高速実験炉「常陽」の保守経験 (2)「常陽」ナトリウム冷却系電磁ポンプの保守経験
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カテゴリ: 第7回
1.緒言
2. 電磁ポンプの概要及び特徴 高速実験炉「常陽」では、冷却材に使用している12.1 電磁ポンプの概要 液体金属ナトリウムの循環に機械式ポンプと電磁ポ「常陽」のナトリウム冷却系電磁ポンプは、1次 ンプを用いている。このうち、電磁ポンプについて冷却系の補助系、オーバフロー系、ナトリウム純化 は、高速炉特有の機器で他のプラントでの使用例が系(以降、純化系)に計3基、2次冷却系の補助系、 少ないことから、「常陽」に設置した5基についてそ純化系に計2基の合計5基が設置されている。この の特徴を踏まえた開放点検を計画的に行うことにようち、2次冷却系の純化系電磁ポンプが AC ファラ り、健全性を確保するとともにその結果を踏まえてデー型であり、それ以外はフラットリニアインダク 長期的な保守計画を策定した。ションポンプ(Flat Linear Induction Pump:FLIP)型で 1. 本稿では、ナトリウム冷却系電磁ポンプの保守経ある。「常陽」 冷却系の電磁ポンプの配置を図1に示 験について報告する。
補助冷却器主冷却器主冷却器(1B)2次冷却系 主循環ポンプ (B)2次冷却系(2B】主循環ポンプ主冷却器(1A)主冷却器(2A)3| 2次補助冷却系 電磁ポンプ補助送風機主送風機(2B)主送風機(1B)リコールド トラップmon主送風機」 2次ダンブタンク(1A) 2次ナトリウム |純化系電磁ポンプ主送風機 (2A)補助中間熱交換器主中間 熱交換器(B)主中間熱交換器(A)1次冷却系 主価時ポンプ(A)1次冷却系主ポラロ原子炉容器1次補助系電磁ポンプオーバフロー系 電磁ポンプコールドトラップ: FLIP 1: ACファラデー型1次ダンプ タンク(B)1次ダンプ タンク(A)オーバフロー 1次ナトリウム「純化系電磁ポンプ
258電磁ポンプの動作原理はフレミングの左手の法則 に基づくものである(FLIP 型、AC ファラデー型共通)。FLIP 型は、図2に示すようにコイルを三相交流で 励磁することで、移動磁界中をポンプダクト内ナト リウム中に発生させると、これにより誘導電流 I が 発生し、誘導電流 I, と移動磁界中の垂直な方向に駆 動力Fが発生するものである。AC ファラデー型は、図3に示すようにトランス1 次コイルを励磁することでトランス鉄芯に誘起され る磁束が発生し、トランス2次コイル及び電極に電 流を流す。また、磁場コイルの励磁により磁場鉄志 に磁束が発生する。このトランス 2次コイル及び電 極に流れる電流と磁場鉄芯を通る磁束によりナトリ ウムに駆動力が発生するものである。 磁束分布(め) スロット積層鉄心コイル磁界移動方向NV1ELLOWTOrmataOFF Na ALI磁束/ポンプ駆動力_誘導電流/ポンプダクト 図2 FLIP 型電磁ポンプの構造と動作原理トランス鉄芯 トランス1次コイル トランス2次コイル 磁場鉄志 磁場コイルポンプダクト電極図3 AC ファラデー型電磁ポンプの構造と動作 原理2.2 電磁ポンプの特徴 * 電磁ポンプは可動部がないため、これに起因する 故障や摩耗による劣化が少ないことや、パッキン等 によるシール部分がなく完全密閉構造とできる等の 利点があるが、機械式に比べてポンプ効率が 10数% と低く、通常、小流量のものに用いられる。また、FLIP 型特有の構造上の特徴として、1次冷 却系に用いている竪型構造を示した図2のポンプダ クトの上下に接合された力率改善用の銅エンドバー がある。誘導電流はループを形成しており、ポンプ ダクトの上下にも流れる。これにより、ポンプ ダク トの上下では駆動力Fの向きが変わるため、ナトリ ウム中を誘導電流 12(1,=I2)が流れた場合、ナトリウム の流れに乱れが生じる。この対策としてポンプダク トの上下に銅エンドバーを接合し、銅エンドバー内に誘導電流 I, を流すことにより乱れを除去している。 2 次冷却系には横型構造を用いているが、ポンプダ クト左右に銅エンドバーを設置している以外、上記 特徴は竪型と同様である。なお、AC ファラデー型 は FLIP 型よりも小型であり、構造が異なることか ら銅エンドバーは必要ない。3.電磁ポンプの保守経験 3.1 保守実績 - 各電磁ポンプについては、施設定期検査(以下、 定検)毎に電磁ポンプ本体の外観・作動・絶縁抵抗 検査及び制御装置の点検を行っている。また、運転 実績や長期保全計画等に基づき電磁ポンプ本体の開 放点検を下記のとおり行っている。 (1) 1次冷却系電磁ポンプ 1 1 次冷却系電磁ポンプ本体は、すべて管理区域内 に設置されている。最も稼働率の高いオーバフロー 系電磁ポンプは、1982年7月の第3回定検及び 2000 年 12 月の第 13 回定検において、また、純化系電磁 ポンプは、2008年6月~7月の第 15 回定検において 電磁ポンプ本体カバーを取外し、開放点検を行って いる。補助電磁ポンプについては、表1に示すよう にオーバフロー系及び純化系より運転時間が1桁少 なく、放射線の影響も少ないことから、開放点検を 行ったことはない。 (2) 2次冷却系電磁ポンプ - 2次冷却系電磁ポンプは、すべて非管理区域に設 置されている。補助電磁ポンプは、1987年4月の第 6回定検及び 2009年1月~2月の第15回定検におい て、また、純化系電磁ポンプは、2 次系でかつ小型 であるため、毎定検電磁ポンプ本体カバーを取外し て点検を行っている。表1 電磁ポンプの運転時間とコイル累積照射線量評価結果 設置場所““ コイル設計供用 設置 機器名称 | 寸法 照射線量 照射量運転 コイル累積開始年 場所| 無射量 (Gy/20年) (Gy) (h) | (GY) (年) | H:1237.5 1次補助電磁 2重壁R-203 L:28003×10 1×107| 27.651 <4.7×10 1976 ポンプ FLIP型(管理区域)W:750 1次オーバフH:1035.5 1重壁R-105 ロー系電磁ポL:194016.5×1081 121×10'| 198,1024.7×10 1976 FLIP型(管理区域) W:800H:1035.5 1次純化系電 1重壁R-105 L:19406.5×108! 111×10'] 202.891 4.7×105| 1976 磁ポンプ FLIP型(管理区域) WA750H:1180 |2次補助電磁 1重壁A-505 L:2750228.7831976 ポンプ UP型(非管理区域) W:1400| H:700 2次純化系電 ACS-2122185061976 磁ポンプファラデー型1800(非管理区域)1W-700 *1 設置される部屋の代表的な照射線量(設計値) *22010年4月末現在 *3 1次補助電磁ポンプについては設置場所(R-203室)の照射線量がR-105室と比べ1桁以上低く、ダクトも2重壁であることか ら他の電磁ポンプより低いと推定される。 <参考> 電磁ポンプの仕様仕様(設計時想定標準運転状態)冷却材 機器名称設計電圧 設計電流流量(C)(mNa)(V)(A)37018300260500180116(/h) 1次補助電磁56.5 | ポンプ 1次オーバフ11.0 ロー系電磁ポ 1次純化系電11.0 磁ポンプ 2次補助電磁56.5 ポンプ 2次純化系電 磁ポンプ *1 設計流量、温度における500502501603408.5(kg/cm]4001875.2(kg/cm?140 (容量35kVA)2593.2 開放点検内容とその特徴 (1) コイル点検内容は、基本的に一般的な電動機のコイルと 同様であるが、1 次冷却系電磁ポンプの場合、設置 される原子炉格納容器内の床下エリアが原子炉出力 運転中に高y線量率(約8×10'Gy/h)となるため、 放射線による絶縁劣化(ボイドの発生等)が経年劣 化において重要な要因となる。これを踏まえ、以下 の点検を行っている。 ・外観検査 ・絶縁抵抗測定、抵抗測定 ・絶縁補強 ・打音検査 (2) ダクトダクトは薄肉構造で、かつ配管系の中では円形か ら矩形に変化する構造的不連続部になっており、銅 エンドバー溶接部は異材継手になっている。過去に 大洗研究開発センターのコールド施設で使用してい た同型電磁ポンプにおいて、運転開始3年で実施し た開放点検時にダクトの変形、銅エンドバー溶着金 属部の多数のクラック及び銅エンドバーの高温酸化 が確認された実績がある(図4参照)。これらを踏ま え、以下の点検を行っている。 ・外観検査 ・寸法測定(銅エンドバー上下、鉛直、曲がり) ・溶接部(構造的不連続部、異材継手等)の非破壊 検査(PT,RT) (3) 付属計装品等ヒータ、熱電対、ナトリウム検出器等が設置され ており、外観検査及び絶縁抵抗測定を行っている。銅エンドバー高温酸化クラックPT検査図4 大洗研究開発センターコールド施設における ダクト変形、銅エンドバークラック・高温酸化状況3.3 開放点検方法・手順 -AC ファラデー型電磁ポンプは、本体カバーを取 ・外し、コイル等部品を取り外すことなく、外観点検、 清掃、ボルト類の締付確認、絶縁抵抗検査等を行う ことができ、開放手順が複雑でなく、点検方法も簡 易的なものであるため、ここでは、1 次系の FLIP 型 電磁ポンプの開放点検について述べる。なお、2 次冷却系の FLIP 型は横型であるが、開放手順は基本 的に1次系の竪型と同様である。開放手順を図5に、 開放状況を図6に示す。架台コイルコイル10最心1 冷却ダンパダクトングのヒータにのヒーターカNa出口や サーモカップル3パネルOヒータ3パネル 9 ヒータパネル のダクトカバー11ヒーターエポックス ボックスB保温材接出て、 OnNa漏洩検出器 DADAコンカバーシート※0→0の順に開放する。図5 1次冷却系電磁ポンプ開放手順開放前上面ケーシングパネル取外しダクト上面ケーシングパネル取外し後コイル片側取外し後(側面)図6 1次冷却系電磁ポンプ開放状況3.4 開放点検結果 1 - 電磁ポンプのコイル、ダクト、付属計装品等の主 な点検結果を以下に示す(図7参照)。 (1) コイルの点検結果 ・コイルの鉄心及び絶縁材の外観検査の結果、性能 を害する変色、変形はなかった。 ・コイルの絶縁抵抗測定の結果、判定基準は上まわ っているものの絶縁が低下しているものが 33%確 認された。原因としては口出し線へのほこりの付着 が考えられたことから、口出し線の清掃及び絶縁テ ープの取り替えを行った結果、絶縁が回復した (100M2以上)。 ・予防保全として、絶縁補強(洗浄、ワニス処理) を行った。 ・コイルの打音検査の結果、絶縁材に異常(ボイド の発生や絶縁層の剥離等)はなかった。 (2) ダクトの点検結果 ・ダクトの外観検査の結果、銅エンドバー部全面に 酸化銅スケールが認められたものの異常な変形、有 害な欠陥はなかった。260・酸化銅スケール除去後の寸法測定の結果、ダクト 各部に著しい変形はなかった。ただし、銅エンドバ ーの減肉が確認されたため、後述のとおり寿命評価 を行った。 ・溶接部の非破壊検査(PT、RT)を実施し、欠陥が なく健全であることを確認した。 (3) 付属計装品等の点検結果 ・ヒータ、熱電対、ナトリウム漏洩検出器の外観検 査の結果、異常な変形、絶縁部の損傷、変色、割れ、 緩み等はなかった。 ・ヒータ、熱電対、ナトリウム漏洩検出器の絶縁抵 抗測定の結果、測定で一部判定基準を若干下回った ものがあったが、清掃及び絶縁テープの補強・交換 により、絶縁が回復した(50M2以上)。 ・冷却ファン・ダンパ等、その他付属機器に異常は なかった。打音検査コイル抵抗測定コイル絶縁抵抗測定 (1) 1次冷却系電磁ポンプのコイルの点検絶縁補強 (洗浄)絶縁補強 (乾燥) 絶縁補強(ワニス処理) (2) 2次冷却系電磁ポンプのコイルの絶縁補強PT検査(2次冷却系) | RT 検査(1次冷却系) 寸法検査(1次冷却系)(3) ダクトの検査 図7 電磁ポンプ開放点検状況4. 長期保全計画の検討 4.1 銅エンドバーの寿命評価前述の点検結果から、ダクトの形状やコイルの絶 縁等に異常はなく、現状、明らかな経年的な劣化は 銅エンドバー以外に確認されていない。このため、 銅エンドバーの寿命評価を行った。 (1) 減肉状況とポンプの輸送効率 * 電磁ポンプの銅エンドバーは、運転温度が高いた め高温酸化が問題となる。第3回及び第 13 回定検の オーバフロー系電磁ポンプ開放点検における外観検 査では、エンドバーに酸化によるスケール(主成分 は Cu,O,CuO)の付着が確認されたため、スケール 除去後にダクトの寸法測定を行った。この時のデー タを基にエンドバーの酸化の進行とポンプのナトリ ウム輸送効率の低下について考察した。エンドバーの断面積をパラメータとした場合のポ ンプの輸送効率を図8に示す。第 13 回定検時にダク ト寸法測定を行った結果、断面積は 510.7mm2(平均値)であった。この結果を基にエンドバーの実効的 断面積の初期断面積(20mm×30mm)に対する比率 を求めると、510.7mm-1600mm2=0.851 ......(1) となる。図8より、エンドバーの断面積が 85.1%に なった時のナトリウムの輸送効率は初期の約95%と なるが、オーバフロー系電磁ポンプには元々20%の 通電余裕があり、ナトリウム輸送効率が初期の 80% 程度まで低下しても定格流量での運転が可能である ため、上記エンドバーの減肉に伴う効率低下は運転 に支障を及ぼすものではない。なお、現在のところ 効率低下に伴う電磁ポンプの運転電圧の上昇は見ら れていない。※本計算ではエンドバー高さのみを変えて実施した。 ※エンドバー高さ1=0のときの効率を1とする。 ※エンドバー高さ1330mm時の効率を初期値(4.4)とす ると高さが85.1%(25.5m) となった時の効率は4.18とな り、初期の95%となる。 ※初期の性能から20%低下する場合効率は3.52に低下す ることになるが、この場合エンドバー高さは、16.3mm に減速することになり、これは初期の54%である。効率の割合10203040100L[mn図8 銅エンドバーの高さに対する効率の割合酸化重量比(96)第13回定期検査時(2000.12第3回定期検査時(1982.7)3年図9 銅エンドバーの酸化腐食進行度(2) 酸化の進行 1 500°C近傍における銅エンドバーの酸化について は、下式のとおり放射線則が成立すると考えられる。 y'=Kt ............(2) (y:酸化した重量 K:酸化速度年数 t:年) 第 3 回定検時及び第 13 回定検時の酸化重量比 (100[%] - エンドバーの実効的断面積の初期断面積 に対する比率(%)をプロットし、(2)式により酸化速 度係数を求めた結果を図9に示す。これより、y%3/15t . .....................(3) となる。なお、ここで電磁ポンプ運転期間中(約15 年)の原子炉運転と停止時間の比率がその後も同様 と仮定した。図8より、ナトリウム輸送効率の 80% に相当する銅エンドバーの減少率は約 40%であり、 図9からその時間的余裕は十分にある。602614.2 1次補助電磁ポンプの開放点検について1次補助電磁ポンプについては、長期保全計画で 1次純化系電磁ポンプの開放点検結果を踏まえて実 施の有無を決定することとしており、その要否を検 討した。電磁ポンプの主要劣化要因であるコイルの絶縁劣 化は、電気、熱、環境(放射線、ダスト等)及び機 械力等の要因が複合的に作用して起こるが、これま での経験より、特に放射線による劣化が重要な要因 となることが分かっている。他の電磁ポンプが高線 量のオーバフロータンク近傍に設置されているのに 対し、1 次補助電磁ポンプは周囲に高線量の機器設 備がないことから、y線量が少ない。前述のように、 1次補助電磁ポンプの運転時間は他の 1次系電磁ポ ンプに比べ1桁短く電気的影響も少ない上、熱的条 件も他の1次系電磁ポンプに比べ緩やかである。ま た、4.1 より、エンドバーの酸化は問題なく、オーバ フロー系電磁ポンプ、1 次純化系電磁ポンプとも開 放点検の結果、状態が良好であったこと等も考慮し、 開放点検は必要ないと判断した。ただし、過去に開 放を伴う点検や補修を実施した経験がなく、また、 オーバフロー系及び1次純化系電磁ポンプのいずれ の点検においてもケーブルに外被覆の割れや端子の 接触不良等が確認されているため、外観検査を中心 とした簡易点検を第 15 回定検中に実施することと した。4.3 電磁ポンプ高経年化における問題点と対策「常陽」の高経年化に関する評価において、1 次 系電磁ポンプについてはコイルの放射線及び高温に よる劣化を、また、2 次系電磁ポンプではナトリウ ムダクト及びコイルの高温及び塩分による劣化を問題点として抽出したが、その後の保守実績より、こ の評価が妥当であったことが確認できた。今後も計 画的な開放点検を行うことにより状態確認を継続し ていくこととする。5.まとめ - 電磁ポンプの開放点検を行った結果、ほこりの付 着等により一部に絶縁低下が確認されたが、清掃や 絶縁テープの補強・交換等により回復できる程度の ものであった。また、性能を害する変色、変形等は なく、銅エンドバーの異常な減肉がないことも確認 でき、これまで行ってきた保全活動により健全性が 確保されていることを実証した。1 次補助電磁ポン プについては、同様の開放点検は必要ないと判断し ているが、第 15 回定検中に外観検査を中心とした簡 易点検を計画している。今後とも、電磁ポンプの健全性を維持し、原子炉 施設の安全性・信頼性確保に努めていく。参考文献 [1] 須藤他,“「常陽」ナトリウム冷却系電磁ポンプの保守経験”,平成 21 年度弥生研究会「研究炉等 の運転・管理及び改良に関する研究会」発表要旨集, pp.7-1 [2] 礒崎他, “高速実験炉「常陽」の定期的な評価一高経年化に関する評価-”, 日本原子力研究開発機構 公開資料 [3] S.Suzuki, K,Iizawa et al.:”Measurement andCalculation sources in the Primary Cooling System of JOYO” Proc. Theory and Practices in Radiation Protection and Shielding, Vol.2, (1987), pp.363-376262“ “?高速実験炉「常陽」の保守経験 (2) 「常陽」ナトリウム冷却系電磁ポンプの保守経験“ “須藤 正義,Masayoshi SUTO,菅谷 孝,Takashi SUGAYA,住野 公造,Kozo SUMINO
2. 電磁ポンプの概要及び特徴 高速実験炉「常陽」では、冷却材に使用している12.1 電磁ポンプの概要 液体金属ナトリウムの循環に機械式ポンプと電磁ポ「常陽」のナトリウム冷却系電磁ポンプは、1次 ンプを用いている。このうち、電磁ポンプについて冷却系の補助系、オーバフロー系、ナトリウム純化 は、高速炉特有の機器で他のプラントでの使用例が系(以降、純化系)に計3基、2次冷却系の補助系、 少ないことから、「常陽」に設置した5基についてそ純化系に計2基の合計5基が設置されている。この の特徴を踏まえた開放点検を計画的に行うことにようち、2次冷却系の純化系電磁ポンプが AC ファラ り、健全性を確保するとともにその結果を踏まえてデー型であり、それ以外はフラットリニアインダク 長期的な保守計画を策定した。ションポンプ(Flat Linear Induction Pump:FLIP)型で 1. 本稿では、ナトリウム冷却系電磁ポンプの保守経ある。「常陽」 冷却系の電磁ポンプの配置を図1に示 験について報告する。
補助冷却器主冷却器主冷却器(1B)2次冷却系 主循環ポンプ (B)2次冷却系(2B】主循環ポンプ主冷却器(1A)主冷却器(2A)3| 2次補助冷却系 電磁ポンプ補助送風機主送風機(2B)主送風機(1B)リコールド トラップmon主送風機」 2次ダンブタンク(1A) 2次ナトリウム |純化系電磁ポンプ主送風機 (2A)補助中間熱交換器主中間 熱交換器(B)主中間熱交換器(A)1次冷却系 主価時ポンプ(A)1次冷却系主ポラロ原子炉容器1次補助系電磁ポンプオーバフロー系 電磁ポンプコールドトラップ: FLIP 1: ACファラデー型1次ダンプ タンク(B)1次ダンプ タンク(A)オーバフロー 1次ナトリウム「純化系電磁ポンプ
258電磁ポンプの動作原理はフレミングの左手の法則 に基づくものである(FLIP 型、AC ファラデー型共通)。FLIP 型は、図2に示すようにコイルを三相交流で 励磁することで、移動磁界中をポンプダクト内ナト リウム中に発生させると、これにより誘導電流 I が 発生し、誘導電流 I, と移動磁界中の垂直な方向に駆 動力Fが発生するものである。AC ファラデー型は、図3に示すようにトランス1 次コイルを励磁することでトランス鉄芯に誘起され る磁束が発生し、トランス2次コイル及び電極に電 流を流す。また、磁場コイルの励磁により磁場鉄志 に磁束が発生する。このトランス 2次コイル及び電 極に流れる電流と磁場鉄芯を通る磁束によりナトリ ウムに駆動力が発生するものである。 磁束分布(め) スロット積層鉄心コイル磁界移動方向NV1ELLOWTOrmataOFF Na ALI磁束/ポンプ駆動力_誘導電流/ポンプダクト 図2 FLIP 型電磁ポンプの構造と動作原理トランス鉄芯 トランス1次コイル トランス2次コイル 磁場鉄志 磁場コイルポンプダクト電極図3 AC ファラデー型電磁ポンプの構造と動作 原理2.2 電磁ポンプの特徴 * 電磁ポンプは可動部がないため、これに起因する 故障や摩耗による劣化が少ないことや、パッキン等 によるシール部分がなく完全密閉構造とできる等の 利点があるが、機械式に比べてポンプ効率が 10数% と低く、通常、小流量のものに用いられる。また、FLIP 型特有の構造上の特徴として、1次冷 却系に用いている竪型構造を示した図2のポンプダ クトの上下に接合された力率改善用の銅エンドバー がある。誘導電流はループを形成しており、ポンプ ダクトの上下にも流れる。これにより、ポンプ ダク トの上下では駆動力Fの向きが変わるため、ナトリ ウム中を誘導電流 12(1,=I2)が流れた場合、ナトリウム の流れに乱れが生じる。この対策としてポンプダク トの上下に銅エンドバーを接合し、銅エンドバー内に誘導電流 I, を流すことにより乱れを除去している。 2 次冷却系には横型構造を用いているが、ポンプダ クト左右に銅エンドバーを設置している以外、上記 特徴は竪型と同様である。なお、AC ファラデー型 は FLIP 型よりも小型であり、構造が異なることか ら銅エンドバーは必要ない。3.電磁ポンプの保守経験 3.1 保守実績 - 各電磁ポンプについては、施設定期検査(以下、 定検)毎に電磁ポンプ本体の外観・作動・絶縁抵抗 検査及び制御装置の点検を行っている。また、運転 実績や長期保全計画等に基づき電磁ポンプ本体の開 放点検を下記のとおり行っている。 (1) 1次冷却系電磁ポンプ 1 1 次冷却系電磁ポンプ本体は、すべて管理区域内 に設置されている。最も稼働率の高いオーバフロー 系電磁ポンプは、1982年7月の第3回定検及び 2000 年 12 月の第 13 回定検において、また、純化系電磁 ポンプは、2008年6月~7月の第 15 回定検において 電磁ポンプ本体カバーを取外し、開放点検を行って いる。補助電磁ポンプについては、表1に示すよう にオーバフロー系及び純化系より運転時間が1桁少 なく、放射線の影響も少ないことから、開放点検を 行ったことはない。 (2) 2次冷却系電磁ポンプ - 2次冷却系電磁ポンプは、すべて非管理区域に設 置されている。補助電磁ポンプは、1987年4月の第 6回定検及び 2009年1月~2月の第15回定検におい て、また、純化系電磁ポンプは、2 次系でかつ小型 であるため、毎定検電磁ポンプ本体カバーを取外し て点検を行っている。表1 電磁ポンプの運転時間とコイル累積照射線量評価結果 設置場所““ コイル設計供用 設置 機器名称 | 寸法 照射線量 照射量運転 コイル累積開始年 場所| 無射量 (Gy/20年) (Gy) (h) | (GY) (年) | H:1237.5 1次補助電磁 2重壁R-203 L:28003×10 1×107| 27.651 <4.7×10 1976 ポンプ FLIP型(管理区域)W:750 1次オーバフH:1035.5 1重壁R-105 ロー系電磁ポL:194016.5×1081 121×10'| 198,1024.7×10 1976 FLIP型(管理区域) W:800H:1035.5 1次純化系電 1重壁R-105 L:19406.5×108! 111×10'] 202.891 4.7×105| 1976 磁ポンプ FLIP型(管理区域) WA750H:1180 |2次補助電磁 1重壁A-505 L:2750228.7831976 ポンプ UP型(非管理区域) W:1400| H:700 2次純化系電 ACS-2122185061976 磁ポンプファラデー型1800(非管理区域)1W-700 *1 設置される部屋の代表的な照射線量(設計値) *22010年4月末現在 *3 1次補助電磁ポンプについては設置場所(R-203室)の照射線量がR-105室と比べ1桁以上低く、ダクトも2重壁であることか ら他の電磁ポンプより低いと推定される。 <参考> 電磁ポンプの仕様仕様(設計時想定標準運転状態)冷却材 機器名称設計電圧 設計電流流量(C)(mNa)(V)(A)37018300260500180116(/h) 1次補助電磁56.5 | ポンプ 1次オーバフ11.0 ロー系電磁ポ 1次純化系電11.0 磁ポンプ 2次補助電磁56.5 ポンプ 2次純化系電 磁ポンプ *1 設計流量、温度における500502501603408.5(kg/cm]4001875.2(kg/cm?140 (容量35kVA)2593.2 開放点検内容とその特徴 (1) コイル点検内容は、基本的に一般的な電動機のコイルと 同様であるが、1 次冷却系電磁ポンプの場合、設置 される原子炉格納容器内の床下エリアが原子炉出力 運転中に高y線量率(約8×10'Gy/h)となるため、 放射線による絶縁劣化(ボイドの発生等)が経年劣 化において重要な要因となる。これを踏まえ、以下 の点検を行っている。 ・外観検査 ・絶縁抵抗測定、抵抗測定 ・絶縁補強 ・打音検査 (2) ダクトダクトは薄肉構造で、かつ配管系の中では円形か ら矩形に変化する構造的不連続部になっており、銅 エンドバー溶接部は異材継手になっている。過去に 大洗研究開発センターのコールド施設で使用してい た同型電磁ポンプにおいて、運転開始3年で実施し た開放点検時にダクトの変形、銅エンドバー溶着金 属部の多数のクラック及び銅エンドバーの高温酸化 が確認された実績がある(図4参照)。これらを踏ま え、以下の点検を行っている。 ・外観検査 ・寸法測定(銅エンドバー上下、鉛直、曲がり) ・溶接部(構造的不連続部、異材継手等)の非破壊 検査(PT,RT) (3) 付属計装品等ヒータ、熱電対、ナトリウム検出器等が設置され ており、外観検査及び絶縁抵抗測定を行っている。銅エンドバー高温酸化クラックPT検査図4 大洗研究開発センターコールド施設における ダクト変形、銅エンドバークラック・高温酸化状況3.3 開放点検方法・手順 -AC ファラデー型電磁ポンプは、本体カバーを取 ・外し、コイル等部品を取り外すことなく、外観点検、 清掃、ボルト類の締付確認、絶縁抵抗検査等を行う ことができ、開放手順が複雑でなく、点検方法も簡 易的なものであるため、ここでは、1 次系の FLIP 型 電磁ポンプの開放点検について述べる。なお、2 次冷却系の FLIP 型は横型であるが、開放手順は基本 的に1次系の竪型と同様である。開放手順を図5に、 開放状況を図6に示す。架台コイルコイル10最心1 冷却ダンパダクトングのヒータにのヒーターカNa出口や サーモカップル3パネルOヒータ3パネル 9 ヒータパネル のダクトカバー11ヒーターエポックス ボックスB保温材接出て、 OnNa漏洩検出器 DADAコンカバーシート※0→0の順に開放する。図5 1次冷却系電磁ポンプ開放手順開放前上面ケーシングパネル取外しダクト上面ケーシングパネル取外し後コイル片側取外し後(側面)図6 1次冷却系電磁ポンプ開放状況3.4 開放点検結果 1 - 電磁ポンプのコイル、ダクト、付属計装品等の主 な点検結果を以下に示す(図7参照)。 (1) コイルの点検結果 ・コイルの鉄心及び絶縁材の外観検査の結果、性能 を害する変色、変形はなかった。 ・コイルの絶縁抵抗測定の結果、判定基準は上まわ っているものの絶縁が低下しているものが 33%確 認された。原因としては口出し線へのほこりの付着 が考えられたことから、口出し線の清掃及び絶縁テ ープの取り替えを行った結果、絶縁が回復した (100M2以上)。 ・予防保全として、絶縁補強(洗浄、ワニス処理) を行った。 ・コイルの打音検査の結果、絶縁材に異常(ボイド の発生や絶縁層の剥離等)はなかった。 (2) ダクトの点検結果 ・ダクトの外観検査の結果、銅エンドバー部全面に 酸化銅スケールが認められたものの異常な変形、有 害な欠陥はなかった。260・酸化銅スケール除去後の寸法測定の結果、ダクト 各部に著しい変形はなかった。ただし、銅エンドバ ーの減肉が確認されたため、後述のとおり寿命評価 を行った。 ・溶接部の非破壊検査(PT、RT)を実施し、欠陥が なく健全であることを確認した。 (3) 付属計装品等の点検結果 ・ヒータ、熱電対、ナトリウム漏洩検出器の外観検 査の結果、異常な変形、絶縁部の損傷、変色、割れ、 緩み等はなかった。 ・ヒータ、熱電対、ナトリウム漏洩検出器の絶縁抵 抗測定の結果、測定で一部判定基準を若干下回った ものがあったが、清掃及び絶縁テープの補強・交換 により、絶縁が回復した(50M2以上)。 ・冷却ファン・ダンパ等、その他付属機器に異常は なかった。打音検査コイル抵抗測定コイル絶縁抵抗測定 (1) 1次冷却系電磁ポンプのコイルの点検絶縁補強 (洗浄)絶縁補強 (乾燥) 絶縁補強(ワニス処理) (2) 2次冷却系電磁ポンプのコイルの絶縁補強PT検査(2次冷却系) | RT 検査(1次冷却系) 寸法検査(1次冷却系)(3) ダクトの検査 図7 電磁ポンプ開放点検状況4. 長期保全計画の検討 4.1 銅エンドバーの寿命評価前述の点検結果から、ダクトの形状やコイルの絶 縁等に異常はなく、現状、明らかな経年的な劣化は 銅エンドバー以外に確認されていない。このため、 銅エンドバーの寿命評価を行った。 (1) 減肉状況とポンプの輸送効率 * 電磁ポンプの銅エンドバーは、運転温度が高いた め高温酸化が問題となる。第3回及び第 13 回定検の オーバフロー系電磁ポンプ開放点検における外観検 査では、エンドバーに酸化によるスケール(主成分 は Cu,O,CuO)の付着が確認されたため、スケール 除去後にダクトの寸法測定を行った。この時のデー タを基にエンドバーの酸化の進行とポンプのナトリ ウム輸送効率の低下について考察した。エンドバーの断面積をパラメータとした場合のポ ンプの輸送効率を図8に示す。第 13 回定検時にダク ト寸法測定を行った結果、断面積は 510.7mm2(平均値)であった。この結果を基にエンドバーの実効的 断面積の初期断面積(20mm×30mm)に対する比率 を求めると、510.7mm-1600mm2=0.851 ......(1) となる。図8より、エンドバーの断面積が 85.1%に なった時のナトリウムの輸送効率は初期の約95%と なるが、オーバフロー系電磁ポンプには元々20%の 通電余裕があり、ナトリウム輸送効率が初期の 80% 程度まで低下しても定格流量での運転が可能である ため、上記エンドバーの減肉に伴う効率低下は運転 に支障を及ぼすものではない。なお、現在のところ 効率低下に伴う電磁ポンプの運転電圧の上昇は見ら れていない。※本計算ではエンドバー高さのみを変えて実施した。 ※エンドバー高さ1=0のときの効率を1とする。 ※エンドバー高さ1330mm時の効率を初期値(4.4)とす ると高さが85.1%(25.5m) となった時の効率は4.18とな り、初期の95%となる。 ※初期の性能から20%低下する場合効率は3.52に低下す ることになるが、この場合エンドバー高さは、16.3mm に減速することになり、これは初期の54%である。効率の割合10203040100L[mn図8 銅エンドバーの高さに対する効率の割合酸化重量比(96)第13回定期検査時(2000.12第3回定期検査時(1982.7)3年図9 銅エンドバーの酸化腐食進行度(2) 酸化の進行 1 500°C近傍における銅エンドバーの酸化について は、下式のとおり放射線則が成立すると考えられる。 y'=Kt ............(2) (y:酸化した重量 K:酸化速度年数 t:年) 第 3 回定検時及び第 13 回定検時の酸化重量比 (100[%] - エンドバーの実効的断面積の初期断面積 に対する比率(%)をプロットし、(2)式により酸化速 度係数を求めた結果を図9に示す。これより、y%3/15t . .....................(3) となる。なお、ここで電磁ポンプ運転期間中(約15 年)の原子炉運転と停止時間の比率がその後も同様 と仮定した。図8より、ナトリウム輸送効率の 80% に相当する銅エンドバーの減少率は約 40%であり、 図9からその時間的余裕は十分にある。602614.2 1次補助電磁ポンプの開放点検について1次補助電磁ポンプについては、長期保全計画で 1次純化系電磁ポンプの開放点検結果を踏まえて実 施の有無を決定することとしており、その要否を検 討した。電磁ポンプの主要劣化要因であるコイルの絶縁劣 化は、電気、熱、環境(放射線、ダスト等)及び機 械力等の要因が複合的に作用して起こるが、これま での経験より、特に放射線による劣化が重要な要因 となることが分かっている。他の電磁ポンプが高線 量のオーバフロータンク近傍に設置されているのに 対し、1 次補助電磁ポンプは周囲に高線量の機器設 備がないことから、y線量が少ない。前述のように、 1次補助電磁ポンプの運転時間は他の 1次系電磁ポ ンプに比べ1桁短く電気的影響も少ない上、熱的条 件も他の1次系電磁ポンプに比べ緩やかである。ま た、4.1 より、エンドバーの酸化は問題なく、オーバ フロー系電磁ポンプ、1 次純化系電磁ポンプとも開 放点検の結果、状態が良好であったこと等も考慮し、 開放点検は必要ないと判断した。ただし、過去に開 放を伴う点検や補修を実施した経験がなく、また、 オーバフロー系及び1次純化系電磁ポンプのいずれ の点検においてもケーブルに外被覆の割れや端子の 接触不良等が確認されているため、外観検査を中心 とした簡易点検を第 15 回定検中に実施することと した。4.3 電磁ポンプ高経年化における問題点と対策「常陽」の高経年化に関する評価において、1 次 系電磁ポンプについてはコイルの放射線及び高温に よる劣化を、また、2 次系電磁ポンプではナトリウ ムダクト及びコイルの高温及び塩分による劣化を問題点として抽出したが、その後の保守実績より、こ の評価が妥当であったことが確認できた。今後も計 画的な開放点検を行うことにより状態確認を継続し ていくこととする。5.まとめ - 電磁ポンプの開放点検を行った結果、ほこりの付 着等により一部に絶縁低下が確認されたが、清掃や 絶縁テープの補強・交換等により回復できる程度の ものであった。また、性能を害する変色、変形等は なく、銅エンドバーの異常な減肉がないことも確認 でき、これまで行ってきた保全活動により健全性が 確保されていることを実証した。1 次補助電磁ポン プについては、同様の開放点検は必要ないと判断し ているが、第 15 回定検中に外観検査を中心とした簡 易点検を計画している。今後とも、電磁ポンプの健全性を維持し、原子炉 施設の安全性・信頼性確保に努めていく。参考文献 [1] 須藤他,“「常陽」ナトリウム冷却系電磁ポンプの保守経験”,平成 21 年度弥生研究会「研究炉等 の運転・管理及び改良に関する研究会」発表要旨集, pp.7-1 [2] 礒崎他, “高速実験炉「常陽」の定期的な評価一高経年化に関する評価-”, 日本原子力研究開発機構 公開資料 [3] S.Suzuki, K,Iizawa et al.:”Measurement andCalculation sources in the Primary Cooling System of JOYO” Proc. Theory and Practices in Radiation Protection and Shielding, Vol.2, (1987), pp.363-376262“ “?高速実験炉「常陽」の保守経験 (2) 「常陽」ナトリウム冷却系電磁ポンプの保守経験“ “須藤 正義,Masayoshi SUTO,菅谷 孝,Takashi SUGAYA,住野 公造,Kozo SUMINO