高速炉蒸気発生器における伝熱管ウェステージに関する高温NaOH衝突実験

High-temperature sodium hydroxide impinging experiment for investigating tube wastage phenomena caused by sodium-water reaction in FBR steam generator

栗原 成計 ; 大島 宏之; 下山 一仁 ; 梅田 良太 

Kurihara, Akikazu; Ohshima, Hiroyuki; Shimoyama, Kazuhito; Umeda, Ryota

高速炉蒸気発生器(SG)では、万一伝熱管が破損した場合、Na中に高温,浸食性の強い反応ジェットが形成される(Na-水反応)。この反応ジェットに曝される隣接伝熱管は局所的な減肉作用により損傷し、その伝熱管損傷範囲が拡大する可能性がある。JSFRのSGでは、経済性向上のため高温・高圧運転や稠密な伝熱管配列が検討されており、原子力機構ではその合理的安全設計に向けて汎用かつ高精度予測評価を可能とする機構論的Na-水反応現象解析評価手法を開発している。これまで、ウェステージによる隣接伝熱管破損の可能性は、Na-水反応時における計測性や予測解析が困難であることから、反応ジェットの影響をマクロ的境界因子で整理してきた。機構論的評価では、ウェステージ面の温度や近傍での流体流速など局所量による影響を定量評価した現象把握が必要となる。本研究では、ウェステージ現象解明を目的として、主要な反応生成物である高温のNaOHを伝熱管材料に衝突させ、ウェステージ環境因子の影響を分離評価できる実験手法を開発した。本実験手法によりNaOH中静的腐食実験及びNaOH衝突実験で把握した減肉速度に対する温度や速度の依存性について報告する。

Sodium reacts chemically with water in case of unexpected heat transfer tube failure in a steam generator (SG) of sodium-cooled fast breeder reactors (FBRs) and exothermic reaction produces reaction field with high temperature and high corrosive action (sodium-water reaction). Adjacent tubes are damaged due to erosive and corrosive environment of the reaction field (wastage). Therefore, it is integral to evaluate such sodium-water reaction phenomena with high accuracy for the safety assessment of FBRs. For the purpose of understanding the wastage mechanism, an experiment was carried out in which sodium hydroxide (NaOH) as the main reaction product collided with the tube material under high temperature conditions simulating the reaction field. We confirmed that the erosion-corrosion rate of tube material has a tendency to increase as the temperature and velocity of NaOH are raised.