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高速炉蒸気発生器伝熱管周囲に形成されるナトリウム-水反応環境を考慮した隣接管ウェステージ評価; 高温水酸化ナトリウムを用いた流れを伴う複合酸化型腐食実験

Study on target wastage for sodium-water reaction environment formed on periphery of adjacent tube in steam generator of sodium-cooled fast reactor; Composite oxidation-type corrosion with flow experiment using high-temperature sodium hydroxide

栗原 成計 ; 梅田 良太 ; 菊地 晋 ; 下山 一仁 ; 大島 宏之

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

ナトリウム冷却高速炉の蒸気発生器でナトリウム(Na)-水反応が生じると、水漏えい位置に隣接する健全な伝熱管は反応ジェットの影響によって局所的な損耗(ターゲットウェステージ)を受け、破損が伝播して影響範囲が拡大する可能性がある。従来の研究では、実機SGの伝熱管候補材料を対象に、実機SG運転条件を模擬した多くのターゲットウェステージ実験が実施され、反応ジェットを形成するマクロな境界因子でウェステージ速度が評価されてきた。しかしながら、高温・高圧運転が指向される異なるSG型式に対して同様のアプローチで安全評価を行うには、設計上の選択肢に対して汎用性に欠け、設計時の最適化に適さない。本報では、Na-水反応時の主たる反応生成物である、高温のNaOH及びNa$$_{2}$$Oによる実機SG伝熱管材料の流れを伴う複合酸化型腐食挙動を把握することを目的として、ウェステージ環境に影響を及ぼす局所因子を分離可能な実験装置及び手法を開発し、減肉速度に及ぼす試料/供試体(伝熱管材料)温度及び試料衝突速度の影響を定量的に検討した結果について述べる。さらに、実験後供試体の金属組織観察や化学分析に基づき、腐食環境を推察した。

Sodium-water reaction would take place due to a breach of heat transfer tube in steam generator (SG) of sodium-cooled fast reactor (SFR), and the reaction jet may cause wear to the neighboring tubes by thermal and chemical effects, which is so-called target-wastage. Accordingly, failure propagation caused by target-wastage may potentially detract the secondary cooling system integrity. In previous study, a great number of target-wastage experiments have been carried out for candidate materials under practical SG operation conditions. Target-wastage rate was derived from macroscopic boundary factors of reaction jet. However, this mock-up approach is not versatile, and does not befit for large-scale SG design. Therefore, target-wastage should be focused for safety assessment of the various SG design. In this study, experiment apparatus and technique on composite oxidation type corrosion with flow (COCF), which is integral part of target-wastage, were constructed to figure out the separation effect of local wastage factors under the high temperature sodium hydroxide (NaOH) and sodium monoxide (Na$$_{2}$$O) environment mainly generated by SWR. The authors quantitatively evaluated the effect of material temperature and fluid velocity on COCF rate, and diffusion coefficient of Mod.9Cr-1Mo steel into NaOH-Na$$_{2}$$O. Besides, it was revealed that COCF was sodium-iron composite oxidation type corrosion from metallographic observation and element assay.

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