JP2018091806A

JP2018091806A - 原子炉格納容器のベント流量計測システム

Info

Publication number: JP2018091806A
Application number: JP2016237440A
Authority: JP
Inventors: 有紀子串間; Yukiko Kushima
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2016-12-07
Filing date: 2016-12-07
Publication date: 2018-06-14
Anticipated expiration: 2036-12-07
Also published as: JP6670229B2

Abstract

【課題】
配管システム内の圧力損失を増加させることなく流量測定ができ、格納容器ベント時の放出放射能の推定が可能なこと。
【解決手段】
本発明の原子炉格納容器のベント流量計測システムは、上記課題を解決するために、原子炉格納容器に接続されているベント配管の途中に接続され、ベント配管内の圧力を測定するベント配管圧力計と、原子炉格納容器の圧力抑制室内の圧力を測定する圧力抑制室圧力計と、予め組み込まれた圧力−質量流量グラフに基づいて圧力抑制室圧力計で測定された圧力抑制室内の圧力に対応する質量流量に変換する圧力−質量流量変換器と、予め組み込まれた飽和蒸気表に基づいてベント配管圧力計で測定されたベント配管内の圧力に対応する蒸気密度に変換すると共に、蒸気密度と圧力−質量流量変換器からの質量流量に基づいて得られた体積流量を出力する演算器とを備えていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は原子炉格納容器のベント流量計測システムに係り、特に、格納容器ベント時の放出放射能を推定するためにベント流量を測定するものに好適な原子炉格納容器のベント流量計測システムに関する。

原子炉プラントに設置されている原子炉格納容器のベント流量計測システムの主な目的は、原子炉格納容器内の圧力が、例えば全交流電源喪失等の重大事故時に設計圧力以上に高まった場合、原子炉格納容器の破損を防止するために内部の圧力を開放し、原子炉格納容器を減圧すること、及び上記重大事故時に原子炉格納容器内に放出、蓄積された原子炉冷却材を蒸気として原子炉格納容器外に排出し、原子炉停止後の炉心崩壊熱を除去することである。

以上のような重大事故時のベントシステム自体の機能を監視するため、原子炉格納容器のベント流量計測システムには、原子炉格納容器に接続されているベント配管上に、ベント配管内の圧力を計測する圧力計が設置されており、この圧力計でベント配管内の圧力を監視することで原子炉格納容器の減圧が確実に行われているか確認できる構成となっている。

ここで重要なのは、原子炉格納容器のベント流量計測システムは、炉心損傷を伴う重大事故時に使用される可能性があることである。即ち、炉心損傷時には、原子炉格納容器のベント流量計測システムを通して放射性物質を含む蒸気を原子炉格納容器外に放出することになるため、格納容器ベント時の放出放射能を推定するために、モニタによる計測放射能とベント流量を測定する必要があり、原子炉格納容器のベント流量計測システムが用いられる。

通常、原子炉格納容器のベントシステムには、動的に流量を調節する設備は設置されていないため、原子炉格納容器のベントシステムを流れる蒸気は、原子炉停止後の炉心崩壊熱相当の流量となる。従って、原子炉格納容器の減圧と共に蒸気の物性が変化することと、時間と共に炉心崩壊熱が減衰するに伴い蒸気流量が変化するのが特徴である。

このように物性値が変化する流体の流量測定には、通常、差圧式の流量計が用いられる。差圧式流量計は、流量計エレメントとしてオリフィスプレートやフローノズルを用いるため、配管システム内に組み込んだ際に圧力損失を生じる。

ここで、図１を用いて配管システムにおける差圧式流量計測システムの基本構造及び作動原理を説明する。

図１において、配管２には、流量計オリフィス３と導圧管５ａ及び５ｂが設置されている。導圧管５ａ及び５ｂは、配管２内の流体流れ１に対して流量計オリフィス３の上流側及び下流側に元弁４と三岐弁６を介して設置されており、流量計オリフィス３の上流側と下流側の圧力を差圧伝送器７に伝えている。差圧伝送器７からの出力は、開平演算器８に入力され、開平演算器８で差圧データによる流体密度及び流量計オリフィス３の開口面積を用いて開平演算されることにより流量信号９に変換される。

ここで重要なのは、上記した配管システムにおける差圧式流量計測システムでは、流量計オリフィス３は、配管システムにおいて流体抵抗となるため、流量計オリフィス３を設置することで、配管システムの圧力損失が増加することである。

また、配管システムにおける差圧式流量計に関しては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。

この特許文献１には、流量を測定する配管の流れ方向の２個所に設置した圧力検出装置における圧力を検出し、両者の差圧から流量を求める差圧式流量計、つまり、オリフィス、ノズル、ベンチュリー管などの絞り部を挿入し、この絞り部の前後で生じる圧力差（差圧）を測定し、この測定した差圧から流量を高精度で測定できる差圧式流量計を得るために、２つの圧力検出装置のそれぞれに歪ゲージやピエゾ素子のような圧力検出手段を接続し、各圧力検出手段に加わる流体の圧力を均等化する導通路を設けると共に、この均等化された圧力に基づいて各圧力検出手段からの検出値を調整する計測制御装置を設けた構成が記載されている。

特開２０００−２８３８１０号公報

ところで、原子炉格納容器のベント流量計測システムは、原子炉格納容器の減圧及び炉心崩壊熱の除熱に必要な流量以上を排出可能なシステムとする必要があるため、ある流量に対する配管システムの圧力損失の上限値は決まっている。

従って、原子炉格納容器のベント流量計測システムに上述したような流量計オリフィス或いは特許文献１のようなオリフィス、ノズル、ベンチュリー管などの絞り部を組み込んだ場合は、流量計オリフィスや絞り部が流体抵抗となるため、配管システムの流量が低下してしまい、結局、流体抵抗となりうる流量計オリフィスや絞り部の設置は、原子炉格納容器のベントシステムの性能を低下させることになる。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、配管システム内の圧力損失を増加させることなく流量測定ができ、格納容器ベント時の放出放射能の推定が可能な原子炉格納容器のベント流量計測システムを提供することある。

本発明の原子炉格納容器のベント流量計測システムは、上記目的を達成するために、炉心を内蔵する原子炉圧力容器を収納すると共に、圧力抑制室を備えた原子炉格納容器のベント流量を計測するシステムであって、前記原子炉格納容器に接続されているベント配管の途中に接続され、前記ベント配管内の圧力を測定するベント配管圧力計と、前記原子炉格納容器の前記圧力抑制室内の圧力を測定する圧力抑制室圧力計と、予め組み込まれた圧力−質量流量グラフに基づいて前記圧力抑制室圧力計で測定された前記圧力抑制室内の圧力に対応する質量流量に変換する圧力−質量流量変換器と、予め組み込まれた飽和蒸気表に基づいて前記ベント配管圧力計で測定された前記ベント配管内の圧力に対応する蒸気密度に変換すると共に、前記蒸気密度と前記圧力−質量流量変換器からの質量流量に基づいて得られた体積流量を出力する演算器とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、配管システム内の圧力損失を増加させることなく流量測定ができ、格納容器ベント時の放出放射能の推定が可能となる。

従来の差圧式流量測定システムの基本構成及び作動原理を説明するための図である。本発明の原子炉格納容器のベント流量計測システムの実施例１を示す概略構成図である。本発明の原子炉格納容器のベント流量計測システムの実施例２を示す概略構成図である。

以下、図示した実施例に基づいて本発明の原子炉格納容器のベント流量計測システムを説明する。なお、各実施例において、同一構成部品には同符号を使用する。

図２に、本発明の原子炉格納容器のベント流量計測システムの実施例１を示す。

該図に示すように、本実施例の原子炉格納容器のベント流量計測システムは、炉心（図示せず）を内蔵する原子炉圧力容器１１を収納すると共に、圧力抑制室１３を備えた原子炉格納容器１２にベント配管１４が接続され、このベント配管１４の途中で、かつ、ベント弁１５の下流側に接続された第２の配管系統１０ｂに設置されベント配管１４内の圧力を測定するベント配管圧力計１７と、原子炉格納容器１２の圧力抑制室１３内の圧力を測定する圧力抑制室圧力計１６と、第１の配管系統１０ａに設置され、予め組み込まれた圧力−質量流量グラフ１９に基づいて圧力抑制室圧力計１６で測定された圧力抑制室１３内の圧力に対応する質量流量に変換する圧力−質量流量変換器１８と、予め組み込まれた飽和蒸気表に基づいてベント配管圧力計１７で測定されたベント配管１４内の圧力に対応する蒸気密度に変換すると共に、蒸気密度と圧力−質量流量変換器１８からの質量流量に基づいて得られた体積流量の信号２１を出力する演算器２０とを備えて概略構成されている。

即ち、ベント配管１４上に設置されたベント配管圧力計１７からのベント配管１４の圧力データは演算器２０に入力され、当該ベント配管１４の圧力データは、演算器２０に組み込まれた飽和蒸気表により、その圧力に対応する蒸気密度に変換される。

また、原子炉格納容器１２内の圧力抑制室１３に設置された圧力抑制室圧力計１６からの圧力データは、圧力−質量流量変換器１８に入力され、予め組み込まれた圧力−質量流量グラフ１９により、圧力抑制室１３の圧力に対応する質量流量に変換される。変換された質量流量データは演算器２０に入力され、この質量流量データとベント配管１４内の圧力データから変換された蒸気密度により体積流量に変換され、体積流量の信号２１として出力される。

このような本実施例の構成とすることにより、配管システム内に流量計オリフィス等のような流体抵抗となる設備を設置しないことから、配管システムの圧力損失を増加させることなく原子炉格納容器のベント流量計測システムの流量測定が可能となる。

従って、本実施例の原子炉格納容器のベント流量計測システムにより測定された流量データから格納容器ベント時の放出放射能の推定が可能となり、また、流量計設置に伴う配管システム内の他の要素の圧力損失の低減も必要がないため、設備物量も増加することがない。

よって、本実施例によれば、配管システム内の圧力損失を増加させることなく流量測定ができ、格納容器ベント時の放出放射能の推定が可能となる。

図３に、本発明の原子炉格納容器のベント流量計測システムの実施例２を示す。

該図に示す本実施例は、図２に示した実施例１と略同一構成だが、ベント配管圧力計１７が設置されている第２の配管系統１０ｂが接続されている接続部より上流側、即ち、第２の配管系統１０ｂが接続されている接続部（ベント配管圧力計１７）とベント弁１５の間のベント配管１４に、原子炉格納容器１２からの放射性物質を除去するベントフィルタ２２が設置されている点が、実施例１とは異なる。

このような本実施例の構成であっても、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、ベント配管圧力計１７は、ベントフィルタ２２より下流側に設置されているため、体積流量の信号２１を利用して、ベントフィルタ２２の効果（ベントフィルタ２２で放射性物質をどの程度除去したか）を定量的に評価することが可能となる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…配管内の流体流れ、２…配管、３…流量計オリフィス、４…元弁、５ａ、５ｂ…導圧管、６…三岐弁、７…差圧伝送器、８…開平演算器、９…流量信号、１０ａ…第１の配管系統、１０ｂ…第２の配管系統、１１…原子炉圧力容器、１２…原子炉格納容器、１３…圧力抑制室、１４…ベント配管、１５…ベント弁、１６…圧力抑制室圧力計、１７…ベント配管圧力計、１８…圧力−質量流量変換器、１９…圧力−質量流量グラフ、２０…演算器、２１…体積流量の信号、２２…ベントフィルタ。

Claims

炉心を内蔵する原子炉圧力容器を収納すると共に、圧力抑制室を備えた原子炉格納容器のベント流量を計測するシステムであって、
前記原子炉格納容器に接続されているベント配管の途中に接続され、前記ベント配管内の圧力を測定するベント配管圧力計と、前記原子炉格納容器の前記圧力抑制室内の圧力を測定する圧力抑制室圧力計と、予め組み込まれた圧力−質量流量グラフに基づいて前記圧力抑制室圧力計で測定された前記圧力抑制室内の圧力に対応する質量流量に変換する圧力−質量流量変換器と、予め組み込まれた飽和蒸気表に基づいて前記ベント配管圧力計で測定された前記ベント配管内の圧力に対応する蒸気密度に変換すると共に、前記蒸気密度と前記圧力−質量流量変換器からの質量流量に基づいて得られた体積流量を出力する演算器とを備えていることを特徴とする原子炉格納容器のベント流量計測システム。
請求項１に記載の原子炉格納容器のベント流量計測システムにおいて、
前記ベント配管の途中にベント弁が設置され、該ベント弁の下流側の前記ベント配管に前記ベント配管圧力計が接続されていることを特徴とする原子炉格納容器のベント流量計測システム。
請求項２に記載の原子炉格納容器のベント流量計測システムにおいて、
前記ベント配管圧力計が接続されている接続部より上流側の前記ベント配管に、前記原子炉格納容器からの放射性物質を除去するフィルタが設置されていることを特徴とする原子炉格納容器のベント流量計測システム。