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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ターゲットウェステージ評価

Evaluation of target-wastage in consideration of sodium-water reaction environment formed on the periphery of an adjacent tube in steam generator of sodium-cooled fast reactor

栗原 成計; 梅田 良太; 下山 一仁; 菊地 晋

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

ナトリウム(Na)冷却型高速炉(SFR)の蒸気発生器(SG)で想定される伝熱管破損事象では、Na中への水漏えいにより反応ジェットが形成され(Na-水反応)、そのエロージョン・コロージョン作用により隣接伝熱管(ターゲット伝熱管)に局所的な減肉が生じる(ターゲットウェステージ)。われわれは、反応ジェットに随伴される液滴衝突エロージョン(LDI)と、Na-水反応時の主要生成物である高温の水酸化ナトリウム(NaOH)及び酸化ナトリウム(Na$$_{2}$$O)による流れを伴うNa-Fe複合酸化型腐食(COCF)に起因してターゲットウェステージが生じると考え、伝熱管周囲のウェステージ環境で生成されるNaOH単体環境及びNaOH-Na$$_{2}$$O混合環境においてCOCF実験を実施して定式化した。本報では、垂直管群を模擬した実機SG条件でのNa-水反応試験(総合検証試験)を実施し、各ターゲット伝熱管を対象に新たなウェステージ相関式の適用性を定量評価するとともに、貫通破損したターゲット伝熱管を対象に注水停止後のブローダウン過程を含めた時間におけるウェステージの時間進行を定性的に検討した。

Wastage on adjacent tubes (target-wastage) arise from water/steam leak in steam generators of sodium-cooled fast reactors (sodium-water reaction). Target-wastage is likely to be caused by liquid droplet impingement erosion (LDI) and Na-Fe composite oxidation type corrosion with flow (COCF) in an environment marked by high temperature and high-alkali (reaction jet) due to sodium-water reaction. In the previous study, the authors quantitatively evaluated the effect of material temperature and fluid velocity on COCF rate, and revealed that COCF was sodium-iron composite oxidation type corrosion from metallographic observation and element assay. In this study, the applicability of new wastage correlations was confirmed for each tube in sodium-water reaction test with straight vertical tube bundle under practical steam generator operation condition. The authors established that the new wastage correlations were applicable to each tube of tube bundle in the above test, and the time progress of wastage was qualitatively investigated for the two penetrated tubes in the period including the water and/or steam blowdown.

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