, Berlin）
O4 0averageA

線量減少率

SG水室平均線量減少r率(Zn注入直前を１として規格化)

301



345

定検回数（Zn注入前を基準）

定検回数（Zn注入前を基準）
2

亜鉛注入、減少傾向が明瞭に。
EPRI報告式と類似の低下傾向
Co60の半減期と相関あり（減衰による低下と一致）
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111次系におけるスケール問題（SG水質線量率）まとめ

プラント線量率は連続的に低下傾向
SG伝熱管からのNi溶出量低下に伴い、線量率(Co58)が低下
水処理高度化(運転中、起動停止時の水質管理)が寄与



材料変更（SGR）などは、一時的に線量率増加要因として影響→事前皮膜処理が有効と考えられる。

被ばく低減に関する取り組み
亜鉛注入はCo取り込み抑制に顕著な効果を発揮(5年で半減)
高経年化プラントはCo60への対策が重要

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12

2次系における主要なスケール付着問題

鉄スケール



SG2次側に持ち込まれる鉄を主体としたスケールの付着伝熱性能低下、SG健全性の観点から持ち込み抑制を実施
FAC(2次系配管の減肉)の観点からも重要
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13

SGへの鉄持込による不具合
管支持板ＢＥＣ穴へのスケール付着
・水位振動の発生による出力抑制問題
・腐食環境の形成問（ＩＧＡの発生懸念）
・デンティング

直管部へのスケール付着・伝熱効率の低下

管板上へのスラッジ堆積・腐食環境の形成問題（ＩＧＡ発生懸念）

主な対策
 運転中：鉄の持ち込み抑制（pH制御、アミン種の選定）
 定検中：スラッジランシング、BEC洗浄、ASCA洗浄
本講演ではプラント実績を紹介 （技術項目はMHI殿により情報提供）
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2次系 水処理の変遷
70年代▼80年代○▼リン酸処理

○▼○

▼

○

美浜2号機

高浜2号機
☆

微量ETA

☆
○

営業運転開始リン酸塩処理
ＡＶＴ処理（ﾋﾄﾞﾗｼﾞﾝ-ｱﾝﾓﾆｱ）
ほう酸注入■■ 微量ＥＴＡ（ETA0.1～0.2ppm）■ ＥＴＡ注入（ETA3ppm)■ 高ＥＴＡ注入（ｐH9.8)■ 高ｱﾝﾓﾆｱ注入（>ｐH9,8)○ 全量ｺﾝﾃﾞﾐ設置☆ ＳＧＲ▼ ETA排水処理設置

高ETA注入 高浜1号機

ETA注入
☆

○
▼

美浜1号機

☆

○
▼2000年代

☆

ほう酸注入

AVT処理
▼▼■■90年代☆

▼
☆

▼○▼▼

○▼

▼
○▼

▼

美浜3号機
大飯1号機
大飯2号機
高浜3号機
高浜4号機

▼大飯3号機
○▼

▼

大飯4号機

高アンモニア

SG健全性確保、鉄持ち込み抑制を主たる目的に水質を継続的に改善
各プラントの設備に適した水質管理を実施
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2次系 スラッジランシングでの鉄除去量（関西電力のPWR 11プラント)

スラッジランシング
スラッジ除去量(kg)

1000



AVT

高pH化

ＳＧＲ前
100

ＳＧＲ後（ＢＥＣ洗浄)

10

ＳＧＲ後

1
1982

ETA

15

1987

1993

1998
年

2004

2009

スラッジランシング：管板部に堆積した鉄(主にマグネタイト)を水圧により除去
2014

スラッジランシング時のスラッジ除去量は低下傾向にある
AVTからETAへの変更、高pH化により継続的に低下
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16

給水鉄濃度、pHの変遷(SGR以降の関西電力11プラントにおけるサイクル平均)

AVTETA

高pH化

10209.5

1614912108.5868

給水鉄濃度 (ppb)

給水pH(25℃)

18

鉄スケール

427.5199319982004

200902014

高pH化は銅の溶出増加となるため、銅系材料(復水器・給水過熱器伝熱管)の排除と合わせ段階的に高pH化を推進
pH増加に伴い、給水鉄濃度は低下傾向
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17

データ出典：Mailand et. al., NPC2012(Beznau NPP)

データ出典：Fruzzetti et. al., NPC2012

1086Beznau

4Kepco209.5
給水pH

10Beznau NPPと関西電力プラントの比較

101

Kepco

0.1
9

サイクル平均 給水鉄濃度(ppb)

サイクル平均 給水鉄濃度 (ppb)

給水鉄濃度とpHの関係

99.5

10

給水pH

EPRI公開データと関西電力プラントの比較

同pHでは、海外プラントより僅かに低い給水鉄濃度低減を達成
pH9.5～9.9程度で、給水鉄濃度2～1ppb(目標1ppb)までの低減が見込まれる
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18

2次系 pH最適化の概念


給水鉄濃度低減には高pH化が有効
高pH化の弊害(例)アミン使用量増加によるコンデミ（復水処理装置）の負荷増加→コンデミのバイパス運転→不純物量の増加懸念
銅系材料の溶出（対策：復水器やヒータなどから銅系材料の排除が必要）
ETA排水処理

設備健全性、経済性などを考慮し、各プラントに最適なアミン種（アンモニア、ETA、モルフォリンなど)選定、pH管理を実施

蒸気発生器

高圧タービン

MSH

低圧タービン

低圧ヒータ

高圧ヒータ
復水処理装置

参考：ETAは気液分配係数の差により、アンモニ
アと比べて抽気系統での溶出抑制効果が高い

PWR2次系主要系統
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19

2次系におけるスケール問題（SG鉄持込）まとめSGへの鉄および不純物持ち込み抑制、FAC抑制の観点から、2次系の水化学管理改善が進められている。
 ETA採用、高pH化により,SGへ持ち込まれる鉄は継続的に低下している。
 pH9.5～9.9程度で、給水鉄濃度2～1ppbまでの低減が見込まれる。
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