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固液二相流中の金属材料の損傷および腐食に関する調査報告書

Report of the erosion-corrosion of metallic materials under solid-liquid two phase flow

大谷 恭平; 佐藤 智徳; 加治 芳行; 山本 正弘

Otani, Kyohei; Sato, Tomonori; Kaji, Yoshiyuki; Yamamoto, Masahiro

液体固体粒子を含んだ流体による流れ(固液二相流)を取り扱う配管などの構成材料は、固液二相流中の固体粒子の衝突によってエロージョンと呼ばれる損傷が生じる。固液二相流の液体が腐食性溶液である場合、溶液は更に化学的に作用してエロージョン・コロージョンと呼ばれる損傷が生じる。福島第一原子力発電所(1F)の廃炉作業で実施が予定されているデブリ取り出し作業の際には、破砕されたデブリ微粒子による循環冷却ラインの配管の損傷が懸念される。そのため、固液二相流における金属材料のエロージョンおよびエロージョン・コロージョンに関する文献調査を実施した。文献調査結果より、1Fのデブリ取り出し時に設置される冷却系配管の材料についてはクロムを含む鋼材や耐食性の高いステンレス鋼の使用が望ましいと考えられる。また、エロージョン・コロージョンの解析では、誤った条件や曖昧な条件で試験を実施すると金属材料の損傷速度の変化に影響する因子が適格に判別できず、事実と異なる認識をしてしまう危険性があることも分かった。このため、1Fのデブリ取り出し時において発生すると予測される粉砕微粒子が配管等の機器材料に与える影響を正確に評価するためには、金属材料の損傷速度に大きく影響を与える環境条件や1F特有の放射線によるラジオリシス等の因子を考慮した上で試験を行う必要がある。

Metallic pipes under solid-liquid two phase flow is damaged by collision of solid particle to the pipe walls, and this phenomenon is named "erosion". In the case of the liquid is corrosive solution, further damage is occurred on the pipe walls chemically, and this named "erosion-corrosion". In the Fukushima Daiichi decommissioning project, the fuel debris will be crushed during removal operation of the debris and micro debris particles would be generated. It is estimated that the pipes of the circulating cooling system would be damaged under the solid-liquid two phase flow containing fuel debris particles. For the reason, the previous study about erosion and erosion-corrosion of metallic materials under solid-liquid two phase flow was surveyed. The survey showed that the damage rate by erosion and erosion-corrosion is influence by a lot of parameter in comparison to the corrosion rate which occurred in no-flow solution. Therefore, it is necessary to pay attention to selecting the experimental method and condition before the investigation about erosion-corrosion of metallic materials under solid-liquid two phase flow is carried out.

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