JP4398610B2

JP4398610B2 - 沸騰水型原子力発電プラント

Info

Publication number: JP4398610B2
Application number: JP2001282561A
Authority: JP
Inventors: 力五十嵐
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Plant Systems and Services Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Plant Systems and Services Corp
Priority date: 2001-09-18
Filing date: 2001-09-18
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2021-09-18
Also published as: JP2003090896A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、不活性ガス供給装置と、圧縮空気供給設備を備えた沸騰水型原子力発電プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に沸騰水型原子力発電プラントにおいては、プラント機器に設けられた空気作動弁や各種計装制御機器等を円滑に作動させるためや、タンク，フィルタ，脱塩器の逆洗，攪拌、さらには空気作動工具等を使用するためにそれに必要な容量と圧力をもった圧縮空気を供給する圧縮空気供給設備が設けられている。
【０００３】
圧縮空気供給設備としては大きく分けて、主に空気作動弁や各種計装制御機器等に除湿，除塵された圧縮空気を供給する計装用圧縮空気供給装置と、空気作動工具等に除塵された圧縮空気を供給する所内用圧縮空気供給装置とがある。
【０００４】
一方、前記発電プラントには不活性ガス供給装置も設けられている。この不活性ガス供給装置は、例えば液体窒素を加温して得られる窒素ガスをプラント運転の際に原子炉格納容器内に供給し、原子炉格納容器内を空気雰囲気から不活性ガス雰囲気に置換するとともに、プラント運転中に原子炉格納容器から漏洩する窒素ガスを補給し、所定の圧力に維持することによって空気の漏入を防止し不活性雰囲気を維持するようにしている。
【０００５】
また前記計装用圧縮空気供給装置に接続される計装制御機器の内、原子炉格納容器内に設けられる空気作動弁へは原子炉格納容器内の不活性ガス雰囲気を維持するためにプラント通常運転時には前記不活性ガス供給装置からの窒素ガスを供給し、プラント通常運転時に不活性ガス供給装置に異常が発生し、供給ガス圧力が低下したような場合のみ計装用圧縮空気供給装置からの圧縮空気に切り替えるようにしている。
【０００６】
またこの不活性ガス供給装置はプラント通常運転期間中等に乾燥保管するプラント内の各建屋内外の機器，配管等へ機内腐食防止の観点から窒素ガスを供給している。
【０００７】
一方、近年膜分離技術が急速に発展しており、高分子の薄い膜で空気中の酸素や水蒸気を分離抽出する技術が開発されている。この膜分離技術では圧縮空気を中空糸膜の内側に供給するだけで空気中の酸素ガスを中空糸膜外側へ透過排出し、空気中の窒素ガスのみを容易に得ることができる窒素ガス発生装置や、圧縮空気を中空糸膜の内側に供給するだけで空気中の水蒸気を中空糸膜外側へ透過排出し乾燥空気を容易に得ることができる除湿装置等が実用化されている。
【０００８】
これらの装置は近年一般産業で除々に使用実績がでてきており、何れの装置もその発生原理において電源の必要がなく非常に簡素でコンパクトな特徴を有している。
【０００９】
従来の沸騰水型原子力発電プラントにおける圧縮空気供給設備、および不活性ガス供給装置の系統構成の一例を図５を参照して説明する。図５において、計装用圧縮空気供給装置１０は空気圧縮機１１にて圧縮された空気を後部冷却器１２、気水分離器１３にて冷却，水分除去した後、空気貯槽１４を経て活性アルミナ等の吸着剤を使用した吸着方式の除湿装置１５にて除湿し、乾燥空気を取り出す。この乾燥空気を供給母管１６を介して発電プラント内で計装用圧縮空気を使用する空気作動弁などの各計装制御機器の負荷１７に供給する。
【００１０】
所内用圧縮空気供給装置２０は空気圧縮機２１にて圧縮された空気を後部冷却器２２、気水分離器２３にて冷却，水分除去した後、空気貯槽２４を経て供給母管２５を介して発電プラント内で所内用圧縮空気を使用する空気作動工具などの各負荷２６に供給する。
【００１１】
一方、不活性ガス供給装置３０は、プラント通常運転時に原子炉格納容器１００内を不活性ガス雰囲気に維持するため、減圧弁３１、弁３２、逆止弁３３を有する配管３４を介して原子炉格納容器１００内に窒素ガスを供給する。またこの不活性ガス供給装置３０は配管３５、減圧弁３６、弁３７、３８、逆止弁３９を介して原子炉格納容器１００内に設けられている空気作動弁１７Ａに圧縮空気を供給するとともに、減圧弁３６の下流側から分岐した配管３９を介してプラント通常運転期間中等に乾燥保管するプラント内各建屋内外の機器、配管等の負荷１８へも機内腐食防止の観点から窒素ガスを供給する。
【００１２】
計装用圧縮空気供給装置１０と所内圧縮空気供給装置２０は弁５４を設けた配管５５で接続されており、計装用圧縮空気供給装置１０の空気貯槽１５内の圧力が何らかの故障により規定の圧力以下に低下した場合、自動的に弁５４が開き、所内用圧縮空気供給装置２０から計装用圧縮空気供給装置１０側に圧縮空気を供給しバックアップできるようになっている。
【００１３】
更に計装用圧縮空気供給装置１０と不活性ガス供給装置３０の配管３５とが弁４０、逆止弁４１を介して配管４２によって接続されている。
また、所内用圧縮空気供給装置２０の配管２５と原子炉格納容器１００内の負荷２６Ａとが弁４３と逆止弁４４を介して配管４５で接続されている。
【００１４】
このような構成の沸騰水型原子力発電プラントではプラント通常運転時は弁４０が閉、弁３２、３７、３８が開となって原子炉格納容器１００内および空気作動弁１７Ａ、負荷１８に不活性ガス供給装置３０から窒素ガスを供給する。また計装用圧縮空気供給装置１０と所内圧縮空気供給装置２０もそれぞれ各負荷１７、２６、２６Ａに空気圧縮機１１、２１から圧縮空気を供給する。
【００１５】
発電プラント停止中は弁３７と弁４０の開閉を逆に切換え、計装用圧縮空気供給装置１０からの圧縮空気を空気作動弁１７Ａに供給する。
プラント通常運転中に不活性ガス供給装置３０に何らかの異常が発生し、ガス供給圧力が万一低下した場合は自動的に弁３７と弁４０の開閉が切換わり計装用圧縮空気供給装置１０からの圧縮空気を空気作動弁１７Ａに供給する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の沸騰水型原子力発電プラントにおいては、プラント通常運転時に不活性ガス供給装置３０の異常により万一供給圧力が低下した場合には自動的に計装用圧縮空気供給装置１０側から圧縮空気が原子炉格納容器１００内の空気作動弁１７Ａ等の負荷に供給され、またプラント運転中に原子炉格納容器１００から漏洩する窒素ガス量を補給することができず、原子炉格納容器１００内を不活性ガス雰囲気に維持することができなくなり運転信頼性に欠ける課題がある。
【００１７】
更にプラント通常運転期間中等に乾燥保管を行う機器はプラント内各建屋内外に点在しており、不活性ガス供給装置３０からそれらの機器に窒素ガスを供給するには機器への窒素ガス供給配管長が長くなりコスト高となる。
【００１８】
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、プラント通常運転時に不活性ガス供給装置の異常により万一供給圧力が低下した場合にも合理的に窒素ガスを原子炉格納容器内計装機器及び原子炉格納容器内に連続供給し、原子炉格納容器内を不活性ガス雰囲気に維持することでプラント運転の信頼性を向上し、更にプラント通常運転期間中等に乾燥保管を行う機器への窒素ガス供給配管長を短縮することで配管系物量低減を図ることを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項１記載の発明は、原子炉格納容器内に窒素ガスを供給する不活性ガス供給装置と、プラント内負荷に圧縮空気を供給する圧縮空気供給設備とを備えた沸騰水型原子力発電プラントにおいて、中空糸膜分離式窒素ガス発生装置を設け、不活性ガス供給装置の異常時に前記圧縮空気供給設備の圧縮空気から前記中空糸膜分離式窒素ガス発生装置を通して得られる窒素ガスを原子炉格納容器内に供給するようにしたことを特徴とする。
この発明によればプラント運転中に不活性ガス供給装置に異常が生じた場合でも圧縮空気供給設備から原子炉格納容器内に連続して窒素ガスが供給される。
【００２０】
本発明の請求項２記載の発明は、原子炉格納容器内に窒素ガスを供給する不活性ガス供給装置と、プラント内負荷に圧縮空気を供給する圧縮空気供給設備とを備えた沸騰水型原子力発電プラントにおいて、中空糸膜分離式除湿装置と中空糸膜分離式窒素ガス発生装置とを設け、不活性ガス供給装置の異常時に前記圧縮空気供給設備の圧縮空気から前記中空糸膜分離式除湿装置と中空糸膜分離式窒素ガス発生装置とを通して得られる窒素ガスを原子炉格納容器内に供給するようにしたことを特徴とする。
【００２１】
この発明によればプラント運転中に不活性ガス供給装置に異常が生じた場合でも圧縮空気供給設備から原子炉格納容器内に連続して除湿した窒素ガスが供給される。
【００２２】
本発明の請求項３記載の発明は、請求項１記載の沸騰水型原子力発電プラントにおいて、圧縮空気供給設備から原子炉格納容器内に設けた計装制御機器に窒素ガスを供給することを特徴とする。
【００２３】
この発明によればプラント運転中に不活性ガス供給装置に異常が生じた場合でも圧縮空気供給設備から原子炉格納容器内に設けた計装制御機器に連続して窒素ガスが供給される。
【００２４】
本発明の請求項４記載の発明は、請求項１記載の沸騰水型原子力発電プラントにおいて、プラント運転期間中に乾燥保管するプラント内機器に窒素ガスを供給することを特徴とする。
【００２５】
この発明によればプラント運転中に不活性ガス供給装置に異常が生じた場合でも圧縮空気供給設備からプラント運転期間中に乾燥保管するプラント内機器に連続して窒素ガスが供給される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態を示す系統構成図である。図１において図５に示す従来の発電プラントと同一部分には同一の符号を付し、説明は省略する。計装用圧縮空気供給装置１０において、原子炉格納容器１００内の空気作動弁１７Ａへ圧縮空気を供給する配管４２から配管４６を分岐させ、この配管４６に中空糸膜分離式窒素ガス発生装置４７、弁４８、逆止弁４９を設けて配管５０を介して再び前記配管４２に接続している。また逆止弁４９の下流側は配管５１を介して不活性ガス供給装置３０から原子炉格納容器１００内へ窒素ガスを供給する配管３４に接続しており、接続点下流には弁５２が設置されている。
【００２７】
乾燥保管用窒素ガスを必要とする負荷１８へはその近傍に配置される計装用圧縮空気供給装置１０の配管１６から分岐した配管１９を通して各々に中空糸膜分離式窒素ガス発生装置５３を介して窒素ガスを供給する。
【００２８】
ここで窒素ガス発生装置として用いられる中空糸膜分離式窒素ガス発生装置の構成の一例について図２（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。空気圧縮機で圧縮された圧縮空気６０を中空糸膜６１の内側に供給し中空糸膜６１を隔ててその内外を高圧と低圧に保持すると圧縮空気６０中の酸素ガス６２成分は中空糸膜６１の内側から選択的に透過し非透過側の中空糸膜６１の出口で窒素ガス６３が得られる。中空糸膜式の窒素ガス発生装置はこの酸素ガス６２の透過性に優れた中空糸膜６１を束ねて一つ筒状の容器６４に収納しており、透過した酸素ガス６２は容器６４から大気６５に放出される。
【００２９】
このように構成された本発明の第１の実施の形態による沸騰水型原子力発電プラントによれば、プラント通常運転時は弁４０、４８が閉、弁３２、５２、３７、３８が開となって原子炉格納容器１００内および空気作動弁１７Ａに不活性ガス供給装置３０より窒素ガスを供給する。また計装用圧縮空気供給装置１０と所内用圧縮空気系供給装置２０もそれぞれ各負荷１７、２６、２６Ａに空気圧縮機１１、２１から圧縮空気を供給する。
発電プラント停止中は弁３７と弁４０の開閉を逆に切換え、計装用圧縮空気供給装置１０から圧縮空気を空気作動弁１７Ａに供給する。
【００３０】
次に、プラント通常運転時に不活性ガス供給装置３０の異常により万一供給圧力が低下した場合にはそれを検出し、自動的に弁３２、３７と弁４０、４８の開閉が逆転し、配管４６、中空糸膜分離式窒素ガス発生装置４７、弁４８、逆止弁４９、配管５０、弁３８を介して原子炉格納容器１００内の空気作動弁１７Ａに計装用圧縮空気供給装置１０の圧縮空気から得られる窒素ガスを供給する。それとともに、配管４６、中空糸膜分離式窒素ガス発生装置４７、弁４８、逆止弁４９、配管５１、弁５２を介して原子炉格納容器１００内に計装用圧縮空気供給装置１０の圧縮空気から得られる窒素ガスを供給する。これによりプラント運転中に不活性ガス供給装置３０に異常が生じた場合でも圧縮空気供給設備から原子炉格納容器１００内に連続して窒素ガスが供給される。また、乾燥保管用窒素ガスを必要とする負荷１８へはその近傍に配置される計装用圧縮空気供給装置１０の配管１６から分岐した配管１９を通して各々に中空糸膜分離式窒素ガス発生装置５３を介して窒素ガスを供給するので窒素ガス供給用の配管を必要以上に引き回す必要がなく配管系物量を低減できる。
【００３１】
次に本発明の第２の実施の形態について図３を参照して説明する。本実施の形態においては、所内用圧縮空気供給装置２０の原子炉格納容器１００内へ供給する配管４５から分岐した配管７０に中空糸膜分離式除湿装置７１、中空糸膜分離式窒素ガス発生装置７２、弁７３、逆止弁７４が設けられており、不活性ガス供給装置３０の原子炉格納容器１００内へ窒素ガスを供給する配管３４に接続されており、接続点下流には７５が設けられている。また中空糸膜分離式窒素ガス発生装置７２と弁７３の間から分岐した配管７６には弁７７、逆止弁７８が設けられており、計装用圧縮空気供給装置１０の原子炉格納容器１００内空気作動弁１７Ａへ圧縮空気を供給する配管３５に接続されている。
【００３２】
乾燥保管用窒素ガスを必要とする負荷１８へはその近傍に配置される所内用圧縮空気系供給装置２０の配管２５から分岐した配管１９各々に中空糸膜分離式除湿装置７１、中空糸膜分離式窒素ガス発生装置７２を設けている。
【００３３】
尚、中空糸膜分離式窒素ガス発生装置７２の上流に中空糸膜分離式除湿装置７１を設けているのは、所内圧縮空気系の圧縮空気は湿潤空気のため、中空糸膜分離式窒素ガス発生装置７２に供給する圧縮空気を乾燥空気にするためである。
【００３４】
中空糸膜分離式除湿装置７１の構成の一例について図４（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。空気圧縮機で圧縮された湿潤空気８０を中空糸膜８１の内側に供給し中空糸膜８１を隔ててその内外を水蒸気分圧を高圧と低圧に保持すると湿潤空気８０中の水蒸気８２成分は中空糸膜８０の内側から選択的に透過し非透過側の中空糸膜８０の出口で乾燥空気８３が得られる。中空糸膜式の除湿装置はこの水蒸気８２の透過性に優れた中空糸膜８１を束ねて一つ筒状の容器８４に収納しており、乾燥空気８３の一部をパージ配管８５を介して中空糸膜８１の外側にパージすることによって膜を隔てた内側と外側での水蒸気分圧が大きくし、また透過した水蒸気８２は容器８４から大気８６に連続放出する。
【００３５】
このように構成された本発明の第２の実施の形態による沸騰水型原子力発電システムによれば、プラント通常運転時に不活性ガス供給装置３０の異常により万一供給圧力が低下した場合にはそれを検出し、自動的に弁３７と７７、弁３２と７３の開閉が逆転し、配管７０、中空糸膜分離式除湿装置７１、中空糸膜分離式窒素ガス発生装置７２、弁７７、逆止弁７８、配管７６、弁３８を介して原子炉格納容器１００内の空気作動弁１７Ａに圧縮空気から得られる窒素ガスを供給する。それとともに、弁７３、逆止弁７４、弁７５を介して原子炉格納容器１００内に所内用圧縮空気供給装置の圧縮空気から得られる窒素ガスを供給する。
【００３６】
また、プラント停止中の原子炉格納容器１００内点検時等は従来どおり弁３７と弁４０との開閉を逆転させ計装用圧縮空気供給装置１０の圧縮空気を原子炉格納容器１００内の空気作動弁１７Ａに供給する。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、プラント通常運転時に不活性ガス供給装置の異常により万一供給圧力が低下した場合にも合理的に窒素ガスを原子炉格納容器内および格納容器内計装機器に連続して供給し、格納容器内を不活性ガス雰囲気に維持することでプラント運転の信頼性を向上し、更にプラント通常運転期間中等に乾燥保管を行う機器への窒素ガス供給配管長を短縮することができ、配管系物量低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す沸騰水型原子力発電システムの系統構成図。
【図２】本発明における中空糸膜分離式窒素ガス発生装置を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す沸騰水型原子力発電システムの系統構成図。
【図４】本発明における中空糸膜分離式除湿装置を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図。
【図５】従来の沸騰水型原子力発電システムの系統構成図。
【符号の説明】
１０…計装用圧縮空気供給装置、１７Ａ…空気作動弁、２０…所内用圧縮空気供給装置、３０…不活性ガス供給装置、４７…中空糸膜分離式窒素ガス発生装置、７１…中空糸膜分離式除湿装置、７２…中空糸膜分離式窒素ガス発生装置。

Claims

原子炉格納容器内に窒素ガスを供給する不活性ガス供給装置と、プラント内負荷に圧縮空気を供給する圧縮空気供給設備と、不活性ガス供給装置の異常時に前記圧縮空気供給設備の圧縮空気から窒素ガスを分離し、原子炉格納容器内に窒素ガスを供給する中空糸膜分離式窒素ガス発生装置とを備えた沸騰水型原子力発電プラント。
原子炉格納容器内に窒素ガスを供給する不活性ガス供給装置と、プラント内負荷に圧縮空気を供給する圧縮空気供給設備と、不活性ガス供給装置の異常時に前記圧縮空気供給設備の圧縮空気を除湿する中空糸膜分離式除湿装置と、除湿された圧縮空気から窒素ガスを分離し、原子炉格納容器内に窒素ガスを供給する中空糸膜分離式窒素ガス発生装置とを備えた沸騰水型原子力発電プラント。
原子炉格納容器内に設けた計装制御機器に窒素ガスを供給する請求項１記載の沸騰水型原子力発電プラント。
プラント運転期間中に乾燥保管するプラント内機器に窒素ガスを供給する請求項２記載の沸騰水型原子力発電プラント。