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JP3266485B2 - Boiling water nuclear power plant, method of operating the same, and method of forming oxide film on wetted surface of its component - Google Patents

Boiling water nuclear power plant, method of operating the same, and method of forming oxide film on wetted surface of its component

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Publication number
JP3266485B2
JP3266485B2 JP33038295A JP33038295A JP3266485B2 JP 3266485 B2 JP3266485 B2 JP 3266485B2 JP 33038295 A JP33038295 A JP 33038295A JP 33038295 A JP33038295 A JP 33038295A JP 3266485 B2 JP3266485 B2 JP 3266485B2
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JP
Japan
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water
reactor
temperature
oxide film
power plant
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由高 西野
正男 遠藤
英史 伊部
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Chemical Treatment Of Metals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、沸騰水型原子力発
電プラント及びその運転方法、また沸騰水型原子力発電
プラントにおける構成部材の接水表面に酸化皮膜を形成
する方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a boiling water nuclear power plant and a method of operating the same, and also relates to a method of forming an oxide film on a wetted surface of a component in a boiling water nuclear power plant.

【0002】[0002]

【従来の技術】水冷却型原子力プラントの核燃料要素に
は、高速中性子の吸収断面積が小さく高温水中での耐食
性に優れている点から、主にジルコニウム基合金が用い
られている。一方、一次冷却系の配管、ポンプ、弁材
(以下、配管系材料と記す)には、主にステンレス鋼、
炭素鋼およびステライトなどが用いられている。
2. Description of the Related Art A zirconium-based alloy is mainly used as a nuclear fuel element for a water-cooled nuclear power plant because of its small absorption cross section of fast neutrons and excellent corrosion resistance in high-temperature water. On the other hand, primary cooling system piping, pumps, and valve materials (hereinafter, referred to as piping materials) mainly use stainless steel,
Carbon steel and stellite are used.

【0003】これらの材料の接水表面にはプラント運転
中に腐食反応に伴って酸化皮膜が形成・成長する。この
酸化皮膜の成長に関しては、2つの観点からその成長を
コントロールする必要がある。一つは腐食損傷の防止、
もう一つは、一次冷却水中に含有する放射性イオンの皮
膜への取込みを抑制することである。前者では、例え
ば、核燃料要素からの核燃料の炉水中への漏洩防止など
が対象となり、後者では、配管系材料の表面線量率を低
くし定期点検時などの作業従事者の放射線被曝量を抑制
することが対象となる。
[0003] An oxide film is formed and grows on the water-contact surface of these materials during the operation of the plant due to a corrosion reaction. Regarding the growth of the oxide film, it is necessary to control the growth from two viewpoints. One is to prevent corrosion damage,
Another is to suppress the incorporation of radioactive ions contained in the primary cooling water into the film. In the former, for example, the prevention of the leakage of nuclear fuel from the nuclear fuel element into the reactor water is the target, and in the latter, the radiation dose to workers during periodic inspections is reduced by lowering the surface dose rate of piping system materials That is the subject.

【0004】この両者に対する従来技術としては、前者
の腐食損傷防止に対しては主に材料面での改良、すなわ
ち合金組成の調整や製造行程での熱処理条件の改善が進
められてきており、後者の配管系材料の表面線量率の抑
制に対してはプレフィルミング運転が有効である。
[0004] As the prior art for both, the improvement of the material, that is, the adjustment of the alloy composition and the improvement of the heat treatment conditions in the manufacturing process, have been advanced to prevent the corrosion damage of the former. The prefilming operation is effective for suppressing the surface dose rate of the piping system material.

【0005】まず、核燃料要素の主材料であるジルコニ
ウム基合金の耐食性向上策に対する従来技術を記す。ジ
ルコニウム合金は、放射線照射場および高温高圧水また
は水蒸気環境下においても、他の金属材料に比べて良い
耐食性を示す。しかし、ジルコニウム合金から成る燃料
被覆管は、原子力プラントの中でも最も腐食環境の厳し
い状態で使用されるため種々の材料面での耐食性向上策
が採られてきている。
[0005] First, a conventional technique for improving the corrosion resistance of a zirconium-based alloy which is a main material of a nuclear fuel element will be described. Zirconium alloys show better corrosion resistance than other metallic materials even in a radiation irradiation field and in a high-temperature high-pressure water or steam environment. However, fuel cladding tubes made of a zirconium alloy are used in the most severely corrosive environment among nuclear power plants, and various measures have been taken to improve the corrosion resistance of various materials.

【0006】ジルコニウム合金が他の合金に比べて原子
炉水環境で高い耐食性を示す要因としては、合金の酸化
(腐食)の初期段階で形成される酸化皮膜が腐食に対し
て保護層として働くことがあげられる。酸化皮膜を持た
ない(正確には、ジルコニウム合金は空気中にさらすだ
けでも数nmの皮膜を形成する。ここでいう酸化皮膜は
数十nm以上の厚みの皮膜をさす)ジルコニウム合金の
高温水中および高温水蒸気中での酸化速度は、初期にお
いては極めて速いが、0.3〜2μm程度の厚みの酸化
皮膜が形成されると酸化速度は極度に小さくなりそれ以
上の酸化(腐食)はほとんど進行しない。
[0006] The reason why the zirconium alloy exhibits higher corrosion resistance in a reactor water environment than other alloys is that an oxide film formed at an early stage of oxidation (corrosion) of the alloy acts as a protective layer against corrosion. Is raised. Zirconium alloy has no oxide film (accurately, zirconium alloy forms a film with a thickness of several nanometers only by exposure to air. The oxide film here refers to a film with a thickness of several tens of nanometers or more). The oxidation rate in high-temperature steam is extremely fast in the initial stage, but when an oxide film having a thickness of about 0.3 to 2 μm is formed, the oxidation rate becomes extremely small and further oxidation (corrosion) hardly proceeds. .

【0007】この段階の酸化皮膜は黒色を呈する緻密な
皮膜である。10μm程度以上の厚みに腐食が進行した
り、ノジュラーコロージョンと呼ばれる班点状の局所腐
食が進行した場合は、白色を呈する酸化皮膜となる。こ
の白色酸化皮膜はポーラスで保護層としては働かない。
以前の燃料被覆管には炉水環境での耐食性を向上するた
めに、製造工程の段階で外表面を高温の水蒸気により処
理し、0.3〜0.8μm程度の予備皮膜が付与されて
いた。したがって、燃料集合体を原子炉に装荷する前に
燃料被覆管の外表面には腐食に対して安定な黒色の酸化
皮膜が形成されていた。
The oxide film at this stage is a dense black film. When corrosion progresses to a thickness of about 10 μm or more, or when spot-like local corrosion called nodular corrosion progresses, a white oxide film is formed. This white oxide film is porous and does not work as a protective layer.
In order to improve the corrosion resistance in the reactor water environment, the outer surface of the previous fuel cladding was treated with high-temperature steam at the stage of the manufacturing process, and a preliminary coating of about 0.3 to 0.8 μm was provided. . Therefore, a black oxide film stable against corrosion was formed on the outer surface of the fuel cladding tube before loading the fuel assembly into the nuclear reactor.

【0008】また、炉水と接する外表面の酸化皮膜に関
し、外表面に20〜35μmの厚い酸化皮膜を予め形成
した核燃料被覆管(例えば特開昭61−196188号
公報参照)や、酸化皮膜を電解により形成した核燃料被
覆管(例えば特開昭64−6891号公報参照)が提案
されている。
Further, regarding the oxide film on the outer surface in contact with the reactor water, a nuclear fuel cladding tube (see, for example, JP-A-61-196188) in which a 20-35 μm thick oxide film is formed on the outer surface in advance, or an oxide film is used. A nuclear fuel cladding tube formed by electrolysis (see, for example, JP-A-64-6891) has been proposed.

【0009】近年の燃料被覆管は、合金組成の微調整や
製造工程での熱処理法の改善により耐食性が格段に向上
してきたことに加えて、被覆管内表面での燃料ペレット
と被覆管との相互作用(PCI)の緩和のために内表面
にライナー層として内張りしている軟質な純ジルコニウ
ム層の酸化を防止するために、製造工程での被覆管外表
面の予備酸化工程を行なっていない。
In recent fuel cladding, corrosion resistance has been remarkably improved by fine adjustment of alloy composition and improvement of heat treatment method in a manufacturing process. In order to prevent the oxidation of the soft pure zirconium layer lined on the inner surface as a liner layer to alleviate the action (PCI), a pre-oxidation step of the outer surface of the cladding tube in the manufacturing process is not performed.

【0010】次に、配管系材料の表面線量率の抑制方法
に関する従来技術を記す。原子炉の一次冷却水中には、
構造部材の腐食に起因し、極微量(ppt〜ppbオー
ダー)ではあるが、Ni、Co、Fe、Cr等のイオン
成分とそれらの酸化物微粒子(クラッドと称される)が
含有する。これろの腐食生成物は原子炉内で燃料被覆管
の表面に付着し中性子照射を受ける。その結果、コバル
ト−60、コバルト−58、クロム−51、マンガン−
54といった放射性核種が生成する。
Next, a description will be given of a conventional technique relating to a method of suppressing a surface dose rate of a piping material. In the primary cooling water of the reactor,
Due to the corrosion of the structural member, it contains ionic components such as Ni, Co, Fe, Cr, etc. and their oxide fine particles (referred to as cladding), though in very small amounts (ppt to ppb order). These corrosion products adhere to the surface of the fuel cladding tube in the nuclear reactor and undergo neutron irradiation. As a result, cobalt-60, cobalt-58, chromium-51, manganese-
A radionuclide such as 54 is produced.

【0011】これらの放射性核種は炉水中に再溶出し
て、放射性イオンまたは放射性クラッドとして一次冷却
系を循環する。その一部は原子炉浄化系の浄化装置で除
去されるが、残りは原子炉一次系を循環しているうちに
配管系材料の表面に付着する。このため配管系部材の表
面線量率が高くなり、定期点検時に保守点検を行う際の
作業員の放射線被曝の原因となっている。この表面線量
率の抑制、すなわち一次冷却水中の放射性イオンの配管
系材料酸化皮膜への取込量の抑制には、初期酸化皮膜の
性状が大きく関与する。
[0011] These radionuclides are re-eluted into the reactor water and circulate through the primary cooling system as radioactive ions or radioactive cladding. Some of them are removed by the purification device of the reactor purification system, while the rest adhere to the surface of the piping system material while circulating through the primary reactor system. For this reason, the surface dose rate of the piping system member is increased, which is a cause of radiation exposure of workers when performing maintenance and inspection at the time of periodic inspection. The nature of the initial oxide film greatly affects the suppression of the surface dose rate, that is, the suppression of the amount of radioactive ions in the primary cooling water taken into the oxide film of the piping system.

【0012】例えば特開昭62−95498号公報に記
載されている方法では、原子炉冷却水中に放射性物質が
含有される前、すなわち新設プラントでかつ核加熱が行
なわれる前に、NaOH、LiOH、KOHまたはNH
3 水を添加しpHを8〜9に保持して、配管系材料の
接水表面に酸化皮膜を形成すると、ポロシィティが小さ
い安定な酸化皮膜が形成される。このプレフィルミング
処理を行うことで、その後の酸化皮膜への一次冷却水中
からの放射性イオンの取込を抑制可能なことが示されて
いる。
For example, in the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-95498, NaOH, LiOH, KOH or NH
3 When an oxide film is formed on the water-contact surface of the piping material while maintaining the pH at 8 to 9 by adding water, a stable oxide film with low porosity is formed. It has been shown that by performing this pre-filming treatment, it is possible to suppress the incorporation of radioactive ions from the primary cooling water into the oxide film thereafter.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】前述のように、核燃料
要素(主にジルコニウム合金)の耐食性向上および配管
系材料(主にステンレス鋼、炭素鋼及ステライト)の表
面線量率の抑制は、ともに、初期段階の酸化皮膜の性状
が大きく影響する。新設プラントの起動時や、配管取り
替え後のサイクルのプラント起動時に、水質調整を行う
ことで上記2つの目的(核燃料要素の耐食性向上、およ
び一次冷却系配管の表面線量率抑制)を同時に達成でき
ることが望ましい。
As described above, both the improvement of the corrosion resistance of nuclear fuel elements (mainly zirconium alloys) and the suppression of the surface dose rate of piping materials (mainly stainless steel, carbon steel and stellite) are: The properties of the oxide film in the initial stage have a significant effect. The above two objectives (improvement of corrosion resistance of nuclear fuel elements and suppression of surface dose rate of primary cooling system piping) can be achieved at the same time by adjusting water quality when starting up a new plant or when starting up a cycle after replacing pipes. desirable.

【0014】しかし、上述の従来法、すなわちpH=8
〜9のアルカリ性の雰囲気でのプレフィルミング運転で
は、配管系材料の表面線量率の抑制には効果があるもの
の、核燃料要素の耐食性向上には効果がない。むしろ、
ジルコニウム合金に対しては、アルカリ性発現物質(ア
ルカリ金属イオンなど)が初期酸化皮膜内に取り込ま
れ、耐食性が低下する可能性もある。
However, the conventional method described above, ie, pH = 8
The prefilming operation in an alkaline atmosphere of ~ 9 has an effect on suppressing the surface dose rate of the piping system material, but has no effect on improving the corrosion resistance of the nuclear fuel element. Rather,
For a zirconium alloy, an alkalinity-expressing substance (such as an alkali metal ion) may be taken into the initial oxide film, and the corrosion resistance may be reduced.

【0015】この問題を解決する一手段としては、燃料
被覆管の表面に燃料が原子炉に装荷される前に製造工程
の段階で予め酸化処理を行い酸化皮膜を付与する方法が
あるが、最近の燃料被覆管は、被覆管内表面での燃料ペ
レットと被覆管との相互作用(PCI)の緩和のために
内表面にライナー層として軟質な純ジルコニウム層を内
張りしており、このライナー層を酸化させずに柔らかい
まま維持し外表面のみに酸化皮膜を製造工程で付与する
のは困難である。
As one means for solving this problem, there is a method of applying an oxidation treatment in advance to the surface of the fuel cladding tube at the stage of the manufacturing process before the fuel is loaded into the nuclear reactor, thereby providing an oxide film. Has a soft pure zirconium layer as a liner layer on the inner surface to reduce the interaction (PCI) between fuel pellets and the cladding on the inner surface of the cladding tube, and oxidizes this liner layer. It is difficult to maintain the softness and to apply the oxide film only on the outer surface in the manufacturing process without performing the process.

【0016】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、特に特別な装置を用いることな
く、容易に核燃料要素の耐食性の向上および一次冷却系
配管の表面線量率の抑制が図られ、定期点検時などにお
ける作業従事者の放射線被曝量を低減することができる
この種の沸騰水型原子力発電プラント及びその構成部材
の接水表面に酸化皮膜を形成する方法を提供するにあ
る。
The present invention has been made in view of the above, and it is an object of the present invention to easily improve the corrosion resistance of a nuclear fuel element and suppress the surface dose rate of a primary cooling system piping without using a special device. It is an object of the present invention to provide a boiling water nuclear power plant of this type, which can reduce the radiation exposure of workers during periodic inspections and the like, and a method for forming an oxide film on the water contact surface of its components. .

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、沸騰
水型原子力発電プラントの原子炉一次系構成部材の接水
表面に酸化皮膜を形成する方法において、前記構成部材
の接水表面に酸化皮膜を形成するに際し、原子炉水を室
温換算pHが7.5より小さな値でかつ炉水温度を25
0℃以上に20〜50時間保持し、その後、この炉水に
アルカリ水を注入して室温換算pHが7.5〜9.0の
値になるように調整するとともに、炉水温度を250℃
以上に100時間以上保持して原子炉一次系の構成部材
の接水表面に酸化皮膜を形成するようにし所期の目的を
達成するようにしたものである。
That is, the present invention relates to a method for forming an oxide film on a water-contact surface of a primary component of a nuclear reactor of a boiling water nuclear power plant. When forming the reactor water, the reactor water was adjusted to have a pH converted to room temperature of less than 7.5 and a reactor water temperature of 25.
The temperature is maintained at 0 ° C. or higher for 20 to 50 hours, and then alkaline water is poured into the reactor water to adjust the pH at room temperature to 7.5 to 9.0, and the reactor water temperature is set to 250 ° C.
As described above, an oxide film is formed on the water-contacting surface of the constituent members of the primary reactor system by holding for 100 hours or more, thereby achieving the intended purpose.

【0018】また、この方法を核分裂反応が生じない原
子炉停止状態中や、原子炉停止状態から発電機が定格出
力運転状態に至るまでの運転期間中に行うようにしたも
のである。
Further, this method is performed during a reactor shutdown state in which a nuclear fission reaction does not occur or during an operation period from the reactor shutdown state to a state where the generator reaches a rated output operation state.

【0019】また沸騰水型原子炉を備えた沸騰水型原子
力発電プラントの運転方法において、前記原子炉の停止
状態から発電機が定格出力運転状態に至るまでの運転期
間中に、原子炉水を室温換算pHが7.5より小さな値
でかつ炉水温度が250℃以上に20〜50時間保持
し、その後、この炉水にアルカリ水を注入し室温換算p
Hが7.5〜9.0の値になるように調整しかつ温度が
250℃以上に100時間以上保持して前記原子炉一次
系の構成部材の接水表面に酸化皮膜を形成しつつ運転す
るようにしたものである。
Further, in the method for operating a boiling water nuclear power plant equipped with a boiling water reactor, the reactor water is supplied during an operation period from a stop state of the reactor to a rated output operation state of the generator. The pH at room temperature is kept at a value lower than 7.5 and the reactor water temperature is kept at 250 ° C. or higher for 20 to 50 hours.
H is adjusted to a value of 7.5 to 9.0 and the temperature is maintained at 250 ° C. or higher for 100 hours or more, and the operation is performed while forming an oxide film on the wetted surface of the component member of the primary reactor. It is something to do.

【0020】すなわち、2ステップのプレフィルミング
運転を行うことで可能となる。すなわち、原子炉停止状
態から発電機が定格出力運転状態に至るまでの運転期間
中に、原子炉水を室温換算pHが7.5より小さな値で
かつ炉水温度が250℃以上に20〜50時間保持し、
その後、この炉水にアルカリ水を注入し室温換算pHが
7.5〜9.0の値になるように調整しかつ温度が25
0℃以上に100時間以上(200〜400時間が望ま
しい)保持し、原子炉一次系の構成部材の接水表面に酸
化皮膜を形成することにより、前記2つの目的を同時に
達成することが可能となる。
That is, it becomes possible by performing a two-step prefilming operation. That is, during the operation period from the reactor shutdown state to the generator being in the rated output operation state, the reactor water is converted to a room temperature-converted pH of less than 7.5 and a reactor water temperature of 20 to 50 when the reactor water temperature is 250 ° C. or higher. Hold time,
Thereafter, alkaline water was poured into the furnace water to adjust the pH at room temperature to 7.5 to 9.0, and to adjust the temperature to 25%.
By maintaining the temperature at 0 ° C. or more for 100 hours or more (preferably 200 to 400 hours) and forming an oxide film on the water-contacting surface of the components of the primary system of the reactor, it is possible to simultaneously achieve the above two objects. Become.

【0021】ここで、室温換算pHと記したのは、水の
HイオンとOHイオンへの解離係数が温度に依存し、同
じアルカリ性を示す水でも温度によってpHの値が変化
するためである。例えば、室温での中性点はpH=7で
あるが、炉水温度の288℃ではpH=5.6となる。
実用上は、原子炉水においてもpHの測定は、サンプリ
ング系で水温をほぼ室温まで冷却し測定するので、室温
換算pHで制御する方が実用性が高い。
Here, the reason why the pH is expressed as room temperature-converted pH is that the dissociation coefficient of water into H ions and OH ions depends on the temperature, and the pH value changes depending on the temperature even in water having the same alkalinity. For example, the neutral point at room temperature is pH = 7, but at a reactor water temperature of 288 ° C., the pH is 5.6.
Practically, even in reactor water, pH is measured by cooling the water temperature to almost room temperature by a sampling system, and therefore, control at room temperature-converted pH is more practical.

【0022】また、核燃料要素の耐食性向上には、炉水
中のアルカリ金属イオン濃度を制御することが特に重要
となるため、原子炉停止状態から発電機が定格出力運転
状態に至るまでの運転期間中に、原子炉水中のアルカリ
金属イオン濃度が2.6×10~7mol/lを越えないよ
うにし、かつ温度が250℃以上にこの炉水を20〜5
0時間保持し、その後、この炉水中のアルカリ金属イオ
ン濃度が2.6×10~7〜8.7×10~6mol/lにな
るようにこの炉水にアルカリ金属イオン含有水を注入
し、かつ温度が250℃以上にこの炉水を100時間以
上保持し、原子炉一次系構成部材の接水表面に酸化皮膜
を形成することによっても、前記2つの目的を同時に達
成することが可能となる。
In addition, since it is particularly important to control the alkali metal ion concentration in the reactor water to improve the corrosion resistance of the nuclear fuel element, during the operation period from when the reactor is stopped to when the generator reaches the rated output operation state. the alkali metal ion concentration in the reactor water is not allowed to exceed 2.6 × 10 ~ 7 mol / l , and the temperature is the reactor water above 250 ° C. 20 to 5
After holding for 0 hour, water containing alkali metal ions was injected into the reactor water so that the concentration of the alkali metal ions in the reactor water became 2.6 × 10 to 7 to 8.7 × 10 to 6 mol / l. By keeping the reactor water at a temperature of 250 ° C. or higher for 100 hours or more and forming an oxide film on the surface of the reactor primary component that is in contact with water, the above two objects can be simultaneously achieved. Become.

【0023】前記アルカリ水またはアルカリ金属イオン
含有水の注入箇所は、原子炉給水系と原子炉浄化系の2
つが考えられるが、起動運転期間中は給水流量は小さい
ため、原子炉浄化系から注入するのが望ましい。また、
注入するアルカリ水は水酸化ナトリウム、水酸化カリウ
ム、水酸化リチウムおよびアンモニア水のうち少なくて
も1種類を含有することが特に効果的である。アルカリ
金属イオン含有水の注入する場合は、ナトリウムイオ
ン、カリウムイオン、リチウムイオンのうち少なくても
1種類を含有することが特によい。
The injection points of the alkaline water or the water containing alkali metal ions are provided in two parts, a reactor water supply system and a reactor purification system.
One possibility is considered, but during the start-up operation, the feedwater flow rate is small, so it is desirable to inject from the reactor purification system. Also,
It is particularly effective that the alkaline water to be injected contains at least one of sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide and aqueous ammonia. When the alkali metal ion-containing water is injected, it is particularly preferable to contain at least one of sodium ions, potassium ions, and lithium ions.

【0024】前記アルカリ水またはアルカリ金属イオン
含有水の注入方法は、薬剤をポンプを用いて系外から注
入する方法以外に、原子炉浄化系のイオン交換樹脂を用
いた浄化装置から一次冷却水に混入させる方法がある。
すなわち、複数塔からなるイオン交換樹脂濾過装置の一
部の塔に充填するカチオン樹脂の一部を予めアルカリ金
属型にしておくことによって原子炉水浄化時または復水
浄化時に、通水する塔を切り替えることで、この水中の
カチオンイオンとのイオン交換によりカチオン樹脂から
アルカリ金属イオンをリークさせ原子炉水中に注入し、
この原子炉水のpHまたはアルカリ金属イオン濃度を制
御する。
The method for injecting the alkaline water or the alkali metal ion-containing water includes a method of injecting a chemical from outside the system by using a pump, and a method of injecting the primary cooling water from a purifying apparatus using an ion exchange resin in a reactor purifying system. There is a method of mixing.
In other words, a part of the cationic resin to be filled in a part of the ion-exchange resin filtration device consisting of a plurality of towers is preliminarily made into an alkali metal type so that the tower through which water flows during reactor water purification or condensate purification can be used. By switching, the alkali metal ions leak from the cation resin by ion exchange with the cation ions in the water and are injected into the reactor water,
The reactor water pH or alkali metal ion concentration is controlled.

【0025】本発明による2ステップのプレフィルミン
グ運転は、核燃料要素(ジルコニウム合金)と配管系材
料(ステンレス鋼、炭素鋼等)の酸化速度の違いに基づ
いている。発明者らは、これら材料の初期酸化(腐食)
速度を詳細に検討し、ジルコニウム合金と配管系材料で
は初期皮膜の形成プロセスがことなることを見いだし
た。すなわち、図2は、ジルコニウム合金(Sn;1.
5wt%、Fe;0.17wt%、Ni;0.07wt
%、Cr;0.1wt%、Zr;残部、ジルカロイー2
と称される)とステンレス鋼(SUS304)の初期酸
化挙動を、一般的沸騰水型原子炉の炉水温度である28
8℃水中での実験により比較検討したものである。
The two-step prefilming operation according to the present invention is based on the difference in oxidation rate between the nuclear fuel element (zirconium alloy) and the piping material (stainless steel, carbon steel, etc.). The inventors have found that the initial oxidation (corrosion) of these materials
After examining the speed in detail, it was found that zirconium alloy and piping materials have different initial film formation processes. That is, FIG. 2 shows a zirconium alloy (Sn; 1..
5 wt%, Fe: 0.17 wt%, Ni: 0.07 wt
%, Cr: 0.1 wt%, Zr: balance, Zircaloy 2
SUS 304) and the initial oxidation behavior of stainless steel (SUS304) were measured at a reactor water temperature of 28 for a typical boiling water reactor.
This is a comparative study based on experiments in 8 ° C. water.

【0026】ジルコニウム合金の高温水中での初期酸化
速度は、ステンレス鋼に比べると極く初期段階(50時
間以内)での立ち上がりが大きいことがわかる。炭素鋼
の初期酸化(腐食)パターンもステンレス鋼とほぼ相似
形を示す。本発明は、このジルコニウム合金の初期皮膜
形成速度が配管系材料に比べて大きく、比較的短時間で
高耐食性の皮膜を形成可能であることを利用している。
It can be seen that the initial oxidation rate of the zirconium alloy in high-temperature water is much larger at the initial stage (within 50 hours) than that of stainless steel. The initial oxidation (corrosion) pattern of carbon steel also shows a shape almost similar to that of stainless steel. The present invention makes use of the fact that the initial film formation rate of this zirconium alloy is higher than that of piping materials, and that a highly corrosion-resistant film can be formed in a relatively short time.

【0027】原子炉停止状態から発電機が定格出力運転
状態に至るまでの運転期間中で、原子炉水を室温換算p
Hが7.5より小さな値またはアルカリ金属イオン濃度
が2.6×10~7mol/lを越えないでかつ炉水温度が
250℃以上に20〜50時間保持する第1ステップ
で、核燃料要素の接水表面に不純物イオンの取り込みの
少ない高耐食性皮膜を形成する。
During the operation period from when the reactor is stopped to when the generator reaches the rated output operation state, the reactor water is converted to room temperature p.
Is H is a small value or an alkali metal ion concentration than 7.5 not exceeding 2.6 × 10 ~ 7 mol / l and in a first step the reactor water temperature held 20-50 hours or more 250 ° C., the nuclear fuel elements To form a high corrosion resistant film with little incorporation of impurity ions on the surface in contact with water.

【0028】その後、第2ステップとして、この炉水に
アルカリ水を注入し室温換算pHが7.5〜9.0の値
になるように調整またはアルカリ金属イオン濃度が2.
6×10~7〜8.7×10~6mol/lになるようにこの
炉水にアルカリ金属イオン含有水を注入し、かつ温度が
250℃以上に100時間以上(200〜400時間が
望ましい)保持することで、配管系材料の接水表面に緻
密な酸化皮膜を形成することにより、その後の配管系へ
の放射性イオンの皮膜への取込を抑制することができ
る。
Then, as a second step, alkaline water is injected into the reactor water to adjust the pH at room temperature to a value of 7.5 to 9.0 or to adjust the alkali metal ion concentration to 2.
Water containing alkali metal ions is injected into the reactor water so as to have a concentration of 6 × 10 to 7 to 8.7 × 10 to 6 mol / l, and the temperature is set to 250 ° C. or higher for 100 hours or more (200 to 400 hours is desirable). ) By holding, a dense oxide film is formed on the water-contacting surface of the piping system material, so that subsequent incorporation of radioactive ions into the piping system into the coating can be suppressed.

【0029】腐食に対して安定なジルコニウム合金の酸
化皮膜とは0.3〜2μm程度の厚みを持ち黒色を呈す
る皮膜である。ジルコニウム合金の腐食増量は15mg
/dm2=1μmの酸化皮膜厚さに換算できる。図2で
ジルコニウム合金の腐食量が皮膜厚み0.3μm(4.
5mg/dm2)に到達するのは、288℃で約20時
間(250℃では約50時間)であることがわかる。こ
の間はジルコニウム合金の酸化皮膜への不純物イオン
(例えば、Naイオン)の取込がないように、炉水中の
不純物イオン濃度を超純水レベルの数ppb以下の純度
に保ちたい。
An oxide film of a zirconium alloy that is stable against corrosion is a film having a thickness of about 0.3 to 2 μm and exhibiting a black color. Corrosion increase of zirconium alloy is 15mg
/ Dm2 = 1 μm. In FIG. 2, the corrosion amount of the zirconium alloy is 0.3 μm (4.
It can be seen that it reaches about 5 hours at 288 ° C. (about 50 hours at 250 ° C.). During this time, the impurity ion concentration in the reactor water should be kept at a purity of several ppb or less, which is the level of ultrapure water, so that impurity ions (for example, Na ions) are not taken into the oxide film of the zirconium alloy.

【0030】室温換算pHが7.5またはアルカリ金属
イオン濃度2.6×10~7mol/lでは、他に不純物陰
イオンが共存しない場合は、Naイオンの場合で約6p
pb、Kイオンの場合で約10ppb、Liイオンの場
合で約2ppbに相当する。核燃料要素に耐食性の黒色
皮膜を形成する間は、少なくてもこれらの値以下に炉水
水質を制御する必要がある。
At a room temperature-converted pH of 7.5 or an alkali metal ion concentration of 2.6 × 10 to 7 mol / l, when no other impurity anion coexists, about 6 p in the case of Na ion.
This corresponds to about 10 ppb for pb and K ions and about 2 ppb for Li ions. During the formation of the corrosion-resistant black coating on the nuclear fuel element, it is necessary to control the reactor water quality to at least these values.

【0031】一方、配管系材料の接水表面に放射性イオ
ンの取込の少ない酸化皮膜を形成するには、例えば特開
昭62−95498号公報に記載されているように、p
H=8〜9(室温換算)の288℃高温水に200〜4
00時間浸漬することで、ポロシィティの小さい緻密な
皮膜が形成されることはわかっている。
On the other hand, in order to form an oxide film with a small amount of radioactive ions on the water-contacting surface of a piping material, for example, as described in JP-A-62-95498, p.
H = 8-9 (room temperature conversion) 200 ~ 4
It has been known that immersion for 00 hours forms a dense film with low porosity.

【0032】図2から、ステンレス鋼(炭素鋼等の場合
も同傾向)の酸化皮膜形成速度は、初期の立ち上がりが
ジルコニウム合金に比べて小さく、第1ステップのプレ
フィルミング時間相当の20〜50時間では、皮膜形成
量が小さいことがわかる。そこで、本発明の第2ステッ
プ、すなわち一次冷却水の室温換算pHが7.5〜9.
0の値またはアルカリ金属イオン濃度が2.6×10~7
〜8.7×10~6mol/lに調整し、かつ温度が250
℃以上に100時間以上(200〜400時間が望まし
い)保持することは、配管系材料に緻密な皮膜を形成す
る作用を持つのである。
From FIG. 2, it can be seen that the formation rate of the oxide film of stainless steel (same tendency in the case of carbon steel or the like) is lower at the initial rise than that of the zirconium alloy, and is 20 to 50 corresponding to the pre-filming time of the first step. It can be seen that the amount of film formation is small with time. Then, the second step of the present invention, that is, the room temperature converted pH of the primary cooling water is 7.5 to 9.5.
A value of 0 or an alkali metal ion concentration of 2.6 × 10 to 7
~ 8.7 × 10 ~ 6 mol / l and the temperature is 250
Holding at 100 ° C. or more for 100 hours or more (preferably 200 to 400 hours) has an effect of forming a dense film on the piping system material.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】以下図示した実施例に基づいて本
発明を詳細に説明する。図1にはその沸騰水型原子力発
電プラントの運転開始時における皮膜形成方法が線図で
示されている。すなわち、炉水温度、炉水pHの室温換
算値、発電機出力の時間変化を示した図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the illustrated embodiments. FIG. 1 is a diagram showing a method of forming a film at the start of operation of the boiling water nuclear power plant. That is, it is a diagram showing a reactor water temperature, a reactor water pH-converted value at room temperature, and a change over time in the generator output.

【0034】原子炉停止状態から発電機が定格出力運転
状態に至るまでの起動運転期間中に、原子炉浄化系の浄
化装置を起動することで炉水中の不純物イオンを除去し
炉水の室温換算pHをほぼ中性とする。この段階では、
炉水中に残存する不純物イオンの成分と量によって若干
pHは変動する。
During the start-up operation period from the reactor shutdown state to the generator being in the rated output operation state, the purifier of the reactor purification system is started to remove impurity ions in the reactor water and convert the reactor water to room temperature. Make the pH almost neutral. At this stage,
The pH slightly varies depending on the components and amounts of impurity ions remaining in the reactor water.

【0035】核加熱を開始し炉水温度が上昇し250℃
以上に到達してから40時間保持する。この段階で、第
1ステップのプレフィルミングとして核燃料要素(主と
してジルコニウム合金)に耐食性の黒色皮膜を形成す
る。
Nuclear heating is started and the reactor water temperature rises to 250 ° C.
Hold for 40 hours after reaching the above. At this stage, a corrosion-resistant black film is formed on the nuclear fuel element (mainly a zirconium alloy) as a pre-filming in the first step.

【0036】次に、炉水中にアルカリ水を注入し、室温
換算pHを約8.5として約300時間保持する。この
段階が第2ステップのプレフィルミングであり、配管系
材料に緻密な酸化皮膜を形成する。
Next, alkaline water is injected into the furnace water to maintain the pH at room temperature as about 8.5 and keep it for about 300 hours. This stage is the second step of pre-filming, in which a dense oxide film is formed on the piping system material.

【0037】この間、発電機の出力を徐々に上昇させる
が、発電機が定格出力に達するまでには各種の起動試験
項目の実施のために、原子炉を停止する場合や出力を低
下させる場合がある。その場合でも、炉水温度を基準に
し、第1ステップの水質条件を積算で20〜50時間経
験したのち、第2ステップの水質条件を積算で100時
間以上(200〜400時間程度)維持する。
During this time, the output of the generator is gradually increased. However, until the generator reaches the rated output, the reactor may be shut down or the output may be reduced to carry out various startup test items. is there. Even in this case, the water quality condition of the first step is experienced for 20 to 50 hours by integration, and the water quality condition of the second step is maintained for 100 hours or more (about 200 to 400 hours) based on the reactor water temperature.

【0038】アルカリ水の注入方法としては、原子炉浄
化系に薬剤を高圧ポンプを用いてpHを監視しながら適
量注入する方法がある。アルカリ水を注入する他の方法
としては、原子炉浄化系のAおよびBの2塔からなるイ
オン交換樹脂濾過装置のA塔に充填するカチオン樹脂の
一部を予めアルカリ金属型(NaまたはK型)にしてお
き、B塔に充填するカチオン樹脂には一般的なH型を用
い、第1ステップのプレフィルミングの間は、原子炉水
をB塔に通水し浄化し、第2ステップのプレフィルミン
グ開始直前に、B塔からA塔に通水を切り替えること
で、炉水中にNaまたはKイオンをリークさせる。
As a method of injecting alkaline water, there is a method of injecting an appropriate amount of a chemical into a reactor purification system while monitoring the pH using a high-pressure pump. As another method of injecting the alkaline water, a part of the cation resin to be charged into the tower A of the ion exchange resin filtration device including the two towers A and B of the reactor purification system is previously alkali metal type (Na or K type). ), And a general H-type is used as the cationic resin to be charged into the tower B. During the pre-filming in the first step, the reactor water is passed through the tower B to purify the water. Immediately before the start of prefilming, by switching the water flow from the tower B to the tower A, Na or K ions are leaked into the reactor water.

【0039】図2は、核燃料要素の主材料のジルコニウ
ム合金(Sn;1.5wt%、Fe;0.17wt%、
Ni;0.07wt%、Cr;0.1wt%、Zr;残
部、ジルカロイー2と称される)と配管系材料の代表的
材料のステンレス鋼(SUS304)の酸化皮膜の形成
(腐食)速度を実験により検討した結果である。
FIG. 2 shows a zirconium alloy (Sn: 1.5 wt%, Fe: 0.17 wt%, main material of the nuclear fuel element)
Ni: 0.07 wt%, Cr: 0.1 wt%, Zr: balance, referred to as Zircaloy 2) and stainless steel (SUS304), a typical material of the piping system, were tested for the formation (corrosion) of an oxide film. This is the result of an examination.

【0040】温度288℃、溶存酸素濃度200ppb
としたオートクレーブ内に各試験片を浸漬し、腐食量を
測定した。本実験結果から、ジルコニウム合金の高温水
中での初期酸化速度は、ステンレス鋼に比べると極く初
期段階(50時間以内)での立ち上がりが大きいことが
わかる。腐食に対して安定なジルコニウム合金の酸化皮
膜とは0.3〜2μm程度の厚みを持ち黒色を呈する皮
膜である。
Temperature 288 ° C., dissolved oxygen concentration 200 ppb
Each test piece was immersed in an autoclave set as above, and the amount of corrosion was measured. The results of this experiment show that the initial oxidation rate of the zirconium alloy in high-temperature water is much larger at the initial stage (within 50 hours) than that of stainless steel. An oxide film of a zirconium alloy that is stable against corrosion is a film having a thickness of about 0.3 to 2 μm and exhibiting a black color.

【0041】ジルコニウム合金の腐食増量は15mg/
dm2=1μmの酸化皮膜厚さに換算できる。ジルコニ
ウム合金の腐食量が皮膜厚み0.3μm(4.5mg/
dm2)に到達するのは、288℃で約20時間(25
0℃では約50時間になる)であることがわかる。
The increase in corrosion of the zirconium alloy was 15 mg /
It can be converted to an oxide film thickness of dm2 = 1 μm. The amount of corrosion of the zirconium alloy is 0.3 μm (4.5 mg /
dm2) is reached at 288 ° C. for about 20 hours (25
It takes about 50 hours at 0 ° C.).

【0042】一方、ステンレス鋼の腐食速度の初期段階
の立ち上がりは、ジルコニウム合金に比べると小さく、
このことから、プラントの起動期間内に2ステップのプ
レフィルミング運転が可能なことがわかる。
On the other hand, the rise of the corrosion rate of stainless steel in the initial stage is smaller than that of the zirconium alloy,
This indicates that a two-step prefilming operation can be performed during the plant startup period.

【0043】図3は、本発明による沸騰水型原子炉の一
次冷却水系統の一例を示すものである。原子炉1で発生
した蒸気はタービン2を作動させた後、復水器3で冷却
して復水となる。復水は復水ポンプ4で復水濾過器5、
復水脱塩器6に送られ浄化される。この際、復水脱塩器
6のみで浄化されるプラントもある。復水はさらに給水
ポンプ7で給水加熱器8に送水され原子炉1に給水とし
て供給される。炉水の一部は原子炉再循環ポンプ9で循
環し、さらにその一部が原子炉浄化系ポンプ10で原子
炉水浄化装置11で浄化される。
FIG. 3 shows an example of a primary cooling water system of a boiling water reactor according to the present invention. After the steam generated in the reactor 1 is operated by the turbine 2, the steam is cooled by the condenser 3 to be condensed. The condensate is condensed by the condensate pump 4, the condensate filter 5,
It is sent to the condensate desalter 6 and purified. At this time, in some plants, purification is performed only by the condensate desalter 6. The condensed water is further fed to a feed water heater 8 by a feed water pump 7 and supplied to the reactor 1 as feed water. Part of the reactor water is circulated by the reactor recirculation pump 9, and part of the reactor water is further purified by the reactor water purification device 11 by the reactor purification system pump 10.

【0044】このような系統からなるプラントにアルカ
リ水を注入する注入系12を原子炉浄化装置11の下流
に設置する。また、原子炉浄化装置11の上流に設けら
れたサンプリング系13で炉水の室温換算pHまたは炉
水中のアルカリ金属イオン濃度を計測する。その水質デ
ータに基づきアルカリ水の注入量を制御する。アルカリ
を原子炉水浄化装置11のイオン交換樹脂からリークさ
せる場合は、原子炉浄化装置11がアルカリ水を注入す
る注入系12を兼ねることになる。
An injection system 12 for injecting alkaline water into a plant having such a system is provided downstream of the reactor purification device 11. Further, a sampling system 13 provided upstream of the reactor purification device 11 measures the pH of the reactor water in terms of room temperature or the alkali metal ion concentration in the reactor water. The injection amount of alkaline water is controlled based on the water quality data. When the alkali leaks from the ion exchange resin of the reactor water purification device 11, the reactor purification device 11 also serves as the injection system 12 for injecting the alkaline water.

【0045】図4は、本発明の一実施例を示す沸騰水型
原子炉の原子炉浄化系の系統を示したものである。原子
炉1からボトムドレインおよび原子炉再循環系から原子
炉浄化系へ炉水の一部が導入される。原子炉水浄化装置
11はAおよびBの2塔から構成されており、粉末のイ
オン交換樹脂を濾過助剤とする濾過脱塩装置である。
FIG. 4 shows a reactor cleaning system of a boiling water reactor according to one embodiment of the present invention. Part of the reactor water is introduced from the reactor 1 to the bottom drain and from the reactor recirculation system to the reactor purification system. The reactor water purification device 11 is composed of two towers A and B, and is a filter desalination device using powdered ion exchange resin as a filter aid.

【0046】このうちA塔に充填するカチオン樹脂の一
部を予めアルカリ金属型(NaまたはK型)にしてお
き、B塔に充填するカチオン樹脂には一般的なH型を用
い、第1ステップのプレフィルミングの間は、原子炉水
を切り替えバルブ14によりB塔に通水し浄化し、第2
ステップのプレフィルミング開始直前に、バルブ14に
よりB塔からA塔に通水を切り替えることで、炉水中に
NaまたはKイオンをリークさせる。
Among them, a part of the cation resin to be charged into the tower A is preliminarily made into an alkali metal type (Na or K type). During pre-filming, the reactor water is passed through the switching tower 14 to the tower B for purification,
Immediately before the start of the pre-filming in the step, the flow of water from the tower B to the tower A is switched by the valve 14, thereby leaking Na or K ions into the reactor water.

【0047】第2ステップが終了したら、再び切り替え
バルブ14によりA塔からB塔に通水を切り替え、炉水
のpHを中性付近に戻す。この一連の操作が終了した
後、A塔のイオン交換樹脂を交換し、そのなかのカチオ
ン樹脂をH型にする。
When the second step is completed, the flow of water from the tower A to the tower B is switched again by the switching valve 14, and the pH of the reactor water is returned to near neutral. After this series of operations is completed, the ion exchange resin in the tower A is exchanged, and the cation resin in the column is converted into the H type.

【0048】図5は、本発明の一実施例を示すプラント
起動時の操作フローの概略を示す。原子炉停止状態か
ら、まず原子炉再循環ポンプを起動し、続いて原子炉浄
化系ポンプを起動する。改良型の沸騰水型原子炉で原子
炉再循環系がない場合には、原子炉再循環ポンプの替わ
りにインターナルポンプを起動することになる。
FIG. 5 shows an outline of an operation flow at the time of starting the plant showing one embodiment of the present invention. From the reactor stopped state, the reactor recirculation pump is started first, and then the reactor purification system pump is started. If the improved boiling water reactor does not have a reactor recirculation system, an internal pump will be activated instead of the reactor recirculation pump.

【0049】次に、復水器の真空度を上昇させるととも
に脱気運転を行う。炉水の室温換算pHがほぼ中性また
はアルカリ金属イオン濃度が数ppb以下であること確
認して、制御棒を一部引き抜き核加熱を開始する。炉水
温度が250℃に到達した時点で第1ステップのプレフ
ィルミングを開始する。炉水温度が定格温度(一般に2
88℃)に到達後、タービンを起動する。第1ステップ
のプレフィルミングが所定時間(20〜50時間)に到
達した時点で、アルカリ水を注入開始し第2ステップの
プレフィルミングを開始する。
Next, the degree of vacuum of the condenser is increased and deaeration operation is performed. After confirming that the room temperature pH of the reactor water is substantially neutral or the alkali metal ion concentration is several ppb or less, a part of the control rod is pulled out and nuclear heating is started. When the reactor water temperature reaches 250 ° C., the first step pre-filming is started. Reactor water temperature is rated temperature (generally 2
After reaching 88 ° C.), start the turbine. When the pre-filming of the first step reaches a predetermined time (20 to 50 hours), the injection of alkaline water is started, and the pre-filming of the second step is started.

【0050】この間、発電機出力を徐々に上昇させる。
第2ステップのプレフィルミングを100時間以上(2
00〜400時間が最適)行ったのち、アルカリ水の注
入を停止しpHを中性付近に戻し第2ステップのプレフ
ィルミングを完了する。発電機が定格出力に到達した時
点でプラントの起動が完了する。
During this time, the generator output is gradually increased.
The pre-filming of the second step is performed for 100 hours or more (2
After that, the injection of the alkaline water is stopped, the pH is returned to near neutrality, and the pre-filming in the second step is completed. When the generator reaches the rated output, the startup of the plant is completed.

【0051】なお、以上の説明では、原子炉停止状態か
ら発電機が定格出力運転状態に至るまでの起動運転期間
中に、第1ステップのプレフィルミングおよび第2ステ
ップのプレフィルミングを行うように説明してきたが、
常にこのように起動運転期間中に行なわなければならな
いわけではなく、原子炉停止状態において同様な状態を
形成し、構成部材の表面に酸化皮膜を形成するようにし
てもよいことは勿論である。
In the above description, the pre-filming of the first step and the pre-filming of the second step are performed during the start-up operation period from the reactor shutdown state to the generator at the rated output operation state. Has been explained to
It is not always necessary to carry out the operation during the start-up operation period as described above, but it is a matter of course that a similar state may be formed in the reactor stopped state and an oxide film may be formed on the surface of the constituent member.

【0052】以上説明してきたようにこの酸化皮膜を形
成方法、また運転方法によれば、原子炉プラントが据付
けられた状態で、原子炉水を室温換算pHが7.5より
小さな値で、かつ炉水温度が250℃以上に20〜50
時間保持し、その後、この炉水にアルカリ水を注入し室
温換算pHが7.5〜9.0の値になるように調整する
とともに温度を250℃以上に100時間以上保持し
て、原子炉一次系の構成部材の接水表面に耐食性の酸化
皮膜を形成すると同時に、配管系材料の接水表面に放射
性イオンの取込が小さい酸化皮膜を形成することがで
き、これにより核燃料要素の製造工程での予備皮膜形成
のための特別な処理も不要とし、製造コストを低減する
効果を有するとともに、プラントの定期点検時等の作業
者の放射線被曝を抑制することが可能となる。
As described above, according to the method for forming the oxide film and the method for operating the reactor water, the reactor water is converted to a room temperature-converted pH of less than 7.5 and the reactor water is installed in a state where the reactor plant is installed. Reactor water temperature 20-50 when the temperature is 250 ° C
Then, alkaline water was injected into the reactor water to adjust the pH at room temperature to 7.5 to 9.0, and the temperature was maintained at 250 ° C. or higher for 100 hours or longer. At the same time as forming a corrosion-resistant oxide film on the water-contacting surface of the primary component, an oxide film with low uptake of radioactive ions can be formed on the water-contacting surface of the piping system material. This eliminates the need for special treatment for forming a preliminary film, thereby reducing the production cost, and suppressing radiation exposure of workers during periodic inspections of the plant.

【0053】[0053]

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、特に特別な装置を用いることなく、容易に核燃料要
素の耐食性の向上および一次冷却系配管の表面線量率の
抑制が図られ、定期点検時などにおける作業従事者の放
射線被曝量を低減することができるこの種の沸騰水型原
子力発電プラントを得ることができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to easily improve the corrosion resistance of the nuclear fuel element and to suppress the surface dose rate of the primary cooling system piping without using a special device. This type of boiling water nuclear power plant can reduce the radiation exposure of workers during inspections.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す沸騰水型原子炉の炉水
温度、出力、pHの時間変化を示す線図である。
FIG. 1 is a diagram showing temporal changes in reactor water temperature, output, and pH of a boiling water reactor showing one embodiment of the present invention.

【図2】ジルコニウム合金およびステンレス鋼の高温水
中での酸化皮膜成長を示す特性図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing oxide film growth of a zirconium alloy and stainless steel in high-temperature water.

【図3】本発明の一実施例を示す沸騰水型原子炉の一次
冷却水の系統図である。
FIG. 3 is a system diagram of primary cooling water of a boiling water reactor showing one embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施例を示す沸騰水型原子炉の原子
炉浄化系の系統図である。
FIG. 4 is a system diagram of a reactor purification system of a boiling water reactor showing one embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施例を示す沸騰水型原子炉の起動
運転の操作フロー図である。
FIG. 5 is an operation flowchart of a start-up operation of the boiling water reactor showing one embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…原子炉、2…タービン、3…復水器、4…復水ポン
プ、5…復水濾過器、6…復水脱塩器、7…給水ポン
プ、8…給水加熱器、9…再循環ポンプ、10…原子炉
浄化系ポンプ、11…原子炉浄化装置、12…アルカリ
水注入系、13…炉水サンプリング系、14…切り替え
バルブ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Reactor, 2 ... Turbine, 3 ... Condenser, 4 ... Condenser pump, 5 ... Condenser filter, 6 ... Condensate desalinator, 7 ... Feedwater pump, 8 ... Feedwater heater, 9 ... Re Circulation pump, 10: Reactor purification system pump, 11: Reactor purification device, 12: Alkaline water injection system, 13: Reactor water sampling system, 14: Switching valve.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊部 英史 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株式会社日立製作所 電力・電機開発本 部内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G21D 1/00 G21D 3/08 G21C 19/30 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Hidefumi Ibe 7-2-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Pref. Hitachi, Ltd. Electric Power & Electric Equipment Development Division (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB Name) G21D 1/00 G21D 3/08 G21C 19/30

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 沸騰水型原子力発電プラントの原子炉一
次系構成部材の接水表面に酸化被膜を形成する方法にお
いて、 前記構成部材の接水表面に酸化被膜を形成するに際し、
原子炉水を室温換算pHが7.5より小さな値でかつ炉
水温度を250℃以上に20〜50時間保持し、その
後、この炉水にアルカリ水を注入して室温換算pHが
7.5〜9.0の値になるように調整するとともに、炉
水温度を250℃以上に100時間以上保持して原子炉
一次系の構成部材の接水表面に酸化被膜を形成するよう
にしたことを特徴とする沸騰水型原子力発電プラントの
原子炉一次系構成部材の接水表面に酸化被膜を形成する
方法。
1. A method for forming an oxide film on a water-contact surface of a primary component of a nuclear reactor of a boiling water nuclear power plant, wherein the oxide film is formed on a water-contact surface of the component.
The reactor water is maintained at a room temperature-converted pH of less than 7.5 and the reactor water temperature is maintained at 250 ° C. or higher for 20 to 50 hours. Thereafter, alkaline water is injected into the reactor water to adjust the room temperature-converted pH to 7.5. 99.0, the reactor water temperature was kept at 250 ° C. or higher for 100 hours or more, and an oxide film was formed on the water contact surface of the primary reactor component. A method for forming an oxide film on a water contact surface of a reactor primary system component of a boiling water nuclear power plant.
【請求項2】 沸騰水型原子力発電プラントの原子炉一
次系構成部材の接水表面に酸化被膜を形成する方法にお
いて、 前記構成部材の接水表面に酸化被膜を形成するに際し、
核分裂反応が生じない原子炉停止状態中に、原子炉水を
室温換算pHが7.5より小さな値でかつ炉水温度を2
50℃以上に20〜50時間保持し、その後、この炉水
にアルカリ水を注入して室温換算pHが7.5〜9.0
の値になるように調整するとともに、炉水温度を250
℃以上に100時間以上保持して原子炉一次系の構成部
材の接水表面に酸化被膜を形成するようにしたことを特
徴とする沸騰水型原子力発電プラントの原子炉一次系構
成部材の接水表面に酸化被膜を形成する方法。
2. A method for forming an oxide film on a water-contact surface of a primary component of a nuclear reactor of a boiling water nuclear power plant, wherein the oxide film is formed on a water-contact surface of the component.
During a reactor shutdown state in which no nuclear fission reaction occurs, the reactor water was adjusted to a room temperature equivalent pH of less than 7.5 and a reactor water temperature of 2
The temperature is maintained at 50 ° C. or higher for 20 to 50 hours, and then alkaline water is poured into the furnace water to adjust the pH at room temperature to 7.5 to 9.0.
And adjust the reactor water temperature to 250.
C. for more than 100 hours to form an oxide film on the wetted surface of the components of the reactor primary system, wherein the components of the reactor of the boiling water nuclear power plant are wetted with water. A method of forming an oxide film on the surface.
【請求項3】 沸騰水型原子力発電プラントの原子炉一
次系構成部材の接水表面に酸化被膜を形成する方法にお
いて、 前記構成部材の接水表面に酸化被膜を形成するに際し、
原子炉停止状態から発電機が定格出力運転状態に至るま
での運転期間中に、原子炉水を室温換算pHが7.5よ
り小さな値で、かつその温度が250℃以上の状態に2
0〜50時間保持し、その後、この炉水にアルカリ水を
注入し室温換算pHが7.5〜9.0の値になるように
調整するとともに、炉水温度を250℃以上に100時
間以上保持して原子炉一次系構成部材の接水表面に酸化
被膜を形成するようにしたことを特徴とする沸騰水型原
子力発電プラントの構成部材の接水表面に酸化被膜を形
成する方法。
3. A method for forming an oxide film on a water contact surface of a primary component of a nuclear reactor of a boiling water nuclear power plant, wherein the oxide film is formed on a water contact surface of the component.
During the operation period from the reactor shutdown state to the generator being in the rated output operation state, the reactor water is brought into a state in which the room temperature-converted pH is a value smaller than 7.5 and the temperature is 250 ° C. or higher.
After maintaining for 0 to 50 hours, alkaline water is poured into the reactor water to adjust the pH at room temperature to 7.5 to 9.0, and the reactor water temperature is raised to 250 ° C or higher for 100 hours or longer. A method for forming an oxide film on a water-contact surface of a component of a boiling water nuclear power plant, wherein the oxide film is formed on a water-contact surface of a primary reactor component while being held.
【請求項4】 沸騰水型原子炉を備えた沸騰水型原子力
発電プラントの運転方法において、 前記原子炉の停止状態から発電機が定格出力運転状態に
至るまでの運転期間中に、原子炉水を室温換算pHが
7.5より小さな値でかつ炉水温度が250℃以上に2
0〜50時間保持し、その後、この炉水にアルカリ水
または、アルカリ金属イオン含有水を注入し室温換算p
Hが7.5〜9.0の値になるように調整しかつ温度が
250℃以上に100時間以上保持して前記原子炉一次
系の構成部材の接水表面に酸化被膜を形成しつつ運転す
ることを特徴とする沸騰水型原子力発電プラントの運転
方法。
4. A method for operating a boiling water nuclear power plant having a boiling water reactor, wherein the reactor water is operated during an operation period from a shutdown state of the reactor to a rated output operation state of the generator. When the pH at room temperature is less than 7.5 and the reactor water temperature is
Hold for 0 to 50 hours, then add alkaline water to the reactor water ,
Alternatively, inject water containing alkali metal ions and convert to room temperature p
H is adjusted to a value of 7.5 to 9.0, and the temperature is maintained at 250 ° C. or higher for 100 hours or more, and the operation is performed while forming an oxide film on the wetted surface of the constituent member of the reactor primary system. A method for operating a boiling water nuclear power plant, comprising:
【請求項5】 沸騰水型原子炉を備えた沸騰水型原子力
発電プラントの運転方法において、 前記原子炉の停止状態から発電機が定格出力運転状態に
至るまでの運転期間中に、原子炉水中のアルカリ金属イ
オン濃度が2.6×10-7mol/lを越えないように
し、かつ温度が250℃以上にこの炉水を20〜50時
間保持し、その後、この炉水中のアルカリ金属イオン濃
度が2.6×10-7〜8.7×10-6mol/lになるよ
うにこの炉水にアルカリ水、または、アルカリ金属イオ
ン含有水を注入し、かつ温度が250℃以上にこの炉水
を100時間以上保持し、前記原子炉一次系の構成部材
の接水表面に酸化被膜を形成することを特徴とする沸騰
水型原子力発電プラントの運転方法。
5. A method for operating a boiling water nuclear power plant including a boiling water reactor, wherein the reactor water is provided during an operation period from a shutdown state of the reactor to a rated output operation state of the generator. alkali metal ion concentration should not exceed 2.6 × 10 -7 mol / l, and the temperature is the reactor water and held 20-50 hours or 250 ° C., then, an alkali metal ion concentration in the reactor water of There 2.6 × 10 -7 ~8.7 × such that 10 -6 mol / l alkaline water to the reactor water or an alkali metal ion
Injecting down-containing water, and the temperature is the reactor water and held for 100 hours or more than 250 ° C., and forming an oxide film on the water contact surface of the primary reactor system components boiling water How to operate a nuclear power plant.
【請求項6】 前記炉水に注入されるアルカリ水、また
は、アルカリ金属イオン含有水を、原子炉浄化系の一部
から注入してなる請求項4または5記載の沸騰水型原子
力発電プラントの運転方法。
6. Alkaline water injected into the reactor water,
The method for operating a boiling water nuclear power plant according to claim 4 or 5, wherein water containing alkali metal ions is injected from a part of the reactor purification system.
【請求項7】 前記アルカリ金属を原子炉水中に注入す
るに際し、複数塔からなるイオン交換樹脂濾過装置の一
部の塔に充填するカチオン樹脂の一部を予めアルカリ金
属にしておくことによって原子炉水浄化時または復水浄
化時に、通水する塔を切り替えることで、この水中のカ
チオンイオンとのイオン交換によりカチオン樹脂からア
ルカリ金属イオンをリークさせ原子炉水中に注入し、こ
の原子炉水のpHまたはアルカリ金属イオン濃度を制御
してなる請求項4または5記載の沸騰水型原子力発電プ
ラントの運転方法。
7. When the alkali metal is injected into the reactor water, a part of the cation resin to be filled in a part of a column of the ion exchange resin filtration device comprising a plurality of towers is made into an alkali metal in advance. At the time of water purification or condensate purification, by switching the tower through which water flows, ion exchange with cations in this water causes alkali metal ions to leak from the cation resin and is injected into the reactor water. 6. The method for operating a boiling water nuclear power plant according to claim 4, wherein the concentration of alkali metal ions is controlled.
【請求項8】 沸騰水型原子炉を備えた沸騰水型原子力
発電プラントにおいて、 前記原子炉の停止状態から発電機が定格出力運転状態に
至るまでの運転期間中に、原子炉水を室温換算pHが
7.5より小さな値でかつ温度250℃以上に20〜5
0時間保持し、その後少なくても100時間以上、この
炉水を温度250℃以上で室温換算pHが7.5〜9.
0の値になるように調整可能なアルカリ水を注入する
入装置を原子炉浄化系に設置したことを特徴とする沸騰
水型原子力発電プラント。
8. A boiling water nuclear power plant having a boiling water reactor, wherein the reactor water is converted to room temperature during an operation period from a stop state of the reactor to a rated output operation state of the generator. When the pH is less than 7.5 and the temperature is at least
The temperature is kept at 0 ° C. for at least 100 hours and the furnace water is kept at a temperature of 250 ° C. or more and has a pH of 7.5 to 9.5.
Note to inject adjustable alkaline water to a value of 0
A boiling water nuclear power plant characterized in that the inlet device is installed in the reactor purification system .
【請求項9】 沸騰水型原子炉を備えた沸騰水型原子力
発電プラントにおいて、 前記原子炉停止状態から発電機が定格出力運転状態に至
るまでの運転期間中に、原子炉水をアルカリ金属イオン
濃度が2.6×10-7mol/lより低くかつ温度が25
0℃以上に20〜50時間保持し、その後、少なくても
100時間以上、この炉水を温度250℃以上でこの炉
水中のアルカリ金属イオン濃度が2.6×10-7〜8.
7×10-6mol/lになるように調整可能なアルカリ金
属イオン含有水注入装置を原子炉浄化系に設置したした
ことを特徴とする沸騰水型原子力発電プラント。
9. A boiling water nuclear power plant equipped with a boiling water reactor, wherein the reactor water is converted to an alkali metal ion during an operation period from the reactor stop state to a rated output operation state of the generator. When the concentration is lower than 2.6 × 10 −7 mol / l and the temperature is 25
The temperature is kept at 0 ° C. or more for 20 to 50 hours, and thereafter, at least 100 hours or more, the temperature of the furnace water is 250 ° C. or more, and the alkali metal ion concentration in the furnace water is 2.6 × 10 −7 to 8.
A boiling water nuclear power plant, wherein an alkali metal ion-containing water injection device that can be adjusted to 7 × 10 −6 mol / l is installed in a reactor purification system .
【請求項10】 前記注入装置が前記原子炉浄化系の原10. The reactor according to claim 1, wherein said injector is an element of said reactor cleaning system.
子炉浄化装置の下流側に設置された請求項8記載の沸騰9. The boiling according to claim 8, which is installed downstream of the reactor purification device.
水型原子力発電プラント。Water nuclear power plant.
【請求項11】 前記原子炉浄化系の原子炉浄化装置11. A reactor purifying apparatus of the reactor purifying system.
は、前記注入装置としても動作し、前記原子炉浄化装置Operates also as the injection device, the reactor purification device
のイオン交換樹脂からアルカリ金属イオンをリークさせLeaks alkali metal ions from the ion exchange resin
ることにより、アルカリ金属イオン含有水を注入する請By injection of water containing alkali metal ions.
求項9記載の沸騰水型原子力発電プラント。A boiling water nuclear power plant according to claim 9.
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