JP4022026B2

JP4022026B2 - Method and apparatus for reducing dissolved oxygen concentration in nuclear power plant

Info

Publication number: JP4022026B2
Application number: JP32939099A
Authority: JP
Inventors: 淳熊木; 一男中住; 正博吉岡
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-11-19
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2019-11-19
Also published as: JP2001147288A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば加圧水型のような原子力発電プラントにおいて、その原子炉冷却材中における溶存酸素濃度を、脱気装置を用いて低減する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
加圧水型原子力発電プラントにおいては、プラント起動時に原子炉冷却材温度を上昇させる前段階で、冷却材に露出される諸機器の構成材料の腐食を防止する観点から、原子炉冷却材中の溶存酸素を除去する操作が必要である。従来の除去操作を図３について説明すれば、原子炉冷却系統を構成する原子炉容器１、蒸気発生器２、冷却材ポンプ３及び加圧器４等を満水とした段階で、冷却材ポンプ３を運転しつつ、循環ポンプ５が設けられた循環系にヒドラジンＨ₂ＮＮＨ₂を添加し、このヒドラジンの還元作用により、冷却材中の溶存酸素を除去している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のヒドラジン添加による溶存酸素の還元だけでは、原子炉冷却系統を構成する配管、弁等の閉塞滞留部における冷却材中の溶存酸素が十分除去できないため、溶存酸素の目標濃度を極低濃度として、長い時間をかけて溶存酸素除去運転を実施している。従って、このような除去工程は、プラント起動時間を長期化させる要因の一つでもある。
従って、本発明の目的は、溶存酸素除去運転時間の短縮が可能な原子炉冷却材中の溶存酸素除去方法及び装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの側面では、上記目的を達成するため、請求項１に記載のように、プラント起動の際に、原子炉冷却系統の配管に連絡する原子炉容器の入口ノズル及び出口ノズル内の中間レベルまで冷却材を注入して、前記原子炉冷却系統内に液相部及び気相部を形成し、前記液相部から窒素ガスによるパージ方式の脱気装置により脱気すると共に、前記気相部から真空ポンプにより真空引きし、前記原子炉冷却系統内に窒素を注入して前記液相部内の酸素を前記液相部中へ持ち出してから、前記原子炉冷却系統に前記脱気装置を介して冷却材を充満させる原子力発電プラントにおける溶存酸素濃度低減方法を提供している。
また、上記目的を達成するため、本発明の別の側面では、請求項２に記載のように、冷却材ポンプ、該冷却材ポンプに入口ノズルを介して接続された原子炉容器、該原子炉容器の出口ノズルに接続された蒸気発生器、並びに前記原子炉容器及び前記蒸気発生器間の配管に設けられた加圧器を備え、前記蒸気発生器の冷却材出口が前記冷却材ポンプに連絡して閉ループの原子炉冷却系統を構成している原子力発電プラントにおいて、前記原子炉冷却系統に連絡する循環系に設けられた窒素ガスによるパージ方式の脱気装置と、前記加圧器に設けられた真空ポンプと、前記原子炉冷却系統に連通する窒素注入系とを備える溶存酸素濃度低減装置を提供している。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明するが、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。また、本発明は、以下の説明から分かるように、この実施形態に限定されるものではなく、種々の改変が可能である。
【０００６】
まず、図１を参照するに、符号１〜４は、図３における従来の原子炉冷却系統を構成する原子炉容器、蒸気発生器、冷却材ポンプ、加圧器と同様の諸機器をそれぞれ表している。通常の原子炉運転中、配管Ｌに設けられた冷却材ポンプ３から入口ノズル１ａを介して原子炉容器１内に導入された冷却材は、原子炉容器１内の炉心を構成する図示しない燃料要素により加熱され、高温高圧の冷却材となって出口ノズル１ｂを介して蒸気発生器２の一次側にある入口ノズル２ａに送られる。そして、入口ノズル２ａから多数の伝熱管２ｂ（１本のみ図示）を通り、その間に伝熱管２ｂの外側周囲にある給水を加熱して蒸気に変換した後、自身は冷却されて出口ノズル２ｃから配管Ｌに流出し、冷却材ポンプ３に戻り、この循環を繰り返す。
【０００７】
一方、本発明の実施形態においては、プラント起動に先立って、原子炉冷却系統へ冷却材を注入していき、冷却材水位が図示のように原子炉容器１のノズル１ａ，１ｂのほぼ中心若しくは途中にある状態で、原子炉の余熱除去ポンプ８及び余熱除去冷却器９を有する冷却系Ｌａ（循環系）に設けた後述の脱気装置１０により原子炉冷却材中の溶存酸素を除去する。この酸素除去と並行して、加圧器４の気相部に設けた真空ポンプ１１により加圧器４を介して原子炉冷却系統内を真空引きした後、蒸気発生器２の出口ノズル２ｃ側中に窒素ガスを注入して系内を窒素雰囲気とする操作を数回繰り返す。更に同時に、冷却材ポンプ３の入口側配管の滞留水中の水張り過程では、水張り用水タンク１２より水張りポンプ１３にて取水した水を、弁１５及び１７を開き、弁１６を閉じて脱気装置１０へ通水し、脱酸素した水を原子炉冷却系統へ水張りする。
【０００８】
次に図２を参照するに、脱気装置１０は、脱気塔１０ａ、返送ポンプ１０ｂ及び弁１０ｃ，１０ｄ等により構成されている。弁１０ｃを介して脱気塔１０ａに注入される原子炉冷却材は、弁１０ｃが設けられた配管に流体連通するスプレイノズル１０ｅにより、蒸留装置等において一般的に用いられている塔内部の充填層１０ｆに均一に散布される。充填層１０ｆの下部からは符号Ｎで示すように窒素ガスが注入され、スプレー部及び充填層内部で気液接触して、原子炉冷却材中の溶存酸素が除去される。除去された酸素は、窒素ガスと共に排気される。
【０００９】
原子炉冷却材を脱気する際には、良く知られているように、原子炉の運転に伴い冷却材中に溶存している放射性希ガスの処理に注意する必要がある。プラント運転後の停止時に脱気する場合には、冷却材中に大量の放射性希ガスが含まれていることから、窒素ガスによるパージ方式よりも真空加熱脱気方式として放射性希ガスが含まれた排気ガス量を低減する必要があるが、装置も大型化される。しかし、本発明の実施形態では、プラント起動時の放射性希ガスが殆ど溶存していない原子炉冷却材を脱気するため、上述したように窒素ガスによるパージ方式としても排気ガス中の放射性希ガス濃度は十分低く、装置の小型化が図られている。
【００１０】
再び図１を参照するに、原子炉冷却系統の冷却材水位が原子炉容器１の入口ノズルノズル１ａ及び出口ノズル１ｂ（これらは同じ高さ位置にある）のほぼ中心の高さにある状態で、原子炉の余熱除去ポンプ８及び余熱除去冷却器９を有する冷却系に設けた脱気装置１０を運転する。このとき、弁１５は閉じ、弁１６、１７は閉じ、余熱除去ポンプ８により吐出された冷却材は、余熱除去冷却器９と脱気装置１０を分かれて流れ、原子炉冷却系統に戻される。脱気装置１０内の作用は前述の通りである。１プラントの試験例では、約３０時間運転することで、原子炉冷却系統における液相部の平均溶存酸素濃度を大気圧飽和の８ｐｐｍから約５０ｐｐｂまで低減することができた。加圧器４より真空ポンプ１１にて系内を真空引きした後、蒸気発生器２の出口ノズル２ｃ側に接続された窒素注入系１８ｂより窒素を注入して系内を窒素雰囲気とする操作を４回程度繰り返すことにより、原子炉冷却系統における気相部の平均酸素濃度を空気の約２１％から約０．３％まで低減することができる。この操作は、原子炉冷却系統の気相部で袋小路状の閉塞空気滞留部の酸素濃度低減にも寄与することが確認できた。
【００１１】
また、冷却材ポンプ３のＵ字形入口側配管３ａの滞留水中及び蒸気発生器２の冷却材出口側にそれぞれ窒素注入系１８ａ（ループドレーン箇所）、１８ｂ（ＳＧ流量計箇所）から同時的に窒素を注入すると、窒素の気泡によるバブリング効果により平均溶存酸素濃度を大気圧飽和の約８ｐｐｍから約９０ｐｐｂまで約１０時間で低減することができた。その後の原子炉冷却系統の水張り過程では、水張り用水タンク１２より水張りポンプ１３にて取水した水を脱気装置１０で処理して、約５０ｐｐｂの水を原子炉冷却系統へ水張りする。これにより、原子炉冷却系統を構成する配管、弁等の閉塞滞留部にも脱気された水が張り込まれる。
【００１２】
これら各脱気操作を総合すると、最終的に原子炉冷却系統が満水となった時点での原子炉冷却材中の平均溶存酸素濃度は、閉塞滞留部も含めて約５０ｐｐｂが期待でき、プラント起動のための原子炉冷却材温度を上昇させた段階での構成材料の腐食を防止することができる。また、従来のヒドラジンを添加する方式は不要となり、プラント起動時間を約８時間短縮することが期待できる。
【００１３】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の本発明によれば、原子力発電プラントにおける溶存酸素濃度低減方法は、プラント起動の際に、原子炉冷却系統の配管に連絡する原子炉容器の入口ノズル及び出口ノズルの中間レベルまで冷却材を注入して、前記原子炉冷却系統内に液相部及び気相部を形成し、前記液相部から窒素ガスによるパージ方式の脱気装置により脱気すると共に、前記気相部から真空ポンプにより真空引きし、前記原子炉冷却系統内に窒素を注入して前記液相部内の酸素を前記液相部中へ持ち出してから、前記原子炉冷却系統に前記脱気装置を介して冷却材を充満させるので、また、請求項２記載の本発明によれば、原子力発電プラントにおける溶存酸素濃度低減装置は、原子炉冷却系統に連絡する循環系に設けられた窒素ガスによるパージ方式の脱気装置と、加圧器に設けられた真空ポンプと、原子炉冷却系統に連通する窒素注入系とを備えるので、即ち真空引き、窒素注入、脱気装置、窒素バブリングの各作用を総合することにより、原子炉冷却材、特に原子炉冷却系統を構成する配管、弁等の閉塞滞留部における原子炉冷却材の溶存酸素濃度を低減することが可能であり、従来のヒドラジンを添加する方式は不要となり、プラント起動時間の短縮が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による溶存酸素濃度低減装置が接続された原子力発電プラントの原子炉冷却系統を示す概略系統図である。
【図２】図１の溶存酸素濃度低減装置における脱気装置の系統図である。
【図３】従来の溶存酸素濃度低減方法について説明するための原子炉冷却系統の系統図である。
【符号の説明】
１原子炉容器
１ａ入口ノズル
１ｂ出口ノズル
２蒸気発生器
２ａ入口ノズル
２ｃ出口ノズル
３冷却材ポンプ
３ａ入口側配管
４加圧器
１０脱気装置
１１真空ポンプ
１８ａ、１８ｂ窒素注入系
Ｌ配管
Ｌａ冷却系（循環系）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for reducing the dissolved oxygen concentration in a reactor coolant in a nuclear power plant such as a pressurized water type by using a deaeration device.
[0002]
[Prior art]
In a pressurized water nuclear power plant, dissolved oxygen in the reactor coolant is used from the viewpoint of preventing corrosion of the components of the equipment exposed to the coolant before the reactor coolant temperature is raised at the start of the plant. The operation to remove is necessary. The conventional removal operation will be described with reference to FIG. 3. At the stage where the reactor vessel 1, the steam generator 2, the coolant pump 3, the pressurizer 4 and the like constituting the reactor cooling system are filled with water, the coolant pump 3 is turned on. While operating, hydrazine H ₂ NNH ₂ is added to the circulation system provided with the circulation pump 5, and dissolved oxygen in the coolant is removed by the reducing action of the hydrazine.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, only the reduction of dissolved oxygen by conventional addition of hydrazine cannot sufficiently remove the dissolved oxygen in the coolant in the clogging and retention parts such as piping and valves that make up the reactor cooling system, so the target concentration of dissolved oxygen is extremely low. The concentration oxygen removal operation is carried out over a long period of time. Therefore, such a removal process is one of the factors that prolong the plant start-up time.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method and apparatus for removing dissolved oxygen in a reactor coolant capable of shortening the dissolved oxygen removing operation time.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In one aspect of the present invention, in order to achieve the above object, as described in claim 1, the reactor vessel has an inlet nozzle and an outlet nozzle in the reactor nozzle connected to the piping of the reactor cooling system when the plant is started. The coolant is injected to an intermediate level to form a liquid phase part and a gas phase part in the reactor cooling system, and the liquid phase part is degassed by a purge system degassing apparatus using nitrogen gas. A vacuum pump is evacuated from the phase section, nitrogen is injected into the reactor cooling system to bring oxygen in the liquid phase section into the liquid phase section, and then the degassing device is connected to the reactor cooling system. A method for reducing the dissolved oxygen concentration in a nuclear power plant that is filled with a coolant is provided.
In order to achieve the above object, according to another aspect of the present invention, as described in claim 2, a coolant pump, a reactor vessel connected to the coolant pump via an inlet nozzle, and the reactor A steam generator connected to an outlet nozzle of the vessel, and a pressurizer provided in a pipe between the reactor vessel and the steam generator, and a coolant outlet of the steam generator communicates with the coolant pump. In a nuclear power plant that constitutes a closed-loop reactor cooling system, a purge degassing device using nitrogen gas provided in a circulation system communicating with the reactor cooling system, and a vacuum provided in the pressurizer There is provided a dissolved oxygen concentration reducing device including a pump and a nitrogen injection system communicating with the reactor cooling system.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals denote the same or corresponding parts. Further, as will be understood from the following description, the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications are possible.
[0006]
First, referring to FIG. 1, reference numerals 1 to 4 denote various devices similar to the reactor vessel, the steam generator, the coolant pump, and the pressurizer that constitute the conventional reactor cooling system in FIG. 3. Yes. During normal reactor operation, the coolant introduced into the reactor vessel 1 from the coolant pump 3 provided in the pipe L via the inlet nozzle 1a is a fuel (not shown) that constitutes the core in the reactor vessel 1. Heated by the element, it becomes a high-temperature and high-pressure coolant and is sent to the inlet nozzle 2a on the primary side of the steam generator 2 via the outlet nozzle 1b. Then, after passing through a large number of heat transfer tubes 2b (only one is shown) from the inlet nozzle 2a, the feed water around the outside of the heat transfer tubes 2b is heated and converted into steam, and then cooled by itself from the outlet nozzle 2c. It flows out to the piping L, returns to the coolant pump 3, and repeats this circulation.
[0007]
On the other hand, in the embodiment of the present invention, the coolant is injected into the reactor cooling system prior to the start-up of the plant, and the coolant level is approximately the center of the nozzles 1a and 1b of the reactor vessel 1 as shown in FIG. In a state in the middle, dissolved oxygen in the reactor coolant is removed by a degassing device 10 described later provided in a cooling system La (circulation system) having a residual heat removal pump 8 and a residual heat removal cooler 9 of the reactor. In parallel with this oxygen removal, the inside of the reactor cooling system is evacuated through the pressurizer 4 by the vacuum pump 11 provided in the gas phase portion of the pressurizer 4 and then into the outlet nozzle 2 c side of the steam generator 2. The operation of injecting nitrogen gas to make the system a nitrogen atmosphere is repeated several times. At the same time, in the water filling process of the staying water in the inlet side pipe of the coolant pump 3, the water taken by the water filling pump 13 from the water filling water tank 12 is opened by the valves 15 and 17, the valve 16 is closed, and the deaeration device 10 is closed. The deoxygenated water is filled into the reactor cooling system.
[0008]
Next, referring to FIG. 2, the deaeration device 10 includes a deaeration tower 10a, a return pump 10b, valves 10c and 10d, and the like. The reactor coolant injected into the degassing tower 10a through the valve 10c is packed inside the tower, which is generally used in a distillation apparatus or the like, by a spray nozzle 10e in fluid communication with a pipe provided with the valve 10c. It is uniformly distributed on the layer 10f. Nitrogen gas is injected from the lower portion of the packed bed 10f as indicated by the symbol N, and gas-liquid contact is made inside the spray section and the packed bed to remove dissolved oxygen in the reactor coolant. The removed oxygen is exhausted together with nitrogen gas.
[0009]
When the reactor coolant is degassed, as is well known, it is necessary to pay attention to the treatment of radioactive noble gases dissolved in the coolant as the reactor operates. When degassing at the time of shutdown after plant operation, since a large amount of radioactive noble gas was included in the coolant, radioactive noble gas was included as a vacuum heating degassing method rather than a purge method with nitrogen gas Although it is necessary to reduce the amount of exhaust gas, the apparatus is also enlarged. However, in the embodiment of the present invention, in order to degas the reactor coolant in which the radioactive noble gas is hardly dissolved at the time of starting the plant, as described above, the radioactive noble gas in the exhaust gas is also used as a purge method using nitrogen gas. The concentration is sufficiently low, and the apparatus is miniaturized.
[0010]
Referring again to FIG. 1, the coolant level of the reactor cooling system is approximately at the height of the center of the inlet nozzle 1a and outlet nozzle 1b of the reactor vessel 1 (which are at the same height). The deaerator 10 provided in the cooling system having the reactor residual heat removal pump 8 and the residual heat removal cooler 9 is operated. At this time, the valve 15 is closed, the valves 16 and 17 are closed, and the coolant discharged by the residual heat removal pump 8 flows separately through the residual heat removal cooler 9 and the deaerator 10 and is returned to the reactor cooling system. The operation in the deaerator 10 is as described above. In a test example of one plant, by operating for about 30 hours, the average dissolved oxygen concentration in the liquid phase part in the reactor cooling system could be reduced from 8 ppm at atmospheric pressure saturation to about 50 ppb. After the inside of the system is evacuated from the pressurizer 4 by the vacuum pump 11, nitrogen is injected from the nitrogen injection system 18b connected to the outlet nozzle 2c side of the steam generator 2 to make the system a nitrogen atmosphere. By repeating about once, the average oxygen concentration in the gas phase part in the reactor cooling system can be reduced from about 21% to about 0.3% of air. It has been confirmed that this operation contributes to the reduction of oxygen concentration in the closed air-stagnation part of the bag path in the gas phase part of the reactor cooling system.
[0011]
Further, nitrogen is simultaneously supplied from the nitrogen injection system 18a (loop drain location) and 18b (SG flow meter location) to the accumulated water in the U-shaped inlet side piping 3a of the coolant pump 3 and the coolant outlet side of the steam generator 2, respectively. Was injected, the average dissolved oxygen concentration could be reduced from about 8 ppm of atmospheric pressure saturation to about 90 ppb in about 10 hours due to the bubbling effect caused by nitrogen bubbles. In the subsequent water filling process of the reactor cooling system, the water taken by the water filling pump 13 from the water filling water tank 12 is treated by the degassing device 10 to fill the reactor cooling system with about 50 ppb of water. As a result, the degassed water is also squeezed into the closed staying portions such as pipes and valves constituting the reactor cooling system.
[0012]
When these deaeration operations are combined, the average dissolved oxygen concentration in the reactor coolant at the time when the reactor cooling system eventually becomes full can be expected to be about 50 ppb, including the clogged part. Therefore, it is possible to prevent the corrosion of the constituent materials at the stage where the reactor coolant temperature is increased. Moreover, the conventional method of adding hydrazine is unnecessary, and it can be expected that the plant start-up time is reduced by about 8 hours.
[0013]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the dissolved oxygen concentration reducing method in the nuclear power plant is the reactor vessel inlet nozzle and outlet that communicate with the reactor cooling system piping when the plant is started. Injecting coolant to an intermediate level of the nozzle, forming a liquid phase part and a gas phase part in the reactor cooling system, and degassing from the liquid phase part by a purge system degassing device with nitrogen gas, A vacuum pump is used to evacuate the gas phase part, nitrogen is injected into the reactor cooling system, oxygen in the liquid phase part is taken into the liquid phase part, and then the degassing is performed in the reactor cooling system. Since the coolant is filled through the apparatus, and according to the present invention, the dissolved oxygen concentration reducing device in the nuclear power plant is provided with a nitrogen gas provided in a circulation system connected to the reactor cooling system. by , A vacuum pump provided in the pressurizer, and a nitrogen injection system communicating with the reactor cooling system, that is, each operation of evacuation, nitrogen injection, deaeration device, and nitrogen bubbling It is possible to reduce the dissolved oxygen concentration in the reactor coolant, especially in the blocked residence part of the piping, valves, etc. constituting the reactor cooling system, and add conventional hydrazine This method is unnecessary, and shortening of the plant start-up time can be expected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic system diagram showing a reactor cooling system of a nuclear power plant to which a dissolved oxygen concentration reducing apparatus according to the present invention is connected.
2 is a system diagram of a deaeration device in the dissolved oxygen concentration reduction device of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a system diagram of a reactor cooling system for explaining a conventional method for reducing a dissolved oxygen concentration.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reactor vessel 1a Inlet nozzle 1b Outlet nozzle 2 Steam generator 2a Inlet nozzle 2c Outlet nozzle 3 Coolant pump 3a Inlet side piping 4 Pressurizer 10 Deaerator 11 Vacuum pump 18a, 18b Nitrogen injection system L Piping La Cooling system ( Circulatory system)

Claims

When the plant is started, coolant is injected to an intermediate level in the inlet nozzle and outlet nozzle of the reactor vessel that communicates with the piping of the reactor cooling system, and the liquid phase part and the gas phase part are injected into the reactor cooling system. And degassing from the liquid phase portion by a purge method using a purge system with nitrogen gas, and evacuating from the gas phase portion with a vacuum pump, and injecting nitrogen into the reactor cooling system to A method for reducing dissolved oxygen concentration in a nuclear power plant in which oxygen in a phase part is taken into the liquid phase part and then the reactor cooling system is filled with a coolant via the degassing device.

A coolant pump, a reactor vessel connected to the coolant pump via an inlet nozzle, a steam generator connected to an outlet nozzle of the reactor vessel, and a pipe between the reactor vessel and the steam generator Circulation communicating with the reactor cooling system in a nuclear power plant comprising a pressurizer provided and a coolant outlet of the steam generator communicating with the coolant pump to form a closed loop reactor cooling system A dissolved oxygen concentration reduction apparatus comprising: a purge type degassing apparatus using nitrogen gas provided in a system; a vacuum pump provided in the pressurizer; and a nitrogen injection system communicating with the reactor cooling system.