特許 6783585 原子炉構造物の補修方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6783585

(24)【登録日】2020年10月26日

(45)【発行日】2020年11月11日

(54)【発明の名称】原子炉構造物の補修方法

(51)【国際特許分類】

   G21C 19/02 20060101AFI20201102BHJP

【ＦＩ】

   G21C19/02 050

【請求項の数】7

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2016-161851(P2016-161851)

(22)【出願日】2016年8月22日

(65)【公開番号】特開2017-44693(P2017-44693A)

(43)【公開日】2017年3月2日

【審査請求日】2019年2月4日

(31)【優先権主張番号】特願2015-164449(P2015-164449)

(32)【優先日】2015年8月24日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】特許業務法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】金子 哲治

(72)【発明者】

【氏名】瀬尾 知彦

(72)【発明者】

【氏名】川原田 義幸

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 幹郎

(72)【発明者】

【氏名】片山 義紀

(72)【発明者】

【氏名】小畑 稔

(72)【発明者】

【氏名】林 貴広

(72)【発明者】

【氏名】山岡 鉄史

【審査官】 藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１６９６６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１７６８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−１３０３９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１６２５０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１３９３００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ２１Ｃ １９／０２

Ｇ２１Ｄ １／００−１／０４

Ｃ２５Ｄ ５／００−７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属材料からなる原子炉構造物の表面に発生した損傷部を補修する原子炉構造物の補修方法であって、
前記原子炉構造物の前記損傷部を除去又は減少させる損傷部処理工程と、
前記損傷部処理工程の後に、前記原子炉構造物の前記損傷部の表面にあらかじめ生成している皮膜を除去する皮膜除去工程と、
前記皮膜が除去された前記原子炉構造物の表面に中間層を形成する中間層形成工程と、
前記損傷部内を封止して外部環境から遮断するメッキ層を形成するメッキ工程と、
を有することを特徴とする原子炉構造物の補修方法。

【請求項2】

前記損傷部は、局所的な損傷部であることを特徴とする請求項１に記載の原子炉構造物の補修方法。

【請求項3】

金属材料からなる原子炉構造物の表面に発生した損傷部を補修する原子炉構造物の補修方法であって、
前記原子炉構造物の損傷部を除去又は減少させる損傷部処理工程と、
前記原子炉構造物の前記損傷部の表面にあらかじめ生成している皮膜を除去する皮膜除去工程と、
前記原子炉構造物の損傷部に対して外部環境から遮断するメッキ層を形成するメッキ工程と、
を有することを特徴とする原子炉構造物の補修方法。

【請求項4】

前記メッキ工程の前に、前記皮膜が除去された前記原子炉構造物の表面に中間層を形成する中間層形成工程をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の原子炉構造物の補修方法。

【請求項5】

前記損傷部は、局所的な損傷部又は大局的な損傷部のいずれかであることを特徴とする請求項３又は４に記載の原子炉構造物の補修方法。

【請求項6】

前記メッキ層は、ニッケル、クロム、鉄のいずれかの単体又はそれらを主成分とする合金により形成されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の原子炉構造物の補修方法。

【請求項7】

前記中間層は、ニッケル又は銅のメッキ層により形成されることを特徴とする請求項１又は２又は４のいずれか一項に記載の原子炉構造物の補修方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、原子炉構造物の補修方法に関する。

【背景技術】

【0002】

沸騰水型原子炉及び加圧水型原子炉等の原子力発電プラントでは、原子炉内の構造物及び機器（以下、原子炉構造物という。）の表面にき裂等の損傷が発生した場合、その原子炉構造物に対して構造上の健全性を評価し、その結果によって原子炉構造物の交換又は補修が行われている。

【0003】

原子炉構造物に生じる代表的な損傷には、材料因子、環境因子、及び応力因子の三因子が重畳した場合に発生する可能性を有する応力腐食割れが挙げられる。一般に応力腐食割れによるき裂は、き裂先端において上記三因子の内、一つ以上の因子をなくすことで、その進展を防止できることが知られている。

【0004】

そのため、き裂が生じた場合においても、それが原子炉構造物の健全性を確保可能な大きさであれば、き裂開口部を封止することで、き裂内部を外部環境から遮断し、その後のき裂の進展を停止させることができる。したがって、上記き裂開口部を封止することは、構造健全性を確保した上で原子炉の運転を継続可能とするために有効な手段である。

【0005】

その他の損傷としては、原子力発電プラント内に意図しない海水が流入し、ハロゲンイオン濃度が増加した結果、原子炉構造物が孔食に代表される局部腐食を生じることが挙げられる。この場合も孔食の開口部を封止することで、孔食内部を外部環境から遮断し、その孔食の進展を停止させることができる。

【0006】

上記き裂又は孔食等の局所的な損傷部の開口部を封止することにより補修する方法としては、その開口部に肉盛溶接又は表面溶融による溶融層で損傷部を被覆する方法と、板材でき裂開口部を覆いその板材の縁部をレーザ溶接することで、き裂開口部を外部環境から遮断する方法が知られている。

【0007】

さらに、配管部等に認められる流動環境下における材料の減肉や、意図せずに構造物表面に生じた凹み、照射劣化のように経年的に構造物の材質が変化することに伴う耐食性低下等の大局的な損傷も考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００３−１９４９８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、上述した各補修方法は、いずれも補修対象部位に溶接等による熱を加える必要があり、原子炉運転中に中性子の照射を受けた材料に対して適用した場合には、施工後に熱処理を必要とする場合があるとともに、その施工期間が長期間になるという課題がある。

【0010】

本実施形態が解決しようとする課題は、補修対象部位に溶接等による熱を加えることなく、短期間で損傷部を補修可能な原子炉構造物の補修方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するために、本実施形態に係る原子炉構造物の補修方法は、金属材料からなる原子炉構造物の表面に発生した損傷部を補修する原子炉構造物の補修方法であって、前記原子炉構造物の前記損傷部を除去又は減少させる損傷部処理工程と、前記損傷部処理工程の後に、前記原子炉構造物の前記損傷部の表面にあらかじめ生成している皮膜を除去する皮膜除去工程と、前記皮膜が除去された前記原子炉構造物の表面に中間層を形成する中間層形成工程と、前記損傷部内を封止して外部環境から遮断するメッキ層を形成するメッキ工程と、を有することを特徴とする。

【0012】

また、本実施形態に係る原子炉構造物の補修方法は、金属材料からなる原子炉構造物の表面に発生した損傷部を補修する原子炉構造物の補修方法であって、前記原子炉構造物の損傷部を除去又は減少させる損傷部処理工程と、前記原子炉構造物の前記損傷部の表面にあらかじめ生成している皮膜を除去する皮膜除去工程と、前記原子炉構造物の損傷部に対して外部環境から遮断するメッキ層を形成するメッキ工程と、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本実施形態によれば、補修対象部位に溶接等による熱を加えることなく、短期間で損傷部を補修することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１実施形態の原子炉構造物の補修方法を示すフローチャートである。

【図2】第１実施形態において原子炉構造物の表面に発生したき裂補修後の状態を示す断面図である。

【図3】第１実施形態において原子炉構造物の表面に発生した孔食補修後の状態を示す断面図である。

【図4】第２実施形態の原子炉構造物の補修方法を示すフローチャートである。

【図5】第３実施形態の原子炉構造物の補修方法を示すフローチャートである。

【図6】第３実施形態において原子炉構造物の表面に発生した損傷部補修後の状態を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本実施形態に係る原子炉構造物の補修方法について、図面を参照して説明する。

【0016】

（第１実施形態）
図１は第１実施形態の原子炉構造物の補修方法を示すフローチャートである。図２は第１実施形態において原子炉構造物の表面に発生したき裂補修後の状態を示す断面図である。図３は第１実施形態において原子炉構造物の表面に発生した孔食補修後の状態を示す断面図である。

【0017】

図２及び図３に示すように、金属材料からなる原子炉構造物１の表面には、き裂２又は孔食４が発生しているものとする。ここで、本実施形態で補修する損傷部は、き裂２又は孔食４等の局所的な損傷部である。また、本実施形態では、き裂２又は孔食４をまとめて説明する場合は損傷部とし、き裂２又は孔食４による開口部をまとめて説明する場合は損傷開口部とする。

【0018】

また、原子炉構造物１とは、原子炉内に設置された構造物及び機器である。具体的には、例えば沸騰水型原子炉では、炉心を収納する原子炉圧力容器、炉心を包囲する炉心シュラウド、炉心の上下に設置された上部格子板及び炉心支持板、ジェットポンプ、ディフューザ、シュラウドサポートプレート等が挙げられる。炉心シュラウド、上部格子板、炉心支持板、ジェットポンプ等は、ステンレス鋼により構成されている。ディフューザ、シュラウドサポートプレート等には、Ｎｉ基合金が使用されている。

【0019】

図２及び図３に示すように、原子炉構造物１のき裂２又は孔食４が形成された損傷開口部の近傍には、あらかじめ表面に酸化皮膜が生成されている。図１に示すように、本実施形態の原子炉構造物の補修方法は、原子炉構造物１の損傷部近傍にあらかじめ生成している酸化皮膜を除去する皮膜除去工程（ステップＳ１０）と、皮膜が除去された原子炉構造物１の表面に中間層５を形成する中間層形成工程（ステップＳ１５）と、この中間層形成工程の後に、損傷開口部内を封止して外部環境から遮断するメッキ層６を形成するメッキ工程（ステップＳ２０）と、を有する。

【0020】

ステップＳ１０の皮膜除去工程では、その後形成するメッキ層６の密着性を向上させることを目的として原子炉運転中に原子炉構造物１の金属材料表面に生成している表面皮膜を除去する。

【0021】

表面の皮膜を除去する方法としては、グラインダー加工、研磨加工、ブラスト材吹付加工等のうち少なくとも一種類の機械的処理と、シュウ酸や硫酸、塩酸等の酸性溶液を用いて施工部であるき裂２又は孔食４の近傍を陽極とする電解処理、シュウ酸や硫酸、塩酸等の酸性溶液による浸漬処理等のうち少なくとも一種類の化学的処理のいずれかを行う。上記電解処理の電解条件は電流密度０．１〜１．０Ａ／ｃｍ^２とし、電解時間は２〜５分とする。

【0022】

次いで、ステップＳ１５の中間層形成工程では、無電解メッキ又は電解メッキにより中間層５を形成し、その中間層５の材質としては、ニッケル又は銅を用いている。

【0023】

さらに、ステップＳ２０のメッキ工程では、電解メッキによりメッキ層６を形成させ、き裂２又は孔食４が形成された損傷開口部を封止する。上記電解メッキは、メッキ液中に存在する金属イオンを原子炉構造物１の表面において還元することで、金属層を形成する方法である。この電解メッキは、１００℃以下の低温で金属層を形成することが可能であり、かつ成膜速度も比較的早いという特徴がある。

【0024】

具体的には、図２及び図３に示すようにき裂２又は孔食４による損傷開口部内には、外部環境に由来する水分が存在する。補修後は、上記損傷開口部にメッキ層６を形成させ、その損傷開口部内を外部環境から遮断する。メッキ層６は、損傷開口部内を外部環境から遮断することを目的とするため、必ずしもき裂２内部又は孔食４の内部に形成される必要はない。

【0025】

メッキ層６により封止された損傷開口部内では、電気化学反応の結果、損傷の進展に重要な役割を果たし腐食反応速度に影響を及ぼす因子である水中の溶存酸素が徐々に減少していく。しかし、損傷開口部内は、外部環境とメッキ層６により遮断されているため、外部環境からの溶存酸素の供給はなく、溶存酸素の濃度が低下することに伴い、腐食反応速度が顕著に抑制される。その結果として、き裂２又は孔食４の進展は停止する。

【0026】

メッキ層６の材質は、ニッケル、クロム、鉄のいずれかの単体又はそれらを主成分とする合金を用いる。合金メッキ層の例としては、鉄−クロム−ニッケル合金、ニッケル−タングステン合金、又はニッケル−クロム合金等が挙げられる。ニッケルメッキ条件の例としては、メッキ液に硫酸ニッケル溶液を用い、電流密度０．１〜０．３Ａ／ｃｍ^２、温度５０〜７０℃とする。

【0027】

このように本実施形態によれば、原子炉構造物１のき裂２又は孔食４の損傷部近傍にあらかじめ生成している皮膜を除去する皮膜除去工程（ステップＳ１０）と、皮膜が除去された原子炉構造物１の表面に中間層５を形成する中間層形成工程（ステップＳ１５）と、上記損傷部内を封止して外部環境から遮断するメッキ層を形成するメッキ工程（ステップＳ２０）とを有することから、補修対象部位に溶接等による熱を加えることなく、短期間でき裂２又は孔食４を補修することが可能となる。

【0028】

また、本実施形態によれば、メッキ工程の前に、皮膜を除去する皮膜除去工程を行い、皮膜が除去された原子炉構造物１の表面に中間層５を形成することにより、メッキ層６の密着性を一段と向上させることができる。

【0029】

（第２実施形態）
図４は第２実施形態の原子炉構造物の補修方法を示すフローチャートである。なお、第２実施形態は、前記第１実施形態の変形例であり、前記第１実施形態と同一の部分には、同一のステップ番号を付して重複する説明を省略する。

【0030】

本実施形態は、図４に示すようにステップＳ１０の皮膜除去工程の前に、原子炉構造物１のき裂２又は孔食４の損傷部を除去又は減少させる損傷部処理工程（ステップＳ５）をさらに有している。

【0031】

具体的に、損傷部処理工程（ステップＳ５）では、グラインダー加工、研磨加工、ブラスト材吹付加工等のうち少なくとも一種類の機械的処理と、シュウ酸や硫酸等の酸性溶液を用いて施工部であるき裂２又は孔食４の近傍を陽極とする電解処理、シュウ酸や硫酸、塩酸等の酸性溶液による浸漬処理等のうち少なくとも一種類の化学的処理のいずれかを行う。

【0032】

なお、ステップＳ２０のメッキ工程で形成するメッキ層６は、前記第１実施形態と同様に、ニッケル、クロム、鉄のいずれか単体又はそれらを主成分とする合金を用いる。合金メッキ層の例としては、鉄−クロム−ニッケル合金やニッケル−タングステン合金、ニッケル−クロム合金等が挙げられる。

【0033】

このように本実施形態によれば、ステップＳ１０の皮膜除去工程の前に、ステップＳ５の損傷部処理工程で原子炉構造物１の損傷部を除去又は減少させることにより、中間層５及びメッキ層６を形成し易くなり、一段と短期間でき裂２又は孔食４を補修することが可能となる。

【0034】

（第３実施形態）
図５は第３実施形態の原子炉構造物の補修方法を示すフローチャートである。図６は第３実施形態において原子炉構造物の表面に発生した損傷部補修後の状態を示す断面図である。

【0035】

なお、第３実施形態は、前記第１実施形態及び前記第２実施形態の変形例であり、前記第１実施形態及び前記第２実施形態と同一又は対応する部分には、同一の符号及びステップ番号を付して重複する説明を省略する。

【0036】

本実施形態で補修する損傷部は、図示しないが、配管部等に認められる流動環境下における材料の減肉や、意図せずに表面に生じた凹み、照射劣化のように経年的に原子炉構造物１の材質が変化することに伴う耐食性の低下等の損傷部（以下、大局的な損傷部という。）とした例について説明する。なお、本実施形態は、前記第１実施形態及び前記第２実施形態と同様に、き裂２又は孔食４等の局所的な損傷部を補修する場合にも適用可能である。

【0037】

図５に示すように、本実施形態の原子炉構造物の補修方法は、原子炉構造物１の大局的な損傷部を除去又は減少させる損傷部処理工程（ステップＳ５）と、原子炉構造物１の損傷部近傍にあらかじめ生成している酸化皮膜を除去する皮膜除去工程（ステップＳ１０）と、損傷部に対して外部環境から遮断するメッキ層６を形成するメッキ工程（ステップＳ２０）と、を有する。

【0038】

本実施形態では、酸化皮膜を除去する皮膜除去工程（ステップＳ１０）の前に、大局的な損傷部を除去又は減少させる損傷部処理工程（ステップＳ５）を行っている。

【0039】

ステップＳ５の損傷部処理工程では、前記第２実施形態と同様に、グラインダー加工、研磨加工、ブラスト材吹付加工等のうち少なくとも一種類の機械的処理と、シュウ酸や硫酸等の酸性溶液を用いて施工部である損傷部の近傍を陽極とする電解処理、シュウ酸や硫酸、塩酸等の酸性溶液による浸漬処理等のうち少なくとも一種類の化学的処理のいずれかを行う。なお、本実施形態では、図６に示すように破線で示す大局的な損傷部７を実線で示す損傷部８のように減少させている。

【0040】

ステップＳ１０の皮膜除去工程、ステップＳ２０のメッキ工程は、それぞれの方法、メッキ層６の材質が前記第１実施形態と同様である。但し、本実施形態のメッキ工程（ステップＳ２０）では、実線で示す減少された損傷部８にその表面形状に沿ってメッキ層６が形成されている。このメッキ層６を形成したことで、減少された損傷部８は外部環境から遮断される。

【0041】

このように本実施形態によれば、損傷部処理工程（ステップＳ５）と、皮膜除去工程（ステップＳ１０）と、メッキ工程（ステップＳ２０）と、を有することから、補修対象部位に溶接等による熱を加えることなく、短期間で大局的な損傷部７を補修することが可能となる。

【0042】

なお、本実施形態では、皮膜除去工程（ステップＳ１０）の前に、損傷部処理工程（ステップＳ５）を行っているが、これに限らず皮膜除去工程の後に、損傷部処理工程を行ってもよく、また損傷部処理工程と皮膜除去工程を同時に行ってもよい。

【0043】

（第４実施形態）
第４実施形態は、前記第３実施形態の補修方法に加えて、皮膜除去工程（ステップＳ１０）の後で、メッキ工程（ステップＳ２０）の前に、皮膜が除去された原子炉構造物１の表面に中間層５を形成する中間層形成工程（ステップＳ１５）をさらに有している。

【0044】

なお、中間層５を形成する方法及びその材質は、前記第１実施形態と同様である。また、ステップＳ１０の皮膜除去工程、ステップＳ２０のメッキ工程は、それぞれの方法、メッキ層６の材質が前記第１実施形態と同様である。

【0045】

このように本実施形態によれば、メッキ工程の前に、皮膜を除去する皮膜除去工程を行い、皮膜が除去された原子炉構造物１の表面に中間層５を形成することにより、メッキ層６の密着性を一段と向上させることができる。

【0046】

（その他の実施形態）
本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【0047】

なお、上記各実施形態では、皮膜除去工程（ステップＳ１０）及びメッキ工程（ステップＳ２０）において、電流密度を上記の値に設定したが、これに限らずそれ以上の値に設定することにより、それぞれの処理速度を高めることが可能となる。

【符号の説明】

【0048】

１…原子炉構造物、２…き裂、４…孔食、５…中間層、６…メッキ層、７…損傷部、８…損傷部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】