JP2007024586A - アブレシブウォータジェット切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 アブレシブウォータジェットによる切断作業時にに、さびの発生に起因する種々の問題を解消するとともに、サイトバンカプールに保管すべき二次廃棄物の発生量を抑制できるアブレシブウォータジェット切断方法を提供する。
【解決手段】 アブレシブ１４としてさびが発生しないアルミナを用いて機器や構造材への放射性核種の付着を抑制するとともに、アルミナと高レベルの切断粉との密度差を用いた分離回収装置２４により高レベル廃棄物と低レベル廃棄物に分け、アルミナを回収するフィルタ２５を低レベル廃棄物として焼却し、二次廃棄物の発生量を抑制する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、アブレシブウォータジェット切断方法に係り、特に、原子力プラントにおいて中性子照射を受け放射化した金属製構造材料をアブレシブウォータジェットで切断する時に発生するアブレシブ(切断助材)および切断粉を回収し廃棄する方法に関する。

原子力プラントを運転していくと構造材料に経年劣化が生じて交換する必要が発生する場合がある。中でも、沸騰水型原子炉のシュラウドを交換する場合には、古いシュラウドを炉内から搬出するための一次切断と、搬出したシュラウドを廃棄保管するために細断する二次切断が必要になる。

これまで、水中切断技術として、一次切断には、ロールカッターによる切断や放電加工切断が用いられ、二次切断には、プラズマ切断やアブレシブウォータジェット切断が用いられている。

ロールカッターによる切断では、切断に伴って発生する粉塵などが少ない利点がある。しかし、切断速度が遅いという問題がある。

また、放電加工切断やプラズマ切断のように熱的な切断では、切断速度は速くなる。しかし、熱による局所的な沸騰やシールドガスに起因して気体中への粉塵の飛散が懸念される。

アブレシブウォータジェット切断は、粉塵の飛散も少なく切断速度も速いメリットがある。しかし、切断助材となるアブレシブにより二次廃棄物が増大する。また、鋳鋼をアブレシブとした場合には、腐食によって発生するさびが機器やプールの内面に付着して放射能レベルを高くするので、作業後の洗浄や除染にかかる作業量が多くなる。

アブレシブを回収する方法としては、アブレシブを水と一緒に吸引し、遠心分離する方法、フィルタろ過方法が知られている。

切断作業をするプール内に専用容器を設置し、限られた空間で作業し、回収効率を高める方法がある(例えば、特許文献１参照)。

回収方法としては、密度差を利用した沈降分離方法が提案されている(例えば、特許文献２参照)。また、アブレシブと切断粉を磁気分離し、アブレシブの一部を再利用し二次廃棄物を削減しようとする方法も提案されている(例えば、特許文献３参照)。

特開平０７−０８４０９４号公報(２〜４頁 図１，図４，図６) 特開平１０−２６０２９８号公報(第２〜３頁 図１〜図３) 特開２０００−２４６６４４号公報(第２〜３頁 図１〜図３)

アブレシブウォータジェット切断は、切断速度が速く、粉塵飛散のリスクが小さいために、特に注目されている。

しかし、上記従来技術では、アブレシブに鋳鋼などの鉄系の材料が用いられていたので、回収装置に取り込まれなかったアブレシブと切断粉がプールの底に蓄積して固まったり、アブレシブの腐食によって発生するさびが切断装置やプールの壁などに移行し、プール水に接する機器や材料の表面への放射性核種の付着を加速させる問題がある。

切断された除却材はサイトバンカプールに保管される。除却材に付着したアブレシブのさびによってサイトバンカプール内にもさびを移行させ、このプール内でも洗浄作業が必要になる。

また、二次廃棄物を削減するために、磁気回収により鉄系のアブレシブを再利用する場合でも、さびの発生によりアブレシブが固まりやすく、切断時のアブレシブ材供給系の配管やホースなどを閉塞させる恐れがある。

さらに、アブレシブと切断粉を単純に回収して廃棄する場合には、これらの全てが高レベルの放射性廃棄物として、サイトバンカプール内に保管され、保管エリアを圧迫する要因となる。

本発明の課題は、アブレシブウォータジェットによる切断作業時に、さびの発生に起因する種々の問題を解消するとともに、サイトバンカプールに保管すべき二次廃棄物の発生量を抑制できるアブレシブウォータジェット切断方法を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するために、アブレシブとして腐食によるさびが発生しないアルミナやガーネットのような酸化物系の材料を使用し、切断対象のステンレス鋼との比重の違いを利用した分離装置により放射能レベルが高い切断粉を中心とした回収成分と切断粉をほとんど含まないアブレシブを中心とした成分とに分けて回収し、さびに起因した除染や洗浄作業を大幅に軽減するとともに、サイトバンカプールに保管すべき二次廃棄物の発生量を抑制し、シュラウドなどの交換工事の作業量を削減し、工事期間を短縮し、コストと作業従事者の被曝線量を抑制できるアブレシブウォータジェット切断方法を提案する。

本発明によれば、アブレシブとしてのアルミナにはさびが発生しないので、切断作業に付随する洗浄作業を大幅に軽減するとともに、作業従事者の被曝線量も低減できる。また、切断粉との密度差を利用した分離が可能となり、高レベル廃棄物の発生量を抑制し、サイトバンカプールで保管廃棄する二次廃棄物の発生量を抑制できる。

次に、図１〜図４を参照して、本発明によるアブレシブウォータジェット切断方法を説明する。切断対象は、原子炉圧力容器内のシュラウドを例とする。

図１は、沸騰水型原子力発電プラントにおけるシュラウド交換工事の概略工程を示すフローチャートである。

図２は、沸騰水型原子力発電プラントにおけるシュラウド１の一次切断工事場所と搬出後シュラウド２の二次切断工事場所との関係を概略で示す図である。

図１において、原子炉停止後、圧力容器を開放し、ドライヤやセパレータなどの炉内機器や燃料を取り出し、一次切断のための切断加工装置を設置し、シュラウドを一次切断する。

切断されたシュラウド１は、天井クレーン９を用いて原子炉圧力容器３から原子炉ウェルを通してドライヤ・セパレータプール(ＤＳＰ)７内に設置された架台１２の上に設置される。

ドライヤ・セパレータプール７は、搬出シュラウド２を受け入れた後ゲートを閉鎖して、原子炉ウェル５と隔離される。ドライヤ・セパレータプール７では、本発明のアブレシブウォータジェット切断装置を用いてシュラウドを二次切断する。細かく切断されたシュラウドは、遮蔽能力を有する輸送容器に格納され、ドライヤ・セパレータプール７から引き上げられ、トラックに積載されサイトバンカプールで保管される。

一方、古いシュラウドが搬出された炉内では、一次切断に使用した切断加工装置２０は、付着した放射能やさび等を除去する表面洗浄後、撤去される。さらに、炉内を清掃した後、新しいシュラウドを据付ける。その後、燃料を再装荷し、取り外した炉内機器を再設置し、圧力容器を密閉して、原子炉を起動する。

本発明のアブレシブウォータジェット切断方法は、図１において、太枠で囲んだ工程に関わる切断方法である。

図３は、ドライヤ・セパレータプール７における搬出後シュラウド２の二次切断工事の詳細な装置構成および配置を示す図である。

原子炉圧力容器３に設置されていたシュラウド１が切断して搬出され、ドライヤ・セパレータプール７の架台１２上に設置された様子を示している。搬出後シュラウド２は、架台１２上で切断ノズル１３から噴出されるアブレシブ１４を含む高圧水流によって二次切断される。切断に用いられたアブレシブ１４と切断粉はドライヤ・セパレータプール７に設置された分離回収装置８で処理される。

シュラウド１を原子炉内からドライヤ・セパレータプール７に移動させると、原子炉内では別の作業を並行して進められるので、補修や取替工事全体の工程を短縮できる。

また、ドライヤ・セパレータプール７は、原子炉内に比べ水深が浅いので、切断加工装置２０を走査しやすく、切断加工装置２０を複数台使用して切断することもできる。

一次切断により分割された搬出後シュラウド２は、原子炉内から移動させて加工架台１２上に固定されている。切断加工装置２０には水供給管２７とアブレシブ材供給管２８が接続されており、超高圧ポンプ３６とアブレシブ材供給装置３５から高圧水とアブレシブ１４が供給される。

作業者３０が、切断加工装置操作機構２６で切断位置を決定した後、高圧水とアブレシブ１４を供給する。切断加工装置２０とコレクタ２１は、搬出後シュラウド２を挟んで対向する位置に設置してある。ただし、切断加工装置２０とコレクタ２１の配置は逆であっても、隣り合ってもよい。

使用されたアブレシブ１４の大部分は、コレクタ２１から吸引ポンプ２２で切断粉および水とともに、吸引され、気水分離装置２３や分離装置２４、フィルタ２５で除去され、フィルタ２５からは清浄な水が排水される。

気水分離装置２３は、吸引ポンプ２２でアブレシブ１４の吸引と同時に吸い込んだ気体を分離する。分離装置２４は、アブレシブ１４と切断粉および水を分離する。気水分離や固液分離は、水に対する密度差を利用する。例えば、遠心分離器を使用し、水に対し重量が小さい気体を上部から排気する気水分離と水に対し比重が大きいアブレシブ１４と切断粉を下部から排出できる。

アブレシブ１４としてアルミナを用いると、ステンレスの切断粉との間には密度差が生じる。この密度差を利用すれば、切断粉とアブレシブ１４とを分離できる。すなわち、放射能レベルの高い少量の切断粉を選択的に回収し、サイトバンカプールに保管すべき二次廃棄物の量を低減できる。

また、切断粉が取り除かれたアブレシブ１４を捕集したフィルタ２５は低レベルの廃棄物となるので、焼却可能なフィルタ材を用いると、乾燥後に焼却減容できる。

さびが発生しにくいアブレシブ１４としては、ガーネット，ステンレスワイヤ，ジルコニアビーズ，炭化ケイ素，酸化チタンなどが存在する。

海の砂を原料としたガーネットには塩素の不純物が多く、再使用する原子炉の炉内に持ち込むことはできない、
炭化ケイ素では、非常に細かい破砕粉が多量に発生し、水の濁りが著しい、
ステンレスワイヤ，ジルコニアビーズ，酸化チタンは、コストが高い。

結局、アルミナが最も適している。

ドライヤ・セパレータプール７上には、作業台車３１を設置してある。作業者３０は、水中カメラ３２や照明３３を操作し、カメラの画像をモニタ３４で確認しながら作業ができる。このとき、コレクタ２１に吸引されなかった切断粉とアブレシブ１４は、粒子径の大きなものはプールの底に沈降して蓄積される。粒子径の小さなものは水中に浮遊するので、プール水の濁りを引き起こし、水中に設置した機器を作業者３０が操作する際に障害となる。

しかし、本発明ではアブレシブ１４としてアルミナを用いているので、その物理的な特性からフィルタ２５への負荷が小さく、二次廃棄物の発生量が少ないことから、迅速なろ過が可能となり、水の透明度を容易に回復できる。

さらに、アルミナは、鋳鋼のようにさびることがないので、ドライヤ・セパレータプール７の底に沈積した切断粉とアブレシブ１４の混合物が固まって除去しにくい形態になったり、プールの壁面や切断機器の表面にさびと放射能が付着することがない。

したがって、底に蓄積した沈積物を吸引洗浄で容易に回収できるとともに、ドライヤ・セパレータプール７の水に接していた機器を水から引き上げる際の洗浄の手間を大幅に軽減できる。また、二次切断作業が全て終了した時のドライヤ・セパレータプール７内の清掃作業も容易になる。

細断されたシュラウドは、遮蔽付きの輸送容器に収納され、ドライヤ・セパレータプール７から気中に引き上げられ、トラックを用いてサイトバンカプール７のある建屋に運ばれ、サイトバンカプール７内で遮蔽容器から取り出されてプール内に保管容器ごと整然と積み重ねた形で保管される。このサイトバンカプール７内での作業においても、アブレシブをアルミナにすることで、さびに起因した汚染が広がることがなく、除却作業終了後のサイトバンカプール７内の清掃作業も大幅に軽減される。

図４は、本発明の実施例２における二段サイクロンセパレータを備えた回収装置の系統構成を示す図である。

実施例１では、使用したアブレシブ１４の大部分は、コレクタ２１から吸引ポンプ２２で切断粉および水とともに吸引され、分離装置２４で切断粉を選択的に除去した後、フィルタ２５で水と分離されていた。

この場合、多量のアブレシブ１４がフィルタ２５の負荷となるので、フィルタ２５の使用量が増大し、フィルタ２５を設置スペース増やすかフィルタエレメントを頻繁に交換する必要がある。

そこで、実施例２では、図４に示すように、分離装置２４を直列に配置し、上流側の分離装置２４では高い線量率の切断粉を分離回収し、下流側の分離装置２４ではアブレシブ１４のうち破砕しなかった粒子を水から分離回収し、破砕して細かくなり密度差による分離が困難なアブレシブ１４のみをフィルタ２５で回収する方式に変更した。

廃棄容器２９は、切断粉とアブレシブ１４とが別々に収納されるように分けてある。このようにすればフィルタ２５に対する負荷が大幅に少なくなり、焼却処分する二次廃棄物が大幅に削減される。

また、アブレシブ１４のうち破砕しなかった粒子は、アブレシブとして再利用できる。ここでは図示していないが、破砕しなかった粒子をアブレシブ材供給装置３５に送り返し、再利用する系統を設けてもよい。

上記実施例１および２では、一次切断したシュラウドをドライヤ・セパレータプール７で切断する場合を想定している。

本発明のアブレシブウォータジェット切断方法による構造材の切断場所は、燃料プール６でもよい。

また、本発明のアブレシブウォータジェット切断方法は、二次切断だけでなく、原子炉圧力容器３の中で実施される一次切断に適用することもできる。

沸騰水型原子力発電プラントにおけるシュラウド交換工事の概略工程を示すフローチャートである。 沸騰水型原子力発電プラントにおけるシュラウド１の一次切断工事場所と搬出後シュラウド２の二次切断工事場所との関係を概略で示す図である。 ドライヤ・セパレータプール７における搬出後シュラウド２の二次切断工事の詳細な装置構成および配置を示す図である。 本発明の実施例２における二段サイクロンセパレータを備えた回収装置の系統構成を示す図である。

符号の説明

１ シュラウド
２ 搬出後シュラウド
３ 原子炉圧力容器
４ ジェットポンプ
５ 原子炉ウェル
６ 燃料プール
７ ドライヤ・セパレータプール
８ 分離回収装置
９ 天井クレーン
１２ 架台
１３ 切断ノズル
１４ アブレシブ
２０ 切断加工装置
２１ 回収容器
２２ 吸引ポンプ
２３ 気水分離装置
２４ 分離装置
２５ フィルタ
２６ 切断加工装置操作機構
２７ 水供給管
２８ アブレシブ材供給管
２９ 廃棄容器
３０ 作業者
３１ 作業台車
３２ 水中カメラ
３３ 照明
３４ モニタ
３５ アブレシブ材供給装置
３６ 超高圧ポンプ

Claims (10)

1. 原子炉で使用され放射化した構造材にアブレシブを混合した高圧水流を衝突させ前記構造材を切断するアブレシブウォータジェット切断方法において、
   前記アブレシブとして酸化物の粒子を用いて前記構造材を切断し、
   切断に用いた前記アブレシブおよび前記構造材の切断粉を水とともに吸引回収し、
   前記アブレシブ，切断粉，水を密度差に基づいて分別し、
   線量率のレベルに応じて二次廃棄物の処分方法を変える
   ことを特徴とするアブレシブウォータジェット切断方法。
2. 請求項１に記載のアブレシブウォータジェット切断方法において、
   前記アブレシブがアルミナであることを特徴とするアブレシブウォータジェット切断方法。
3. 請求項１または２に記載のアブレシブウォータジェット切断方法において、
   前記アブレシブ，切断粉，水を密度差に基づいて分別する際に、サイクロンセパレータを用いることを特徴とするアブレシブウォータジェット切断方法。
4. 請求項３に記載のアブレシブウォータジェット切断方法において、
   アブレシブ，切断粉，水を密度差に基づいて分別するサイクロンセパレータを直列２段に配置し、破砕しなかったアブレシブと破砕したアブレシブと切断粉とを分別することを特徴とするアブレシブウォータジェット切断方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載のアブレシブウォータジェット切断方法において、
   高い線量率レベルの廃棄物をサイトバンカプールの水中に保管廃棄し、
   低い線量率レベルの廃棄物を固体廃棄物貯蔵庫に保管廃棄することを特徴とするアブレシブウォータジェット切断方法。
6. 原子炉で使用され放射化した構造材にアブレシブを混合した高圧水流を衝突させ前記構造材を切断するアブレシブウォータジェット切断方法において、
   前記アブレシブとして酸化物の粒子を用いて前記構造材を切断し、
   切断に用いた前記アブレシブと前記構造材の切断粉を水とともに吸引回収し、
   前記切断粉をアブレシブと水から密度差に基づいて分別し、
   その後にアブレシブと水をフィルタで分別し、
   線量率のレベルに応じて二次廃棄物の処分方法を変えることを特徴とするアブレシブウォータジェット切断方法。
7. 請求項６に記載のアブレシブウォータジェット切断方法において、
   前記アブレシブと水から密度差に基づいて前記アブレシブを分別する際に、サイクロンセパレータを用いることを特徴とするアブレシブウォータジェット切断方法。
8. 請求項６または７に記載のアブレシブウォータジェット切断方法において、
   前記アブレシブを回収したフィルタを焼却処分することを特徴とするアブレシブウォータジェット切断方法。
9. 位置決め機構の先端にアブレシブウォータージェットノズルを設け、水中にある切断対象物を切断するアブレシブウォータージェット切断装置において、
   切断により発生するアブレシブと切断粉を吸引回収する吸引ポンプと、
   回収したアブレシブと切断粉とを密度差により分離する分離装置を設けたことを特徴とするアブレシブウォータジェット切断装置。
10. 請求項９に記載のアブレシブウォータジェット切断装置において、
    切断粉と分離したアブレシブについてさらに破砕しなかったアブレシブと破砕したアブレシブとをその粒子径で分別する分離装置と、分離装置で分離した粒径の揃ったアブレシブをアブレシブの供給系に再利用する手段とを設けたことを特徴とするアブレシブウォータジェット切断装置。
    

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