JP2012177639A

JP2012177639A - 発電プラントの放水口サンプリング装置

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Publication number: JP2012177639A
Application number: JP2011041235A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Ando; 賢一安藤; Tomotaka Sakata; 智貴坂田; Takeshi Shimizu; 毅清水
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2012-09-13
Anticipated expiration: 2031-02-28
Also published as: JP5292424B2

Abstract

【課題】水質変化のない配管付着防止効果の実現及び、物理的付着防止策を講じた配管を有するサンプリング装置を提供する。
【解決手段】サンプリング装置において、二重管構造の配管と、前記二重管の内管３が多孔質構造の内管３と、外管２を有し、外管２に海水１または空気４を流し、外管２から内管３の多孔質を通して内管３の管壁近傍に海水１または空気４の流れを生じさせることにより、海生生物およびスラッジの付着を防止する配管を有する。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、原子力発電所等の発電プラントにおける冷却用海水の放水口近傍の海水サンプリング装置に関する。

海水をプラント冷却水として用いる原子力発電所等の発電プラントでは、放射性物質等の系外放出監視のため、冷却水放水口における海水をサンプリングする放水口サンプリング装置が設置されている。放水口サンプリング装置は原子力発電所内で用いられた後、再び自然界に放出される海水を放水口からサンプルポンプにて汲み上げ、海水中の放射能レベルを測定して放射性物質の系外放出の有無を監視している。

ところが、海水中に浮遊している貝の付着期幼生を含む海生生物が放水口サンプリング装置の配管内壁に付着して繁殖したり、海水中のスラッジが配管内に滞留したりすると配管の閉塞が起こり、海水のサンプリングができなくなる恐れがある。特に、サンプルポンプによって海水とともに配管内に吸い上げられた海生生物やスラッジは、配管管壁近傍における流速の減少や渦流の発生により配管管壁に付着しやすくなる。その結果、付着した海生生物の繁殖やスラッジの滞留が生じ、配管の閉塞が引き起こされる可能性がある。サンプリングした海水は原子力発電所からの放射性物質の系外放出の監視に使用しているため、配管の閉塞が起こると十分なサンプリング量を得ることができなくなり、原子力発電所の安全運転に対する信頼性を保証できなくなる。

図１２に示す従来例において、サンプルである海水１は、放水口１０１に存在するサンプルポイント１０２において、サンプルポンプ１０３により直径５０ｍｍ程度の配管Ｐを通して常時２５０〜３１０（ｌ／ｍｉｎ）程度の流量で採取され、サンプル出口弁１０８を通過した後、再び取水箇所と異なる位置の放水口１０７に戻される。通常状態ではサンプル採取弁１０４は閉じており、海水１は全て放水口１０７に戻される。

一方、放水口１０１の放射線量が増加すると、放水口１０１に設置されている放射線検出器保護管１１７内の放水口検出器１１６が放射線量の増加を検出し、放射線量が所定の設定値より高くなると、放水口放射線モニタ装置１１８から「放射線モニタ高」の警報を発報するとともに、放水口放射線モニタ装置１１８により自動的に放水口サンプル出口弁１０８が閉じサンプル採取弁１０４が開放され、サンプルトレイ１０６内のサンプル採取容器１０５にマニュアル分析用のサンプルが採取される。その後、担当者がマニュアル分析用のサンプルを詳細に分析して、プラントからの放射性物質の系外放出の有無およびその内容を確認する。図１２に示す通り、放水口サンプリング装置の配管Ｐは常時放水口１０１からの海水１を通水していることから、海に直結している放水口１０１から侵入する海生生物の幼生やスラッジが配管内に侵入する可能性があり、流速の減少や渦流の発生によりこれらが配管管壁に付着する可能性がある。

本技術分野の背景技術として、小口径海水管において少量の海水に塩素類を供給することにより環境への負担を少なくし、さらには陽極の破損がなく長寿命であり、かつ電解電流が均一に流れる海生生物付着防止電解装置および付着防止方法が公知である（例えば特許文献１参照）。

また、スリット状の開口部を形成したＣｕ―Ｎｉ合金の海生々物付着防止用内管を内接した二重管が公知である（例えば特許文献２参照）。

さらに、原子力発電所の海水導水管路の内周面に多孔質層を設けて、過酸化水素水を浸出させ、海生生物の付着を防止することが公知である（例えば特許文献３参照）。

特開平１１−９０３８０号公報特開平１−１２６４９４号公報特開２００４−１６７４５１号公報

上記のように、放水口サンプリング装置は原子力発電所の放射性物質の系外放出を監視するため、原子力発電所の放水口から放出される海水をサンプルとして採取し、サンプルの水質監視を行っている。そのため、配管内の海水の水質を変化させる装置の導入はサンプルの成分に影響を与えるため、特許文献１のように電気分解や塩素類を供給するような水質の変化を伴う装置、或いは特許文献３にしめす過酸化水素水を供給する装置は、放水口サンプリング装置には適用できない。

また、特許文献２で述べられているＣｕ―Ｎｉ合金製の防汚金属による付着防止は管壁面付近の海水の流れの低下を防ぐことはできず、また、配管閉塞の要因となりうるスラッジは付着を防止できないことから、特許文献２による付着防止対策は、背景技術で記載した配管閉塞の要因を除去するのに不十分である。

本発明は、配管とサンプルポンプとサンプル採取弁とを有し、冷却水放水口のサンプルポイントから前記サンプルポンプによりサンプル用の海水を取水して再び冷却水放水口に戻すとともに、前記配管途中に設けた前記サンプル採取弁を介して放水口の海水サンプリングを行う発電プラントの放水口サンプリング装置において、前記配管を外管と多孔質の内管からなる二重管から構成し、前記内管内にサンプル用の海水を流すと共に前記外管内に流体を導入して内管内の海水に流入させ、前記内管管壁への海生生物及びスラッジの付着を防止することを特徴とする。

また、発電プラントの放水口サンプリング装置において、前記流体は空気からなることを特徴とする。

また、発電プラントの放水口サンプリング装置において、前記空気を前記外管内に供給する空気供給源を前記配管の前記サンプル採取弁の流れ方向下流に設けたことを特徴とする。

また、発電プラントの放水口サンプリング装置において、前記空気を前記外管内に供給する空気供給源を前記サンプルポイント近傍に設けたことを特徴とする。

さらに、発電プラントの放水口サンプリング装置において、前記流体は前記放水口から採取した海水からなることを特徴とする。

さらに、発電プラントの放水口サンプリング装置において、前記海水を前記外管に供給する海水供給ポンプを前記サンプルポンプ近傍に設けたことを特徴とする。

さらに、発電プラントの放水口サンプリング装置において、前記海水を前記外管に供給する海水供給ポンプを前記サンプルポイント近傍に設けたことを特徴とする。

さらに、発電プラントの放水口サンプリング装置において、前記サンプルポンプから配管を分岐し、各分岐にて外管導入用弁及び内管挿入用弁を設けて海水を分流させ、各々前記外管と前記内管に海水を供給することを特徴とする。

さらに、発電プラントの放水口サンプリング装置において、前記多孔質の内管の孔方向を、内管軸方向に対し内管内を流れる海水の流れ方向に傾斜させて設け内管の管壁近傍における流速を増加させることを特徴とする。

さらに、発電プラントの放水口サンプリング装置において、前記多孔質の内管の孔方向を、内管半径方向において内管中心に対し傾斜させて設け内管の管壁近傍における流速を増加させることを特徴とする。

さらに、発電プラントの放水口サンプリング装置において、前記外管入口に海水を濾過するフィルタを設けたことを特徴とする。

さらに、発電プラントの放水口サンプリング装置において、前記外管と前記内管の圧力差を検出する差圧検出器を設け、前記フィルタの目詰まりを検出することを特徴とする。

本発明は、冷却水放水口のサンプルポイントからサンプルポンプによりサンプル用の海水を取水して再び冷却水放水口に戻すとともに、配管途中に設けたサンプル採取弁を介して放水口の海水サンプリングを行う発電プラントの放水口サンプリング装置において、配管を外管と多孔質の内管からなる二重管から構成し、内管内にサンプル用の海水を流すと共に前記外管内に流体を導入して内管内の海水に流入させ、前記内管管壁への海生生物及びスラッジの付着を防止することにより、水質変化のない配管閉塞防止効果の実現及び、物理的付着防止策を講じた配管を有するサンプリング装置を提供する。

本発明の実施例１によるサンプリング装置の系統図である。本発明の実施例１および２によるサンプリング装置の断面図である。図２ＡのＡＡ断面図である。本発明の実施例２によるサンプリング装置の系統図である。本発明の実施例３によるサンプリング装置の系統図である。本発明の実施例３によるサンプリング装置の断面図である。本発明の実施例４によるサンプリング装置の系統図である。本発明の実施例４によるサンプリング装置の断面図である。本発明の実施例５によるサンプリング装置の系統図である。本発明の実施例５によるサンプリング装置の断面図である。本発明の実施例６によるサンプリング装置の断面図である。図１０ＡのＢＢ断面図である。本発明の実施例７によるサンプリング装置の系統図である。従来のサンプリング装置の系統図である。

以下、本発明の実施の形態を各実施例と図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施例１によるサンプリング装置の系統図である。二重管からなる配管Ｐの外管に空気を導入するコンプレッサ１０９がサンプル採取弁１０４より配管下流側に設置されている。なお、空気を導入するための設備としてコンプレッサ１０９の代わりにガスボンベを用いてもよい。

図２Ａに実施例１におけるサンプリング装置の断面図、図２Ｂに図２ＡのＡＡ断面図を示す。前述のように管壁近傍における流速の減少や渦流により、海生生物が配管内壁に付着したりスラッジが滞留したりするため、サンプルポンプｌ０３の下流側の配管Ｐについて図２Ａ、２Ｂに示す外管２および内管３で構成される二重管構造の配管を適用する。サンプルポンプ１０３と配管Ｐの間には空気導入用フランジ１１１が取り付けられており、コンプレッサ１０９で圧縮された空気４が空気導入用フランジ１１１の空気導入口１１１ａを経由して二重管の外管２と内管３の間に流れる。さらに、内管３は多孔質となっており、二重管の外管２に導入された空気４が内管３へ流入する。

外管２から内管３内へ流入した空気４が内管３の管壁近傍に空気の膜を生じることにより海生生物及びスラッジの管壁への接近を防ぎ、海生生物及びスラッジを水流の早い管中央へ誘導して管壁への付着を防止する。

通常は空気による海水サンプルへの汚染は殆ど考慮しなくてもよいが、実施例１ではより完全を期するため、配管内に導入される空気４によりサンプルの水質に変化が生じ分析結果に影響を与えないよう、コンプレッサ１０９による空気４の導入位置をサンプル採取弁１０４の後段に設置している。

なお、多孔質の孔の直径は、海生生物の代表例であるフジツボの幼生が通過できない５００μｍ程度が好ましい。なお、孔の直径は前記直径には限定されない。

図３は、本発明の実施例２によるサンプリング装置の系統図である。実施例２では、二重管の外管２に、成分及び放射線量が既知のガスを導入するコンプレッサ１０９ないしガスボンベを配管のサンプル採取弁１０４より流れ方向上流側に設置している。成分及び放射線量が既知のガスを利用することにより、配管内で海水１中に混入するガスの成分及び放射線量を予想することが可能であるため、サンプルの成分分析を行う際に混入するガスの影響を排除して評価を行うことが可能であり、放射性物質の系外排出の有無を適切に判断することができる。また、実施例１よりも長い配管長に渡って対策を行うことが可能となり、広範囲に渡って海生生物及びスラッジの付着を防止することが可能となる。

使用するガスは、空気の他、成分及び放射線量が既知の任意のガスを用いることができるが、海水と反応して海水成分に影響を与えることのないものを用いる。

図４は、実施例３によるサンプリング装置の系統図である。実施例３では海生生物およびスラッジの付着防止流体として、サンプル採取容器１０５に汲み上げる放水口１０１の海水１を用いる。外管２に前述の海水を導入するため、海水供給ポンプとして外管導入用サンプルポンプ１１０を設置する。海生生物およびスラッジの付着防止流体として放水口１０１の海水１を用いる理由は、付着防止流体がサンプルに混入することによりサンプルの水質が変化し、適切な放射能レベルの測定を阻害することを防ぐためである。

図５に実施例３におけるサンプリング装置の断面図を示す。前述のように管壁近傍に生じた流速の減少や渦流によって海生生物が配管内壁に付着したり、スラッジが滞留したりするため、実施例３は外管導入用サンプルポンプ１１０の下流側の配管について図５に示す構造の配管を適用する。配管Ｐは二重管になっており、外管２および内管３で構成される。サンプルポンプ１０３と二重管の間には海水導入用フランジ１１２が取り付けられており、内管導入用のサンプルポンプ１０３と外管導入用サンプルポンプ１１０に接続されている。１１２ａは海水導入口である。外管導入用サンプルポンプ１１０によって汲み上げられた海水１が、海水導入口１１２ａと海水導入用フランジ１１２を経由して二重管の外管２内部に流れる構造となっている。内管３の管内圧力よりも外管２の管内圧力が大きくなるよう圧力を調節して、配管内の海水１が外管２から内管３に流入するようにする。外管２から内管３へ海水１が流入し流れを生じることにより、内管３の管壁近傍の海水１の流れの低下を防ぎ、海生生物及びスラッジを水流の早い管中央へ誘導して管壁への接近を防ぎ、管壁への付着を防止する。なお、海水１を用いることにより配管内での気泡溜りを防ぐことができる。

図６は、本発明の実施例４によるサンプリング装置の系統図である。実施例４では、別に設けた外管導入用サンプルポンプ１１０をサンプルポイント１０２近傍に接続して、サンプルポイント１０２以降の配管Ｐを全て二重管とする。外管導入用サンプルポンプ１１０は単独で用いてもよい。

図７に実施例４におけるサンプリング装置の断面図を示す。配管Ｐは二重管になっており、外管２および内管３で構成される。サンプルポイント１０２近傍に接続された外管導入用サンプルポンプ１１０によって海水１が汲み上げられ、海水導入用フランジ１１２を経由して二重管の外管２内に流れる構造になっている。１１３は分流用フランジである。

実施例３ではサンプルポンプ１０３より上流側の配管に対しては付着防止の対策を採ることができなかった。これに対し実施例４では、更に外管導入用のサンプルポンプ１１０を放水口１０１近傍に追加することにより、放水口サンプリング装置の全配管に渡って、図５に示す対策を施すことが可能となる。

図８は、本発明の実施例５によるサンプリング装置の系統図である。実施例５では、サンプルポンプ１０３にて汲み上げた海水１を外管２導入用と内管３導入用に分流し、それぞれ流量調整用の外管導入用弁１１４、内管導入用弁１１５を通して外管２および内管３に流入する。

図９に実施例５におけるサンプリング装置の断面図を示す。配管は二重管になっており、外管２および内管３で構成される。前述のように、サンプルポンプ１０３にて汲み上げた海水１は分流用フランジ１１３を通して、内管３導入用および外管２導入用に分流される。分流された海水１はそれぞれ外管導入用弁１１４、内管導入用弁１１５を通して外管２および内管３に流入する。なお、外管２から内管３に海水１が流れるよう、内管３の圧力を下げるために二重管の内管３導入上流側にオリフィス５を設置する。

実施例３、４においては、外管導入用サンプルポンプ１１０をサンプルポンプ１０３と別に複数台用意する必要があった。これに対し実施例５ではサンプルポンプ１０３を外管導入用と内管導入用に共用することによって、ポンプが１台で済み構成の簡略化が可能となる。

実施例６では内管３の管壁近傍における水流が大きくなるように多孔質の孔の向きを改良したサンプリング装置の例を説明する。

実施例６では海生生物およびスラッジの付着防止流体として放水口１０１の海水１を用いる。

図１０Ａに実施例６におけるサンプリング装置の断面図を示す。図１０Ｂは図１０ＡのＢＢ断面図である。多孔質の孔の中心軸はサンプリングの流れ方向に対して外管２の上流側から内管３の下流側に対して流れこむよう傾斜している。従って内管３内の海水１の流速が他の実施例よりも増加する。

また、多孔質の孔の中心軸は配管半径方向に対しては、外管２からの内管３への放出の方向が内管３の管壁近傍に向かって海水１が放出されるように傾斜している。このことにより、外管２から流れ込んだ海水１が内管３の管壁近傍の海水１を巻き込んで、配管中心を軸とした旋回流が生じる。

実施例１〜５では、外管２に導入される空気４及び海水１が内管３中の海水１の流れに与える影響は内管３の孔の近傍に限られており、孔と孔の間の管壁に与える影響は限定されている。これに対し、実施例６では内管３の海水１が軸に対して回転するように下流に流れていくため、壁面全体の近傍における海水１の流速を増加させることが可能となり、より海生生物やスラッジの付着を防止する効果が期待できる。なお、内管３の多孔質の孔の方向は図１０Ａ及び図１０Ｂに示す方向には限定されない。

図１１は、本発明の実施例７によるサンプリング装置の系統図である。実施例７では二重管の外管２入口に、海水からの海生生物やスラッジ除去用のフィルタ１１９を設置する。また、内管３と外管２の差圧を測定する差圧測定器１２０を内管３と外管２の入口に接続して差圧を測定し、ある設定値より差圧が小さくなった場合に警報を発報する構造とする。

実施例７では二重管の外管２入口にフィルタ１１９を設置して、外管２内での海洋生物やスラッジの付着防止を実現できる。

外管２入口に設置したフィルタが目詰まりした場合には、外管２内の圧力が低下し外管２から内管３に海水１を流すことができなくなる可能性がある。そこで、差圧測定器１２０により内管３と外管２の圧力を測定し、差圧が小さくなった場合に警報を発報して運転員にフィルタ１１９の交換時期を知らせ、二重管による海生生物及びスラッジの付着防止効果を得ることができる。

１：海水
２：外管
３：内管
４：空気
５：オリフィス
１０１：放水口
１０２：サンプルポイント
１０３：サンプルポンプ
１０４：サンプル採取弁
１０７：放水口
１０８：サンプル出口弁
１０９：コンプレッサ
１１０：外管導入用サンプルポンプ
１１３：分流用フランジ
１１４：外管導入用弁
１１５：内管導入用弁
１１６：放射線検出器
１１９：フィルタ
１２０：差圧測定器
Ｐ：配管

Claims

配管とサンプルポンプとサンプル採取弁とを有し、冷却水放水口のサンプルポイントから前記サンプルポンプによりサンプル用の海水を取水して再び冷却水放水口に戻すとともに、前記配管途中に設けた前記サンプル採取弁を介して放水口の海水サンプリングを行う発電プラントの放水口サンプリング装置において、
前記配管を外管と多孔質の内管からなる二重管から構成し、前記内管内にサンプル用の海水を流すと共に前記外管内に流体を導入して内管内の海水に流入させ、前記内管管壁への海生生物及びスラッジの付着を防止することを特徴とする発電プラントの放水口サンプリング装置。
請求項１に記載された発電プラントの放水口サンプリング装置において、前記流体は空気からなることを特徴とする発電プラントの放水口サンプリング装置。
請求項２に記載された発電プラントの放水口サンプリング装置において、前記空気を前記外管内に供給する空気供給源を前記配管の前記サンプル採取弁の流れ方向下流に設けたことを特徴とする発電プラントの放水口サンプリング装置。
請求項２に記載された発電プラントの放水口サンプリング装置において、前記空気を前記外管内に供給する空気供給源を前記サンプルポイント近傍に設けたことを特徴とする発電プラントの放水口サンプリング装置。
請求項１に記載された発電プラントの放水口サンプリング装置において、前記流体は前記放水口から採取した海水からなることを特徴とする発電プラントの放水口サンプリング装置。
請求項５に記載された発電プラントの放水口サンプリング装置において、前記海水を前記外管に供給する海水供給ポンプを前記サンプルポンプ近傍に設けたことを特徴とする発電プラントの放水口サンプリング装置。
請求項５に記載された発電プラントの放水口サンプリング装置において、前記海水を前記外管に供給する海水供給ポンプを前記サンプルポイント近傍に設けたことを特徴とする発電プラントの放水口サンプリング装置。
請求項５に記載された発電プラントの放水口サンプリング装置において、前記サンプルポンプから配管を分岐し、各分岐にて外管導入用弁及び内管挿入用弁を設けて海水を分流させ、各々前記外管と前記内管に海水を供給することを特徴とする発電プラントの放水口サンプリング装置。
請求項５乃至８のいずれかに記載された発電プラントの放水口サンプリング装置において、前記多孔質の内管の孔方向を、内管軸方向に対し内管内を流れる海水の流れ方向に傾斜させて設け内管の管壁近傍における流速を増加させることを特徴とする発電プラントの放水口サンプリング装置。
請求項５乃至８のいずれかに記載された発電プラントの放水口サンプリング装置において、前記多孔質の内管の孔方向を、内管半径方向において内管中心に対し傾斜させて設け内管の管壁近傍における流速を増加させることを特徴とする発電プラントの放水口サンプリング装置。
請求項５乃至１０のいずれかに記載された発電プラントの放水口サンプリング装置において、前記外管入口に海水を濾過するフィルタを設けたことを特徴とする発電プラントの放水口サンプリング装置。
請求項１１に記載された発電プラントの放水口サンプリング装置において、前記外管と前記内管の圧力差を検出する差圧検出器を設け、前記フィルタの目詰まりを検出することを特徴とする発電プラントの放水口サンプリング装置。