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Evaluation of permeated hydrogen through heat transfer pipes of the intermediate heat exchanger during the initial 950$$^{circ}$$C operation of the HTTR

HTTR高温試験運転におけるIHX伝熱管の水素透過評価

坂場 成昭 ; 松澤 孝治*; 平山 義明*; 中川 繁昭 ; 西原 哲夫 ; 武田 哲明

Sakaba, Nariaki; Matsuzawa, Takaharu*; Hirayama, Yoshiaki*; Nakagawa, Shigeaki; Nishihara, Tetsuo; Takeda, Tetsuaki

HTTRの中間熱交換器伝熱管に使用されているハステロイXRにおける水素同位体の透過は、HTTRの熱利用系として近い将来HTTRへの接続が計画されている水素製造装置における懸案の一つである。HTTRの初めての950$$^{circ}$$C運転となった高温試験運転における実測水素濃度をもとに、中間熱交換器伝熱管における1次系から2次ヘリウム系への水素透過を評価した。保守的に高く行った評価の結果、伝熱管平均温度735Kから940Kにおける、水素透過の活性化エネルギーE$$_{0}$$及び前指数部F$$_{0}$$は、それぞれ、E$$_{0}$$=62kJ/mol及びF$$_{0}$$=3.6$$times$$10$$^{-5}$$cm$$^{3}$$(NTP)/(cm s Pa$$^{0.5}$$)であった。本評価結果と従来報告されている値とを比較した結果、活性化エネルギーはほぼ一致した。また、本評価における前指数部は従来値より低く、これは、中間熱交換器伝熱管表面に酸化被膜が形成されている可能性を意味しており、水素同位体透過の低減につながることが示唆された。

The permeation of hydrogen isotopes through the Hastelloy XR high-temperature alloy adopted for the heat exchanger pipes of the intermediate heat exchanger in the HTTR (High Temperature Engineering Test Reactor) is one of the concerns in the hydrogen production system, which will be connected to the HTTR in the near future. An evaluation of the hydrogen permeation between the primary and secondary coolant through the Hastelloy XR was performed using the hydrogen concentration data observed during the initial 950$$^{circ}$$C operation of the HTTR. The hydrogen permeability of the Hastelloy XR was estimated conservatively high as follows. The activation energy E$$_{0}$$ and pre-exponential factor F$$_{0}$$ of the permeability of hydrogen were E$$_{0}$$ = 62 kJ/mol and F$$_{0}$$ = 3.6$$times$$10$$^{-5}$$ cm$$^{3}$$(NTP)/(cm s Pa$$^{0.5}$$), respectively, in the temperature range from 735K to 940K. The results implied that some oxidized film had been formed on the surface of the heat exchanger pipes of the intermediate heat exchanger.

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