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JPH0644069B2 - Method for forming oxide film on wetted metal material of nuclear power plant - Google Patents
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JPH0644069B2 - Method for forming oxide film on wetted metal material of nuclear power plant - Google Patents

Method for forming oxide film on wetted metal material of nuclear power plant

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JPH0644069B2
JPH0644069B2 JP60116459A JP11645985A JPH0644069B2 JP H0644069 B2 JPH0644069 B2 JP H0644069B2 JP 60116459 A JP60116459 A JP 60116459A JP 11645985 A JP11645985 A JP 11645985A JP H0644069 B2 JPH0644069 B2 JP H0644069B2
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nuclear power
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、例えば沸騰水型原子力プラントなどの原子力
プラントに用いられている給水加熱器のヒーターチユー
ブのような接水金属材料の表面に酸化皮膜を形成する方
法に関するものである。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to an oxide film on the surface of a water contact metal material such as a heater tube of a feed water heater used in a nuclear power plant such as a boiling water nuclear power plant. It relates to a method of forming.

〔発明の背景〕[Background of the Invention]

原子力プラントの一次冷却水系に使用されている配管、
ポンプ、弁等はステンレス鋼、ステライト等から構成さ
れている。これらの金属材料は長期間使用されることに
より、腐食、損傷を受け、その一部は一次冷却水中に溶
出して原子炉内に持ち込まれる。そしてこれら溶出金属
は大半が酸化物となつて燃料棒に付着し、中性子照射を
受けて60Co,58Co,51Cr,54Mn等の放
射性核種になる。燃料棒に付着して放射化した放射性核
種は一次冷却水中に再溶出し、イオン或いは不溶性固体
成分(以下クラツドと称する)として浮遊する。浮遊す
る放射性核種の一部は炉水浄化装置の脱塩器等において
除去されるが、除去されなかつた放射性核種は、一部冷
却水系を循環しているうちに主にステンレス鋼から成る
接水金属材料表面に付着する。このため、構造材表面に
おける線量率が高くなり保守,点検を実施する際におけ
る作業員の放射線被曝の問題を生じる。
Piping used in the primary cooling water system of a nuclear plant,
Pumps, valves, etc. are made of stainless steel, stellite, etc. When these metal materials are used for a long period of time, they are corroded and damaged, and some of them are eluted into the primary cooling water and brought into the reactor. Most of these eluted metals become oxides and adhere to the fuel rods, and upon irradiation with neutrons, they become radionuclides such as 60 Co, 58 Co, 51 Cr and 54 Mn. The radionuclide attached to the fuel rod and activated is re-eluted in the primary cooling water and floats as an ion or an insoluble solid component (hereinafter referred to as a cladding). Some of the floating radionuclides are removed in the demineralizer, etc. of the reactor water purification system, but some of the radionuclides that have not been removed are contacted with water that mainly consists of stainless steel while partly circulating in the cooling water system. Adheres to the surface of metallic materials. For this reason, the dose rate on the surface of the structural material becomes high, which causes a problem of radiation exposure of the worker during maintenance and inspection.

このため、接水金属材料の表面に酸化皮膜を形成するこ
とによつて放射性核種の付着を抑制する方法が特開昭59
-12390号公報により提案されている。しかし、この方法
は酸化皮膜を形成するのに、長時間を要するため、極め
て非能率的であつた。
Therefore, there is a method of suppressing the attachment of radionuclides by forming an oxide film on the surface of the water contact metal material.
-12390 publication. However, this method is extremely inefficient because it takes a long time to form an oxide film.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

本発明の目的は、例えば原子力プラントにおける接水金
属材料に対し、比較的低温、かつ短時間で、耐食性のす
ぐれた酸化皮膜を形成する方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a method for forming an oxide film having excellent corrosion resistance on a wetted metal material in a nuclear power plant at a relatively low temperature for a short time.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

本発明者らは、高温水中におけるステレンス鋼の腐食挙
動に及ぼすアノード(陽極)及びカソード(陰極)分極
の影響を詳細に調べた結果、従来、酸化皮膜の形成を抑
制すると考えられ、常温付近での金属の酸化防止に適用
されているカソード分極下て、酸化皮膜が200℃前後
の高温水中で比較的短時間に形成され、自然浸せき、あ
るいは、アノード分極下で形成される酸化皮膜よりも腐
食に対する抑制効果が大きいことを見い出し、本発明を
なすに至つた。
As a result of detailed investigation of the influence of anode (anode) and cathode (cathode) polarization on the corrosion behavior of stainless steel in high temperature water, the inventors have conventionally thought that it suppresses the formation of oxide film, Under cathodic polarization, which is applied to prevent the oxidation of metals, an oxide film is formed in high-temperature water at around 200 ° C for a relatively short time, and is naturally dipped, or is more corroded than the oxide film formed under anodic polarization. As a result, they found that the effect of suppressing

本発明の特徴は、原子力プラントの接水金属材料のうち
少なくとも酸化皮膜を形成すべき部分に水循環路を形成
し、該部分をカソード分極させると共に、温度150℃
以上、溶存酸素濃度10ppb〜500ppbの水を前
記循環路に循環させることにより、前記部分に酸化皮膜
を形成することである。
A feature of the present invention is that a water circulation path is formed in at least a portion of a wetted metal material of a nuclear power plant where an oxide film is to be formed, the portion is cathodic polarized, and a temperature of 150 ° C.
As described above, the water having a dissolved oxygen concentration of 10 ppb to 500 ppb is circulated in the circulation path to form an oxide film on the portion.

〔発明の実施例〕Example of Invention

以下、本発明の実施例を第1図により説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

実施例1 第1図は、本発明を適用した表面処理装置の基本的な構
成とフローを示したものである。
Embodiment 1 FIG. 1 shows the basic structure and flow of a surface treatment apparatus to which the present invention is applied.

第1図において、1はオートクレーブ、2は冷却器、3
は保圧弁、4は溶存酸素濃度(DO)調整タンク、5は
ガスボンベ、6は昇圧ポンプ、7は加熱器、8はステン
レス鋼板、9は孔あきステンレス鋼板、10はガルバノ
スタツト(定電流電源装置)、11はスイツチ、12は
腐食モニターである。
In FIG. 1, 1 is an autoclave, 2 is a cooler, and 3
Is a pressure maintaining valve, 4 is a dissolved oxygen concentration (DO) adjusting tank, 5 is a gas cylinder, 6 is a booster pump, 7 is a heater, 8 is a stainless steel plate, 9 is a perforated stainless steel plate, 10 is a galvanostat (constant current power supply). Equipment), 11 is a switch, and 12 is a corrosion monitor.

1〜7は高温水循環ループを構成するもので、オートク
レーブ中に溶存酸素濃度を調整した一定温度の高温水が
連続的に供給される。
1 to 7 constitute a high temperature water circulation loop, and high temperature water having a constant temperature in which the dissolved oxygen concentration is adjusted is continuously supplied to the autoclave.

オートクレーブ中の2枚のステンレス鋼板8が、腐食制
御の為の表面処理の対象となるもので、その手順は以下
の通りである。
The two stainless steel plates 8 in the autoclave are subjected to surface treatment for corrosion control, and the procedure is as follows.

まず、スイツチ11を閉じ、ガルバノスタツト(定電流
電解装置)10を用いて、定電流電解を行ないステンレ
ス鋼板8を、中間の孔あきステンレス鋼板9に対して低
い電位になるようにカソード分極させる。所定温度及
び、溶存酸素濃度の高温純水中で所定時間、定電流電解
を継続することによりステンレス鋼板8の表面処理が行
われる。表面処理完了後、スイツチ11を閉にして定電
流電解をやめ、腐食モニターにより、表面処理のステン
レス鋼板8の腐食速度を測定した。腐食速度は対向させ
た2枚のステンレス鋼板間の交流インピーダンスの周波
数応答に基づき、オンラインで測定した。
First, the switch 11 is closed, and a galvanostat (constant current electrolysis device) 10 is used to carry out constant current electrolysis so that the stainless steel plate 8 is cathode-polarized so as to have a lower potential than the intermediate perforated stainless steel plate 9. . The surface treatment of the stainless steel plate 8 is performed by continuing constant current electrolysis in high temperature pure water having a predetermined temperature and a dissolved oxygen concentration for a predetermined time. After the surface treatment was completed, the switch 11 was closed to stop the constant current electrolysis, and the corrosion rate of the surface-treated stainless steel plate 8 was measured by the corrosion monitor. The corrosion rate was measured online based on the frequency response of the AC impedance between the two stainless steel plates facing each other.

第2図は、水温260℃、DO200ppbで24h定
電流電解後の腐食速度をカソード分極電流値をパラメー
ターとして、比較したものである。
FIG. 2 compares the corrosion rate after constant-current electrolysis for 24 hours at a water temperature of 260 ° C. and DO of 200 ppb using the cathodic polarization current value as a parameter.

この図から明らかなように、カソード分極せずに高温水
中に自然浸せきした場合に比べて、カソード分極下で
高温水中に浸せきすると、形成皮膜の腐食抑制効果が増
加する、カソード分極電流密度が10μA/cm2以下
で腐食抑制効果が大きく、電流が10μA/cm2以上に
増加すると逆に抑制効果が小さくなることがわかつた。
As is clear from this figure, when compared with the case of naturally dipping in high temperature water without cathodic polarization, dipping in high temperature water under cathodic polarization increases the corrosion inhibition effect of the formed film, and the cathode polarization current density is 10 μA. It was found that the corrosion inhibiting effect was large when the amount was less than 1 cm 2 / cm 2 , and the inhibiting effect was decreased when the current was increased above 10 μA / cm 2 .

第3図は、このようなカソード分極下における顕著な腐
食抑制効果を調べるために、水温260℃、DO200
ppb、カソード分極電流密度10μA/cm2で24h
r表面処理後のステンレス鋼表面の深さ方向の元系分素
をイオンマイクロアナライザー(IMA)で分析したも
のでArイオンでステンレス表面をスパツタリングした
時に発生する2次イオン電流値(たて軸)をスパツタリ
ング回数(よこ軸)の関数として示したものである。
FIG. 3 shows DO200 in water temperature 260 ° C. in order to investigate the remarkable corrosion inhibition effect under such cathodic polarization.
24 hours at ppb, cathode polarization current density of 10 μA / cm 2
r Secondary ionic current value (vertical axis) generated when the stainless steel surface is sputtered with Ar ions as analyzed by the ion microanalyzer (IMA) in the depth direction elemental denominator on the surface of the stainless steel after surface treatment Is a function of the number of spatterings (horizontal axis).

一般に金属が酸化物となつてイオン化すると2次イオン
発生効率が高くなることから、表面層での全2次イオン
電流が高くなる領域は、酸化皮膜層の形成領域に対応し
ている。これと対応して、酸素原子による2次イオン電
流も酸化皮膜層の部分で大きくなつている。
Generally, when a metal is converted into an oxide and ionized, the secondary ion generation efficiency is increased. Therefore, the region where the total secondary ion current in the surface layer is high corresponds to the oxide film layer formation region. Corresponding to this, the secondary ion current due to oxygen atoms also increases in the oxide film layer portion.

また、全2次イオン電流の変化が母材内部に向つて連続
的に減少しており、酸化皮膜が母材の深部にまで成長し
ていることがわかつた。
Further, it was found that the change of the total secondary ion current continuously decreased toward the inside of the base material, and the oxide film grew to a deep portion of the base material.

さらに、酸化皮膜層中のCr濃度変化を見ると、皮膜中
央部から母材側でCr濃度(含量)が母材中の濃度より
も高くなる領域があり、Crが酸化皮膜の耐食性を向上
させることから、このようなCr濃度の増加も、大きな
腐食抑制効果の原因と考えられる。
Further, looking at the change in Cr concentration in the oxide layer, there is a region where the Cr concentration (content) is higher than the concentration in the base metal from the center of the film to the base metal side, and Cr improves the corrosion resistance of the oxide film. Therefore, it is considered that such an increase in Cr concentration is also a cause of a large corrosion inhibiting effect.

第4図は腐食抑制効果に対する、水温及び、カソード分
極下での浸せき時間の影響を示したものである。腐食抑
制効果は、自然浸せき時の腐食速度からの低減率として
定義した。
FIG. 4 shows the effects of water temperature and immersion time under cathodic polarization on the corrosion inhibition effect. The corrosion inhibition effect was defined as the rate of reduction from the corrosion rate during natural immersion.

その結果、浸せき時間が200hでは、水量が200℃
前後の低温域でも十分な腐食抑制効果を有する酸化皮膜
が形成されることがわかつた。
As a result, when the immersion time is 200 hours, the water amount is 200 ° C.
It has been found that an oxide film having a sufficient corrosion inhibiting effect is formed even in the low temperature region before and after.

第5図は、水温200℃、カソード分極下での浸せき時
間200hrにおける腐食抑制効果と、溶存酸素濃度の
関係を示したものである。
FIG. 5 shows the relationship between the corrosion inhibiting effect at a water temperature of 200 ° C. and a dipping time of 200 hours under cathodic polarization and the dissolved oxygen concentration.

腐食抑制効果は、溶存酸素濃度と共に増加するが1pp
m以上の高い溶存酸素濃度下では、逆に腐食抑制効果が
低下する。
The corrosion inhibition effect increases with dissolved oxygen concentration, but it is 1pp
On the contrary, under a high dissolved oxygen concentration of m or more, the corrosion inhibiting effect is lowered.

第6図は、本発明による表面酸化処理をBWRプラント
給水加熱器に用いられているステンレス鋼製ヒーターチ
ユーブに適用した時の効果を基礎実験効果に基づいて従
来法と比較評価したものである。
FIG. 6 shows the effect of applying the surface oxidation treatment according to the present invention to a stainless steel heater tube used in a feed water heater of a BWR plant, and compares and evaluates the effect with the conventional method based on the effect of basic experiments.

前酸化処理がない場合、給水加熱器ヒーターチユーブの
腐食に伴ない、給水中のステンレス鋼腐食生成物(Fe
酸化物、Ni,Cr,Coイオン等)濃度がプラント運
転初期に高くなるが、酸化皮膜の成長に伴なつて徐々に
濃度が低下する。形成皮膜が厚くなり、皮膜成長が十分
小さくなる約4000hr以降では、一定濃度を示すように
なる。これに対し、アノード分極下で酸化皮膜を形成さ
せると、アノード電流密度が0.1μA/cm2以上で腐食抑
制効果が表われるが、腐食生成物濃度の低減率は20%
程度と小さい。また、必要なアノード電流密度が大きい
ため、表面積の大きな給水加熱器(約100m2/塔)に
対して適用するのは現実的でない。一方、十分な溶存酸
素を含む高温水中で酸化皮膜を形成させると、BWR炉
水温度条件である水温285℃では、今回の発明と同程
度の腐食抑制効果を有する酸化皮膜が形成される。しか
し、給水加熱器の設計温度が230℃であるため、この
ような高温下での酸化処理が適用できない。
In the absence of pre-oxidation treatment, stainless steel corrosion products (Fe
The concentration of oxides, Ni, Cr, Co ions, etc. increases at the beginning of plant operation, but the concentration gradually decreases as the oxide film grows. The formed film becomes thick and the film growth becomes constant after about 4000 hr when the film growth becomes sufficiently small. On the other hand, when an oxide film is formed under anodic polarization, the corrosion inhibition effect is exhibited when the anode current density is 0.1 μA / cm 2 or more, but the corrosion product concentration reduction rate is 20%.
Small and small. Further, since the required anode current density is large, it is not practical to apply it to a feed water heater having a large surface area (about 100 m 2 / column). On the other hand, when an oxide film is formed in high temperature water containing sufficient dissolved oxygen, an oxide film having the same corrosion inhibition effect as the present invention is formed at a water temperature of 285 ° C., which is the BWR reactor water temperature condition. However, since the design temperature of the feed water heater is 230 ° C., the oxidation treatment at such a high temperature cannot be applied.

これら従来法に対し、本発明では、水温が給水加熱器の
設計温度よりも低い200℃で十分な腐食抑制効果を有
する酸化皮膜が形成される。また必要なカソード電流密
度も1μA/cm2以下と小さいため、外部電源によるカ
ソード分極の他に、後述するような、犠牲電極を用いた
カソード分極が可能であり、実用性が非常に高い。
In contrast to these conventional methods, the present invention forms an oxide film having a sufficient corrosion inhibiting effect at a water temperature of 200 ° C. lower than the design temperature of the feed water heater. Further, since the required cathode current density is as low as 1 μA / cm 2 or less, in addition to cathode polarization by an external power source, cathode polarization using a sacrificial electrode, which will be described later, is possible, which is very practical.

実施例2 第7図は外部電源(ガルバノスタツト、ポテンシヨスタ
ツト)によるカソード分極のかわりに、犠牲電極を用い
てカソード分極する場合の実施例を示したものである。
Embodiment 2 FIG. 7 shows an embodiment in which a sacrificial electrode is used for cathodic polarization instead of cathodic polarization by an external power source (galvanostat, potentiostat).

ここで14は犠牲電極である。Here, 14 is a sacrificial electrode.

すなわちステンレス鋼板8の端部にステンレス鋼よりイ
オン化傾向の大きな金属片を犠牲電極14として取り付
ける。犠牲電極14からは次式で示されるように、金属
がイオンとして水側に溶たし、電子が電極側に蓄積され
る。
That is, a metal piece having a greater ionization tendency than stainless steel is attached to the end of the stainless steel plate 8 as the sacrificial electrode 14. From the sacrificial electrode 14, as shown by the following equation, the metal is dissolved as an ion on the water side, and the electron is accumulated on the electrode side.

M→Mn++ne M:犠牲電極金属 この余分の電子は、ステンレス鋼板8の表面にも流れ込
み、外部電源を用いた時と同様のカソード分極状態が実
現される。
M → M n + + ne M: Sacrificial electrode metal These extra electrons flow into the surface of the stainless steel plate 8 to realize the same cathode polarization state as when an external power source is used.

従つてこのようなカソード分極下で流れる電流は犠牲電
極の腐食電流に等しくなる。
Therefore, the current flowing under such cathodic polarization becomes equal to the corrosion current of the sacrificial electrode.

ステンレス鋼よりもイオン化傾向の大きな金属として、
Fe,Zn,Al等がある。これらの金属の高温純水中
における腐食速度は20〜100mg/dm/day
でステンレス鋼の値(1〜2mg/dm/day)の
10〜100倍である。
As a metal with a greater ionization tendency than stainless steel,
Fe, Zn, Al, etc. are available. The corrosion rate of these metals in high temperature pure water is 20 to 100 mg / dm 2 / day.
It is 10 to 100 times the value of stainless steel (1 to 2 mg / dm 2 / day).

例えば、腐食速度30mg/dm/dayの時、金属
イオンが2価のイオンとして溶出するとすると、その時
の腐食電流密度は約10μA/cm2となる。従つてステ
ンレス鋼の全表面積の約1/10表面積を有するFe,
Zn,Al金属を犠牲電極として取り付けることによ
り、ステンレス鋼表面を1μA/cm2の一定電流密度で
カソード分極させることができる。
For example, when the corrosion rate is 30 mg / dm 2 / day and the metal ions are eluted as divalent ions, the corrosion current density at that time is about 10 μA / cm 2 . Therefore, Fe having a surface area of about 1/10 of the total surface area of stainless steel,
By attaching Zn and Al metals as sacrificial electrodes, the surface of stainless steel can be cathodically polarized at a constant current density of 1 μA / cm 2 .

第8図は、ステンレス鋼の全表面積の1/10の犠牲電
極片をステンレス鋼板にネジ止めさせ、水温260℃、
DO200ppbで24hr浸せき処理後の腐食速度を
電極材質別に比較したものである。
FIG. 8 shows that a sacrificial electrode piece of 1/10 of the total surface area of stainless steel is screwed to a stainless steel plate and the water temperature is 260 ° C.
The corrosion rate after immersion for 24 hours with DO of 200 ppb is compared for each electrode material.

Fe,Al,Zn金属では、外部電源でカソード電流密
度1μA/cm2の一定電流で電解した時とほぼ同等の腐
食抑制効果が得られた。
With Fe, Al and Zn metals, almost the same corrosion inhibition effect as when electrolyzing with a constant current of cathode current density of 1 μA / cm 2 by an external power source was obtained.

Zn金属の場合の腐食抑制効果の低下は、Znの腐食速
度が、Fe,Alよりも約1ケタ大きい為に、カソード
電流密度が高くなりすぎたためと思われる。
The decrease in the corrosion inhibition effect in the case of Zn metal is considered to be because the corrosion rate of Zn is about one digit higher than that of Fe and Al, so that the cathode current density becomes too high.

実施例3 第9図は、パイプ状の金属に対す実施例を示したもので
ある。ここで15は表面処理の対象となる金属パイプで
ある。
Embodiment 3 FIG. 9 shows an embodiment for a pipe-shaped metal. Here, 15 is a metal pipe to be surface-treated.

パイプ金属よりもイオン化傾向の大きな金属を犠牲電極
14としてパイプの外面に取り付け、高温水中で浸せき
処理することにより、パイプの外面のみならず、内面に
も腐食抑制効果の大きな酸化皮膜を形成させることが可
能である。
By forming a metal having a greater ionization tendency than the pipe metal as the sacrificial electrode 14 on the outer surface of the pipe and immersing it in high temperature water, an oxide film having a large corrosion inhibiting effect is formed not only on the outer surface of the pipe but also on the inner surface. Is possible.

実施例4 第10図は本発明を原子炉プラントの給水加熱器に適用
する場合の具体的な実施例を示したものである。
Embodiment 4 FIG. 10 shows a concrete embodiment in which the present invention is applied to a feedwater heater of a nuclear reactor plant.

第10図は、BWRプラント一次系のフローを示したも
ので、16は原子炉、17は高圧タービン、18は低圧
タービン、19は復水器、20は復水ポンプ、21は脱
塩器、22は低圧給水加熱器、23は給水ポンプ、24
は高圧給水加熱器、25は本発明に特有な追設バイパス
ライン、26〜29は弁、30〜31は本発明に特有な
弁、32は給水再循環ラインである。
FIG. 10 shows the flow of the primary system of the BWR plant. 16 is a nuclear reactor, 17 is a high pressure turbine, 18 is a low pressure turbine, 19 is a condenser, 20 is a condensate pump, 21 is a demineralizer, 22 is a low-pressure feed water heater, 23 is a feed pump, 24
Is a high-pressure feed water heater, 25 is an additional bypass line unique to the present invention, 26 to 29 are valves, 30 to 31 are valves unique to the present invention, and 32 is a feed water recirculation line.

本実施例の特徴は、給水温度が150℃以上となりステ
ンレス製ヒーターチユーブから腐食生成物の主要な発生
源となる高圧給水加熱器を本発明による表面酸化処理の
適用対象とし、複数の給水加熱器間を結ぶ炭素鋼製配管
を犠牲電極として考えることにより、カソード分極下で
高圧給水加熱器内のステンレス鋼製ヒーターチユーブ内
面に酸化皮膜を形成させることにある。
The feature of this embodiment is that a high-pressure feed water heater having a feed water temperature of 150 ° C. or higher and a main source of corrosion products from a stainless steel heater tube is subjected to surface oxidation treatment according to the present invention, and a plurality of feed water heaters are used. By considering the carbon steel pipe connecting the two as a sacrificial electrode, an oxide film is formed on the inner surface of the stainless steel heater tube in the high-pressure feed water heater under cathodic polarization.

酸化皮膜の形成に必要な200℃前後の高温水を得るた
めに給水ポンプ23の上流側と給水再循環ライン32中
の弁28の下流側とを結ぶバイパスライン25を設置
し、形成された閉ループ内で給水ポンプからの発熱で必
要な温度まで加熱する。
A closed loop formed by installing a bypass line 25 connecting the upstream side of the water supply pump 23 and the downstream side of the valve 28 in the water supply recirculation line 32 in order to obtain high temperature water of around 200 ° C. necessary for forming an oxide film Heat to the required temperature by the heat generated from the water supply pump.

バイパスライン25の材質としては炭素鋼を用い、給水
系の炭素鋼配管と同様犠牲電極として使用する。この場
合、炭素鋼配管の全体表面積は約500m2となる。これ
に対し、高圧給水加熱器のヒーターチユーブの全内表面
積は約1万m2である。給水中の温度が150℃〜200
℃、DOが20ppbと低い場合の炭素鋼の腐食速度は
30〜40mg/dm2/dayである。従つて、ヒータ
ーチユーブ表面に対するカソード電流密度は、約0.5μ
A/cm2となり、1μA/cm2の電流密度でカソード分極
した時と同程度の酸化皮膜形成が可能である。
Carbon steel is used as the material of the bypass line 25, and is used as a sacrificial electrode like the carbon steel pipe of the water supply system. In this case, the total surface area of the carbon steel pipe is about 500 m 2 . On the other hand, the total inner surface area of the heater tube of the high pressure feed water heater is about 10,000 m 2 . The temperature of the water supply is 150 ℃ ~ 200
The corrosion rate of carbon steel is 30 to 40 mg / dm 2 / day when the temperature and DO are as low as 20 ppb. Therefore, the cathode current density on the surface of the heater tube is about 0.5μ.
It becomes A / cm 2 , and an oxide film can be formed to the same extent as when cathodic polarized at a current density of 1 μA / cm 2 .

実施例5 第11図は、一次系の炭素鋼配管を犠牲電極として用い
ずに、給水加熱器の胴側に犠牲電極を取り付けた場合の
具体的実施例を示したものである。第11図において3
3は給水加熱器、34はヒーターチユーブ、35は端
板、36は管板、14は犠牲電極である。給水加熱器の
ヒーターチユーブ全表面積が約2000m2/塔であることか
ら、例えば、直径1mmφの炭素鋼ワイヤーで作つた巾1
0cm、厚さ3cmのメツシユ状フイルターを給水加熱器上
部管板3枚(直径約2.2m)と下部管板3枚に取り付け
ることにより、犠牲電極表面積は約200m2となり、ヒ
ーターチユーブ内面に1μA/cm2の電流密度でカソー
ド電流を連続的に供給可能である。また、実施例4で犠
牲電極として用いた炭素鋼配管表面積が小さいのを補う
ための補助的な犠牲電極として、本実施例の犠牲電極を
併用することも可能である。
Example 5 FIG. 11 shows a specific example in which a primary system carbon steel pipe was not used as a sacrificial electrode and a sacrificial electrode was attached to the barrel side of a feed water heater. 3 in FIG.
3 is a feed water heater, 34 is a heater tube, 35 is an end plate, 36 is a tube plate, and 14 is a sacrificial electrode. Since the total surface area of the heater tube of the feed water heater is approximately 2000 m 2 / tower, for example, the width 1 made of carbon steel wire with a diameter of 1 mmφ
By attaching a mesh filter with a thickness of 0 cm and a thickness of 3 cm to the upper tube plate of the water heater (diameter of about 2.2 m) and the lower tube plate of 3 pieces, the surface area of the sacrificial electrode becomes about 200 m 2 , and the inner surface of the heater tube is 1 μA / A cathode current can be continuously supplied at a current density of cm 2 . Further, the sacrificial electrode of this example can be used together as an auxiliary sacrificial electrode for compensating for the small surface area of the carbon steel pipe used as the sacrificial electrode in Example 4.

実施例6 以下、本発明の製作段階での実施例を第12図によつて
説明する。処理装置のシステム構成は高温水を製造する
ボイラ37、高温水を循環させる循環ポンプ38、循環
水の一部を導き浄化する浄化装置39から成る。運転方
法は第12図に示すように組立の完了した熱交換器41
を1つ以上設置し、処理水の循環ラインと接続する。そ
の後、処理水タンク40より浄化装置39を介して、処
理水循環系におよび処理対象熱効換器41内に処理水を
充填する。
Sixth Embodiment Hereinafter, an embodiment at the manufacturing stage of the present invention will be described with reference to FIG. The system configuration of the treatment device includes a boiler 37 that produces high-temperature water, a circulation pump 38 that circulates the high-temperature water, and a purification device 39 that guides and purifies a part of the circulation water. The operation method is as shown in FIG.
One or more are installed and connected to the circulation line of treated water. Then, the treated water is filled from the treated water tank 40 into the treated water circulation system and the heat exchanger 41 to be treated through the purifying device 39.

処理水の充填が完了した段階で、ボイラー37を使つて
加温し目的温度に設定する。
When the filling of the treated water is completed, the boiler 37 is used to heat and set the target temperature.

また処理期間中のDOは、窒素ガスタンク42および酸
素ガスタンク43より各々のガスを注入することによつ
て調整する。高DO(注入水中濃度8ppm)から低D
O(処理水中濃度、200ppb以下)への脱気は、脱
気ライン44より処理水を蒸発させるとともに、窒素ガ
スを封入することで行なう。一方DOの上昇は酸素ガス
を注入することで行なう。また、処理期間中の水質の監
視はサンプリングライン45,46で行なう。処理水の
浄化は、処理水を冷却器47で60℃以下とした後、有
機イオン交換樹脂を充填した浄化装置39を通水するこ
とで行なう。
Further, DO during the processing period is adjusted by injecting each gas from the nitrogen gas tank 42 and the oxygen gas tank 43. High DO (concentration in injected water 8ppm) to low D
Degassing to O (concentration in treated water, 200 ppb or less) is performed by evaporating the treated water through the degassing line 44 and enclosing nitrogen gas. On the other hand, DO is increased by injecting oxygen gas. The water quality during the treatment period is monitored by the sampling lines 45 and 46. Purification of the treated water is carried out by passing the treated water to 60 ° C. or lower in the cooler 47 and then passing the purifying device 39 filled with the organic ion exchange resin.

酸化処理が完了した後は処理水の戻りラインより分枝す
る回収水ライン48および回収水ポンプ49によつて、
浄化装置冷却器47を介して処理水タンク40に回収す
る。
After the oxidation treatment is completed, a recovered water line 48 and a recovered water pump 49 branching from the return line of the treated water,
It collects in the treated water tank 40 via the purifier cooler 47.

上記に示した処理方法によつて、本発明を用いた、製造
段階での酸化処理は実現可能である。
Oxidation treatment at the manufacturing stage using the present invention can be realized by the treatment method described above.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、従来、200℃の高温水中で約2000時
間かかつて形成していた腐食抑制効果の高い酸化皮膜を
同じ温度下の場合、約200時間で加速形成することが
可能である。その結果、原子力プラント運転初期の給水
系での腐食生成物の発生が抑制され、炉内に持ち込まれ
た腐食生成物の放射化に起因するプラント内の配管表面
線量率の一層の低減が実現される。
According to the present invention, an oxide film having a high corrosion inhibiting effect, which was conventionally formed in high temperature water of 200 ° C. for about 2000 hours, can be accelerated in about 200 hours at the same temperature. As a result, the generation of corrosion products in the water supply system at the beginning of nuclear plant operation is suppressed, and the pipe surface dose rate in the plant due to the activation of corrosion products brought into the reactor is further reduced. It

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明を実施する場合の基本的な装置構成を示
す略線図。第2図は腐食速度とカソード分極電流密度の
相関を示す曲線。第3図は形成皮膜厚さ及び皮膜中の元
素分布を示す曲線。第4図は腐食速度低減率と水温の関
係を、浸せき時間をパラメーターとして示す曲線。第5
図は腐食速度低減率と溶存酸素濃度の関係を示す曲線。
第6図は給水中のSUS腐食生成物濃度の時間変化を種
種の前処理方法別に比較して、本発明の処理方法が、処
理条件、効果の点で最もすぐれていることを示す曲線。
第7図は本発明の変形例を示す図。第8図は本発明の変
形例の実施効果を定量的に示す図。第9図は本発明の別
の変形例を示す図。第10〜12図は本発明を原子力発
電プラントに適用する場合の具体的な装置構成を示す図
で、第10図は、炭素鋼配管を、第11図では炭素鋼フ
イルターを取り付け、それぞれ犠牲電極として用い、原
子炉運転時に前酸化処理する場合、第12図は工場段階
で前酸化処理する場合の装置構成を示す。 1…オートクレーブ、2…冷却器、3…保圧弁、4…D
O調整タンク、5…ガスボンベ、6…昇圧ポンプ、7…
加熱器、8…ステンレス鋼板、9…孔あきステンレス鋼
板、10…ガルバノスタツト、11…スイツチ、12…
腐食モニター、13…犠牲電極片、14…犠牲電極、1
5…金属パイプ、16…原子炉、17…高圧タービン、
18…低圧タービン、19…復水器、20…復水ポン
プ、21…脱塩器、22…低圧給水ヒーター、23…給
水ポンプ、24…高圧給水ヒーター、25…追設バイパ
スライン、26〜29…弁、30〜31…弁、32…給
水再循環ライン、33…給水加熱器、34…ヒーターチ
ユーブ、35…端板、36…管板。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic device configuration for carrying out the present invention. FIG. 2 is a curve showing the correlation between the corrosion rate and the cathode polarization current density. FIG. 3 is a curve showing the formed film thickness and the element distribution in the film. FIG. 4 is a curve showing the relationship between the corrosion rate reduction rate and the water temperature, using the immersion time as a parameter. Fifth
The figure is a curve showing the relationship between the corrosion rate reduction rate and the dissolved oxygen concentration.
FIG. 6 is a curve showing that the treatment method of the present invention is the best in terms of treatment conditions and effects by comparing the temporal changes in the concentration of SUS corrosion products in the feed water for each pretreatment method.
FIG. 7 is a diagram showing a modified example of the present invention. FIG. 8 is a diagram quantitatively showing the effect of implementing the modified example of the present invention. FIG. 9 is a diagram showing another modification of the present invention. FIGS. 10 to 12 are views showing a concrete apparatus configuration when the present invention is applied to a nuclear power plant. FIG. 10 is a carbon steel pipe, and FIG. 11 is a carbon steel filter. FIG. 12 shows an apparatus configuration in the case where the pre-oxidation treatment is performed during the operation of the nuclear reactor, and FIG. 1 ... autoclave, 2 ... cooler, 3 ... pressure-holding valve, 4 ... D
O adjustment tank, 5 ... gas cylinder, 6 ... booster pump, 7 ...
Heater, 8 ... Stainless steel plate, 9 ... Perforated stainless steel plate, 10 ... Galvanostat, 11 ... Switch, 12 ...
Corrosion monitor, 13 ... Sacrificial electrode piece, 14 ... Sacrificial electrode, 1
5 ... metal pipe, 16 ... reactor, 17 ... high pressure turbine,
18 ... Low-pressure turbine, 19 ... Condenser, 20 ... Condensate pump, 21 ... Demineralizer, 22 ... Low-pressure water heater, 23 ... Water pump, 24 ... High-pressure water heater, 25 ... Additional bypass line, 26-29 ... valve, 30-31 ... valve, 32 ... water supply recirculation line, 33 ... water supply heater, 34 ... heater tube, 35 ... end plate, 36 ... tube plate.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 政義 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社日 立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者 会沢 元浩 茨城県日立市幸町3丁目2番1号 日立エ ンジニアリング株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Masayoshi Kondo 1168 Moriyama-cho, Hitachi, Hitachi, Ibaraki Prefecture Energy Research Laboratory, Hiritsu Manufacturing Co., Ltd. (72) Inventor Motohiro Aizawa 3-2-1, Saiwai-cho, Hitachi, Hitachi Inside Engineering Co., Ltd.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】原子力プラントの接水金属材料のうち少な
くとも酸化皮膜を形成すべき部分に水循環路を形成し、
該部分をカソード分極させると共に、 温度150℃以上、溶存酸素濃度10ppb〜500p
pbの水を前記循環路に循環させることにより、前記部
分に酸化皮膜を形成することを特徴とする原子力プラン
トの接水金属材料への酸化皮膜の形成方法。
1. A water circulation path is formed in at least a portion where an oxide film is to be formed in a wetted metal material of a nuclear power plant,
The part is subjected to cathodic polarization, the temperature is 150 ° C. or higher, the dissolved oxygen concentration is 10 ppb to 500 p
A method for forming an oxide film on a wetted metal material of a nuclear power plant, wherein an oxide film is formed on the portion by circulating water of pb through the circulation path.
【請求項2】前記接水金属材料が原子力プラントの一次
系給水加熱のステンレス鋼製ヒーターチューブであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の原子力プラ
ントの接水金属材料への酸化皮膜の形成方法。
2. Oxidation of the water contact metal material of the nuclear power plant to the water contact metal material according to claim 1, wherein the water contact metal material is a stainless steel heater tube for heating the primary water supply of the nuclear power plant. Method of forming a film.
【請求項3】前記カソード分極は、pH7以下の水中で行
うことを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項記
載の原子力プラントの接水金属材料への酸化皮膜の形成
方法。
3. The method of forming an oxide film on a wetted metal material of a nuclear power plant according to claim 1 or 2, wherein the cathodic polarization is performed in water having a pH of 7 or less.
【請求項4】前記カソード分極は、150℃以上の水中
でのイオン化傾向がステンレス鋼よりも大きな金属を犠
牲電極として用い、これを前記接水金属材料と電気的に
接続して行うことを特徴とする特許請求の範囲第1項又
は第2項記載の原子力プラントの接水金属材料への酸化
皮膜の形成方法。
4. The cathode polarization is performed by using a metal having a higher ionization tendency in water at 150 ° C. or higher than stainless steel as a sacrificial electrode and electrically connecting the sacrificial metal material to the sacrificial metal material. The method for forming an oxide film on a wetted metal material of a nuclear power plant according to claim 1 or 2.
【請求項5】原子力プラントの高圧給水加熱器の下流側
から上流側に炭素鋼製のバイパスラインを設けて該バイ
パスライン及び前記給水加熱器を含む閉ループを形成
し、 温度150℃以上、溶存酸素濃度10ppb〜500p
pbの水を前記閉ループ内に循環させ、 前記バイパスラインを犠牲電極として用い、前記給水加
熱器のヒーターチューブをカソード分極して酸化皮膜を
形成することを特徴とする原子力プラントの接水金属材
料への酸化皮膜の形成方法。
5. A carbon steel bypass line is provided from the downstream side to the upstream side of a high-pressure feed water heater of a nuclear power plant to form a closed loop including the bypass line and the feed water heater, and the temperature is 150 ° C. or higher and the dissolved oxygen is dissolved. Concentration 10ppb-500p
Pb water is circulated in the closed loop, the bypass line is used as a sacrificial electrode, and the heater tube of the feed water heater is cathodically polarized to form an oxide film. Method of forming oxide film of.
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