JPH0428901A - 蒸気発生器およびその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は例えば液体金属冷却型高速増殖炉プラントに適
用される蒸気発生器およびその運転方法に係り、特に二
重伝熱管を用いた蒸気発生器およびその運転方法に関す
る。

（従来の技術） 液体金属冷却型高速増殖炉プラントでは一般に、冷却材
として液体ナトリウムが用いられる。

この液体ナトリウムは、水と激しく反応するため、ナト
リウムと水との熱交換器である蒸気発生器には、とりわ
け高い信頼性が要求される。そこで従来、このような蒸
気発生器の信頼性向上の対策の一つとして、ナトリウム
と水との境界を二重化する二重伝熱管を用いることが検
討されている。

第７図は二重伝熱管を用いた従来の蒸気発生器の構成を
示している。

蒸気発生器は縦長な密閉円筒状の本体胴１を有し、この
本体胴１の内部に多数の二重伝熱管２からなる伝熱管束
が縦方向に設置されている。二重伝熱管２は大径な外管
の内部に小径な内管を挿通したものとされ、内管の上下
端部は外管の上下端部よりも長く突出している。

本体胴１の上端側内部には、側内を上下方向で区画する
上部ナトリウム管板３とその上方に配置する蒸気側管板
４とを一体化し両管板３．４間に上部ガスプレナム５を
形成した主蒸気管板６が設置されている。

また、本体胴１の下端側内部には同様に、下部ナトリウ
ム管板７、水側管板８および下部ガスプレナム９を有す
る給水管板１０が設置されている。

そして、二重伝熱管２の外管の上下端部が上部ナトリウ
ム管板３と下部ナトリウム管板７とに接合され、また内
管の上下端部は上部ナトリウム管板３および下部ナトリ
ウム管板７を貫通して。蒸気側管板４の上方および水側
管板８の下方に開口している。これにより、内外管の隙
間が上部ガスプレナム５および下部ガスプレナム９に連
通している。

また、本体胴１の上側部には、その側内の上部ナトリウ
ム管板３と下部ナトリウム管板７との間の空間に液体ナ
トリウムを導入するナトリウム入口ノズル１１が設けら
れ、また本体胴１の下側部には、胴外にナトリウムを導
出するためのナトリウム出口ノズル１２が設けられてい
る。

さらに本体胴１の上端部には、主蒸気ノズル１３を備え
た蒸気水室１４が形成され、また本体胴１の下端部には
、給水ノズル１５を備えた給水氷室１６が形成されてい
る。そして蒸気水室１４および給水氷室１６に二重伝熱
管２の内管が連通している。

上部ガスプレナム５および下部ガスプレナム９には、不
活性ガスが封入されており、これら各プレナム５．９に
リーク検出器１７．１８がそれぞれ設けられている。

しかして、高温のナトリウムは本体胴１上部のナトリウ
ム入口ノズル１１から側内に流入し、その後胴内で下降
してナトリウム出口ノズル１２から胴外に流出する。一
方、水は本体胴１下部の給水ノズル１５から給水管板１
０を経て二重伝熱管２内に流入し、上昇する。そして、
上昇途中で管外のナトリウムとの熱交換により加熱され
て蒸気となり、主蒸気管板６を経て主蒸気水室１４に入
り、主蒸気ノズル１３から所要箇所に導かれる。

上記構成の二重伝熱管使用の蒸気発生器においては、二
重伝熱管の内管または外管において万一リークが生じた
場合、これをできるだけ速やかに検出し、内管および外
管の双方を貫通する貫通リークの発生前に、リーク発生
伝熱管を同定し、その伝熱管を止栓することが必要であ
る。上記のようにすることにより、リーク発生時におけ
る一次側冷却材である水との激しい反応による事故を防
止することができ、蒸気発生器の信頼性を向上させ、ひ
いては高速増殖炉プラントの信頼性を向上させることが
できる。

第８図は二重伝熱管２に万一、リークを生じた場合の蒸
気発生器の運転方法を示すフローチャートである。例え
ば二重伝熱管２の内管にリークを生じた場合、リークし
た蒸気は、外管と内管との間の隙間を通り、リーク検出
器１７．１８によって検出される（ステップａ）。リー
クの検出が確認されると、プラントは停止され（ステッ
プｂ）、液体ナトリウムの胴外への排出が行われる（ス
テップＣ）。そして、リーク発生伝熱管の同定が行ワレ
（ステップｄ）、そのリークした伝熱管の止栓が行われ
る（ステップｅ）。止栓後は、再度液体ナトリウムの胴
肉への充填が行われ（ステップｆ）、運転復帰（ステッ
プｇ）、定格運転（ステップｈ）となる。

（発明が解決しようとする課題） 従来では、例えば内管にリークが発生した場合のリーク
伝熱管の同定を以下の方法で行っている。まず、給水水
室１６および伝熱管２の内側に水を満たし、主蒸気水室
１４内の蒸気管の上面に水面をつくる。次に、上部ガス
プレナム５および下部ガスプレナム８を介して伝熱管２
の外管と内管との間の隙間内のヘリウムガスを加圧する
。そして、内管のリーク孔を通して二重管の隙間部から
内管の内側へ噴出するヘリウムガスにより蒸気側管板４
の上面に設けられた水面に生じる気泡を発見するか、あ
るいは噴出時の音響を計測することにより、リーク発生
伝熱管を同定する。

ところで、上述した従来の蒸気発生器では、二重管２が
直管型であり、１００万ＫＷｅクラスの４ループ構成の
高速増殖炉プラントの場合、１基当り約４０００本の伝
熱管を収容している。このような多数の伝熱管の中から
リーク発生伝熱管を止栓するまでには、長期に亘りプラ
ントを停止する必要がある。なお、前記のリーク発生伝
熱管の同定は内管でのリークを例として説明したが、外
管でのリーク発生の場合は、リーク発生伝熱管の同定は
さらに難しく、−層長時間が必要と考えられる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、二重
伝熱管を構成する内管または外管からのリーク時に、リ
ークの検出を遅滞なく行えるとともに、リーク発生伝熱
管の同定を容易にし、さらにリーク発生後のプラント運
転への復旧も迅速に行える蒸気発生器およびその運転方
法を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明に係る蒸気発生器は、液体金属が流通する本体胴
内に多数の伝熱管を配し、この伝熱管に供給する水を前
記液体金属との熱交換により加熱して蒸気発生を行なわ
せる蒸気発生器であって、前記伝熱管を外管と内管とか
らなる二重伝熱管とし、かつ前記二重伝熱管の内外管の
隙間に不活性ガスを封入するとともにガスプレナムを介
してリフ検出器を接続し、このリーク検出器により内外
管いずれかからの液体金属または水のリークを検出可能
としたものにおいて、前記多数の二重伝熱管を複数の組
に分けるとともに、その各組成に独立したガスプレナム
およびリーク検出器を設置し、かつ各組または個々の二
重伝熱管毎に隔離または止栓手段を設けたことを特徴と
する。

また、本発明に係る蒸気発生器の運転方法は、外管およ
び内管からなる二重伝熱管を多数配置した本体胴内に液
体金属を流通させ、前記二重伝熱管の内管に供給する水
を前記液体金属との熱交換により加熱して蒸気発生を行
なわせる蒸気発生器を対象とし、前記二重伝熱管の内外
管の隙間に不活性ガスを封入しておき、この隙間に接続
したリーク検出器により内管あるいは外管のリークが検
出された場合に、前記二重伝熱管の給水または蒸気流出
を止める蒸気発生器の運転方法において、前記不活性ガ
スの種類または組成を各二重伝熱管毎に異ならせるとと
もに、前記リーク検出器によるリーク検出機能として、
不活性ガスの種類または組成の判別機能を付与し、これ
によりリークが発生している二重伝熱管を同定して、当
該リーク伝熱管の隔離または止栓を行なわせることと特
徴とする。

（作用） 本発明に係る蒸気発生器によれば、二重伝熱管の内管に
リークが生じた場合、流出した水分が二重伝熱管の内管
と外管との間の隙間から、当該伝熱管が接続されたガス
プレナムを介し、リーク検出器によって検出される。一
方、二重伝熱管の外管にリークが生じた場合には、外管
のリーク孔よりナトリウム中に不活性ガスが発生し、そ
のナトリウム中の不活性ガスを検出することにより、リ
ーク発生が検知される。

これらの場合、二重伝熱管は複数の組に分けられ、各組
毎に独立したガスプレナムおよびリーク検出器が設置さ
れているので、リークの検出を遅滞なく行えるとともに
、リーク発生伝熱管の同定が容易に行える。

また、本発明に係る蒸気発生器の運転方法によれば、検
出した不活性ガスを分析することにより、どの主蒸気管
板の組に接続した二重伝熱管でリークが発生したかがす
ぐに判明する。内管リークの場合でも、外管リークの場
合でも、リークが検出された組の主蒸気止め弁および給
水止め弁は閉止され、残りの組の二重伝熱管を用いて径
方向各層に均一な特性で、二重伝熱管蒸気発生器の運転
を継続することができる。

したがって、リーク発生後のプラント運転への復旧も迅
速に行え、プラントを長期に停止する必要がない。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図〜第５図を参照して説
明する。

第１図は蒸気発生器の全体構成を示している。

この蒸気発生器は縦長な本体胴３１の内部中心位置に内
筒３２が配置され、内筒３２の周囲位置に多数のヘリカ
ルコイル状の二重伝熱管３３が層状に配置されて管束を
構成している。本体胴３１の上側部には８個の主蒸気管
板３４が設けられ、これと対をなして同数の給水管板３
５が本体胴３１の下部に設けられている。

主蒸気管板３４は第４図に示すように、上部ナトリウム
管板３６と、蒸気側管板３７と、上部ガスプレナム３８
とによって構成され、上部ガスプレナム３８にはプレナ
ムノズル３９を介して独立したリーク検出器４０が備え
られている。この主蒸気管板３４には主蒸気水室４１が
連設され、この主蒸気水室４１には主蒸気ノズル４２と
蓋体４３とが設けられている。

なお、給水管板３５については詳細な図示を省略するが
、主蒸気管板３４と略同様に、下部ナトリウム管板と、
給水管板と、独立したリーク検出器４４を備えた下部ガ
スプレナムとによって構成され、給水水室４５に連設さ
れている。

また第１図に示すように、本体胴３１の頂部には、ナト
リウム入口ノズル４６が設置されるとともに、本体胴３
１の底部にはナトリウム出口ノズル４７が設置されてい
る。

二重伝熱管３３の内部は、前記の如く主蒸気管板３４お
よび給水管板３５の対をなすもの同士にそれぞれ連通し
、かつヘリカルコイル状の管束の各層に均一に配備され
ている。

第２図および第３図は上述した蒸気発生器に用いられる
二重伝熱管３３の異なる構成例を示している。

第２図に示すものでは、二重伝熱管３３が外管３３ａお
よび内管３３ｂにより二重の耐圧バウンダリーを有して
おり、両管３３ａ、３３ｂ間の隙間４８には不活性ガス
として熱伝導率の高いヘリウムガスが封入されている。

この隙間４８が上部ガスプレナム３８および下部ガスプ
レナムに接続され、外管３３ａの内面に４本の溝４８ａ
がり一り検出用として形成されている。

また、第３図に示すものでも、二重伝熱管３３が外管３
−３　ａおよび内管３３ｂにより二重の耐圧バウンダリ
ーを有しており、両管間の隙間４８には不活性ガスとし
て熱伝導率の高いヘリウムガスが封入されている。この
隙間４８が上部ガスプレナム３８および下部ガスプレナ
ムに接続されている。この二重伝熱管３３では、外管３
３ａと内管３３ｂとの間に多孔質金属層４８ｂが設けら
れ、さらにリーク検出特性の向上が図られている。

ところで、ヘリウムガスには、対となる主蒸気管板３４
および給水管板３５の組毎に異なるタグガスが混入され
ている。このタグガスとしては、例えばクリプトンとキ
セノンとの混合ガスが適用されている。この混合ガスの
成分比を変えることにより、異なるタグガスとして検出
可能である。

また、第１図に示すように、主蒸気水室４１および給水
氷室３６にそれぞれ備えられた主蒸気ノズル４２および
給水ノズル４９には、主蒸気管５０および給水管５１が
接続されている。これら主蒸気管５０および給水管５１
には、主蒸気止め弁５２および給水止め弁５３が設けら
れ、さらに主蒸気ヘッダ５４および給水ヘッダ５５へと
接続されている。

なお、前記のリーク検出器４０．４４としては、内管３
３ｂのリーク検出に用いられる湿分検出計と、外管３３
ａおよび内管３３ｂのリーク検出に用いられる圧力計等
がある。また図示しないが、蒸気発生器のナトリウム側
出口配管には、ヘリウムガス検出計が設置され、外管３
３ａのリークを検出するとともに、そのヘリウムガスに
混入されたタグガスの成分を分析して、どの組の伝熱管
３３がリークしたかを判別するようになっている。

次に本実施例の蒸気発生器について、第５図を用いて運
転方法を説明する。高温のナトリウムは、ナトリウム入
口ノズル４６から本体胴３１に流入し、本体胴３１内を
下降し、ナトリウム出口ノズル４７から胴外に流出まで
の間に、ヘリカルコイル状の管束を構成する二重伝熱管
３３内を上昇する水と熱交換される。一方、水は、給水
ヘッダ５５から給水管５１を経て給水水室３６に流入し
、ここから給水管板３５を経てヘリカルコイル状の二重
伝熱管３３内を上昇する。この上昇する水は、途中で蒸
気となり、主蒸気管板３４を経て主蒸気水室４１に入り
、主蒸気管５０を経て主蒸気ヘッダ５４に流入する。

万一、二重伝熱管３３の内管３３ｂでリークが生じた場
合には、流出した水分が二重伝熱管３３の外管３３ａと
内管３３ｂとの間の隙間４８を経由して、当該伝熱管が
接続された主蒸気管板３４または給水管板３５のガスプ
レナムに流入し、リーク検出器４０．４４によってリー
ク検出がなされる（ステップＡ）。

リークが検出されると、プラントは停止（ステップＢ）
または出力低下（ステップＣ）となり、リークが検出さ
れた伝熱管の組の主蒸気止め弁５２と給水止め弁５３と
は閉止され（ステップＤ）、伝熱管内には不活性ガスが
封入される。その後、停止の場合にはプラントが再起動
して（ステップＥ）、プラントは７／８、すなわち約８
５％の出力で運転される（ステップＦ）。二重伝熱管３
３は、ヘリカルコイル状の管束の各層に均一に配備され
ているため、１／８の伝熱管に通水されなくても、管束
の径方向の性能すなわち温度分布は略均−に維持された
運転が可能となる。その後、プラントの定期検査等の計
画的停止時（ステップＧ）に、当該二重伝熱管の管束は
調査され、リーク発生伝熱管が同定され、止栓され、そ
の後は定格出力の運転に復帰する（ステップＨ）。

このような本実施例の運転方法によると、運転復帰まで
数日を要するだけであり、同作業に数カ月要することと
なっていた従来の運転方法に比較して、速やかに運転復
帰が可能となるものである。

なお、二重伝熱管３３の外管３３ａでリークが生じた場
合には、隙間４８によりヘリウムガスが本体胴３１内の
ナトリウム中に流出する。このヘリウムガスは、蒸気発
生器の８０配管に設置されたヘリウムガス検出計により
検出され、さらにそのヘリウムガス中に混入されたタグ
ガスの分析により、どの組の伝熱管束でリークが発生し
たかが判明するものである。その後の運転方法は内管３
３ｂのリークの場合と同様である。

本実施例による具体的効果を説明する。本実施例では長
尺のヘリカルコイル状の二重伝熱管３３を使用し、８組
の給水管板３５および主蒸気管板３４を有しているため
、１００万ＫＷｅクラスの４ループ構成の高速増殖炉用
の蒸気発生器で比較した場合、第７図に示した従来の蒸
気発生器で１枚の管板に約４０００本の伝熱管が接続さ
れていたのに比べて、本実施例では約６０本で済む。こ
のため、ガスプレナム部の容積が小さく、リーク検出が
迅速に行え、リーク発生伝熱管の同定も容易となる。

また、リーク検出器４０．４４が個々の管板に独立に設
置されており、ガスプレナムに封入されたヘリウムガス
に二重伝熱管３３の組毎に異なった種類のタグガスを封
入しているため、内管３３ｂのリークであれ、外管３３
ａのリークであれ、どの組の二重伝熱管３３がリークし
ているかが容易に判断できる。

さらに、各組の給水管５１および主蒸気管５０に止め弁
５２．５３を設置しているため、この止め弁５２．５３
を閉めることにより、残りの組の二重伝熱管３３で運転
が続行可能である。この操作は、プラントの運転を停止
せずに行うことも可能である。また、各組の二重伝熱管
３３は半径方向に均一に配置されているため、上記のよ
うな運転を行っても、均一な性能を発揮できる。

第６図は、本発明の他の実施例を示している。

本実施例では、リーク検出器４０．４４はそれぞれ複数
の主蒸気管板３４および給水管板で兼用されており、切
換器６１．６２を用いて個々の組の伝熱管を独立に検出
可能とされている。他の構成は前記実施例と同様である
。本実施例によれば、切換器６１．６２を用いることに
より、リーク検出器４０．４４の数を節減でき、コスト
の低減および配置上の利点が得られる。

なお、以上の各実施例では、各管板を８組に分けた構成
としたが、その組数または個数については設計上の選択
により自由に設定できるものである。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明に係る蒸気発生器によれば、長尺
の二重伝熱管を用い、組毎に独立した主蒸気管板および
給水管板を設け、それらのガスプレナムに独立したリー
ク検比器を設けた構成とすることにより、リークの検出
を遅滞なく行えるとともに、リーク発生伝熱管の同定が
容易に行える。

また、本発明に係る蒸気発生器の運転方法によれば、検
出した不活性ガスを分析することにより、どの主蒸気管
板の組に接続した二重伝熱管でリフが発生したかがすぐ
に判明するので、内管り−りの場合でも、外管リークの
場合でも、リークが検出された組の主蒸気止め弁および
給水止め弁は閉止され、残りの組の二重伝熱管を用いて
径方向各層に均一な特性で、二重伝熱管蒸気発生器の運
転を継続することができる。したがって、リーク発生後
のプラント運転への復旧も迅速に行え、プラントを長期
に停止する必要がない。

よって本発明によれば、高速増殖炉プラントの信頼性を
向上させることができ、しかも高速増殖炉プラントの稼
動効率の向上にも大きく寄与するなどの効果が奏される
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る蒸気発生器の一実施例を示す全体
構成図、第２図は二重伝熱管の断面図、第３図は他の二
重伝熱管の断面図、第４図は主蒸気管板部の断面図、第
５図は蒸気発生器の運転方法を示すフローチャート、第
６図は本発明に係る蒸気発生器の他の実施例を示す構成
図、第７図は従来例を示す構成図、第８図は従来の運転
方法を示すフローチャートである。 ３１・・・本体胴、３２・・・内筒、３３・・・二重伝
熱管、３３ａ・・・外管、３３ｂ・・・内管、３４・・
・主蒸気管板、３５・・・給水管板、３６・・・上部ナ
トリウム管板、３７・・・蒸気側管板、３８・・・上部
ガスプレナム、３９・・・プレナムノズル、４０・・・
リーク検出器、４１・・・主蒸気氷室、４２・・・主蒸
気ノズル、４３・・・蓋体、４４・・・リーク検出器、
４５・・・給水氷室、４６・・・ナトリウム入口ノズル
、４７・・・ナトリウム出口ノズル、４８・・・隙間、
４９・・・給水ノズル、５０・・・主蒸気管、５１・・
・給水管、５２・・・主蒸気止め弁、５３・・・給水止
め弁、５４・・・主蒸気ヘッダ、５５・・・給水ヘッダ
、６１．６２・・・切換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、液体金属が流通する本体胴内に多数の伝熱管を配し
   、この伝熱管に供給する水を前記液体金属との熱交換に
   より加熱して蒸気発生を行なわせる蒸気発生器であって
   、前記伝熱管を外管と内管とからなる二重伝熱管とし、
   かつ前記二重伝熱管の内外管の隙間に不活性ガスを封入
   するとともにガスプレナムを介してリーク検出器を接続
   し、このリーク検出器により内外管いずれかからの液体
   金属または水のリークを検出可能としたものにおいて、
   前記多数の二重伝熱管を複数の組に分けるとともに、そ
   の各組毎に独立したガスプレナムおよびリーク検出器を
   設置し、かつ各組または個々の二重伝熱管毎に隔離また
   は止栓手段を設けたことを特徴とする蒸気発生器。 ２、外管および内管からなる二重伝熱管を多数配置した
   本体胴内に液体金属を流通させ、前記二重伝熱管の内管
   に供給する水を前記液体金属との熱交換により加熱して
   蒸気発生を行なわせる蒸気発生器を対象とし、前記二重
   伝熱管の内外管の隙間に不活性ガスを封入しておき、こ
   の隙間に接続したリーク検出器により内管あるいは外管
   のリークが検出された場合に、前記二重伝熱管の給水ま
   たは蒸気流出を止める蒸気発生器の運転方法において、
   前記不活性ガスの種類または組成を各二重伝熱管毎に異
   ならせるとともに、前記リーク検出器によるリーク検出
   機能として、不活性ガスの種類または組成の判別機能を
   付与し、これによりリークが発生している二重伝熱管を
   同定して、当該リーク伝熱管の隔離または止栓を行なわ
   せることと特徴とする蒸気発生器の運転方法。