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報告書

NaK総合流動伝熱試験装置の解体・洗浄

軍司 稔; 平川 康; 長谷部 慎一; 小林 澄男

JNC-TN9410 2001-023, 84 Pages, 2001/08

JNC-TN9410-2001-023.pdf:6.77MB

2001年1月から2月にかけて、 NaK(ナトリウムとカリウムの合金)を流体とする試験装置「NaK総合流動伝熱試験装置」の解体・撤去工事を実施したので、その経緯及び結果を報告する。NaKの融点が-12.6$$^{circ}C$$と低く常温で液体であること、カリウムが78wt%含まれているためにナトリウムに比べて科学的に活性であること、並びにNaKを流体とする試験装置の解体工事が大洗工学センターでは初めてであること等から、解体工事を行うに当たっては、作業前には多くの関係者の知見を活用して、作業に対する万全な安全方策をとった。その結果、NaK系の配管切断、機器解体及び洗浄作業を安全に終了させることができた。 以下に本解体・洗浄作業で得られた結果の要点を示す。(1)NaKの取扱い実験及び科学的検討によって以下の事項を確認した。1)大気にさらしたNaKは、空気中の酸素との発熱反応により超酸化物を生成するが、NaK及び受け皿等へ放熱できれば発火に到ることは希少である。2)NaKを低酸素ポテンシャルと高酸素ポテンシャルの環境下に繰り返しさらすと発火・燃焼に至る可能性が高い。3)NaK発火後の窒素ガスによる消化は、KNO3等の生成に伴う発熱反応を起こす可能性があり、即効性をもたない。(2)配管切断時に採用したビニールバッグ方式(取扱い部分をビニールバッグで覆いアルゴンガスで置換する)は、NaK系配管を切断する方法として有効であることを確認することができた。 (3)ナトリウムのように狭隘部が固着していないことから、ナトリウム機器では解体に手間がかかる加熱器や弁も比較的容易に買いたいすることができた。

報告書

高速炉大型ナトリウム機器の解体・洗浄 50MW中間熱交換器(IHX)の解体・洗浄

軍司 稔; 山本 晋平; 小野島 貴光

JNC-TN9410 99-013, 72 Pages, 1999/04

JNC-TN9410-99-013.pdf:3.54MB

高速炉は冷却剤として金属ナトリウムを使用しているため、その機器の解体に当たってはナトリウムの洗浄が必要となる。中間熱交換器(IHX)は1次系ナトリウムと2次系ナトリウムの熱交換器であり、外胴内面、伝熱管内外面ともナトリウムに浸漬されていること、カバーガス空間を有していること、ナトリウムが完全にドレンできない等の構造上の特徴を有しており、その解体・洗浄は困難である。上記特徴を有する交換熱量50MWのIHXの解体・洗浄を行った。解体・洗浄においては、解体に伴うナトリウム発火の防止、水蒸気洗浄時の大規模なナトリウムと水の反応防止に留意する必要がある。また、解体・洗浄に長期間要することから、解体途中における安全な保管や、効率的な解体・洗浄が求められる。試験施設に設置した状態で、炭酸ガスによる安定化処理を行い、その後、内胴と外胴に分離し、それぞれナトリウム洗浄を行う施設に輸送し、大気開放状態で蒸気と窒素との混合ガスによる洗浄と解体を行った。以下に本解体・洗浄作業で得られた結果の要点を示す。(1)ナトリウム機器の解体時にナトリウム固着部分を引き抜く際のナトリウム剪断力は約3.0kg/cm2とすることが妥当である。(2)炭酸ガスによる付着ナトリウムの安定化処理は、万一のナトリウム発火を防止する上で有効な手段であった。(3)ナトリウムの付着量や状態が完全に目視確認できないような場所をスチームで洗浄する場合、蒸気と窒素ガスの混合中の蒸気量を少なくし、蒸気とナトリウムの反応状態を慎重に確認しながら作業を進めることが重要である。また、蒸気注入後ナトリウムと蒸気の反応が始まるのに時間遅れがあり、洗浄状況観察の際にはその時間遅れを考慮する必要がある。(4)IHX洗浄のナトリウム処理量は約60kgであり、ナトリウム中の直管型伝熱管のナトリウム付着量は約0.23mg/cm2乗、カバーガス部の付着量は約13.7mg/cm2乗であった。(5)内胴を回転させながらの洗浄・解体作業法や伝熱管内面を同時に多数本洗浄できる治具の採用により作業の安全性および効率が大幅に向上できた。

報告書

ナトリウム漏洩燃焼試験 - スプレーノズルによる液滴径分布測定試験及び評価 -

永井 桂一; 平林 勝; 小野島 貴光; 大木 繁夫; 軍司 稔; 荒 邦章

JNC-TN9400 99-030, 123 Pages, 1999/04

JNC-TN9400-99-030.pdf:5.33MB

ナトリウム燃焼解析コードの開発・検証に必要なスプレーノズルによる液滴径分布の実験的知見及び分布計測データを取得するために、水、油等及びナトリウムを用いて液滴径の分布計測試験を実施した。試験では、液滴径生成の支配因子(粘性、表面張力等)とその定量効果を確認するとともに、水とナトリウムの相似則を明らかにするための基礎特性試験及び大規模ナトリウムスプレー燃焼試験(Rum-E1)の水によるスプレー再現試験を行い、大液滴(E1)ノズルでのナトリウムの液滴径分布を予測した。主な成果は以下の通りである。(1)液滴径分布計測方法の信頼性確認位相ドップラー方式の液滴径測定装置を用いて二流体式ノズルによる水等の液滴径分布を計測した結果は、抜山-棚沢分布関数で求めた液滴径分布と比較する限り大きな相違がないことを確認した。(2)液滴径分布に及ぼす支配因子の影響評価1.圧力式ノズルを用いた場合は、二流体式ノズルで得られた液滴径分布と異なり、ノズル構造の違いは液滴径分布に影響を及ぼすことが明らかになった。さらに、二流体式ノズルで検証されている抜山-棚沢分布関数を圧力式ノズルに適用するには分布の違い(実験定数)を考慮する必要がある。2.体積平均直径に影響を及ぼす流体の重要な因子として、粘性及び表面張力が影響を及ぼすことが本試験結果から明らかになった。この関係は、流体の粘性と表面張力による実験相関式で整理した。(1)E1ノズルによる液滴径分布の評価E1ノズルを用いた場合においても小液滴径用のノズルと同じように加圧圧力と体積平均直径の関係や体積平均直径と物性値(粘性、表面張力)との関係を実験係数を用いて整理した。さらに、小液滴径用のノズルにおいて求めたナトリウムの液滴径の分布(体積平均直径と流体の粘性及び表面張力との関係)の実験相関式を用いて、E1ノズルにおけるナトリウムの液滴径分布を推定した。

報告書

50MW蒸気発生器試験施設中間熱交換器(IHX)の解体・洗浄記録

軍司 稔; 山本 晋平; 小野島 貴光

PNC-TN9450 98-009, 150 Pages, 1998/06

PNC-TN9450-98-009.pdf:12.01MB

50MW蒸気発生器試験施設(50MWSG施設)における試験は昭和61年12月末に終了し、平成6年度から試験設備の解体、撤去及びナトリウム洗浄を開始した。試験施設の解体、撤去の一環として、平成9年10月下旬から12月にかけて中間熱交換器(IHK)の解体、洗浄を実施した。IHKは50MWSG施設内で管束内胴と外胴に分離した後、それぞれナトリウム処理室に輸送し、大気開放状態で高圧スチーム洗浄装置を用いて洗浄と解体を行った。以下に本解体・洗浄作業で得られた結果の要点を示す。ナトリウム機器の解体時にナトリウム個着部分を引き抜く際のナトリウム剪断力は約3.0KG/CM2と見積もることを推薦する。炭素ガスによる付着ナトリウムの安定化処理は、万一のナトリウム発火を防止する上で有効な手段であった。ナトリウム付着量や状態が完全に目視確認できないような場所をスチームで洗浄する場合、スチーム量をできるだけ少量としナトリウムと反応状態を慎重に確認しながら作業を進めることが重要である。また、スチームによる洗浄はスチームを入れてから反応が始まるのに時間遅れがあるので洗浄状況観察のためむやみに近づくことは危険である。IHK洗浄のナトリウム処理量は約60KGであった。ナトリウム中の直管型伝熱管洗浄、解体作業を実施することで、作業の安全性及び効率が大幅に向上できた。伝熱管内面洗浄用具を使用することで、伝熱管を効率よく洗浄することができた。

報告書

蒸気発生器伝熱管用渦電流探傷試験装置の開発 -オフラインデータ解析処理条件の設定及び検証-

永井 桂一; 荒 邦章; 軍司 稔

PNC-TN9410 97-087, 142 Pages, 1997/07

PNC-TN9410-97-087.pdf:5.29MB

高速原型炉「もんじゅ」の蒸気発生器(SG)伝熱管の渦電流探傷(ECT)による供用期間中検査(ISI)では、検査データの評価作業の迅速化や効率化及び容易化を図るために、計算機を用いたオフラインデータ解析処理を計画している。このオフラインデータ解析処理は、検査信号の位相と振幅をもとに設定したベクトルウィンドウと呼ばれる信号パターンに比較させ、一定の条件に当てはめることによって検査信号の分類や欠陥信号の識別を行うものであり、検査信号を精度良く分類することが要求される。このため、解析ソフトの倫理演算条件をパラメーターとした解析を行い、分類精度が最も良好となる条件を設定した。また、実機の探傷データを用いた解析も行い、設定した条件の有効性の検証や実機探傷データの整備構築を図った。主な成果は以下の通りである。(1)オフライン解析処理条件の設定支持板部についてはほぼ全数の支持板信号の自動分類が可能な条件を設定することができ、溶接部とベンド部については、自動分類可能な信号の数が最も多くなる倫理演算条件を設定することができた。(2)解析処理条件の検証「もんじゅ」の供用前検査(PSI)データ用に設定した解析条件は、信号発生要因の総数に対し約80$$sim$$85%の要因数をオフライン解析処理によって自動分類可能であり、手動解析機能との併用によって全ての信号発生要因を分類することが可能であった。また、設定した解析条件は、実機のISIデータの解析評価に充分適用できる見通しを得た。(3)データベースの整備「もんじゅ」SG伝熱管のPSIデータを対象に、設定した条件を用いて解析処理を行った結果、ISI時の信号評価を行う上で基本となる信号発生要因とその発生位置及び信号波形等の基礎データを整備構築することができた。

報告書

高速炉の冷却系に関する総合試験計画; 炉容器および1次冷却系モデルの検討

上出 英樹; 林 謙二; 軍司 稔; 林田 均; 西村 元彦; 飯塚 透; 木村 暢之; 田中 正暁; 仲井 悟; 望月 弘保; et al.

PNC-TN9410 96-279, 51 Pages, 1996/08

PNC-TN9410-96-279.pdf:2.92MB

動力炉・核燃料開発事業団では「原子炉冷却系総合試験」として,高速炉の実用化を目指し,実証炉段階で採用される原子炉冷却系に係る新概念技術の確立を目的とし,原子炉容器から蒸気発生器までの1次,2次冷却系,水蒸気系,崩壊熱除去系を総合的に模擬した大型ナトリウム試験を計画している。実証炉の特徴であるトップエントリー配管システム,炉内冷却器を用い自然循環を積極的に活用した崩壊熱除去系,低温流体循環方式の炉容器壁保護系,一体貫流型蒸気発生器,再循環系を用いた崩壊熱除去運転などを含め配管短縮化,機器のコンパクト化,高信頼性崩壊熱除去システムなどについて熱流動上の課題,構造上の課題を設定し,それらを解決できる試験装置として特に原子炉容器ならびに1次冷却系の試験モデルの検討を行った。特に(1)実証炉の熱流動と構造上の課題に対する解決方策としての充足,(2)熱流動上の課題と構造上の課題のバランス,(3)総合試験として系統全体での複合現象,構成機器間の熱流動的および構造的相互作用の模擬を重視して,試験モデル候補概念の創出,予測解析を含む定量的な比較評価,モデルの選定を行った。さらに,選定モデル候補概念を元に,「原子炉冷却系総合試験」全体の試験装置概念を構築した。

論文

STRUCTURE AND IN-SODIUM CHARACTERISTIC TESTS OF FLUX-CONCENTRATION TYPE ELECTROMAGNETIC PUMP

軍司 稔; 児玉 徹彦; 仲井 悟; 南園 崇善*

AUPEC '96, , 

新概念を取り入れた磁束収束型電磁ポンプの液体ナトリウム中での試験結果について、電磁界数値解析によりその結果を検証し、従来型の特性との特性比較を行った。液体ナトリウムでの実験結果、最大流量520㍑/min、推力2.6Kg/cm2が得られ、その効率は11%と従来の同上容量の電磁ポンプに比較すて1.8倍の結果が得られた。これらの結果について、電磁界数値解析による検討を行い、その結果を表す妥当な結果を得た。また、大容量を目指すにあたり2重励磁方式の磁束収束電磁ポンプについてその構成について検討を行った。

論文

自己作動型炉停止機構(SASS)の開発

軍司 稔

動燃技報, (79), , 

原子炉停止系のより一層の信頼性向上を目指す一つの手段として,自己作動型の炉停止機構の開発が世界的に進められている。動燃事業団では,1985年からキュリー点電磁石を駆動方式とする自己作動型炉停止機構の開発を開始した。これまでに材料の基本特性(耐ナトリウム環境性,耐放射線性),高温ナトリウム中での基本特性,熱過渡応答性の確認等の研究開発が進められ,システムとしての総合試験を残してほぼ要素試験は完了し,これまでの試験結果から実証炉へ適用出来る見通しを得ている。 本報告ではいくつかの試験の中から原理確認試験,熱過渡応答性試験結果および実証炉への適用性評価結果について紹介する。

論文

分節型制御棒の加振下における挿入特性

軍司 稔

JSME/ASMEジョイント会議, , 

原子炉停止系の信頼性向上,特に地震時等の制御棒の一層の挿入性向上を目的として, 性に富む分節がた制御棒について複数の模擬制御棒(1分節型,2分節型,3分節型)を設計・製作し,加振下における挿入試験を実施した。その結果,(1)加振時に分節数が多いほど挿入時間は短く,分節数が挿入時間短縮に有効に働くことが確認された。(2)制御棒挿入時間は,循環流量,制御棒と制御棒案内管間のギャップの影響を受けるが,特にギャップの影響が大きく,ギャップが5mmが2.5mmになると挿入時間は約2倍長くなる。(3)解析コードにて解析した結果,比較的良く実験結果と一致し,加振下での制御棒挿入挙動を充分シュミレーションできることが確認された。

論文

Development of a Self-Actuated Shutdown System-Response of the Curie Point Electromagnet Against Thermal Transient of Sodium Coolant-

林道 寛; 斎藤 誠; 軍司 稔

Proceedings of International Conference on Fast Reactors and Related Fuel Cycles (FR '91), , 

自己作動型炉停止機構(SASS)のキュリー点電磁石の特性に関するもので、特に成立性の中心課題となる冷却材の温度過渡に対する作動応答性について、熱衝撃試験装置を用いた試験結果と動燃で開発した解析コードによる結果について報告する。なお、本件は原電との協同研究の成果に基づくものであり、原電と連名で発表する。

論文

Dismantling of the 50MW Steam Generator Test Facility

仲井 悟; 小野島 貴光; 赤井 昌紀; 軍司 稔; 山本 晋平; 磯崎 正

Technical committee meeting on "Sodium removal and disposal from LMFR's in normal operation and in, , 

50MW蒸気発生器試験施設は,もんじゅの冷却系を1/5の交換熱量で模擬し,もんじゅ用大型蒸気発生器及び冷却系の特性についての試験を行ってきた。もんじゅの試験を終了し,大型熱流動試験施設への機器の再利用に向けて解体・ナトリウム洗浄を進めている。大気中の蒸気洗浄,不活性ガス中での蒸気洗浄,ナトリウム燃焼処理,アルコール洗浄等を用いて蒸気発生器,中間熱交換器,空気冷却器,ナトリウムポンプ等の各種大型機器のナトリウム洗浄及び解体を行っている。

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