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論文

伝熱管破損伝播事象に対する数値解析コードLEAP-IIIの開発

内堀 昭寛; 柳沢 秀樹*; 高田 孝; 大島 宏之

日本機械学会論文集(インターネット), 86(883), p.19-00353_1 - 19-00353_6, 2020/03

ナトリウム冷却高速炉の蒸気発生器において、伝熱管破損時のナトリウム-水反応現象の影響による破損伝播の発生有無と水リーク率を評価することが重要な課題となっている。既往研究において、事象が終息するまでの長時間事象進展におけるウェステージ型破損伝播を評価対象とする解析手法が開発された。本研究では、ウェステージ型破損伝播に加え高温ラプチャ型破損伝播を評価対象に含めるため、これに対応する解析モデルを開発、追加した。ナトリウム-水反応試験を対象とした解析を実施し、解析手法の妥当性を確認した。

報告書

高クロム鋼伝熱管の急速加熱ラプチャ実験

梅田 良太; 栗原 成計; 下山 一仁

JAEA-Technology 2016-030, 50 Pages, 2016/12

JAEA-Technology-2016-030.pdf:5.22MB

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。

報告書

改良9Cr-1Mo鋼の超高温強度特性

加藤 章一; 吉田 英一; 青砥 紀身

JNC-TN9400 2000-042, 112 Pages, 2000/03

JNC-TN9400-2000-042.pdf:8.55MB

FBR蒸気発生器の伝熱管破損に起因する隣接伝熱管への破損メカニズムのひとつとして、ナトリウム-水反応により急速に伝熱管壁が加熱され破断に至るいわゆる高温ラプチャ現象が考えられる。本研究では、改良9Cr-1Mo鋼に関する高温ラプチャ評価の基礎データとして反映するため、超高温領域における引張及びクリープ試験を実施した。引張試験におけるひずみ速度は10%/min$$sim$$10%/sec、クリープ破断時間は最長277secである。また、試験温度は700$$^{circ}C$$$$sim$$1300$$^{circ}C$$である。本試験において得られた結果を要約すると、以下のとおりである。(1)改良9Cr-1Mo鋼について、ひずみ速度と引張強度との関係及び数分以内の極端時間のクリープ破断強度に関する評価データを取得した。(2)上記取得データに基づき、Mod.9Cr-1Mo鋼伝熱管の構造健全性評価に必要なクリープ破断式を提案した。(3)改良9Cr-1Mo鋼の超高温域における引張強度及びクリープ強度は、「もんじゅ」伝熱管材料の2・1/4Cr-1Mo鋼よりも高い値を示し、優れた強度特性を有していることがわかった。

口頭

高速炉蒸気発生器における伝熱管破損事象に関する研究,38; 長時間事象進展解析手法の開発

浜田 広次; 内堀 昭寛; 大島 宏之

no journal, , 

蒸気発生器(SG)伝熱管破損時の安全評価を目的として、長時間事象進展解析コード(LEAP-III)の開発を進めている。LEAP-IIIへ組み込んだ高温ラプチャ評価モデルを用いた試解析を実施し、実験結果の再現性を評価した。

口頭

高速炉蒸気発生器におけるナトリウム-水反応を模擬した急速加熱伝熱管ラプチャ実験

梅田 良太; 栗原 成計; 下山 一仁

no journal, , 

ナトリウム(Na)冷却高速炉の蒸気発生器では、伝熱管破損に起因した高温ラプチャによって破損規模が拡大する可能性がある。高温ラプチャ評価では、伝熱管温度に相当するクリープ強度を材料強度基準値(破損クライテリア)として、管壁のフープ応力との大小比較により破損を判断するため、材料強度基準値の妥当性確認が非常に重要となる。本研究では、超高温域(最大1300$$^{circ}$$C)及び細径の単管(9Cr-1Mo鋼)を対象に、Na-水反応ジェットによって熱的影響を受けた伝熱管の急速加熱を模擬した伝熱管ラプチャ実験を行い、破損応力を定量評価しつつ、既存の材料強度基準値の妥当性を確認した。

口頭

高速炉蒸気発生器でのナトリウム-水反応を模擬した伝熱管ラプチャ実験

梅田 良太; 栗原 成計; 下山 一仁

no journal, , 

高速炉蒸気発生器ではナトリウム(Na)-水反応時に形成される高温の反応ジェットの熱的影響により、健全な隣接伝熱管の機械的強度が低下し、内圧で破損(高温ラプチャ)する可能性がある。本報では、二重伝熱管での高温ラプチャ現象を模擬した急速加熱伝熱管ラプチャ実験を行い、高温ラプチャ評価時の破損クライテリアとなる材料強度基準値の適用性を評価した結果について報告する。

口頭

高速炉蒸気発生器におけるナトリウム-水反応を模擬した急速加熱伝熱管ラプチャ実験, 2

栗原 成計; 梅田 良太; 下山 一仁

no journal, , 

ナトリウム冷却高速炉(SFR)の蒸気発生器(SG)では、伝熱管からの水漏えい時には、伝熱管材料の機械的強度が低下に起因した内圧膨出型の破損(高温ラプチャ)が生じ、2次Na冷却系統へ破損伝播することが懸念される。高温ラプチャ評価では、伝熱管温度に相当するクリープ強度を破損クライテリア(材料強度基準値)として、管壁のフープ応力との大小比較により破損を判断するため、材料強度基準値の妥当性確認が非常に重要となる。本研究では、単管試験と同様の条件で、二重伝熱管(Mod。9Cr-1Mo鋼)を対象に急速加熱ラプチャ実験を行い、破損応力を定量評価し、内外管の一様加熱条件において材料強度基準値の妥当性を確認した結果について報告する。

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