鉛-ビスマス自然循環冷却型FBR蒸気発生器の物量評価(1)-1次元定常熱流動解析コードPOPAI-6による検討-

Evaluation on the size of steam generator of Pb-Bi cooled FBR (1); Analyses by one dimension steady thermal-hydraulic calculation code

木曽原 直之 ; 江沼 康弘  ; 惣万 芳人

not registered; not registered; Soman, Yoshindo

実用化戦略調査研究で検討が進められている鉛-ビスマス自然循環冷却型FBRは主冷却配管、中間熱交換器、Pb-Bi駆動用ポンプを有しないことから、 Na炉に比べてプラント建設コストに占める蒸気発生器のコスト割合が大きい。したがってその物質削減が建設コストに及ぼす効果も大きく、また蒸気発生器の物量評価を精度良く行うことにより、建設コストを適切に評価できる。このため、本研究では冷却系機器の熱交換特性を 1次元で定常計算する解析コードPOPAI-6を用いて、自然循環型Pb-Bi炉の蒸気発生器の伝熱面積や大きさに関する検討を行った。本報告書は、蒸気発生器の物量削減を目的として、 Pb-Bi温度上昇によるヒートフラックスの向上、及び伝熱管の内側に溝を付けることによる水・蒸気側熱伝達率の改善といった方策を用いて伝熱面積縮小の効果について記載したものである。 また、別途Pb-Biを用いた伝熱試験から伝熱管に対する濡れ性がNaに比べて低下し、したがって熱伝達性能も低下することが報告されているが、これが伝熱面積に及ぼす影響についても評価した。解析の結果、Pb-Biの温度を上昇させることにより蒸気発生器の伝熱面積を約23%低減させることができ、水・蒸気側熱伝達率を改善した伝熱管の採用により、約15% の伝熱面積低減が可能であることがわかった。さらに、この両者を組み合わせることで、 約34%の伝熱面積低減効果が得られる。ただし、水・蒸気側熱伝達率を改善した伝熱管については、内側に溝加工を施すため、健全性や検査性の観点で別途検討は必要である。一方、Pb-Biの伝熱管に対する濡れ性低下の影響をPOPAI-6に反映して計算すると、伝熱面積は約14%増加することが予想され、設計や物量評価において考慮しておかなければならない。

Compared to a sodium cooled FBR, the cost ratio of a steam generator(SG) to the total cost of Pb-Bi cooled FBR plant is relatively high, because the main piping, pumps and IHXs are eliminated in the natural circulation Pb-Bi FBR. Then, reducing the size of the SG has a greatly influence on the total construction cost in Pb-Bi cooled FBR. In this study, the size of the SG of the natural circulation Pb-Bi cooled FBR was evaluated by using one dimensional steady thermal-hydraulic calculation code (POPAI-6) to obtain more benefit of the plant construction cost. Raising Pb-Bi temperature and adopting heat transfer promoting tubes (which provide grooves inside) to the SG are considered to be the effective method of reducing the heat transfer area. However, another study revealed that Pb-Bi is inferior to sodium in the wetting to the tube surface and this property leads to the less thermal convection. Thus computer code POPAI-6 indicated these effect on the heat transfer area of the SG. Raising Pb-Bi temperature and adopting heat transfer promoting tubes achieve a 23% and 15% decrease of heat transfer area respectively. And both methods enable to diminish 34% of the heat transfer area. However, the less wetting of Pb-Bi to the tubes surface considered, the heat transfer area was estimated to increase by 14%. This effect must be considered in designing the SG and Plant system.