Ti-5%Ta製及びZr製酸回収蒸発缶の耐久性評価; 酸回収蒸発缶小型モックアップ試験設備による長期耐久性実証試験の総括

Long-term durability test of acid recovery evaporators made of Ti-5% Ta aIloy and zirconium

竹内 正行 ; 藤咲 和彦*; 根本 健志*; 小泉 務; 小山 智造

not registered; Fujisaku, Kazuhiko*; not registered; not registered; Koyama, Tomozo

本耐久試験は東海再処理工場の当時のステンレス鋼製酸回収蒸発缶を非鉄材料のTi-5TaまたはZrに材質変更する計画の一環として進められた。この結果、Ti-5Ta製およびZr製酸回収蒸発缶小型モックアップ試験設備(処理能力:東海再処理工場の酸回収蒸発缶の1/27)の設計・製作、さらに本装置による運転試験を通して、Ti-5Ta製およびZr各材料がステンレス鋼に代わる新材料として、酸回収蒸発缶の製作性や機器性能の面で問題のないことが実証された。また、それまでのステンレス鋼製酸回収蒸発缶の大きな課題であった長期耐食性についても、コールド環境での評価であるものの、製作したTi-5Ta製およびZr製酸回収蒸発缶小型モックアップ試験設備がこれまでのステンレス鋼製酸回収蒸発缶の最大処理実績(約13,000時間)をはるかに凌ぎ、最終的には累積40,000時間に及ぶ両蒸発缶の長期耐久性が実証された。この運転期間中、大きな設備の異常や故障等は特に認められず、安定した運転を継続してきた。また、長期運転試験後の評価結果から、材料強度の問題を含めて両蒸発缶は健全な状態を維持していた。さらに東海再処理工場におけるステンレス鋼製酸回収蒸発缶の腐食故障の要因となった粒界腐食についても、Ti-5Ta製およびZr製酸回収蒸発缶全体を通じて観察されなかった。両蒸発缶の腐食量については、Ti-5Ta製蒸発缶の気相部においてわずかながら経時的な減肉傾向が認められたが、他の部位およびZr製蒸発缶では有意な減肉は認められず、全体的に腐食速度は両蒸発缶ともに0.1mm/y以下であり、優れた耐食性を示した。運転期間中、両構造材料は不働態を維持し、缶内に設置したテストピースの結果から、応力腐食割れの感受性も認められなかった。さらに、Ti-5Ta製蒸発缶で認められた気相部の減肉傾向から、統計解析法を用いてTi-5Ta製蒸発缶の装置寿命(腐食代1mm)を評価した結果、最低約55,000時間と見積もられた。以上の結果から、酸回収蒸発缶の装置材料としてTi-5TaおよびZrが適用可能であることが示されるとともに、特に長期耐食性の観点からは両材料ともに実績のあるステンレス鋼よりもはるかに優れていることが実証された。

Mock-ups of acid recovery evaporators which are made of Ti-5% Ta alloy and Zr were tested under inactive condition for forty thousands hours to improve a corrosion resistance of acid recovery evaporator in Tokai reprocessing plant (TRP). The mock-up unit was designed and produced referring to the specification of acid recovery evaporator in TRP and the evaporation performance of the mock-up was 1/27 of TRP. A long-term durability of both evaporators was demonstrated by results of operation data, evaporation performance and corrosion resistance. The mock-up unit did not suffer from any trouble during the running test and the operation data such as temperature, flow, concentrations of nitric acid and metal ions were fairly stable within standard condition. As for the corrosion resistance, cracks and local corrosion such as intergranular attack were not observed on both evaporators after the running test, and a corrosion of weld was not selective. The average corrosion rates at measuring points were less than 0.1mm/yr, respectively, however, thickness of the Ti-5% Ta alloy evaporator was slightly reduced at all points of vapor phase region. In addition, from the result by test coupon, it is found that both materials have low susceptibility to stress corrosion cracking in this environment. The destructive inspection showed that the mechanical properties of both materials were not degraded during the running test. Finally, the total running time of the mock-up unit is much more than a maximum running time of acid recovery evaporator made of stainless steel in TRP (nearly 15,000 hours). On the basis of the test results, an excellent durability of Ti-5% Ta alloy and Zr evaporators under was successfully demonstrated throughout the mock-up test from an engineering perspective.