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において、中間熱交換器や化学反応器の伝熱管破損事故時に、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のに不可欠な機器である。本報では、900Cを超えるヘリウムガス雰囲気で使用する高温ガス炉用アングル型高温隔離弁の概念構造設計を行った結果について述べる。ハステロイXR製の弁座を弁箱の内側に溶接して、内部断熱構造とし、バルブメーカーの製作実績に基づき弁座頂部の内径を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解析評価した結果、温度が弁座頂部から弁座付根に向かって単調減少し、熱応力が弁座付根において局所的に増加することがわかった。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するとともに、弁箱・弁座溶接継ぎ手部での熱膨張差を低減する工夫を行い、熱応力を設計許容応力120MPa以下に低減することができた。通常運転時の起動・停止、並びに、減圧事故時における温度・圧力履歴に基づいたクリープ損傷係数を評価した結果、許容値を下回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 high temperature gas cooled reactor connected with a hydrogen production system for protections of radioactive material release from the reactor to the hydrogen production system as well as of combustible gas ingress to the reactor during accidents. The conceptual structure design of an angle type HTIV was carried out to propose a draft overall structure based on the diameter of seat of 445 mm from fabrication experiences of valve makers. Numerical results showed that the thermal stress locally increased at the root of the seat which was connected with the valve box. The stress was lowered below the allowable limit 120 MPa by decreasing thickness of the connecting part and increasing the temperature of valve box to around 350 C. Creep analysis was also carried out to estimate a creep-fatigue damage based on the temperature history of the normal operation and the depressurization accident.