Conceptual structure design of high temperature isolation valve for high temperature gas cooled reactor

高温ガス炉用高温隔離弁の概念構造設計

高田 昌二; 阿部 健二; 稲垣 嘉之

Takada, Shoji; Abe, Kenji; Inagaki, Yoshiyuki

高温隔離弁は高温ガス炉水素製造システムの安全性を確保するうえでの必要不可欠の機器である。中間熱交換器や化学反応器の伝熱管破損事故において、原子炉から水素製造システムへの放射性物質の放出や、可燃性ガスの原子炉への進入を防止する。900Cを超えるヘリウムガス雰囲気で使用するアングル型高温隔離弁の概念構造設計を行った。ハステロイXR製の弁座を弁箱の内側に溶接し、内部断熱構造とするとともに、バルブメーカーの製作実績に基づき、弁座頂部の内径は445mmとした。3次元有限要素解析コードにより金属構造物の温度分布と熱応力を評価した。数値解析結果は、熱応力が弁座頂部から弁座付根に向かって単調減少し、弁座付根において局所的に増加することを示した。この結果をもとに、熱応力を低減するために、弁座高さ,弁座と弁箱の直径比を最適化し、弁箱・弁座溶接継ぎ手部での熱膨張差を低減して、応力を設計許容応力120MPa以下に抑制できた。また、通常運転時の起動・停止、並びに、減圧事故時における温度・圧力履歴によるクリープ疲労損傷は許容値を下回り、健全性を確保できることを明らかにした。

The high temperature isolation valve (HTIV) is a key component to assure the safety of a HTGR connected with a hydrogen production system. The structure design of an angle type HTIV was carried out. A seat made of Hasteloy-XR is welded inside a valve box. Internal thermal insulation is employed. Inner diameter of the top of seat was 445 mm. Numerical analysis was carried out to estimate temperature and thermal stress of metallic components by 3-dimensional finite element method. Numerical results showed that the temperature of the seat was simply decreased from the top to the root, and the thermal stress locally increased at the root. Thermal stress was lowered below the allowable limit 120 MPa by optimizing the structure. The thermal stress increased at the top of the seat. A creep analysis showed that a creep damage factor was limited below allowable limit during the start-up and shut-down during normal operation, as well as during the depressurization accident.