JP2001147288A - 原子力発電プラントにおける溶存酸素濃度低減方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 原子力プラントの起動時に行う冷却材中溶存
酸素の低減運転を短縮化し、速やかな起動を実現する。 【解決手段】 冷却材ポンプ３、冷却材ポンプ３に入口
ノズル１ａを介して接続された原子炉容器１、原子炉容
器１の出口ノズル１ｂに接続された蒸気発生器２、並び
に原子炉容器１及び蒸気発生器２間の配管に設けられた
加圧器４を備え、蒸気発生器２の冷却材出口が冷却材ポ
ンプ３に連絡して閉ループの原子炉冷却系統を構成して
いる原子力発電プラントにおいて、溶存酸素濃度低減装
置は、原子炉冷却系統に連絡する循環系に設けられた窒
素ガスによるパージ方式の脱気装置１０と、加圧器４に
設けられた真空ポンプ１１と、原子炉冷却系統に連通す
る窒素注入系１８ａ、１８ｂとを備えて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば加圧水型の
ような原子力発電プラントにおいて、その原子炉冷却材
中における溶存酸素濃度を、脱気装置を用いて低減する
方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】加圧水型原子力発電プラントにおいて
は、プラント起動時に原子炉冷却材温度を上昇させる前
段階で、冷却材に露出される諸機器の構成材料の腐食を
防止する観点から、原子炉冷却材中の溶存酸素を除去す
る操作が必要である。従来の除去操作を図３について説
明すれば、原子炉冷却系統を構成する原子炉容器１、蒸
気発生器２、冷却材ポンプ３及び加圧器４等を満水とし
た段階で、冷却材ポンプ３を運転しつつ、循環ポンプ５
が設けられた循環系にヒドラジンＨ₂ＮＮＨ₂を添加し、
このヒドラジンの還元作用により、冷却材中の溶存酸素
を除去している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のヒドラ
ジン添加による溶存酸素の還元だけでは、原子炉冷却系
統を構成する配管、弁等の閉塞滞留部における冷却材中
の溶存酸素が十分除去できないため、溶存酸素の目標濃
度を極低濃度として、長い時間をかけて溶存酸素除去運
転を実施している。従って、このような除去工程は、プ
ラント起動時間を長期化させる要因の一つでもある。従
って、本発明の目的は、溶存酸素除去運転時間の短縮が
可能な原子炉冷却材中の溶存酸素除去方法及び装置を提
供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の一つの側面で
は、上記目的を達成するため、請求項１に記載のよう
に、プラント起動の際に、原子炉冷却系統の配管に連絡
する原子炉容器の入口ノズル及び出口ノズル内の中間レ
ベルまで冷却材を注入して、前記原子炉冷却系統内に液
相部及び気相部を形成し、前記液相部から窒素ガスによ
るパージ方式の脱気装置により脱気すると共に、前記気
相部から真空ポンプにより真空引きし、前記原子炉冷却
系統内に窒素を注入して前記液相部内の酸素を前記液相
部中へ持ち出してから、前記原子炉冷却系統に前記脱気
装置を介して冷却材を充満させる原子力発電プラントに
おける溶存酸素濃度低減方法を提供している。また、上
記目的を達成するため、本発明の別の側面では、請求項
２に記載のように、冷却材ポンプ、該冷却材ポンプに入
口ノズルを介して接続された原子炉容器、該原子炉容器
の出口ノズルに接続された蒸気発生器、並びに前記原子
炉容器及び前記蒸気発生器間の配管に設けられた加圧器
を備え、前記蒸気発生器の冷却材出口が前記冷却材ポン
プに連絡して閉ループの原子炉冷却系統を構成している
原子力発電プラントにおいて、前記原子炉冷却系統に連
絡する循環系に設けられた窒素ガスによるパージ方式の
脱気装置と、前記加圧器に設けられた真空ポンプと、前
記原子炉冷却系統に連通する窒素注入系とを備える溶存
酸素濃度低減装置を提供している。

【０００５】

【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照して、本発
明の好適な実施の形態について説明するが、図中、同一
符号は同一又は対応部分を示すものとする。また、本発
明は、以下の説明から分かるように、この実施形態に限
定されるものではなく、種々の改変が可能である。

【０００６】まず、図１を参照するに、符号１〜４は、
図３における従来の原子炉冷却系統を構成する原子炉容
器、蒸気発生器、冷却材ポンプ、加圧器と同様の諸機器
をそれぞれ表している。通常の原子炉運転中、配管Ｌに
設けられた冷却材ポンプ３から入口ノズル１ａを介して
原子炉容器１内に導入された冷却材は、原子炉容器１内
の炉心を構成する図示しない燃料要素により加熱され、
高温高圧の冷却材となって出口ノズル１ｂを介して蒸気
発生器２の一次側にある入口ノズル２ａに送られる。そ
して、入口ノズル２ａから多数の伝熱管２ｂ（１本のみ
図示）を通り、その間に伝熱管２ｂの外側周囲にある給
水を加熱して蒸気に変換した後、自身は冷却されて出口
ノズル２ｃから配管Ｌに流出し、冷却材ポンプ３に戻
り、この循環を繰り返す。

【０００７】一方、本発明の実施形態においては、プラ
ント起動に先立って、原子炉冷却系統へ冷却材を注入し
ていき、冷却材水位が図示のように原子炉容器１のノズ
ル１ａ，１ｂのほぼ中心若しくは途中にある状態で、原
子炉の余熱除去ポンプ８及び余熱除去冷却器９を有する
冷却系Ｌａ（循環系）に設けた後述の脱気装置１０によ
り原子炉冷却材中の溶存酸素を除去する。この酸素除去
と並行して、加圧器４の気相部に設けた真空ポンプ１１
により加圧器４を介して原子炉冷却系統内を真空引きし
た後、蒸気発生器２の出口ノズル２ｃ側中に窒素ガスを
注入して系内を窒素雰囲気とする操作を数回繰り返す。
更に同時に、冷却材ポンプ３の入口側配管の滞留水中の
水張り過程では、水張り用水タンク１２より水張りポン
プ１３にて取水した水を、弁１５及び１７を開き、弁１
６を閉じて脱気装置１０へ通水し、脱酸素した水を原子
炉冷却系統へ水張りする。

【０００８】次に図２を参照するに、脱気装置１０は、
脱気塔１０ａ、返送ポンプ１０ｂ及び弁１０ｃ，１０ｄ
等により構成されている。弁１０ｃを介して脱気塔１０
ａに注入される原子炉冷却材は、弁１０ｃが設けられた
配管に流体連通するスプレイノズル１０ｅにより、蒸留
装置等において一般的に用いられている塔内部の充填層
１０ｆに均一に散布される。充填層１０ｆの下部からは
符号Ｎで示すように窒素ガスが注入され、スプレー部及
び充填層内部で気液接触して、原子炉冷却材中の溶存酸
素が除去される。除去された酸素は、窒素ガスと共に排
気される。

【０００９】原子炉冷却材を脱気する際には、良く知ら
れているように、原子炉の運転に伴い冷却材中に溶存し
ている放射性希ガスの処理に注意する必要がある。プラ
ント運転後の停止時に脱気する場合には、冷却材中に大
量の放射性希ガスが含まれていることから、窒素ガスに
よるパージ方式よりも真空加熱脱気方式として放射性希
ガスが含まれた排気ガス量を低減する必要があるが、装
置も大型化される。しかし、本発明の実施形態では、プ
ラント起動時の放射性希ガスが殆ど溶存していない原子
炉冷却材を脱気するため、上述したように窒素ガスによ
るパージ方式としても排気ガス中の放射性希ガス濃度は
十分低く、装置の小型化が図られている。

【００１０】再び図１を参照するに、原子炉冷却系統の
冷却材水位が原子炉容器１の入口ノズルノズル１ａ及び
出口ノズル１ｂ（これらは同じ高さ位置にある）のほぼ
中心の高さにある状態で、原子炉の余熱除去ポンプ８及
び余熱除去冷却器９を有する冷却系に設けた脱気装置１
０を運転する。このとき、弁１５は閉じ、弁１６、１７
は閉じ、余熱除去ポンプ８により吐出された冷却材は、
余熱除去冷却器９と脱気装置１０を分かれて流れ、原子
炉冷却系統に戻される。脱気装置１０内の作用は前述の
通りである。１プラントの試験例では、約３０時間運転
することで、原子炉冷却系統における液相部の平均溶存
酸素濃度を大気圧飽和の８ｐｐｍから約５０ｐｐｂまで
低減することができた。加圧器４より真空ポンプ１１に
て系内を真空引きした後、蒸気発生器２の出口ノズル２
ｃ側に接続された窒素注入系１８ｂより窒素を注入して
系内を窒素雰囲気とする操作を４回程度繰り返すことに
より、原子炉冷却系統における気相部の平均酸素濃度を
空気の約２１％から約０．３％まで低減することができ
る。この操作は、原子炉冷却系統の気相部で袋小路状の
閉塞空気滞留部の酸素濃度低減にも寄与することが確認
できた。

【００１１】また、冷却材ポンプ３のＵ字形入口側配管
３ａの滞留水中及び蒸気発生器２の冷却材出口側にそれ
ぞれ窒素注入系１８ａ（ループドレーン箇所）、１８ｂ
（ＳＧ流量計箇所）から同時的に窒素を注入すると、窒
素の気泡によるバブリング効果により平均溶存酸素濃度
を大気圧飽和の約８ｐｐｍから約９０ｐｐｂまで約１０
時間で低減することができた。その後の原子炉冷却系統
の水張り過程では、水張り用水タンク１２より水張りポ
ンプ１３にて取水した水を脱気装置１０で処理して、約
５０ｐｐｂの水を原子炉冷却系統へ水張りする。これに
より、原子炉冷却系統を構成する配管、弁等の閉塞滞留
部にも脱気された水が張り込まれる。

【００１２】これら各脱気操作を総合すると、最終的に
原子炉冷却系統が満水となった時点での原子炉冷却材中
の平均溶存酸素濃度は、閉塞滞留部も含めて約５０ｐｐ
ｂが期待でき、プラント起動のための原子炉冷却材温度
を上昇させた段階での構成材料の腐食を防止することが
できる。また、従来のヒドラジンを添加する方式は不要
となり、プラント起動時間を約８時間短縮することが期
待できる。

【００１３】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の本発明に
よれば、原子力発電プラントにおける溶存酸素濃度低減
方法は、プラント起動の際に、原子炉冷却系統の配管に
連絡する原子炉容器の入口ノズル及び出口ノズルの中間
レベルまで冷却材を注入して、前記原子炉冷却系統内に
液相部及び気相部を形成し、前記液相部から窒素ガスに
よるパージ方式の脱気装置により脱気すると共に、前記
気相部から真空ポンプにより真空引きし、前記原子炉冷
却系統内に窒素を注入して前記液相部内の酸素を前記液
相部中へ持ち出してから、前記原子炉冷却系統に前記脱
気装置を介して冷却材を充満させるので、また、請求項
２記載の本発明によれば、原子力発電プラントにおける
溶存酸素濃度低減装置は、原子炉冷却系統に連絡する循
環系に設けられた窒素ガスによるパージ方式の脱気装置
と、加圧器に設けられた真空ポンプと、原子炉冷却系統
に連通する窒素注入系とを備えるので、即ち真空引き、
窒素注入、脱気装置、窒素バブリングの各作用を総合す
ることにより、原子炉冷却材、特に原子炉冷却系統を構
成する配管、弁等の閉塞滞留部における原子炉冷却材の
溶存酸素濃度を低減することが可能であり、従来のヒド
ラジンを添加する方式は不要となり、プラント起動時間
の短縮が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による溶存酸素濃度低減装置が接続され
た原子力発電プラントの原子炉冷却系統を示す概略系統
図である。

【図２】図１の溶存酸素濃度低減装置における脱気装置
の系統図である。

【図３】従来の溶存酸素濃度低減方法について説明する
ための原子炉冷却系統の系統図である。

【符号の説明】

１ 原子炉容器 １ａ 入口ノズル １ｂ 出口ノズル ２ 蒸気発生器 ２ａ 入口ノズル ２ｃ 出口ノズル ３ 冷却材ポンプ ３ａ 入口側配管 ４ 加圧器 １０ 脱気装置 １１ 真空ポンプ １８ａ、１８ｂ 窒素注入系 Ｌ 配管 Ｌａ 冷却系（循環系）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ２１Ｄ 1/00 Ｇ２１Ｄ 3/08 Ｇ 1/02 Ｇ２１Ｃ 19/30 ＧＤＰＥ 3/08 Ｇ２１Ｄ 1/00 Ｗ (72)発明者 吉岡 正博 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 Ｆターム(参考） 4D011 AA15 AA16 AB01 AB03 AD02 AD03 4D037 AA08 AB11 BA23 BB05

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラント起動の際に、原子炉冷却系統の
   配管に連絡する原子炉容器の入口ノズル及び出口ノズル
   内の中間レベルまで冷却材を注入して、前記原子炉冷却
   系統内に液相部及び気相部を形成し、前記液相部から窒
   素ガスによるパージ方式の脱気装置により脱気すると共
   に、前記気相部から真空ポンプにより真空引きし、前記
   原子炉冷却系統内に窒素を注入して前記液相部内の酸素
   を前記液相部中へ持ち出してから、前記原子炉冷却系統
   に前記脱気装置を介して冷却材を充満させる原子力発電
   プラントにおける溶存酸素濃度低減方法。
2. 【請求項２】 冷却材ポンプ、該冷却材ポンプに入口ノ
   ズルを介して接続された原子炉容器、該原子炉容器の出
   口ノズルに接続された蒸気発生器、並びに前記原子炉容
   器及び前記蒸気発生器間の配管に設けられた加圧器を備
   え、前記蒸気発生器の冷却材出口が前記冷却材ポンプに
   連絡して閉ループの原子炉冷却系統を構成している原子
   力発電プラントにおいて、前記原子炉冷却系統に連絡す
   る循環系に設けられた窒素ガスによるパージ方式の脱気
   装置と、前記加圧器に設けられた真空ポンプと、前記原
   子炉冷却系統に連通する窒素注入系とを備える溶存酸素
   濃度低減装置。