高クロム鋼伝熱管の急速加熱ラプチャ実験

Rapid heating rupture experiment using the high chromium steel tubes

梅田 良太 ; 栗原 成計 ; 下山 一仁 

Umeda, Ryota; Kurihara, Akikazu; Shimoyama, Kazuhito

ナトリウム冷却高速炉の蒸気発生器において伝熱管が貫通破損した場合、高温・高速かつ高アルカリ雰囲気の反応ジェットが生成される(ナトリウム-水反応)。反応ジェットが隣接する伝熱管全体を覆うと、伝熱管の高温化によって機械的強度が低下し、伝熱管内圧で膨出破損に至ることがある(高温ラプチャ)。高温ラプチャの評価では、伝熱管温度に相当する伝熱管材料のクリープ強度を材料強度の基準値(破損クライテリア)としており、内圧による管壁のフープ応力と当該破損クライテリアを比較することで破損を判断する。このため、高温ラプチャ現象を模擬した伝熱管破損実験から得られる知見を踏まえて、破損クライテリアの妥当性を確認することが非常に重要である。本報告書では、原子力機構が所有する伝熱管破損模擬試験装置(TRUST-2)を用いて、高クロム系鋼の細径伝熱管の単管試験体及び密着型の二重試験体を対象に、最高1500Kまでの超高温条件で内圧加圧型の急速加熱伝熱管ラプチャ実験を行い、破損形態や破損強度特性などを明らかにするとともに、破損クライテリアの妥当性を検討した。

In case of tube failure of a steam generator in sodium-cooled fast reactors, the reaction jet with high temperature and high velocity under highly alkaline environment is formed by cited exothermic reaction (sodium-water reaction). When the high temperature reaction jet covers the adjacent tubes, the material strength of tube decreases in the high temperature condition, and the adjacent tube may be swollen and failed by inner pressure (overheating tube rupture). For evaluation of the overheating tube rupture, tube failure is judged by comparison the hoop stress loaded by inner pressure with stress strength standard defined as creep strength depending on tube temperature. Thus, it is important to confirm the validation of this failure criterion based on the findings obtained in the simulated experiment of overheating tube rupture. In this report, for consideration on the validation of the failure criteria and elucidation on the failure mode and strength characteristics of failure, the authors carried out the rapid heating rupture experiment for the thin single and double-walled 9Cr steel tubes at high temperature up to 1500 K by using TRUST-2 rig in the Japan Atomic Energy Agency.