JP5437920B2 - 原子炉圧力容器のセーフエンド・サーマルスリーブの補修方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＢＷＲ原子炉圧力容器に係り、特にその原子炉圧力容器のノズルとセーフエンドの溶接継手部の応力腐食割れ発生時のセーフエンドおよびサーマルスリーブの取替え、または応力腐食割れを防止するために材料を改善したセーフエンドおよびサーマルスリーブへの交換の方法に関するものである。

図７は、原子炉圧力容器の上蓋を開放した状態での縦断面図である。同図に示すように、原子炉圧力容器１０の周壁に設けられたノズル１には、炉内側に流体を流すためのサーマルスリーブ５と呼ばれる内管を有するものがある。このサーマルスリーブ５は炉内配管１１との取り合い調整が必要なため、プラント建設時においては、作業性を考慮して、炉内側よりセーフエンド２の内側に溶接で取り付けられている。図中の符号１９は炉心シュラウド、２０はジェットポンプである。

なお、本明細書で記述するセーフエンドは、ノズルと炉外配管を接続するための短管を指している。
前記ノズル１の代表的な例として、炉水を炉内で循環させるためのループの経路である再循環水入口ノズル、炉内に給水する給水ノズル、緊急時に炉心に注水する炉心スプレイノズル等がある。

旧い原子炉圧力容器では、前記ノズル１とセーフエンド２の溶接部、ならびにセーフエンド２とサーマルスリーブ５の溶接部は、応力腐食割れの感受性をもつ材料が使われていることがあり、溶接部の引張残留応力により、長期間の運転中に、その内側に応力腐食割れ（ＳＣＣ）が発生することがある。この場合、セーフエンド２およびサーマルスリーブ５を取り外し、耐ＳＣＣ性の優れた材料で製作されたセーフエンド２およびサーマルスリーブ５に交換することが必要である。

ところが、サーマルスリーブ５の先には炉内配管１１が接続されており、しかも、炉内は放射線が強い空間であるため、ノズル１へのアクセスは炉外からとなるが、炉内からサーマルスリーブ５を挿入しないと交換ができない次のような理由がある。

ノズル１とセーフエンド２の溶接部は高い品質を確保するために、溶接後に内外面を仕上げて検査を行っている。その内面の仕上げと検査を行うためには、サーマルスリーブ５がない状態でないと行えない。

さらに、サーマルスリーブ５とセーフエンド２の溶接部は、クレビス（欠陥部）の形成を防ぐために完全溶け込みの突き合わせ溶接を行う必要があり、セーフエンド２は内面に溝を加工し、サーマルスリーブ５との突合せ溶接が可能な構造とし、かつ、突合せ溶接の位置についてはセーフエンド２とノズル１の溶接部が内面側から検査できるように、セーフエンド２とノズル１の溶接位置よりも炉外配管側になるような構造としている。

ソケット溶接のような不完全溶け込み溶接であると、クレビス（欠陥部）の部分に隙間腐食が発生し、応力腐食割れ発生の可能性が高まるのを防止するためと、振動による疲労を防止するために、前述のような構造を採用している。

従って、セーフエンド２は内面に溝を形成し、サーマルスリーブ５との突合せ溶接が可能な構造とし、かつ、プラント建設時の突合せ溶接位置については、据付性およびセーフエンド２とノズル１の溶接部が内面側から検査できるように、セーフエンド２とノズル１の溶接位置よりも配管側(外側)になるように決定している。

このようなことから従来は、セーフエンド２の取り付け後に内面を仕上げて検査し、サーマルスリーブ５を取り付けるためには、シュラウド取替のような炉内機器交換の大工事のときに行うしか方法がなかった。

原子力圧力容器におけるセーフエンドの取替え方法に関しては、例えば下記のような特許文献を挙げることができる。

特開昭５９−１９２９９５号公報

ところで、最近の応力腐食割れ対策として、残留応力の改善が重要視されるようになっている。それは、例えばＳＵＳ３１６のような鋭敏化を起こし難い材料でも応力腐食割れを起こす事例が発生し、材料の改善だけでなく応力の改善も必要と考えられたためである。

この残留応力の改善方法として、研磨やピーニングなどがある。研磨やピーニングをノズルとセーフエンドの溶接部の内面の残留応力改善方法として適用するためには、溶接後にアクセスできないといけない。

すなわち、前述のことから、セーフエンドとサーマルスリーブの交換は、先にセーフエンドを取り付けて溶接部内面を仕上げや検査、残留応力改善施工など行った後、サーマルスリーブを取り付ける必要があるが、従来は炉外からのみアクセスして交換する方法がなかった。

本発明の目的は、このような課題を解決するために、炉外からのアクセスが可能で、セーフエンドやサーマルスリーブの交換、ならびにノズルとセーフエンドの溶接部内面の残留応力改善処理ができる原子炉圧力容器のセーフエンド・サーマルスリーブの補修方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の第１の手段は、
原子炉圧力容器の周壁の所定位置にノズルが設けられ、そのノズルにセーフエンドを介して炉外配管が接続され、前記セーフエンドの内側にサーマルスリーブが配置されて、そのサーマルスリーブの一方の端部が前記セーフエンドの内周部に溶接された原子炉圧力容器のセーフエンド・サーマルスリーブの補修方法を対象とするものである。

そして、前記サーマルスリーブの溶接開先の外径よりも大きい内径を有するサーマルスリーブ取り付け溶接開先を内周部に突設した新規のセーフエンドを準備する工程と、
既設のセーフエンドを前記ノズル、炉外配管ならびにサーマルスリーブから切断して離脱させるセーフエンド離脱工程と、
前記ノズルと前記新規のセーフエンドとの継手部にそれぞれ突合せ溶接開先を形成して、前記ノズルと前記新規のセーフエンドを突合せ溶接を行なうノズル・新規セーフエンド突合せ溶接工程と、
前記原子炉圧力容器の炉外から前記新規のセーフエンドの内側にサーマルスリーブを挿入して、前記新規のセーフエンドのサーマルスリーブ取り付け溶接開先とサーマルスリーブの溶接開先とを突合せ溶接する新規セーフエンド・サーマルスリーブ突合せ溶接工程とを含むことを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は前記第１の手段において、
前記新規のセーフエンドの内側に挿入して、そのセーフエンドと突合せ溶接するサーマルスリーブも新規のサーマルスリーブであることを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第１または第２の手段において、
前記サーマルスリーブとセーフエンドの溶接部が前記ノズルとセーフエンドの溶接部よりも原子炉圧力容器の外側にあって、
前記ノズル・新規セーフエンド突合せ溶接工程と、前記新規セーフエンド・サーマルスリーブ突合せ溶接工程の間に、
前記ノズルと新規のセーフエンドとの突合せ溶接部の内面に残留応力改善処理を行なう残留応力改善処理工程を追加したことを特徴とするものである。

本発明の第４の手段は前記第１または第２の手段において、
前記サーマルスリーブとセーフエンドの溶接部が前記ノズルとセーフエンドの溶接部よりも原子炉圧力容器の外側にあって、
前記ノズル・新規セーフエンド突合せ溶接工程と、前記新規セーフエンド・サーマルスリーブ突合せ溶接工程の間に、
前記ノズルと新規のセーフエンドとの突合せ溶接部の内面に耐食肉盛溶接を行なう耐食肉盛溶接工程を追加したことを特徴とするものである。

本発明の第５の手段は前記第３の手段において、
前記耐食肉盛溶接工程と、前記新規セーフエンド・サーマルスリーブ突合せ溶接工程の間に、
前記耐食肉盛溶接部の内面に残留応力改善処理を行なう残留応力改善処理工程を追加したことを特徴とするものである。

本発明の第６の手段は、
一方の開口部に溶接開先を有する新規のサーマルスリーブを準備する工程と、
既設のサーマルスリーブをサーマルエンドから切断して離脱させるサーマルエンド離脱工程と、
前記既設のセーフエンドの内周部にテンパービードによる肉盛溶接により、前記新規のサーマルスリーブの溶接開先の外径よりも大きい内径を有するサーマルスリーブ取り付け溶接開先を突設する工程と、
前記原子炉圧力容器の炉外から前記既設のセーフエンドの内側に前記新規のサーマルスリーブを挿入して、前記既設のセーフエンドのサーマルスリーブ取り付け溶接開先と前記新規のサーマルスリーブの溶接開先とを突合せ溶接するセーフエンド・新規サーマルスリーブ突合せ溶接工程とを含むことを特徴とするものである。

本発明は前述したような構成になっており、炉内機器（炉心シュラウド等）を交換することなく、炉外からのアクセスのみでセーフエンドやサーマルスリーブの交換、ならびにノズルとセーフエンドの溶接部内面の残留応力改善処理ができるセーフエンド・サーマルスリーブの補修方法を提供することができる。

本発明の実施例１に係るノズル、セーフエンドならびにサーマルスリーブ付近の断面図である。 サーマルスリーブをセーフエンドに溶接するまでの経時的な状態を示す拡大断面図である。 本発明の実施例で用いるインサートリングの一部斜視図である。 本発明の実施例１において、新規のサーマルスリーブを取り付けるまでの工程を示す工程図である。 本発明の実施例２に係るノズル、セーフエンドならびにサーマルスリーブ付近の断面図である。 本発明の実施例３に係るノズルならびにセーフエンド付近の断面図である。 本発明の対象機器である原子炉圧力容器の上蓋を開放した状態での断面図である。

本発明は前述のように、原子炉圧力容器の周壁の所定位置にノズルが設けられ、そのノズルにセーフエンドを介して炉外配管が接続され、前記セーフエンドの内側にサーマルスリーブが配置されて、そのサーマルスリーブの一方の端部が前記セーフエンドの内周部に溶接された原子炉圧力容器のセーフエンド・サーマルスリーブの補修方法において、
前記サーマルスリーブの溶接開先の外径よりも大きい内径を有するサーマルスリーブ取り付け溶接開先を内周部に突設した新規のセーフエンドを準備する工程と、
既設のセーフエンドを前記ノズル、炉外配管ならびにサーマルスリーブから切断して離脱させるセーフエンド離脱工程と、
前記ノズルと前記新規のセーフエンドとの継手部にそれぞれ突合せ溶接開先を形成して、前記ノズルと前記新規のセーフエンドを突合せ溶接を行なうノズル・新規セーフエンド突合せ溶接工程と、
前記原子炉圧力容器の炉外から前記新規のセーフエンドの内側にサーマルスリーブを挿入して、前記新規のセーフエンドのサーマルスリーブ取り付け溶接開先とサーマルスリーブの溶接開先とを突合せ溶接する新規セーフエンド・サーマルスリーブ突合せ溶接工程と
を含むことを特徴とするものである。

これによって、シュラウド取替工事なしでも、セーフエンドの取り付け後にセーフエンド溶接部内面を手入れし、応力改善処理を施すことができ、サーマルスリーブをセーフエンドに突合せ溶接することができる。
次に本発明の各実施例を図面とともに説明する。

図１は、本発明の実施例１に係るノズル、セーフエンドならびにサーマルスリーブ付近の断面図である。

図１に示すように、圧力容器１の周壁の所定の位置にはノズル１が取り付けられ、そのノズル１の開先にはセーフエンド２の一方の開先が突合せ溶接されている。また、セーフエンド２の内周部の所定の位置にはサーマルスリーブ付け根部４が突設され、このサーマルスリーブ付け根部４にサーマルスリーブ５の一方の開先５ａが突合せ溶接されている。さらに、サーマルスリーブ５の他方の開先５ｂには炉内配管１１が溶接されている。

図中の符号の３はノズル１とセーフエンド２の溶接部、６はセーフエンド２とサーマルスリーブ５の溶接部、１４はセーフエンド２の内面に形成された溝、１５はサーマルスリーブ５と炉内配管１１の溶接部である。

同図に示すように、ノズル１とセーフエンド２の溶接部３が内面から検査、あるいはピーニングや研磨などの残留応力改善処理ができるように、ノズル１とセーフエンド２の溶接部３よりも外側に前記サーマルスリーブ付け根部４が突設されている。また、セーフエンド２とサーマルスリーブ５の溶接は、完全溶け込みができる突合せ溶接となっている。

図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は、サーマルスリーブ５をセーフエンド２に溶接するまでの経時的な状態を示す拡大断面図である。
図２（ａ）に示すように、セーフエンド２の内周部の所定の位置に若干内側に向けて傾斜するようにして突出したサーマルスリーブ付け根部４が設けられ、その付け根部４の内周部が開先４ａとなっている。

本実施例では新規なセーフエンド２に交換するのに伴って、サーマルスリーブ５も新規なものに交換する例を示しており、新規なサーマルスリーブ５は炉外からこのセーフエンド２を通して矢印方向に挿入するため、その挿入に支障が無いように前記開先４ａの内周面はセーフエンド２の軸方向に沿ってストレートに延びている。

一方、サーマルスリーブ５の挿入方向後端部に設けられた開先５ａは図２（ａ）に示すように、サーマルスリーブ５の径方向外側に若干突出するように変形している。サーマルスリーブ５がセーフエンド２を通して挿入できるように、セーフエンド２の開先４ａの内周面の内径ｄｓはサーマルスリーブ５の開先５ａの外径ｄｔよりも若干大きく設計されている（ｄｓ＞ｄｔ）。また、付け根部４を内側に向けて若干傾斜するように設けられているので、その付け根部４の案内によりサーマルスリーブ５の挿入がスムーズに行われる。

後述するようにサーマルスリーブ５をセーフエンド２の所定の位置まで挿入すると、図２（ｂ）に示すように、セーフエンド２の開先４ａの内周面とサーマルスリーブ５の開先５ａの後端面が略直交するように配置され、両開先４ａ，５ａによって囲まれる断面形状が台形（あるいは三角形）をした環溝状の溶接空間１６が形成される。

サーマルスリーブ５を挿入後、この溶接空間１６の奥側にインサートリング１７が挿入、設置される。このインサートリング１７は図３に示すように断面形状が台形（本実施例）あるいは三角形をした環状のもので、溶接空間１６の奥側に設置すると、インサートリング１７の一方の周面がセーフエンド２の開先４ａの内周面に密着し、インサートリング１７の他方の周面がサーマルスリーブ５の開先５ａの後端面に密着して、溶接空間１６の奥側の開口（隙間）を閉塞している（図２（ｂ）参照）。

このインサートリング１７の設置後、セーフエンド２の開先４ａとサーマルスリーブ５の開先５ａを突合せ溶接する。なお、インサートリング１７は溶接材料と同じ材料で構成されているから、溶接時にインサートリング１７は加熱溶融され、初層、裏波を形成し、最終的には図２（ｃ）に示すように断面形状が台形（本実施例）あるいは三角形をした環状の溶接部６の一部となり、セーフエンド２とサーマルスリーブ５を確実に溶接することができる。

図４は、新規のサーマルスリーブ５を取り付けるまでの工程を示す工程図である。
同図に示すように、先ず、ステップ（以下、Ｓと略記する）１で既設の炉外配管７（図５参照）を切断、離脱（除去）させ、Ｓ２で既設のセーフエンド２をノズル１から切断、離脱させて、Ｓ３で既設のサーマルスリーブ５を切断、離脱させる。

次にＳ４でノズル１と新規のセーフエンド２を突合せ溶接し、Ｓ５でノズル１と新規のセーフエンド２の溶接部３の内面をグラインダなどで機械的に仕上げ、その溶接部３に対してピーニングや研磨などの残留応力改善処理を施す。

次いで図２（ａ）に示すように、開先５ａの外径（ｄｔ）がセーフエンド２の付け根部４の内径（ｄｓ）よりも小さい新規のサーマルスリーブ５をセーフエンド２の内側から矢印方向に挿入し、セーフエンド２の付け根部４とサーマルスリーブ５の開先５ａを突合せ溶接して、新規のサーマルスリーブ５の取り付けを終了する。

図５は、本発明の実施例２に係るノズル、セーフエンドならびにサーマルスリーブ付近の要部拡大断面図である。

本実施例は、セーフエンド２が例えばＳＵＳ３１６ステンレス鋼のような鋭敏化を起こし難い材料であって、かつ、セーフエンド２とサーマルスリーブ５の間の溝１４（隙間）が比較的狭い場合を示す。

同図に示すように、交換した新規のセーフエンド２をノズル１に突合せ溶接した後、旧溶接部バタリング９に例えば８２合金などの材料からなる耐食肉盛１２を施し、その耐食肉盛１２にピーニングや研磨等の残留応力改善を行う。その後に、サーマルスリーブ５を前記実施例１と同様に炉外から挿入して、サーマルスリーブ５の開先５ａとセーフエンド２の付け根部４を突合せ溶接する。セーフエンド２とサーマルスリーブ５の溶接部６の断面形状は前記実施例１と同じく台形あるいは三角形をして、それが周方向に環状に延びている。

図中の符号７は炉外配管で、配管溶接部８を介してセーフエンド２に取り付けられている。また符号１８は、SCC感受性のある旧溶接部バタリング９を炉水から遮断するためにノズル１の内面に形成された耐食肉盛部である。

なお、新規のサーマルスリーブ５を取り付けるまでの工程は実施例１で述べた工程（図４参照）とほぼ同じである。

図６は、本発明の実施例３に係るノズルならびにセーフエンド付近の要部拡大断面図である。本実施例は、セーフエンド２がフェライト鋼からなり、サーマルスリーブ５のみ交換する場合を示している。

既設のセーフエンド２をそのまま残し、既設のサーマルスリーブ５を前記セーフエンド２から切断して離脱させる。

しかる後に同図に示すように、既設のセーフエンド２の内周部にテンパ―ビード溶接によりテンパ―ビード肉盛溶接部１３を設けて、セーフエンド２の内側に突出した付け根部４とする。そのテンパ―ビード肉盛溶接部１３（付け根部４）を所定形状の突合せ溶接開先４ａに加工する。この開先４ａの内径ｄｓは、前記実施例１と同様にサーマルスリーブ５（図示せず）の開先５ａの外径ｄｔよりも若干大きく設計されている（ｄｓ＞ｄｔ）。

このテンパ―ビード肉盛溶接部１３の内側を通って交換する新規のサーマルスリーブ５（図示せず）が挿入されて、セーフエンド２側のテンパ―ビード肉盛溶接部１３に突合せ溶接することにより、サーマルスリーブ５がセーフエンド２に取り付けられる。

なお、前記実施例２，３においても、セーフエンド２とサーマルスリーブ５の溶接には実施例１と同様にインサートリング１７が使用される。

１・・・ノズル、
２・・・セーフエンド、
３・・・ノズルとセーフエンドの溶接部、
４・・・付け根部、
４ａ・・・付け根部の開先、
５・・・サーマルスリーブ、
５ａ，５ｂ・・・サーマルスリーブの開先、
６・・・セーフエンドとサーマルスリーブの溶接部、
７・・・炉外配管、
８・・・配管溶接部、
９・・・既設バタリング、
１０・・・原子炉圧力容器、
１１・・・炉内配管、
１２・・・耐食肉盛、
１３・・・テンパービード肉盛溶接部、
１４・・・溝、
１５・・・サーマルスリーブと炉内配管の溶接部、
１６・・・溶接空間、
１７・・・インサートリング、
１８・・・耐食肉盛部、
１９・・・炉心シュラウド、
２０・・・ジェットポンプ、
ｄｓ・・・セーフエンドの付け根部の開先内周面の内径、
ｄｔ・・・サーマルスリーブの開先の外径。

Claims (6)

1. 原子炉圧力容器の周壁の所定位置にノズルが設けられ、そのノズルにセーフエンドを介して炉外配管が接続され、前記セーフエンドの内側にサーマルスリーブが配置されて、そのサーマルスリーブの一方の端部が前記セーフエンドの内周部に溶接された原子炉圧力容器のセーフエンド・サーマルスリーブの補修方法において、
   前記サーマルスリーブの溶接開先の外径よりも大きい内径を有するサーマルスリーブ取り付け溶接開先を内周部に突設した新規のセーフエンドを準備する工程と、
   既設のセーフエンドを前記ノズル、炉外配管ならびにサーマルスリーブから切断して離脱させるセーフエンド離脱工程と、
   前記ノズルと前記新規のセーフエンドとの継手部にそれぞれ突合せ溶接開先を形成して、前記ノズルと前記新規のセーフエンドを突合せ溶接を行なうノズル・新規セーフエンド突合せ溶接工程と、
   前記原子炉圧力容器の炉外から前記新規のセーフエンドの内側にサーマルスリーブを挿入して、前記新規のセーフエンドのサーマルスリーブ取り付け溶接開先とサーマルスリーブの溶接開先とを突合せ溶接する新規セーフエンド・サーマルスリーブ突合せ溶接工程と
   を含むことを特徴とする原子炉圧力容器のセーフエンド・サーマルスリーブの補修方法。
2. 請求項１に記載の原子炉圧力容器のセーフエンド・サーマルスリーブの補修方法において、
   前記新規のセーフエンドの内側に挿入して、そのセーフエンドと突合せ溶接するサーマルスリーブも新規のサーマルスリーブであることを特徴とする原子炉圧力容器のセーフエンド・サーマルスリーブの補修方法。
3. 請求項１または２に記載の原子炉圧力容器のセーフエンド・サーマルスリーブの補修方法において、
   前記サーマルスリーブとセーフエンドの溶接部が前記ノズルとセーフエンドの溶接部よりも原子炉圧力容器の外側にあって、
   前記ノズル・新規セーフエンド突合せ溶接工程と、前記新規セーフエンド・サーマルスリーブ突合せ溶接工程の間に、
   前記ノズルと新規のセーフエンドとの突合せ溶接部の内面に残留応力改善処理を行なう残留応力改善処理工程を追加したことを特徴とする原子炉圧力容器のセーフエンド・サーマルスリーブの補修方法。
4. 請求項１または２に記載の原子炉圧力容器のセーフエンド・サーマルスリーブの補修方法において、
   前記サーマルスリーブとセーフエンドの溶接部が前記ノズルとセーフエンドの溶接部よりも原子炉圧力容器の外側にあって、
   前記ノズル・新規セーフエンド突合せ溶接工程と、前記新規セーフエンド・サーマルスリーブ突合せ溶接工程の間に、
   前記ノズルと新規のセーフエンドとの突合せ溶接部の内面に耐食肉盛溶接を行なう耐食肉盛溶接工程を追加したことを特徴とする原子炉圧力容器のセーフエンド・サーマルスリーブの補修方法。
5. 請求項３に記載の原子炉圧力容器のセーフエンド・サーマルスリーブの補修方法において、
   前記耐食肉盛溶接工程と、前記新規セーフエンド・サーマルスリーブ突合せ溶接工程の間に、
   前記耐食肉盛溶接部の内面に残留応力改善処理を行なう残留応力改善処理工程を追加したことを特徴とする原子炉圧力容器のセーフエンド・サーマルスリーブの補修方法。
6. 原子炉圧力容器の周壁の所定位置にノズルが設けられ、そのノズルにセーフエンドを介して炉外配管が接続され、前記セーフエンドの内側にサーマルスリーブが配置されて、そのサーマルスリーブの一方の端部が前記セーフエンドの内周部に溶接された原子炉圧力容器のセーフエンド・サーマルスリーブの補修方法において、
   一方の開口部に溶接開先を有する新規のサーマルスリーブを準備する工程と、
   既設のサーマルスリーブをサーマルエンドから切断して離脱させるサーマルエンド離脱工程と、
   前記既設のセーフエンドの内周部にテンパービードによる肉盛溶接により、前記新規のサーマルスリーブの溶接開先の外径よりも大きい内径を有するサーマルスリーブ取り付け溶接開先を突設する工程と、
   前記原子炉圧力容器の炉外から前記既設のセーフエンドの内側に前記新規のサーマルスリーブを挿入して、前記既設のセーフエンドのサーマルスリーブ取り付け溶接開先と前記新規のサーマルスリーブの溶接開先とを突合せ溶接するセーフエンド・新規サーマルスリーブ突合せ溶接工程と
   を含むことを特徴とする原子炉圧力容器のセーフエンド・サーマルスリーブの補修方法。

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