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JP2004012162A - Method for suppressing corrosion of steam generator for nuclear reactor - Google Patents

Method for suppressing corrosion of steam generator for nuclear reactor Download PDF

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JP2004012162A
JP2004012162A JP2002162370A JP2002162370A JP2004012162A JP 2004012162 A JP2004012162 A JP 2004012162A JP 2002162370 A JP2002162370 A JP 2002162370A JP 2002162370 A JP2002162370 A JP 2002162370A JP 2004012162 A JP2004012162 A JP 2004012162A
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steam generator
nuclear reactor
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corrosion
amine
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服部 高久
Hiroyuki Fujiwara
藤原 博幸
Shuzo Okamoto
岡本 周三
Nobuo Ishihara
石原 伸夫
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent corrosion of heat conduction tube near the clevis section of steam generators for a nuclear reactor. <P>SOLUTION: At least one of calcium compound or magnesium compound is introduced in supply water for the steam generator for a nuclear reactor so that the ion concentration is set to 0.4 to 0.8 ppb. Amine with vapor-liquid partition ratio of 0.66 or less and degree of dissociation at 6.4 or less can be introduced in the supply water for the steam generator for a nuclear reactor. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子炉用蒸気発生器内のクレビス部近傍における伝熱管を腐食から防止する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
原子力炉用蒸気発生器は、管外蒸発型の熱交換器であり、その内部には蒸気発生器器内水が上方に向かって流れると共に、支持板と伝熱管が配設されている。この支持板には、取付穴が穿設されており、該取付穴内に伝熱管が挿通されて保持されている。これらの伝熱管と取付穴との間には、約0.2mm以下の大きさを有する、クレビス部と呼ばれる隙間が約5万箇所存在する。
このクレビス部では、前記蒸気発生器器内水中におけるイオン性不純物の濃度が10〜10倍程度に濃縮されているため、クレビス部内濃縮水の不純物濃度が非常に高い状態となっており、また、イオンバランスによっては、クレビス部内濃縮水が強アルカリあるいは強酸性となるおそれがある。
【0003】
このように、系統水中の不純物濃度が高いと、前記伝熱管に腐食が発生するおそれがあるため、従来は、蒸気発生器の器内水の不純物濃度を、例えば、0.1〜1.0μg/リットル以下まで低くした状態で管理している。
しかしながら、近年においては、蒸気発生器への給水を浄化する目的で給水系統に復水脱塩装置を設置している。この復水脱塩装置には、カチオン交換樹脂が用いられており、該カチオン交換樹脂の劣化生成物等から供給される硫酸イオン(SO 2−)によって、前記クレビス部における環境は弱酸性になるおそれがある。従って、このSOに起因するクレビス部近傍の酸性環境による伝熱管の腐食を抑制する方法が望まれている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記課題を解決し、原子炉用蒸気発生器のクレビス部近傍における伝熱管の腐食を防止する方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る原子炉用蒸気発生器の腐食抑制方法は、原子炉用蒸気発生器器内水に、イオン濃度が0.1〜1.0ppbになるようにカルシウム化合物及びマグネシウム化合物の少なくともいずれか一を導入することからなる原子炉用蒸気発生器の腐食抑制方法である。
前記原子炉用蒸気発生器には、伝熱管の外周面と該伝熱管を支持する支持板の取付穴との間の間隙部(クレビス部)が存在し、通常、約0.2mm以下の大きさを有する。このクレビス部には、原子炉用蒸気発生器内の不純物が濃縮してそのバランスによっては、pHが酸性又はアルカリ性のいずれかに傾く可能性を有しておりその場合には、伝熱管に腐食が生じるおそれがある。本発明は、蒸気発生器内に、カルシウム化合物及びマグネシウム化合物の少なくともいずれか一を導入することによって、前記クレビス部内の濃縮水中におけるSOが中和されpHが中性点の近傍範囲に維持されるため、腐食を起こすおそれがなくなる。従って、原子炉用蒸気発生器の寿命を延ばすという効果はもちろんのこと、伝熱管の腐食を大幅に抑制するという、安全面においても非常に重要な効果を得ることができる。さらに、この方法は、簡単な設備改造を行うことによって実施することができるため、コスト面においても有利な発明である。
【0006】
本発明に係る原子炉用蒸気発生器の腐食抑制方法の一態様では、前記カルシウムイオン及びマグネシウムイオンの濃度が、0.4〜0.8ppbである。この濃度範囲の各カルシウムイオン及びマグネシウムイオン濃度とすることによって、前記クレビス部におけるpHを更に中性点近傍に安定して維持することができる。ここで使用できるカルシウム化合物としては、Ca(OH)などがあり、マグネシウム化合物としては、Mg(OH)などがある。
【0007】
本発明に係る原子炉用蒸気発生器の腐食抑制方法の別の態様は、前記カルシウム化合物及びマグネシウム化合物の少なくともいずれか一を導入することによって、前記蒸気発生器内濃縮部の水のpHを5〜9にすることである。
水素イオン濃度は、温度に依存して変化するため、系統水の中性点も使用温度によって変化する。通常、原子炉用蒸気発生器の器内水の温度は、約280℃であり、この温度における中性点はpH=約5.5である。
【0008】
本発明に係る原子炉用蒸気発生器の腐食抑制方法は、原子炉用蒸気発生器器内水中に、気液分配率が0.66以下であり、かつ、解離度(pKb)が6.4以下のアミンを導入することからなる方法である。
これについても、前述したカルシウム化合物及びマグネシウム化合物の導入による場合と同様の範囲で、蒸気発生器器内におけるクレビス部濃縮水のpHを中性の範囲に保持することができる。なお、前記気液分配率と解離度は、それぞれ、好ましくは、0.6以下、6以下である。
【0009】
さらに、本発明に係る原子炉用蒸気発生器の腐食抑制方法の別の態様では、前記アミンとして、エタノールアミン(etanol amine)、アミノグアニジン(aminoguanidine:CH),クレアチン(creatine:C),2,3ジアミノプロピオニック(2,3−diaminopropionic acid:C),ジエチレントリアミン(diethylenetriamine:C13),イクシオプテリン(ichthyopterine:C11),リナチン(linatine:C1017),メトフォーミン(metformin:C11),モロキジン(moroxydine:C13O)の少なくともいずれかを用いることができる。そして、本発明に係る原子炉用蒸気発生器の腐食抑制方法の更に別の態様では、前記アミンとして、10〜100ppm、好ましくは20〜50ppmのエタノールアミンを用いることができる。
【0010】
さらに、本発明に係る原子炉用蒸気発生器の腐食抑制方法の更に別の態様では、前記アミンを導入することによって、前記蒸気発生器内のクレビス部濃縮水のpHを5〜9にしている。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態に係る原子炉用蒸気発生器の腐食抑制方法について、図面を用いて詳細に説明する。
図1は、原子炉用蒸気発生器1を示す断面図である。この蒸気発生器1の下部側には管板3が設けられており、該管板3の下端には原子炉冷却材の入口水室5及び出口水室7が形成されている。また、蒸気発生器1の上部側には、周りを取り囲むように胴9が設けられており、該胴9の内部には、包囲管11及び複数の逆U字形伝熱管13が配設されている。該伝熱管13は、細く且つ薄肉に形成されており、また、伝熱管13内を高温の原子炉冷却材が貫流し、胴側流体である給水15を加熱し、蒸気を発生するように構成されている。また、伝熱管13の両下端部は、管板3の穴内に挿着されている。そして、伝熱管13は、鉛直方向に間隔を置いた複数の支持板17により伝熱管13は横方向に支持されている。
【0012】
この構成を有する原子炉用蒸気発生器1において、原子炉から供給された高温の冷却材は、入口水室5を介して伝熱管13内に流入して貫流し、熱交換により熱を失って低温になり出口水室7まで流れたのち、原子炉に戻る。一方、給水リング21から蒸気発生器1内に流入した給水15は、包囲管11と胴9との間を下向きに流れ、管板3の上を流れたのち、伝熱管13に沿って上向きに流れる。このとき、給水15は前記原子炉冷却材と熱交換をし、一部は蒸気となる。その加熱される給水15が上向きに流れるに際し、支持板17を貫通し、汽水分離ベーン23を通って分離された蒸気が流出する。
図2は、図1におけるA部を拡大した断面拡大図である。この図2に示すように、支持板17には、取付穴27が複数穿設されており、該取付穴27に伝熱管13が挿通されて支持されている。この取付穴27の内周面27aと伝熱管13の外周面13aとの間には、一部、約0.2mm以下の狭い間隙(以下、クレビス部29という)が生じている。
【0013】
[第1の実施の形態]
第1の実施の形態では、蒸気発生器器内水中におけるイオン濃度が0.4〜0.8ppbになるように、カルシウム化合物及びマグネシウム化合物の少なくともいずれか一を導入する。
給水中への導入は、例えば、給水系統への各水溶液の比例注入という方法によって、カルシウム化合物あるいはマグネシウム化合物の水溶液を混入させることによって行うことができる。
これによって、クレビス部29近傍の弱酸性の濃縮水を中和させて中性の範囲にする。この中性の範囲は、例えば、約280℃における水素イオン濃度がpH=5〜9であり、好ましくは、pH=5.5〜7である。前記カルシムイオン又はマグネシウムイオンは、他のアルカリ成分と比較して硫酸イオン(SO 2−)と反応して塩を生成しやすい。このため、硫酸酸性環境に対する中和効果が高く、これを用いて硫酸酸性環境を中和する。また、カルシムイオン又はマグネシウムイオンを過剰に添加しても水酸化物として析出するため、中和対象部位であるクレビス部29の濃縮水が強アルカリの状態とはならない。
なお、前記第1の実施の形態によれば、pH=3.5程度であった硫酸を、約280℃においてpH=6以上(中性はpH=5.5)にすることができる。
【0014】
[第2の実施の形態]
第2の実施の形態では、濃縮水中に、アミンを導入することによって、クレビス部29近傍の酸性又はアルカリ性の濃縮水を中和させて中性の範囲にする。このアミンとしては、クレビス部29に適度に濃縮されて適切な気液分配率を有する、高温における解離度が大きいものが望ましい。
前記アミンとしては、例えば、エタノールアミン(ethanol amine)、アミノグアニジン(aminoguanidine:CH),クレアチン(creatine:C),2,3ジアミノプロピオン酸(2,3−diaminopropionic acid:C),ジエチレントリアミン(diethylenetriamine:C13),イクチオプテリン(ichthyopterine:C11),リナチン(linatine:C1017),メトフォーミン(metformin:C11),モロキジン(moroxydine:C13O)などを好適に用いることができる。
【0015】
また、前記中性の範囲は、例えば、アミンとしてエタノールアミンを用いた場合、280℃における水素イオン濃度がpH=5〜9であり、好ましくは、pH=5.5〜7である。なお、これらのアミンを用いた場合は、前述したアルカリ土類金属イオンであるカルシムイオン又はマグネシウムイオンと比較して、高濃度の添加を必要とするが、クレビス部に濃縮しても析出物を生成することが少ない。
【0016】
【実施例】
以下に、本発明を実施例を通じて具体的に説明する。
[実施例1]
図3は、実施例1に用いた試験装置41における模擬クレビス部43を示す断面図である。
模擬伝熱管45の外周には、模擬支持板47が配設されており、該模擬支持板47の下部にサンプル導出管49が配設されている。前記模擬伝熱管45の外周面45aと模擬支持板47の取付穴の内周面51aとの間に形成された間隙(模擬クレビス部43)Lの大きさを0.2mmとした。模擬伝熱管45の内側には、熱媒体をシミュレートするためのヒーターが設置されている。前記導出管49から模擬クレビス部43内の濃縮水のサンプルを採取することができる。
水溶液中のカルシムイオン濃度が0.8ppb、又は、マグネシウムイオン濃度が0.4ppbとなるように、Ca(OH)又はMg(OH)の水溶液を模擬濃縮水中に加えた。このような試験装置41を、硫酸を希釈して準備した試験用の希釈硫酸水溶液で満たした容器(図示せず)内に納めると、図3の矢印Pのように模擬クレビス部43内部に水溶液が流入した。次いで、ヒーターにより加熱を開始すると、模擬クレビス部43から蒸気が発生するようになる。定常状態においては、このサンプル水溶液のpH値は、約3.6であった。その後、適宜、少量のサンプル水溶液を導出管49より取り出した。
【0017】
図4に、前記のカルシウム又はマグネシウムの水溶液を注入した模擬クレビス部43内におけるpHを測定した結果を示す。これは、カルシムイオン又はマグネシウムイオンを含む水溶液を注入した後の経過時間と、模擬クレビス部43におけるpHとの関係を示すグラフである。○は濃度が0.8ppbのカルシウムイオンを含む水溶液を注入した場合であり、△は濃度が0.4ppbのマグネシウムイオンの水溶液を注入した場合のグラフである。
また、原子炉用蒸気発生器(実機)1の伝熱管13は、通常、約280℃に保持されており、一方、280℃における中性点はpH=5.5である。従って、図4から、水溶液の注入後、約30時間でクレビス部29内の濃縮水は中性になることが判った。
【0018】
[実施例2]
実施例2においては、エタノールアミンを含む水溶液を給水に注入した場合における硫酸のpHの変化の予測値をクレビス濃縮計算モデルを用いてシミュレーションした。その結果を図5のグラフに示す。
このグラフによれば、徐々に高い濃度のエタノールアミンを注入することによって、模擬クレビス部における濃縮水(pH=3.5)のpHが上昇することが判る。約280℃における中性点はpH=5.5であるため、エタノールアミンを約30ppm注入すれば、原子炉用蒸気発生器(実機)のクレビス部29内の濃縮水は中性になることが判った。
【0019】
また、前記シミュレーションの内容を簡単に説明する。
図6は、クレビス部での濃縮水のpH及び組成を推測するシミュレーションを示すフローチャートである。
まず、クレビス部容積Vや、気液分配率(j化合物)Dvj、クレビス部への侵入液量、クレビス部から排出する蒸気量などの初期条件を設定する。
【0020】
次いで、クレビス部内の不純物濃度を適当な値に設定すると、化学平衡計算が実施できる。そして、各成分のモル分率と気液分配率とを算出する。こののち、クレビス部内における不純物濃度の算出を行う。この算出は、流入量から蒸気量とミスト排出量を差し引いた値から算出することができる。このシミュレーションの時間が設定時間よりも長い場合は、計算が終了し、クレビス部内の濃縮された濃縮水のpH及び組成の算出結果が得られる。
【0021】
ここで、前述したクレビス部内における不純物濃度の計算内容について簡単に説明する。
図7に示すように、模擬クレビス部43に注入する濃縮水液中に含まれるi成分の量をAとし、模擬クレビス部43から排出する蒸気中に含まれるi成分の量(j化合物の蒸気中含有量の合計)をBとし、模擬クレビス部43から排出するミスト中に含まれるi成分の量をCとすると、模擬クレビス部43におけるi成分の濃度Dは、D=A−B−Cと表すことができる。これを以下の(数1)に示す。なお、i成分は、例えば硫酸イオン(SO 2−)であり、j化合物は、例えば硫酸(HSO)である。
【0022】
【数1】

Figure 2004012162
【0023】
ただし、V:クレビス部容積(リットル)、ρ:クレビス液密度(kg/リットル)、t:時間(Hr)、Dvj::気液分配率(j化合物)(−)、dm/dt:クレビス部への侵入液量(kg/hr)、dm/dt:クレビス部から排出する蒸気量(kg/hr)、C:クレビス部の濃度(i成分)(モル/kg)、Cbi:バルクの濃度(i成分)(モル/kg)、αji:i成分中,j化合物のモル分率(−)である。
【0024】
以上説明したシミュレーションの結果を図8に示す。この図8は、ミストキャリーオーバ率(蒸気によりミストキャリーされた液量/蒸発した液量)が10−5であり、高温におけるアミンの分解率が50%と仮定した場合における、アミン濃度とクレビス部のpHとの関係を示すグラフである。図8に示した全てのアミンにおいて、中性点であるpH=5.5に達することが判った。
【0025】
【発明の効果】
本発明によれば、給水中に、カルシウムイオンやマグネシウムイオンを含むバルク液、又はアミンを含むバルク液を導入するという非常に簡単な方法で、クレビス部に存在する濃縮水中のpHを中性の範囲に保持することができる。これによって、伝熱管を腐食から防止することができるため、蒸気発生器の寿命の延長のみならず、安全性の確保という観点からも非常に有利な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】原子炉用蒸気発生器の全体を示す断面図である。
【図2】図1におけるA部を示す拡大断面図である。
【図3】実施例1で用いた模擬試験装置の一部を示す断面図である。
【図4】実施例1で得られた、イオン注入後の経過時間とクレビス部のpHとの関係を示すグラフである。
【図5】実施例2で得られた、注入したエタノールアミンの濃度とクレビス部のpHとの関係を示すグラフである。
【図6】実施例2に用いたシミュレーションを実行するためのフローチャートである。
【図7】実施例2における模擬クレビス部のi成分濃度を説明する概念図である。
【図8】実施例2における、各種のアミンの濃度とクレビス部のpHとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 原子炉用蒸気発生器
3 管板
5 入口水室
7 出口水室
9 胴
11 包囲管
13 逆U字形伝熱管
15 給水
17 支持板
21 給水リング
23 汽水分離ベーン
27 取付穴
29 クレビス部
41 試験装置
43 模擬クレビス部
45 模擬伝熱管
47 模擬支持板
49 模擬導入管[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for preventing a heat transfer tube near a clevis portion in a steam generator for a nuclear reactor from being corroded.
[0002]
[Prior art]
The steam generator for a nuclear reactor is an outside-tube evaporation type heat exchanger, in which water inside the steam generator flows upward, and a support plate and a heat transfer tube are disposed. A mounting hole is formed in the support plate, and a heat transfer tube is inserted and held in the mounting hole. Between these heat transfer tubes and the mounting holes, there are approximately 50,000 gaps called clevis portions having a size of about 0.2 mm or less.
In the clevis part, the concentration of ionic impurities in the water in the steam generator is concentrated to about 10 3 to 10 6 times, so that the impurity concentration of the concentrated water in the clevis part is in a very high state. Further, depending on the ion balance, the concentrated water in the clevis portion may be strongly alkaline or strongly acidic.
[0003]
As described above, when the impurity concentration in the system water is high, corrosion may occur in the heat transfer tube. Therefore, conventionally, the impurity concentration in the water in the steam generator is, for example, 0.1 to 1.0 μg. / L is managed at a low level.
However, in recent years, a condensate desalination device has been installed in a water supply system for the purpose of purifying water supply to a steam generator. The condensate desalination apparatus uses a cation exchange resin, and the environment in the clevis portion is weakly acidic due to sulfate ions (SO 4 2− ) supplied from degradation products of the cation exchange resin. Could be. Therefore, there is a demand for a method of suppressing corrosion of the heat transfer tube due to the acidic environment near the clevis portion caused by SO 4 .
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a method for preventing corrosion of a heat transfer tube near a clevis portion of a steam generator for a nuclear reactor.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The method for inhibiting corrosion of a steam generator for a nuclear reactor according to the present invention is characterized in that the water in the steam generator for a nuclear reactor contains at least one of a calcium compound and a magnesium compound so that the ion concentration becomes 0.1 to 1.0 ppb. This is a method for suppressing corrosion of a steam generator for a nuclear reactor, which comprises introducing the following.
In the steam generator for a nuclear reactor, there is a gap (clevis portion) between an outer peripheral surface of the heat transfer tube and a mounting hole of a support plate for supporting the heat transfer tube. Having In the clevis part, the impurities in the reactor steam generator are concentrated, and depending on the balance, there is a possibility that the pH may be inclined to either acidic or alkaline. May occur. According to the present invention, by introducing at least one of a calcium compound and a magnesium compound into the steam generator, SO 4 in the concentrated water in the clevis portion is neutralized, and the pH is maintained in a range near the neutral point. Therefore, there is no possibility of causing corrosion. Therefore, it is possible to obtain not only the effect of extending the life of the steam generator for a nuclear reactor, but also a very important effect in terms of safety, that is, significantly suppressing corrosion of the heat transfer tubes. Further, this method can be carried out by simply modifying the equipment, and is therefore an advantageous invention in terms of cost.
[0006]
In one embodiment of the method for suppressing corrosion of a steam generator for a nuclear reactor according to the present invention, the concentration of the calcium ion and the magnesium ion is 0.4 to 0.8 ppb. By setting the calcium ion and magnesium ion concentrations within this concentration range, the pH in the clevis portion can be more stably maintained near the neutral point. Examples of the calcium compound that can be used here include Ca (OH) 2, and examples of the magnesium compound include Mg (OH) 2 .
[0007]
Another aspect of the method for suppressing corrosion of a steam generator for a nuclear reactor according to the present invention is that the pH of the water in the enrichment section in the steam generator is adjusted to 5 by introducing at least one of the calcium compound and the magnesium compound. -9.
Since the hydrogen ion concentration changes depending on the temperature, the neutral point of the system water also changes depending on the operating temperature. Usually, the temperature of the water in the reactor steam generator is about 280 ° C., and the neutral point at this temperature is pH = about 5.5.
[0008]
The method for suppressing corrosion of a steam generator for a nuclear reactor according to the present invention has a gas-liquid distribution ratio of 0.66 or less and a dissociation degree (pKb) of 6.4 in water in the steam generator for a nuclear reactor. This is a method comprising introducing the following amine.
Also in this case, the pH of the clevis part-concentrated water in the steam generator can be maintained in a neutral range within the same range as that by the introduction of the calcium compound and the magnesium compound described above. The gas-liquid distribution ratio and the dissociation degree are preferably 0.6 or less and 6 or less, respectively.
[0009]
Further, in another aspect of the method for suppressing corrosion of a steam generator for a nuclear reactor according to the present invention, as the amine, ethanolamine (etanol amine), aminoguanidine (CH 6 N 4 ), creatine (creatine: C 4) H 9 N 3 O 2 ), 2,3-diaminopropionic acid (C 3 H 8 N 2 O 2 ), diethylenetriamine (diethylenetriamine: C 4 H 13 N 3 ), ixopterin : C 9 H 11 N 5 O 4), Rinachin (linatine: C 10 H 17 N 3 O 5), Metofomin (metformin: C 4 H 11 N 5), Morokijin (moroxydine: C H 13 N 5 O) of it is possible to use at least one. And in still another aspect of the method for suppressing corrosion of a steam generator for a nuclear reactor according to the present invention, 10 to 100 ppm, preferably 20 to 50 ppm of ethanolamine can be used as the amine.
[0010]
Furthermore, in still another aspect of the method for suppressing corrosion of a steam generator for a nuclear reactor according to the present invention, the pH of the clevis part concentrated water in the steam generator is adjusted to 5 to 9 by introducing the amine. .
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a method for suppressing corrosion of a steam generator for a nuclear reactor according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a sectional view showing a steam generator 1 for a nuclear reactor. A tube plate 3 is provided at a lower side of the steam generator 1, and an inlet water chamber 5 and an outlet water chamber 7 for the reactor coolant are formed at a lower end of the tube sheet 3. Further, on the upper side of the steam generator 1, a body 9 is provided so as to surround the circumference thereof. Inside the body 9, an surrounding tube 11 and a plurality of inverted U-shaped heat transfer tubes 13 are provided. I have. The heat transfer tube 13 is formed to be thin and thin, and is configured such that a high-temperature reactor coolant flows through the heat transfer tube 13 to heat feed water 15 which is a body side fluid and generate steam. Have been. Both lower ends of the heat transfer tubes 13 are inserted into holes in the tube sheet 3. The heat transfer tube 13 is supported laterally by a plurality of support plates 17 spaced apart in the vertical direction.
[0012]
In the reactor steam generator 1 having this configuration, the high-temperature coolant supplied from the reactor flows into the heat transfer tube 13 through the inlet water chamber 5, flows through, and loses heat due to heat exchange. After the temperature becomes low and flows to the outlet water chamber 7, it returns to the reactor. On the other hand, the feedwater 15 flowing into the steam generator 1 from the feedwater ring 21 flows downward between the surrounding pipe 11 and the body 9, flows on the tube sheet 3, and then flows upward along the heat transfer pipe 13. Flows. At this time, the feed water 15 exchanges heat with the reactor coolant, and a part thereof becomes steam. As the heated feedwater 15 flows upward, the steam separated through the support plate 17 and the steam separated vane 23 flows out.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the portion A in FIG. As shown in FIG. 2, a plurality of mounting holes 27 are formed in the support plate 17, and the heat transfer tubes 13 are inserted through the mounting holes 27 and supported. Between the inner peripheral surface 27a of the mounting hole 27 and the outer peripheral surface 13a of the heat transfer tube 13, a narrow gap (hereinafter, referred to as a clevis portion 29) of about 0.2 mm or less is partially generated.
[0013]
[First Embodiment]
In the first embodiment, at least one of a calcium compound and a magnesium compound is introduced so that the ion concentration in the water in the steam generator becomes 0.4 to 0.8 ppb.
The introduction into the water supply can be performed by mixing an aqueous solution of a calcium compound or a magnesium compound by, for example, a method of proportionally injecting each aqueous solution into the water supply system.
Thereby, the weakly acidic concentrated water near the clevis portion 29 is neutralized to a neutral range. In this neutral range, for example, the hydrogen ion concentration at about 280 ° C. is pH = 5 to 9, and preferably pH = 5.5 to 7. The calcium ion or magnesium ion reacts with sulfate ion (SO 4 2− ) more easily than other alkali components to form a salt. Therefore, the neutralizing effect on the sulfuric acid acidic environment is high, and the sulfuric acid acidic environment is neutralized using this. Even if calcium ions or magnesium ions are excessively added, they precipitate as hydroxides, so that the concentrated water in the clevis portion 29, which is the site to be neutralized, does not have a strong alkali state.
According to the first embodiment, sulfuric acid having a pH of about 3.5 can be changed to a pH of 6 or more at about 280 ° C. (neutral pH = 5.5).
[0014]
[Second embodiment]
In the second embodiment, an acidic or alkaline concentrated water in the vicinity of the clevis portion 29 is neutralized to a neutral range by introducing an amine into the concentrated water. It is desirable that the amine is appropriately concentrated in the clevis portion 29, has an appropriate gas-liquid distribution ratio, and has a high degree of dissociation at a high temperature.
Examples of the amines, such as ethanolamine (Ethanol Amine), aminoguanidine (aminoguanidine: CH 6 N 4) , creatine (creatine: C 4 H 9 N 3 O 2), 2,3 -diaminopropionic acid (2,3 diaminopropionic acid: C 3 H 8 N 2 O 2), diethylenetriamine (diethylenetriamine: C 4 H 13 N 3), Ikuchioputerin (ichthyopterine: C 9 H 11 N 5 O 4), Rinachin (linatine: C 10 H 17 N 3 O 5), Metofomin (metformin: C 4 H 11 N 5), Morokijin (moroxydine: C 6 H 13 N 5 O) , etc. can be suitably used.
[0015]
In the neutral range, for example, when ethanolamine is used as the amine, the hydrogen ion concentration at 280 ° C. is pH = 5 to 9, and preferably pH = 5.5 to 7. When these amines are used, they need to be added at a higher concentration than the calcium earth ions or magnesium ions that are the alkaline earth metal ions described above. Less likely to generate.
[0016]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to examples.
[Example 1]
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the simulation clevis unit 43 in the test apparatus 41 used in the first embodiment.
A simulated support plate 47 is provided on the outer periphery of the simulated heat transfer tube 45, and a sample lead-out tube 49 is provided below the simulated support plate 47. The size of the gap (simulated clevis portion 43) L formed between the outer peripheral surface 45a of the simulated heat transfer tube 45 and the inner peripheral surface 51a of the mounting hole of the simulated support plate 47 was 0.2 mm. A heater for simulating a heat medium is installed inside the simulated heat transfer tube 45. A sample of the concentrated water in the simulated clevis section 43 can be collected from the outlet pipe 49.
An aqueous solution of Ca (OH) 2 or Mg (OH) 2 was added to the simulated concentrated water such that the concentration of calcium ions in the aqueous solution became 0.8 ppb or the concentration of magnesium ions became 0.4 ppb. When such a test apparatus 41 is placed in a container (not shown) filled with a diluted aqueous sulfuric acid solution for test prepared by diluting sulfuric acid, the aqueous solution is placed inside the simulated clevis portion 43 as shown by an arrow P in FIG. Flowed in. Next, when heating is started by the heater, steam is generated from the simulated clevis portion 43. In a steady state, the pH value of the aqueous sample solution was about 3.6. Thereafter, a small amount of the sample aqueous solution was appropriately taken out from the outlet pipe 49.
[0017]
FIG. 4 shows the result of measuring the pH in the simulated clevis 43 into which the aqueous solution of calcium or magnesium was injected. This is a graph showing the relationship between the elapsed time after injecting the aqueous solution containing calcium ions or magnesium ions and the pH in the simulated clevis portion 43. O is a graph when an aqueous solution containing 0.8 ppb calcium ions is injected, and Δ is a graph when an aqueous solution of 0.4 ppb magnesium ions is injected.
The heat transfer tube 13 of the steam generator (actual unit) 1 for a nuclear reactor is normally maintained at about 280 ° C., while the neutral point at 280 ° C. is pH = 5.5. Therefore, it was found from FIG. 4 that the concentrated water in the clevis portion 29 became neutral about 30 hours after the injection of the aqueous solution.
[0018]
[Example 2]
In Example 2, a predicted value of a change in pH of sulfuric acid when an aqueous solution containing ethanolamine was injected into feed water was simulated using a Clevis concentration calculation model. The results are shown in the graph of FIG.
According to this graph, it is found that the pH of the concentrated water (pH = 3.5) in the simulated clevis increases by gradually injecting ethanolamine at a high concentration. Since the neutral point at about 280 ° C. is pH = 5.5, if about 30 ppm of ethanolamine is injected, the concentrated water in the clevis section 29 of the reactor steam generator (real machine) may become neutral. understood.
[0019]
The contents of the simulation will be briefly described.
FIG. 6 is a flowchart showing a simulation for estimating the pH and composition of the concentrated water in the clevis unit.
First, initial conditions such as the clevis part volume V, the gas-liquid distribution ratio (j compound) D vj , the amount of liquid entering the clevis part, and the amount of vapor discharged from the clevis part are set.
[0020]
Next, when the impurity concentration in the clevis portion is set to an appropriate value, chemical equilibrium calculation can be performed. Then, the molar fraction and the gas-liquid distribution of each component are calculated. After that, the impurity concentration in the clevis portion is calculated. This calculation can be performed from a value obtained by subtracting the steam amount and the mist emission amount from the inflow amount. If the simulation time is longer than the set time, the calculation is completed, and the calculation results of the pH and the composition of the concentrated water in the clevis are obtained.
[0021]
Here, the calculation contents of the impurity concentration in the clevis portion described above will be briefly described.
As shown in FIG. 7, the amount of the i component contained in the concentrated water liquid injected into the simulated clevis portion 43 is represented by A, and the amount of the i component contained in the steam discharged from the simulated clevis portion 43 (the vapor of the j compound) Assuming that B is the total content of the mist and the amount of the i component contained in the mist discharged from the simulated clevis portion 43 is C, the concentration D of the i component in the simulated clevis portion 43 is D = A−B−C It can be expressed as. This is shown in the following (Equation 1). The i component is, for example, sulfate ion (SO 4 2− ), and the j compound is, for example, sulfuric acid (H 2 SO 4 ).
[0022]
(Equation 1)
Figure 2004012162
[0023]
Here, V: clevis part volume (liter), ρ: clevis liquid density (kg / liter), t: time (Hr), D vj :: gas-liquid partition ratio (j compound) (−), dm I / dt: Amount of liquid entering the clevis part (kg / hr), dm o / dt: amount of vapor discharged from the clevis part (kg / hr), C i : concentration of clevis part (i component) (mol / kg), C bi : Concentration of bulk (i-component) (mol / kg), α ji : mole fraction (-) of j-compound in i-component.
[0024]
FIG. 8 shows the result of the simulation described above. FIG. 8 shows the amine concentration and the clevis assuming that the mist carryover ratio (the amount of liquid mist carried by steam / the amount of liquid evaporated) is 10 −5 and the decomposition ratio of amine at high temperature is 50%. 4 is a graph showing the relationship between the pH and the pH of a part. It was found that all the amines shown in FIG. 8 reached a neutral point of pH = 5.5.
[0025]
【The invention's effect】
According to the present invention, in a very simple method of introducing a bulk liquid containing calcium ions or magnesium ions, or a bulk liquid containing an amine into the feed water, the pH of the concentrated water present in the clevis portion is neutralized. Can be kept in range. Thus, the heat transfer tube can be prevented from being corroded, so that a very advantageous effect can be obtained not only from extending the life of the steam generator but also from the viewpoint of ensuring safety.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing an entire steam generator for a nuclear reactor.
FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a portion A in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a part of a simulation test apparatus used in Example 1.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the elapsed time after ion implantation and the pH of a clevis part, obtained in Example 1.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the concentration of ethanolamine injected and the pH of the clevis part, obtained in Example 2.
FIG. 6 is a flowchart for executing a simulation used in the second embodiment.
FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating an i-component concentration of a simulated clevis portion in Example 2.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the concentration of various amines and the pH of the clevis portion in Example 2.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nuclear steam generator 3 Tube plate 5 Inlet water chamber 7 Outlet water chamber 9 Body 11 Surrounding pipe 13 Inverted U-shaped heat transfer tube 15 Water supply 17 Support plate 21 Water supply ring 23 Steam separation vane 27 Mounting hole 29 Clevis part 41 Test equipment 43 simulated clevis part 45 simulated heat transfer tube 47 simulated support plate 49 simulated introduction tube

Claims (7)

原子炉用蒸気発生器の器内水中に、イオン濃度が0.1〜1.0ppbになるようにカルシウム化合物及びマグネシウム化合物の少なくともいずれか一を導入することからなる原子炉用蒸気発生器の腐食抑制方法。Corrosion of a steam generator for a nuclear reactor, which comprises introducing at least one of a calcium compound and a magnesium compound so that the ion concentration becomes 0.1 to 1.0 ppb in the water inside the reactor steam generator. Suppression method. 前記イオンの濃度が0.4〜0.8ppbであることを特徴とする請求項1に記載の原子炉用蒸気発生器の腐食抑制方法。The method for suppressing corrosion of a steam generator for a nuclear reactor according to claim 1, wherein the concentration of the ions is 0.4 to 0.8 ppb. 前記カルシウム化合物及びマグネシウム化合物の少なくともいずれか一を導入することによって、蒸気発生器内のクレビス部内濃縮水のpHを5〜9にすることを特徴とする請求項1又は2に記載の原子炉用蒸気発生器の腐食抑制方法。The reactor according to claim 1 or 2, wherein the pH of the concentrated water in the clevis portion in the steam generator is adjusted to 5 to 9 by introducing at least one of the calcium compound and the magnesium compound. A method for controlling corrosion of steam generators. 原子炉用蒸気発生器の器内水中に、気液分配率が0.66以下であり、かつ、解離度(pKb)が6.4以下のアミンを導入することからなる原子炉用蒸気発生器の腐食抑制方法。A steam generator for a nuclear reactor, comprising introducing an amine having a gas-liquid distribution ratio of 0.66 or less and a degree of dissociation (pKb) of 6.4 or less into the water in the reactor steam generator. Corrosion control method. 前記アミンが、エタノールアミン(ethanol amine)、アミノグアニジン(aminoguanidine:CH),クレアチン(creatine:C),2,3−ジアミノプロピオン酸(2,3−diaminopropionic acid:C),ジエチレントリアミン(diethylenetriamine:C13),イクチオプテリン(ichthyopterine:C11),リナチン(linatine:C1017),メトフォーミン(metformin:C11),モロキジン(moroxydine:C13O)の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項4に記載の原子炉用蒸気発生器の腐食抑制方法The amine is ethanolamine, aminoguanidine (CH 6 N 4 ), creatine (creatine: C 4 H 9 N 3 O 2 ), 2,3-diaminopropionic acid (2,3-diaminopropionic acid). : C 3 H 8 N 2 O 2), diethylenetriamine (diethylenetriamine: C 4 H 13 N 3), Ikuchioputerin (ichthyopterine: C 9 H 11 N 5 O 4), Rinachin (linatine: C 10 H 17 N 3 O 5) , Metofomin (metformin: C 4 H 11 N 5), Morokijin (moroxydine: C 6 H 13 N 5 O) of claim 4, wherein at least either The method of corrosion inhibiting nuclear steam generator according 前記アミンとして、10〜100ppmのエタノールアミンを用いたことを特徴とする請求項4又は5に記載の原子炉用蒸気発生器の腐食抑制方法。The method for suppressing corrosion of a steam generator for a nuclear reactor according to claim 4 or 5, wherein 10 to 100 ppm of ethanolamine is used as the amine. 前記アミンを導入することによって、蒸気発生器内のクレビス部内濃縮水のpHを5〜9にすることを特徴とする請求項4〜6のいずれか一に記載の原子炉用蒸気発生器の腐食抑制方法。The corrosion of the steam generator for a nuclear reactor according to any one of claims 4 to 6, wherein the pH of the concentrated water in the clevis portion in the steam generator is adjusted to 5 to 9 by introducing the amine. Suppression method.
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