腐食抑制皮膜生成方法及び原子力発電プラント
【課題】既存の原子力発電プラントにおける金属の配管や機器等に対して簡易に腐食抑制皮膜の被覆処理を施すことができる腐食抑制皮膜生成方法、及び配管や機器等に腐食抑制皮膜の被覆処理が施された原子力発電プラントを提供する。
【解決手段】原子力発電プラントの主蒸気タービン系等の配管１に形成された酸化物薄膜４上に、酸化化合物５を付着し、配管１に化学反応を促進するための外的要因を付加することで配管１の酸化物薄膜４上に腐食抑制皮膜６を形成する腐食抑制皮膜生成方法、及び配管や機器等に腐食抑制皮膜６の被覆処理が施された原子力発電プラントである。
【解決手段】原子力発電プラントの主蒸気タービン系等の配管１に形成された酸化物薄膜４上に、酸化化合物５を付着し、配管１に化学反応を促進するための外的要因を付加することで配管１の酸化物薄膜４上に腐食抑制皮膜６を形成する腐食抑制皮膜生成方法、及び配管や機器等に腐食抑制皮膜６の被覆処理が施された原子力発電プラントである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属の腐食抑制皮膜生成方法及び原子力発電プラントに係り、特に金属の配管・機器等に腐食抑制皮膜を形成し、被覆処理を施す金属の腐食抑制皮膜生成方法、及び腐食抑制皮膜が形成された金属の配管・機器等を用いた原子力発電プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電プラントをはじめとする発電プラントにおいては、金属の配管・機器等が用いられている。
【０００３】
特に、発電プラントでは、価格の安さや実績に基づく信頼性、応力腐食割れ（ＳＣＣ）の発生のないことなどから配管・機器等には炭素鋼が多く用いられている。
【０００４】
原子力発電プラントは、原子炉圧力容器の中にある原子炉の炉心から熱を除去する原子炉冷却材（炉水）が加熱されて蒸発し、発生した蒸気が高圧及び低圧タービンに供給されて発電した後に、仕事をした蒸気が冷却され、原子炉復水・給水系を通って原子炉圧力容器に戻ってくるという循環が繰り返される。
【０００５】
炭素鋼は、原子力発電プラント内の高圧及び低圧のタービンセクション、並びに蒸気・水循環路の多くの付属部品（例えば配管や、温気分離器及び再加熱装置等の機器）に用いられている。
【０００６】
原子力発電プラントにおいては、単相流又は気液二相流の条件下では給水等の流動速度が早い。これに対する腐食防止策として、炭素鋼からなる配管・機器等に通流する給水を、塩素などのハロゲン物質を含まない給水としている。
【０００７】
しかし、腐食対策がとられた給水等であっても、炭素鋼からなる配管・機器等に溶存酸素濃度の低い流水である低酸素水が通流した場合には、その温度、流動状態及び水質等の条件によって酸化作用を受けて腐食が進展し、減肉腐食が発生する。減肉腐食は、流水の水温が１５０℃付近で起こりやすく、さらに流速が早く、より溶存酸素濃度の低い流水において減肉腐食が顕著に認められる。
【０００８】
原子力発電プラントにおける、配管・機器等は、早い流速にさらされる箇所や、流水に対し局部的に大きな乱れを生じさせるような流速計測用のオリフィス、さらにＬ字型に曲がった配管の様な構造が多く存在する。
【０００９】
これらに起因して、炭素鋼材料の表面近くの流れが大きく乱れることによって微視的に流速が大きくなり、流動性腐食の加速を引き起こし、配管・機器等に損傷が生じる可能性がある。
【００１０】
一方、低酸素水は、給水の脱気装置、原子炉及び蒸気駆動による中央発電システムのような様々な装置で用いられる。ここで溶存酸素濃度の高い高酸素水を用いることも考えられるが、高温下では応力腐食割れの進度が早くなってしまうという欠点があるため、流水中の酸素濃度は最小にすることが望ましい。
【００１１】
原子炉内の腐食は、配管等の減肉によって配管等の健全性や寿命を決定するのみならず、腐食によって生成した溶解性物質は放射線レベル、放射性廃棄物及び伝熱に関連する問題につながることとなるため、腐食生成物の制御はきわめて需要である。
【００１２】
通常、低酸素水にさらされているような炭素鋼の表面には、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＦｅＯＯＨなどの酸化物薄膜が付着しているが、減肉腐食によって、酸化物薄膜の溶解、剥離が発生している部分の腐食速度は０．１〜１０ｍｍ／年という高い値になることがある。設計寿命が３０〜４０年として考えられている原子力発電プラントにとっては、配管等の減肉腐食対策は非常に重要である。
【００１３】
従来、金属材料の腐食抑制技術として、合金化元素の添加や、腐食環境中への腐食抑制剤の添加、あるいは金属材料の被覆処理があった。
【００１４】
腐食抑制技術における合金化元素の添加は、合金化元素により金属材料の物性を変化させるものであるが、合金化元素の添加量に制限を設ける必要があった。
【００１５】
また、腐食環境中への腐食抑制剤の添加は、定期的に腐食抑制剤の濃度を管理しなければならないという問題があった。
【００１６】
これに対し、金属材料の被覆処理は、材料の機械的特性を変化させず、さらに加工後にその表面にのみ腐食抑制効果を付与することができる方法であった。
【００１７】
金属材料の被覆処理には、レーザ溶融法による皮膜処理方法がある（例えば特許文献１）。これは、Ｍｏ等の金属イオン及び還元剤を含む水溶液中で、被覆対象物の表面にレーザ照射することにより表面改質を行い、耐食性を向上させるものである。
【００１８】
また、放電加工法を用いた皮膜処理方法がある（例えば特許文献２）。これは、被覆対象物に対し高耐食性元素を有する電極を用いることにより放電加工処理し、耐食性に優れた放電加工合金層を形成するものであった。
【００１９】
さらに、白金族金属による皮膜処理方法がある（例えば特許文献３）。これは、被覆対象物に対し白金族金属の皮膜を形成し、さらに水素を注入することにより耐食性を向上させるものであった。
【特許文献１】特開平４−２０２６７０号公報
【特許文献２】特開平６−１８２６２６号公報
【特許文献３】特開平５−１９５２６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
特許文献１、２に示した皮膜処理方法は、レーザ溶融処理及び放電加工処理が必要であるため、既存の発電プラントに施工するためには運転を停止しなければならなかった。さらに、効果が期待できるのは塩素などのハロゲン物質が多く存在する環境下であり、原子力発電プラントのようなハロゲン物質を故意に取り除くようなものには適しない。
【００２１】
特許文献３に示した皮膜処理方法は既存プラントに対しても施工可能であるが、水素注入のための設備を設ける必要があった。
【００２２】
また、単相流の条件下で見られる流動性腐食の損傷は、約５０℃〜２３０℃の温度範囲、気液二相流では約１４０℃〜２６０℃の温度範囲で多くの事例があり、高温状態での腐食抑制が必要であった。
【００２３】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、金属の配管・機器等に腐食抑制皮膜が形成され、また高温の給水等が通流する条件下で腐食抑制皮膜を容易に生成可能な腐食抑制皮膜生成方法、及び原子力発電プラントを提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の腐食抑制皮膜生成方法は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載したように、酸化物薄膜が付着した金属に対し、酸化化合物が注入された高温水を通流させることにより前記酸化化合物を付着させる付着ステップと、前記付着ステップで前記金属に付着した前記酸化化合物と前記酸化物薄膜との反応を促進させるため、前記金属に化学反応を促進させる外的要因を付加する外的要因付加ステップと、前記外的要因付加ステップにより付加された前記外的要因により、前記金属に複合酸化物からなる腐食抑制皮膜を生成させる生成ステップとからなることを特徴とする腐食抑制皮膜生成方法である。
【００２５】
また、本発明の原子力発電プラントは、請求項１１に記載したように、原子力発電プラントの主蒸気タービン系、原子炉復水・給水系及び原子炉冷却材浄化系の少なくとも一系統の配管及び機器等の金属の表面上に形成した酸化物薄膜上に、酸化化合物を付着させ、前記金属に化学反応を促進させる外的要因を付加することで前記酸化物薄膜上に腐食抑制皮膜が形成されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る腐食抑制皮膜生成方法によれば、既存発電プラントの金属の配管・機器等に対し、簡易に皮膜処理を行うことが可能である。
【００２７】
また、外的要因として給水等を利用するため、新たな設備を設けることなく腐食抑制皮膜生成のための反応を促進することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
［第１実施形態］
本発明に係る腐食抑制皮膜生成方法及び原子力発電プラントにおける第１実施形態を、図１を用いて説明する。
【００２９】
本発明に係る第１実施形態を、一例として原子力発電プラントにおける主蒸気タービン系、原子炉復水・給水系及び原子炉冷却材浄化系等の金属の配管・機器等に適用した場合について説明する。
【００３０】
図１は、原子力発電プラントにおける配管の一部を示したものである。
【００３１】
配管１は、例えばＳＳ４１等の炭素鋼と、例えば銅入れのＳＯ４６Ｃｕ等の低合金鋼である炭素鋼からなる。配管１の母材２には高温水３が通流し、長時間の使用の結果、母材２表面にはＦｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＦｅＯＯＨなどの酸化物薄膜４が図１（ａ）に示すように形成される。
【００３２】
高温水３は、配管１に通流する給水等であり、また図１（ｂ）及び（ｃ）に示すように腐食抑制皮膜６生成のための酸化化合物５が注入される。さらに腐食抑制皮膜６生成の条件のため、高温水３は５０℃以上の高温とする。
【００３３】
酸化化合物５は、室温の水中で安定な酸化物であり、さらに鉄との複合酸化物を生成する酸化化合物である。具体的には、酸化チタン（ＴｉＯ、ＴｉＯ２）、酸化モリブデン（ＭｏＯ２）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化タンタル（ＴａＯ２）、酸化タングステン（ＷＯ２）のうち、少なくとも１つからなる。
【００３４】
次に、腐食抑制皮膜６生成のための酸化物薄膜４と酸化化合物５の反応について説明する。
【００３５】
酸化化合物５の一例である酸化チタン（ＴｉＯ）と酸化物薄膜４とが次の化学反応式に基づく化学反応を起こすことにより、酸化物薄膜４上に腐食抑制皮膜６としての複合酸化物が形成される。
［化１］
Ｆｅ２Ｏ３（酸化物薄膜）＋ＴｉＯ（酸化化合物） → ＦｅＴｉＯ４（腐食抑制皮膜）
形成された腐食抑制皮膜６は、母材２及び酸化物薄膜４上に付着し、炭素鋼からなる配管１等の腐食抑制を行う。
【００３６】
なお、他の酸化化合物である酸化モリブデン（ＭｏＯ２）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化タンタル（ＴａＯ２）、酸化タングステン（ＷＯ２）を用いた場合には、それぞれＦｅ２ＭｏＯ４，ＦｅＣｒＯ３、Ｆｅ２ＮｉＯ４，ＦｅＺｒＯ３，ＦｅＴａＯ４，ＦｅＷＯ４が複合酸化物として生成される。
【００３７】
次に、酸化物薄膜４と酸化化合物５との化学反応を促進するための外的要因について説明する。
【００３８】
外的要因には、高温水３の温度、圧力及び高温水３に含まれる放射能等を用いる。これにより、新たな設備を設けることなく、高温水３を活用することにより腐食抑制皮膜６生成のための反応を促進することができる。
【００３９】
図２を用いて、高温水３の温度を外的要因として利用した場合について説明する。
【００４０】
高温水３ａの温度が低い場合、酸化化合物５が母材２上に形成された酸化物薄膜４に付着後、酸化物薄膜４と酸化化合物５との化学反応が十分に行われず、腐食抑制皮膜６が剥離し、十分に腐食抑制効果が得られない。
【００４１】
これに対し、酸化化合物５が酸化物薄膜４上に付着後、原子力発電プラントの運転時間が経過するにつれて高温水３ｂが高温化するという特性を活用することで、高温水３ｂの温度を外的要因として用いることができる。
【００４２】
図３は、配管１の母材２に腐食抑制皮膜６が形成されておらず、母材２の酸化物薄膜４が露出している場合を示したものである。
【００４３】
母材２の表面に腐食抑制皮膜６が形成されていない場合、母材２から酸化物薄膜４を介して高温水３に鉄イオン８が流出する。流出した鉄イオン８は、高温水３に含まれる溶存酸素９と反応し、酸化作用を受けてＦｅ２Ｏ３１０を生成する。Ｆｅ２Ｏ３１０の一部は高温水３中に浮遊し、その他は酸化物薄膜４に蓄積されるとともに、酸化物薄膜４の増加に伴って母材２がより一層腐食、減肉される。
【００４４】
これに対し、図４は酸化物薄膜４の表面に腐食抑制皮膜６が形成されている場合を示す。図４に示すように、母材２から酸化物薄膜４を介して高温水３に流出する鉄イオン８は著しく少なくなり、母材２の減肉腐食をより一層減少させることができる。
【００４５】
図５は、母材２に腐食抑制皮膜６が形成された場合と形成されていない場合とを比較した母材減肉腐食線図である。縦軸に腐食量を示し、横軸に使用時間を示している。
【００４６】
また、使用条件については、母材２はＳＳ４１等の炭素鋼と、銅入れのＳＯ４６Ｃｕ等の低合金鋼であり、高温水３については水温１５０℃、溶存酸素４ｐｐｂ以下、流速２ｍ／ｓｅｃとする。
【００４７】
図５におけるａ、ｂは母材２表面に腐食抑制皮膜６が形成されている場合を、ａ１、ｂ１は腐食抑制皮膜６が形成されていない場合の腐食量と使用時間の関係を示す。
【００４８】
図５に示すように、母材２に腐食抑制皮膜６が形成されると、母材２の減肉腐食が著しく抑制されていることが認められた。
【００４９】
次に、配管１に対する腐食抑制皮膜６の生成方法を説明する。
【００５０】
図６は、腐食抑制皮膜６の生成方法のフローチャートである。
【００５１】
ステップＳ１では、図１（ａ）に示すように、酸化物薄膜４が付着している母材２の表面上に酸化化合物５を付着させるため、酸化化合物５が注入された高温水３を通流させる。このとき高温水３は、例えば５０℃以上とする。
【００５２】
ステップＳ２では、図１（ｂ）に示すように、酸化化合物５が母材２の酸化物薄膜４上に付着する。
【００５３】
ステップＳ３では、母材２に、酸化物薄膜４と酸化化合物５との化学反応を促進させるための外的要因が付加される。外的要因には、高温水３の温度、圧力、あるいは高温水３に含まれる放射能等が用いられる。
【００５４】
ステップＳ４では、酸化物薄膜４と酸化化合物５とに外的要因を用いて化学反応を起こさせることにより、酸化物薄膜４上には複合酸化物が腐食抑制皮膜６として形成される。
【００５５】
本実施形態によれば、新たに設備を設けることなく既存発電プラントに腐食抑制皮膜６の被覆処理が可能であるため、簡易かつ効率的に炭素鋼等の金属の腐食抑制を行うことができる。
【００５６】
また、外的要因として給水等を利用するため、新たな設備を設けることなく腐食抑制皮膜６生成のための反応を促進することができる。
【００５７】
［第２実施形態］
本発明に係る金属の腐食抑制皮膜生成方法の第２実施形態を弁装置２０に適用した例を、図７を用いて説明する。
【００５８】
本実施形態は、酸化化合物５を被覆対象物に付着させる方法についてであり、第１実施形態における高温水通流ステップＳ１及び酸化化合物付着ステップＳ２に対応するものである。
【００５９】
また、第１実施形態と対応する構成及び部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００６０】
本実施形態では、原子力発電プラント等で用いられる炭素鋼で製造された配管１に組み込まれる弁装置２０に対して腐食抑制皮膜６の被覆処理を行う。
【００６１】
弁装置２０は、弁ケーシング２１に収容された弁体２２を備え、この弁体２２を弁棒２３の駆動力により開閉させるものである。また弁装置２０の表面上には、酸化物薄膜４が形成されているものとする。
【００６２】
弁装置２０等に対する酸化化合物５の付着は、酸化モリブデン（ＭｏＯ２）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）等のうち、少なくとも１つからなる酸化化合物５が注入された、水又はアルコール等の溶媒２４に浸漬することにより行う。
【００６３】
また、溶媒２４は、コロイド状とする。これは、酸化化合物５が注入された溶媒２４を被覆対象物の表面に均一に付着させるためである。
【００６４】
本実施形態における、弁装置２０に対する腐食抑制皮膜６の生成方法を説明する。
【００６５】
図８は、腐食抑制皮膜６の生成方法のフローチャートである。
【００６６】
ステップＳ２１で、弁装置２０は、酸化物薄膜４が形成された弁装置２０の表面上に酸化化合物５を付着させるため、酸化化合物５が注入された溶媒２４に浸漬される。
【００６７】
ステップＳ２２では、弁装置２０の表面上に形成されている酸化物薄膜４上に酸化化合物５が付着される。
【００６８】
外的要因付加ステップＳ２３、腐食抑制皮膜形成ステップＳ２４は、第１実施形態における外的要因付加ステップＳ３、及び腐食抑制皮膜形成ステップＳ４と同様であるため、説明は省略する。
【００６９】
上述した実施形態によれば、腐食抑制皮膜６の被覆処理を行いたい弁装置２０等に対し、原子力発電プラント等の装置から取り出すことなく、必要な部分にのみ浸漬による被覆処理を行うことができる。
【００７０】
また、酸化化合物５が注入された溶媒２４をコロイド状とすることで、弁装置２０等の表面上に均一に酸化化合物５を付着させることができる。
【００７１】
［第３実施形態］
本発明に係る腐食抑制皮膜生成方法の第３実施形態について、図９を用いて説明する。
【００７２】
本実施形態は、酸化化合物を被覆対象物の表面に付着させる方法についてであり、第１実施形態における高温水通流ステップＳ１及び酸化化合物付着ステップＳ２に対応するものである。
【００７３】
また、第１、２実施形態と対応する構成及び部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００７４】
本実施形態では、発電プラント等で用いられる炭素鋼で製造された配管１に組み込まれる機器が、発電プラント等の定期点検等で取り外された場合に有効な腐食抑制皮膜６の被覆処理方法である。
【００７５】
図９は一例として発電プラントに用いられる熱交換器３０の表面に対する、スプレーによる腐食抑制皮膜６の被覆処理について示す。熱交換器３０の表面上には、酸化物薄膜４が形成されているものとする。
【００７６】
スプレータンク３１は溶媒２４が充填されている可搬式タンクである。
【００７７】
またスプレータンク３１にはノズル３２が接続されており、スプレータンク３１に充填された溶媒２４を被覆対象物である熱交換器３０の表面に噴射することができる。
【００７８】
本実施形態における、熱交換器３０の表面に対する腐食抑制皮膜６の生成方法を説明する。
【００７９】
図１０は、腐食抑制皮膜６の生成方法のフローチャートである。
【００８０】
ステップＳ３１では、酸化物薄膜４が被覆されている熱交換器３０の表面上に酸化化合物５を付着させるため、酸化化合物５が注入された溶媒２４が充填されたスプレータンク３１のノズル３２から溶媒２４が噴射される。
【００８１】
ステップＳ３２では、酸化化合物５が熱交換器３０の表面上に形成されている酸化物薄膜４上に付着する。
【００８２】
外的要因付加ステップＳ３３、腐食抑制皮膜形成ステップＳ３４は、第１実施形態における外的要因付加ステップＳ３、及び腐食抑制皮膜形成ステップＳ４と同様であるため、説明は省略する。
【００８３】
上述した実施形態によれば、熱交換器３０等の被覆対象物に対し、必要な部分のみに広範囲に被覆処理を行うことができる。
【００８４】
また、酸化化合物５が注入された溶媒２４をコロイド状とすることで、熱交換器３０等の表面に均一に酸化化合物５を付着させることができる。
【００８５】
［第４実施形態］
次に、図１１を用いて本発明に係る腐食抑制皮膜生成方法、及び配管や機器等に腐食抑制皮膜が施された原子力発電プラントの第４実施形態について説明する。
【００８６】
本実施形態は、酸化化合物５を配管や機器等の被覆対象物に付着させる方法についてであり、第１実施形態における高温水通流ステップＳ１及び酸化化合物付着ステップＳ２に対応するものである。
【００８７】
また、第１、２実施形態と対応する構成及び部分については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００８８】
本実施形態では、原子力発電プラント内に被覆処理システム４０を設け、腐食抑制皮膜６の被覆処理を行う。
【００８９】
被覆処理システム４０は、薬注系４１、薬液タンク４２及び薬注ポンプ４３からなる。
【００９０】
薬液タンク４２には、酸化化合物５が注入された、水又はアルコール等の溶媒２４が充填され、満たされる。
【００９１】
薬液タンク４２には薬注ポンプ４３が接続されており、薬注ポンプ４３は薬注系４１を通じて原子力発電プラント内の配管や機器等の被覆対象物に溶媒２４を投入する。
【００９２】
本実施形態の被覆対象物を備えた原子力発電プラント４４について説明する。
【００９３】
原子力発電プラント４４は、原子炉圧力容器４５、主蒸気タービン系４６、原子炉復水・給水系５４、原子炉冷却材再循環系４７及び原子炉冷却材浄化系４８を備える。
【００９４】
主蒸気タービン系４６及び原子炉復水・給水系５４は、原子炉圧力容器４５からの主蒸気に膨張仕事をさせ、発電機（図示せず）を駆動させる蒸気タービン４９と、この蒸気タービン４９で熱膨張仕事を終えたタービン排気を復水器（図示せず）で冷水（復水）にして、原子炉圧力容器４５に給水として戻す原子炉復水・給水系５４の配管で構成されている。
【００９５】
また、原子炉冷却材再循環系４７は、原子炉圧力容器４５内に収容するダウンカマ５５に配置され、かつ炉心シュラウド５０の外周方向に沿って配置される複数のジェットポンプ５１と、炉外に配置される再循環ポンプ５２を備え、原子炉圧力容器４５内の冷却材（炉水）を強制循環させている。
【００９６】
原子炉冷却材浄化系４８は、ポンプ５３を介して原子炉圧力容器４５の炉底から引き抜いた冷却材（炉水）に含まれている腐食生成物等を脱塩塔（図示せず）等で除去後、炉心シュラウド５０側に戻す。
【００９７】
本実施形態では、このような原子力発電プラント４４において、原子炉復水・給水系５４の配管及び原子炉冷却材浄化系４８の配管に被覆処理システム４０を設け、給水又は冷却材（炉水）に溶媒２４を投入し、配管等の腐食抑制皮膜６の被覆処理を行う。
【００９８】
本実施形態における、被覆処理システム４０を用いた原子力発電プラント４４に対する腐食抑制皮膜６の生成方法を説明する。
【００９９】
図１２は、腐食抑制皮膜６の生成方法のフローチャートである。
【０１００】
ステップＳ４１で、被覆処理システム４０における薬注タンク４２に充填された溶媒２４が、薬注ポンプ４３により薬注系４１を通じて被覆対象物に投入される。
【０１０１】
被覆対象物は、主蒸気タービン系４６、原子炉復水・給水系５４等の配管や機器とし、酸化化合物５が注入された溶媒２４を給水又は冷却材（炉水）に投入することにより通流させる。
【０１０２】
ステップＳ４２では、給水管等に被覆されている酸化物薄膜４上に、酸化化合物５が付着する。
【０１０３】
外的要因付加ステップＳ４３、腐食抑制皮膜形成ステップＳ４４は、第１実施形態における外的要因付加ステップＳ３、及び腐食抑制皮膜形成ステップＳ４と同様であるため、説明は省略する。
【０１０４】
なお、本実施形態において原子炉復水・給水系５４及び原子炉冷却材浄化系４８に被覆処理システム４０を設けたが、腐食性に応じて蒸気タービン系４６又は、原子炉冷却材再循環系４７の必要箇所に設けてもよい。また、原子炉復水・給水系５４及び原子炉冷却材浄化系４８の２箇所に被覆処理システム４０を設けたが、原子炉復水・給水系５４及び原子炉冷却材浄化系４８、蒸気タービン系４６及び原子炉冷却材再循環系４７等の１箇所又は２箇所以上に設けてもよい。
【０１０５】
上述した実施形態によれば、原子力発電プラント４４に被覆処理システム４０を設けることにより、直接、腐食抑制皮膜６の被覆処理を行うことが困難な場所であっても、溶媒２４を注入することにより簡易に被覆処理が可能である。
【０１０６】
［第５実施形態］
本実施形態は、本発明に係る金属の腐食抑制皮膜生成方法及び原子力発電プラントの第５実施形態を示すもので、腐食抑制皮膜６の被覆処理を行う時期について適用した例を示したものである。
【０１０７】
また、第１実施形態と対応する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０８】
図１３は本発明に係る腐食抑制皮膜６の被覆処理を行う時期について示した図である。
【０１０９】
横軸は時間、縦軸は高温水３等の温度、圧力、高温水３等に含まれる放射能等である外的要因の反応促進力の強度を示す。
【０１１０】
原子力発電プラントは、運転期間、停止期間、定期点検期間からなるサイクルで稼動している。
【０１１１】
このうち運転期間は、起動運転期間及び定格運転期間に分けられる。
【０１１２】
本実施形態では、定期検査期間又は起動運転期間に、被覆対象物に酸化化合物５を付着させる。また、定格運転期間に高温水３等の温度、圧力及び高温水３等に含まれる放射能等の外的要因の反応促進力が高い定格運転期間に酸化物薄膜４と酸化化合物５との反応を行い、被覆対象物に腐食抑制皮膜６を強固に形成させる。
【０１１３】
本実施形態によれば、原子力発電プラントの運転サイクルを有効に活用するため、簡易に腐食抑制皮膜６の被覆処理を行うことができる。
【０１１４】
また、定格運転期間に腐食抑制皮膜６が形成されるので、原子力発電プラントの定格運転期間にすぐに腐食抑制効果が得られる。さらに、定期検査期間に腐食抑制皮膜６が剥離することがないため、作業効率がよい。
【０１１５】
図１４は、原子力発電プラントの停止期間に被覆対象物に酸化化合物５を付着させ、起動運転後に酸化物薄膜４と酸化化合物５との反応を行い、腐食抑制皮膜６を形成した場合を示す。
【０１１６】
このような場合には、停止期間に配管等に付着させた酸化化合物５が、配管等に確実に付着されているかを定期検査期間に確認することができる。酸化化合物５が付着されていない場合には定期検査期間中に再度酸化化合物５を付着させることにより、より確実に被覆処理を行うことができるという点で効果がある。
【０１１７】
［他の実施形態］
上述した実施形態においては、原子力発電プラントにおける金属の配管や機器に対する腐食抑制皮膜６の被覆処理を説明したが、原子力発電プラントのみならず、例えば火力発電プラント等の他の発電プラントにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明に係る腐食抑制皮膜生成方法及び原子力発電プラントの第１実施形態を示し、原子力発電プラントの配管に適用した例を示した図。
【図２】高温水の温度差を外的要因として利用した例を示す図。
【図３】配管の母材に腐食抑制皮膜が形成されていない場合を示す図。
【図４】配管の母材に腐食抑制皮膜が形成されている場合を示す図。
【図５】腐食抑制皮膜の有無を比較した母材減肉腐食線図。
【図６】第１実施形態における腐食抑制皮膜生成方法を示すフローチャート。
【図７】本発明に係る腐食抑制皮膜生成方法の第２実施形態を示し、弁装置に適用した例を示す図。
【図８】第２実施形態における腐食抑制皮膜生成方法を示すフローチャート。
【図９】本発明に係る腐食抑制皮膜生成方法の第３実施形態を示し、熱交換器への酸化化合物付着方法を示した図。
【図１０】第３実施形態における腐食抑制皮膜生成方法を示すフローチャート。
【図１１】本発明に係る腐食抑制皮膜生成方法及び原子力発電プラントの第４実施形態を示し、被覆処理システムが設けられた原子力発電プラントを示す説明図。
【図１２】第４実施形態における腐食抑制皮膜生成方法を示すフローチャート。
【図１３】本発明に係る腐食抑制皮膜生成方法及び原子力発電プラントの第５実施形態を示し、腐食抑制皮膜の被覆処理を行う時期について示した図。
【図１４】本発明に係る腐食抑制皮膜生成方法及び原子力発電プラントの第５実施形態を示し、腐食抑制皮膜の被覆処理を行う時期について示した図。
【符号の説明】
【０１１９】
１ 配管
２ 母材
３、３ａ、３ｂ 高温水
４ 酸化物薄膜
５ 酸化化合物
６ 腐食抑制皮膜
８ 鉄イオン
９ 溶存酸素
１０ Ｆｅ２Ｏ３
２０ 弁装置
２１ 弁ケーシング
２２ 弁体
２３ 弁棒
２４ 溶媒
３０ 熱交換器
３１ スプレータンク
３２ ノズル
４０ 被覆処理システム
４１ 薬注系
４２ 薬注タンク
４３ 薬注ポンプ
４４ 原子力発電プラント
４５ 原子炉圧力容器
４６ 主蒸気タービン系
４７ 原子炉冷却材再循環系
４８ 原子炉冷却材浄化系
４９ 蒸気タービン
５０ 炉心シュラウド
５１ ジェットポンプ
５２ 再循環ポンプ
５３ ポンプ
５４ 原子炉復水・給水系
５５ ダウンカマ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属の腐食抑制皮膜生成方法及び原子力発電プラントに係り、特に金属の配管・機器等に腐食抑制皮膜を形成し、被覆処理を施す金属の腐食抑制皮膜生成方法、及び腐食抑制皮膜が形成された金属の配管・機器等を用いた原子力発電プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電プラントをはじめとする発電プラントにおいては、金属の配管・機器等が用いられている。
【０００３】
特に、発電プラントでは、価格の安さや実績に基づく信頼性、応力腐食割れ（ＳＣＣ）の発生のないことなどから配管・機器等には炭素鋼が多く用いられている。
【０００４】
原子力発電プラントは、原子炉圧力容器の中にある原子炉の炉心から熱を除去する原子炉冷却材（炉水）が加熱されて蒸発し、発生した蒸気が高圧及び低圧タービンに供給されて発電した後に、仕事をした蒸気が冷却され、原子炉復水・給水系を通って原子炉圧力容器に戻ってくるという循環が繰り返される。
【０００５】
炭素鋼は、原子力発電プラント内の高圧及び低圧のタービンセクション、並びに蒸気・水循環路の多くの付属部品（例えば配管や、温気分離器及び再加熱装置等の機器）に用いられている。
【０００６】
原子力発電プラントにおいては、単相流又は気液二相流の条件下では給水等の流動速度が早い。これに対する腐食防止策として、炭素鋼からなる配管・機器等に通流する給水を、塩素などのハロゲン物質を含まない給水としている。
【０００７】
しかし、腐食対策がとられた給水等であっても、炭素鋼からなる配管・機器等に溶存酸素濃度の低い流水である低酸素水が通流した場合には、その温度、流動状態及び水質等の条件によって酸化作用を受けて腐食が進展し、減肉腐食が発生する。減肉腐食は、流水の水温が１５０℃付近で起こりやすく、さらに流速が早く、より溶存酸素濃度の低い流水において減肉腐食が顕著に認められる。
【０００８】
原子力発電プラントにおける、配管・機器等は、早い流速にさらされる箇所や、流水に対し局部的に大きな乱れを生じさせるような流速計測用のオリフィス、さらにＬ字型に曲がった配管の様な構造が多く存在する。
【０００９】
これらに起因して、炭素鋼材料の表面近くの流れが大きく乱れることによって微視的に流速が大きくなり、流動性腐食の加速を引き起こし、配管・機器等に損傷が生じる可能性がある。
【００１０】
一方、低酸素水は、給水の脱気装置、原子炉及び蒸気駆動による中央発電システムのような様々な装置で用いられる。ここで溶存酸素濃度の高い高酸素水を用いることも考えられるが、高温下では応力腐食割れの進度が早くなってしまうという欠点があるため、流水中の酸素濃度は最小にすることが望ましい。
【００１１】
原子炉内の腐食は、配管等の減肉によって配管等の健全性や寿命を決定するのみならず、腐食によって生成した溶解性物質は放射線レベル、放射性廃棄物及び伝熱に関連する問題につながることとなるため、腐食生成物の制御はきわめて需要である。
【００１２】
通常、低酸素水にさらされているような炭素鋼の表面には、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＦｅＯＯＨなどの酸化物薄膜が付着しているが、減肉腐食によって、酸化物薄膜の溶解、剥離が発生している部分の腐食速度は０．１〜１０ｍｍ／年という高い値になることがある。設計寿命が３０〜４０年として考えられている原子力発電プラントにとっては、配管等の減肉腐食対策は非常に重要である。
【００１３】
従来、金属材料の腐食抑制技術として、合金化元素の添加や、腐食環境中への腐食抑制剤の添加、あるいは金属材料の被覆処理があった。
【００１４】
腐食抑制技術における合金化元素の添加は、合金化元素により金属材料の物性を変化させるものであるが、合金化元素の添加量に制限を設ける必要があった。
【００１５】
また、腐食環境中への腐食抑制剤の添加は、定期的に腐食抑制剤の濃度を管理しなければならないという問題があった。
【００１６】
これに対し、金属材料の被覆処理は、材料の機械的特性を変化させず、さらに加工後にその表面にのみ腐食抑制効果を付与することができる方法であった。
【００１７】
金属材料の被覆処理には、レーザ溶融法による皮膜処理方法がある（例えば特許文献１）。これは、Ｍｏ等の金属イオン及び還元剤を含む水溶液中で、被覆対象物の表面にレーザ照射することにより表面改質を行い、耐食性を向上させるものである。
【００１８】
また、放電加工法を用いた皮膜処理方法がある（例えば特許文献２）。これは、被覆対象物に対し高耐食性元素を有する電極を用いることにより放電加工処理し、耐食性に優れた放電加工合金層を形成するものであった。
【００１９】
さらに、白金族金属による皮膜処理方法がある（例えば特許文献３）。これは、被覆対象物に対し白金族金属の皮膜を形成し、さらに水素を注入することにより耐食性を向上させるものであった。
【特許文献１】特開平４−２０２６７０号公報
【特許文献２】特開平６−１８２６２６号公報
【特許文献３】特開平５−１９５２６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
特許文献１、２に示した皮膜処理方法は、レーザ溶融処理及び放電加工処理が必要であるため、既存の発電プラントに施工するためには運転を停止しなければならなかった。さらに、効果が期待できるのは塩素などのハロゲン物質が多く存在する環境下であり、原子力発電プラントのようなハロゲン物質を故意に取り除くようなものには適しない。
【００２１】
特許文献３に示した皮膜処理方法は既存プラントに対しても施工可能であるが、水素注入のための設備を設ける必要があった。
【００２２】
また、単相流の条件下で見られる流動性腐食の損傷は、約５０℃〜２３０℃の温度範囲、気液二相流では約１４０℃〜２６０℃の温度範囲で多くの事例があり、高温状態での腐食抑制が必要であった。
【００２３】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、金属の配管・機器等に腐食抑制皮膜が形成され、また高温の給水等が通流する条件下で腐食抑制皮膜を容易に生成可能な腐食抑制皮膜生成方法、及び原子力発電プラントを提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の腐食抑制皮膜生成方法は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載したように、酸化物薄膜が付着した金属に対し、酸化化合物が注入された高温水を通流させることにより前記酸化化合物を付着させる付着ステップと、前記付着ステップで前記金属に付着した前記酸化化合物と前記酸化物薄膜との反応を促進させるため、前記金属に化学反応を促進させる外的要因を付加する外的要因付加ステップと、前記外的要因付加ステップにより付加された前記外的要因により、前記金属に複合酸化物からなる腐食抑制皮膜を生成させる生成ステップとからなることを特徴とする腐食抑制皮膜生成方法である。
【００２５】
また、本発明の原子力発電プラントは、請求項１１に記載したように、原子力発電プラントの主蒸気タービン系、原子炉復水・給水系及び原子炉冷却材浄化系の少なくとも一系統の配管及び機器等の金属の表面上に形成した酸化物薄膜上に、酸化化合物を付着させ、前記金属に化学反応を促進させる外的要因を付加することで前記酸化物薄膜上に腐食抑制皮膜が形成されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る腐食抑制皮膜生成方法によれば、既存発電プラントの金属の配管・機器等に対し、簡易に皮膜処理を行うことが可能である。
【００２７】
また、外的要因として給水等を利用するため、新たな設備を設けることなく腐食抑制皮膜生成のための反応を促進することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
［第１実施形態］
本発明に係る腐食抑制皮膜生成方法及び原子力発電プラントにおける第１実施形態を、図１を用いて説明する。
【００２９】
本発明に係る第１実施形態を、一例として原子力発電プラントにおける主蒸気タービン系、原子炉復水・給水系及び原子炉冷却材浄化系等の金属の配管・機器等に適用した場合について説明する。
【００３０】
図１は、原子力発電プラントにおける配管の一部を示したものである。
【００３１】
配管１は、例えばＳＳ４１等の炭素鋼と、例えば銅入れのＳＯ４６Ｃｕ等の低合金鋼である炭素鋼からなる。配管１の母材２には高温水３が通流し、長時間の使用の結果、母材２表面にはＦｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＦｅＯＯＨなどの酸化物薄膜４が図１（ａ）に示すように形成される。
【００３２】
高温水３は、配管１に通流する給水等であり、また図１（ｂ）及び（ｃ）に示すように腐食抑制皮膜６生成のための酸化化合物５が注入される。さらに腐食抑制皮膜６生成の条件のため、高温水３は５０℃以上の高温とする。
【００３３】
酸化化合物５は、室温の水中で安定な酸化物であり、さらに鉄との複合酸化物を生成する酸化化合物である。具体的には、酸化チタン（ＴｉＯ、ＴｉＯ２）、酸化モリブデン（ＭｏＯ２）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化タンタル（ＴａＯ２）、酸化タングステン（ＷＯ２）のうち、少なくとも１つからなる。
【００３４】
次に、腐食抑制皮膜６生成のための酸化物薄膜４と酸化化合物５の反応について説明する。
【００３５】
酸化化合物５の一例である酸化チタン（ＴｉＯ）と酸化物薄膜４とが次の化学反応式に基づく化学反応を起こすことにより、酸化物薄膜４上に腐食抑制皮膜６としての複合酸化物が形成される。
［化１］
Ｆｅ２Ｏ３（酸化物薄膜）＋ＴｉＯ（酸化化合物） → ＦｅＴｉＯ４（腐食抑制皮膜）
形成された腐食抑制皮膜６は、母材２及び酸化物薄膜４上に付着し、炭素鋼からなる配管１等の腐食抑制を行う。
【００３６】
なお、他の酸化化合物である酸化モリブデン（ＭｏＯ２）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化タンタル（ＴａＯ２）、酸化タングステン（ＷＯ２）を用いた場合には、それぞれＦｅ２ＭｏＯ４，ＦｅＣｒＯ３、Ｆｅ２ＮｉＯ４，ＦｅＺｒＯ３，ＦｅＴａＯ４，ＦｅＷＯ４が複合酸化物として生成される。
【００３７】
次に、酸化物薄膜４と酸化化合物５との化学反応を促進するための外的要因について説明する。
【００３８】
外的要因には、高温水３の温度、圧力及び高温水３に含まれる放射能等を用いる。これにより、新たな設備を設けることなく、高温水３を活用することにより腐食抑制皮膜６生成のための反応を促進することができる。
【００３９】
図２を用いて、高温水３の温度を外的要因として利用した場合について説明する。
【００４０】
高温水３ａの温度が低い場合、酸化化合物５が母材２上に形成された酸化物薄膜４に付着後、酸化物薄膜４と酸化化合物５との化学反応が十分に行われず、腐食抑制皮膜６が剥離し、十分に腐食抑制効果が得られない。
【００４１】
これに対し、酸化化合物５が酸化物薄膜４上に付着後、原子力発電プラントの運転時間が経過するにつれて高温水３ｂが高温化するという特性を活用することで、高温水３ｂの温度を外的要因として用いることができる。
【００４２】
図３は、配管１の母材２に腐食抑制皮膜６が形成されておらず、母材２の酸化物薄膜４が露出している場合を示したものである。
【００４３】
母材２の表面に腐食抑制皮膜６が形成されていない場合、母材２から酸化物薄膜４を介して高温水３に鉄イオン８が流出する。流出した鉄イオン８は、高温水３に含まれる溶存酸素９と反応し、酸化作用を受けてＦｅ２Ｏ３１０を生成する。Ｆｅ２Ｏ３１０の一部は高温水３中に浮遊し、その他は酸化物薄膜４に蓄積されるとともに、酸化物薄膜４の増加に伴って母材２がより一層腐食、減肉される。
【００４４】
これに対し、図４は酸化物薄膜４の表面に腐食抑制皮膜６が形成されている場合を示す。図４に示すように、母材２から酸化物薄膜４を介して高温水３に流出する鉄イオン８は著しく少なくなり、母材２の減肉腐食をより一層減少させることができる。
【００４５】
図５は、母材２に腐食抑制皮膜６が形成された場合と形成されていない場合とを比較した母材減肉腐食線図である。縦軸に腐食量を示し、横軸に使用時間を示している。
【００４６】
また、使用条件については、母材２はＳＳ４１等の炭素鋼と、銅入れのＳＯ４６Ｃｕ等の低合金鋼であり、高温水３については水温１５０℃、溶存酸素４ｐｐｂ以下、流速２ｍ／ｓｅｃとする。
【００４７】
図５におけるａ、ｂは母材２表面に腐食抑制皮膜６が形成されている場合を、ａ１、ｂ１は腐食抑制皮膜６が形成されていない場合の腐食量と使用時間の関係を示す。
【００４８】
図５に示すように、母材２に腐食抑制皮膜６が形成されると、母材２の減肉腐食が著しく抑制されていることが認められた。
【００４９】
次に、配管１に対する腐食抑制皮膜６の生成方法を説明する。
【００５０】
図６は、腐食抑制皮膜６の生成方法のフローチャートである。
【００５１】
ステップＳ１では、図１（ａ）に示すように、酸化物薄膜４が付着している母材２の表面上に酸化化合物５を付着させるため、酸化化合物５が注入された高温水３を通流させる。このとき高温水３は、例えば５０℃以上とする。
【００５２】
ステップＳ２では、図１（ｂ）に示すように、酸化化合物５が母材２の酸化物薄膜４上に付着する。
【００５３】
ステップＳ３では、母材２に、酸化物薄膜４と酸化化合物５との化学反応を促進させるための外的要因が付加される。外的要因には、高温水３の温度、圧力、あるいは高温水３に含まれる放射能等が用いられる。
【００５４】
ステップＳ４では、酸化物薄膜４と酸化化合物５とに外的要因を用いて化学反応を起こさせることにより、酸化物薄膜４上には複合酸化物が腐食抑制皮膜６として形成される。
【００５５】
本実施形態によれば、新たに設備を設けることなく既存発電プラントに腐食抑制皮膜６の被覆処理が可能であるため、簡易かつ効率的に炭素鋼等の金属の腐食抑制を行うことができる。
【００５６】
また、外的要因として給水等を利用するため、新たな設備を設けることなく腐食抑制皮膜６生成のための反応を促進することができる。
【００５７】
［第２実施形態］
本発明に係る金属の腐食抑制皮膜生成方法の第２実施形態を弁装置２０に適用した例を、図７を用いて説明する。
【００５８】
本実施形態は、酸化化合物５を被覆対象物に付着させる方法についてであり、第１実施形態における高温水通流ステップＳ１及び酸化化合物付着ステップＳ２に対応するものである。
【００５９】
また、第１実施形態と対応する構成及び部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００６０】
本実施形態では、原子力発電プラント等で用いられる炭素鋼で製造された配管１に組み込まれる弁装置２０に対して腐食抑制皮膜６の被覆処理を行う。
【００６１】
弁装置２０は、弁ケーシング２１に収容された弁体２２を備え、この弁体２２を弁棒２３の駆動力により開閉させるものである。また弁装置２０の表面上には、酸化物薄膜４が形成されているものとする。
【００６２】
弁装置２０等に対する酸化化合物５の付着は、酸化モリブデン（ＭｏＯ２）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）等のうち、少なくとも１つからなる酸化化合物５が注入された、水又はアルコール等の溶媒２４に浸漬することにより行う。
【００６３】
また、溶媒２４は、コロイド状とする。これは、酸化化合物５が注入された溶媒２４を被覆対象物の表面に均一に付着させるためである。
【００６４】
本実施形態における、弁装置２０に対する腐食抑制皮膜６の生成方法を説明する。
【００６５】
図８は、腐食抑制皮膜６の生成方法のフローチャートである。
【００６６】
ステップＳ２１で、弁装置２０は、酸化物薄膜４が形成された弁装置２０の表面上に酸化化合物５を付着させるため、酸化化合物５が注入された溶媒２４に浸漬される。
【００６７】
ステップＳ２２では、弁装置２０の表面上に形成されている酸化物薄膜４上に酸化化合物５が付着される。
【００６８】
外的要因付加ステップＳ２３、腐食抑制皮膜形成ステップＳ２４は、第１実施形態における外的要因付加ステップＳ３、及び腐食抑制皮膜形成ステップＳ４と同様であるため、説明は省略する。
【００６９】
上述した実施形態によれば、腐食抑制皮膜６の被覆処理を行いたい弁装置２０等に対し、原子力発電プラント等の装置から取り出すことなく、必要な部分にのみ浸漬による被覆処理を行うことができる。
【００７０】
また、酸化化合物５が注入された溶媒２４をコロイド状とすることで、弁装置２０等の表面上に均一に酸化化合物５を付着させることができる。
【００７１】
［第３実施形態］
本発明に係る腐食抑制皮膜生成方法の第３実施形態について、図９を用いて説明する。
【００７２】
本実施形態は、酸化化合物を被覆対象物の表面に付着させる方法についてであり、第１実施形態における高温水通流ステップＳ１及び酸化化合物付着ステップＳ２に対応するものである。
【００７３】
また、第１、２実施形態と対応する構成及び部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００７４】
本実施形態では、発電プラント等で用いられる炭素鋼で製造された配管１に組み込まれる機器が、発電プラント等の定期点検等で取り外された場合に有効な腐食抑制皮膜６の被覆処理方法である。
【００７５】
図９は一例として発電プラントに用いられる熱交換器３０の表面に対する、スプレーによる腐食抑制皮膜６の被覆処理について示す。熱交換器３０の表面上には、酸化物薄膜４が形成されているものとする。
【００７６】
スプレータンク３１は溶媒２４が充填されている可搬式タンクである。
【００７７】
またスプレータンク３１にはノズル３２が接続されており、スプレータンク３１に充填された溶媒２４を被覆対象物である熱交換器３０の表面に噴射することができる。
【００７８】
本実施形態における、熱交換器３０の表面に対する腐食抑制皮膜６の生成方法を説明する。
【００７９】
図１０は、腐食抑制皮膜６の生成方法のフローチャートである。
【００８０】
ステップＳ３１では、酸化物薄膜４が被覆されている熱交換器３０の表面上に酸化化合物５を付着させるため、酸化化合物５が注入された溶媒２４が充填されたスプレータンク３１のノズル３２から溶媒２４が噴射される。
【００８１】
ステップＳ３２では、酸化化合物５が熱交換器３０の表面上に形成されている酸化物薄膜４上に付着する。
【００８２】
外的要因付加ステップＳ３３、腐食抑制皮膜形成ステップＳ３４は、第１実施形態における外的要因付加ステップＳ３、及び腐食抑制皮膜形成ステップＳ４と同様であるため、説明は省略する。
【００８３】
上述した実施形態によれば、熱交換器３０等の被覆対象物に対し、必要な部分のみに広範囲に被覆処理を行うことができる。
【００８４】
また、酸化化合物５が注入された溶媒２４をコロイド状とすることで、熱交換器３０等の表面に均一に酸化化合物５を付着させることができる。
【００８５】
［第４実施形態］
次に、図１１を用いて本発明に係る腐食抑制皮膜生成方法、及び配管や機器等に腐食抑制皮膜が施された原子力発電プラントの第４実施形態について説明する。
【００８６】
本実施形態は、酸化化合物５を配管や機器等の被覆対象物に付着させる方法についてであり、第１実施形態における高温水通流ステップＳ１及び酸化化合物付着ステップＳ２に対応するものである。
【００８７】
また、第１、２実施形態と対応する構成及び部分については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００８８】
本実施形態では、原子力発電プラント内に被覆処理システム４０を設け、腐食抑制皮膜６の被覆処理を行う。
【００８９】
被覆処理システム４０は、薬注系４１、薬液タンク４２及び薬注ポンプ４３からなる。
【００９０】
薬液タンク４２には、酸化化合物５が注入された、水又はアルコール等の溶媒２４が充填され、満たされる。
【００９１】
薬液タンク４２には薬注ポンプ４３が接続されており、薬注ポンプ４３は薬注系４１を通じて原子力発電プラント内の配管や機器等の被覆対象物に溶媒２４を投入する。
【００９２】
本実施形態の被覆対象物を備えた原子力発電プラント４４について説明する。
【００９３】
原子力発電プラント４４は、原子炉圧力容器４５、主蒸気タービン系４６、原子炉復水・給水系５４、原子炉冷却材再循環系４７及び原子炉冷却材浄化系４８を備える。
【００９４】
主蒸気タービン系４６及び原子炉復水・給水系５４は、原子炉圧力容器４５からの主蒸気に膨張仕事をさせ、発電機（図示せず）を駆動させる蒸気タービン４９と、この蒸気タービン４９で熱膨張仕事を終えたタービン排気を復水器（図示せず）で冷水（復水）にして、原子炉圧力容器４５に給水として戻す原子炉復水・給水系５４の配管で構成されている。
【００９５】
また、原子炉冷却材再循環系４７は、原子炉圧力容器４５内に収容するダウンカマ５５に配置され、かつ炉心シュラウド５０の外周方向に沿って配置される複数のジェットポンプ５１と、炉外に配置される再循環ポンプ５２を備え、原子炉圧力容器４５内の冷却材（炉水）を強制循環させている。
【００９６】
原子炉冷却材浄化系４８は、ポンプ５３を介して原子炉圧力容器４５の炉底から引き抜いた冷却材（炉水）に含まれている腐食生成物等を脱塩塔（図示せず）等で除去後、炉心シュラウド５０側に戻す。
【００９７】
本実施形態では、このような原子力発電プラント４４において、原子炉復水・給水系５４の配管及び原子炉冷却材浄化系４８の配管に被覆処理システム４０を設け、給水又は冷却材（炉水）に溶媒２４を投入し、配管等の腐食抑制皮膜６の被覆処理を行う。
【００９８】
本実施形態における、被覆処理システム４０を用いた原子力発電プラント４４に対する腐食抑制皮膜６の生成方法を説明する。
【００９９】
図１２は、腐食抑制皮膜６の生成方法のフローチャートである。
【０１００】
ステップＳ４１で、被覆処理システム４０における薬注タンク４２に充填された溶媒２４が、薬注ポンプ４３により薬注系４１を通じて被覆対象物に投入される。
【０１０１】
被覆対象物は、主蒸気タービン系４６、原子炉復水・給水系５４等の配管や機器とし、酸化化合物５が注入された溶媒２４を給水又は冷却材（炉水）に投入することにより通流させる。
【０１０２】
ステップＳ４２では、給水管等に被覆されている酸化物薄膜４上に、酸化化合物５が付着する。
【０１０３】
外的要因付加ステップＳ４３、腐食抑制皮膜形成ステップＳ４４は、第１実施形態における外的要因付加ステップＳ３、及び腐食抑制皮膜形成ステップＳ４と同様であるため、説明は省略する。
【０１０４】
なお、本実施形態において原子炉復水・給水系５４及び原子炉冷却材浄化系４８に被覆処理システム４０を設けたが、腐食性に応じて蒸気タービン系４６又は、原子炉冷却材再循環系４７の必要箇所に設けてもよい。また、原子炉復水・給水系５４及び原子炉冷却材浄化系４８の２箇所に被覆処理システム４０を設けたが、原子炉復水・給水系５４及び原子炉冷却材浄化系４８、蒸気タービン系４６及び原子炉冷却材再循環系４７等の１箇所又は２箇所以上に設けてもよい。
【０１０５】
上述した実施形態によれば、原子力発電プラント４４に被覆処理システム４０を設けることにより、直接、腐食抑制皮膜６の被覆処理を行うことが困難な場所であっても、溶媒２４を注入することにより簡易に被覆処理が可能である。
【０１０６】
［第５実施形態］
本実施形態は、本発明に係る金属の腐食抑制皮膜生成方法及び原子力発電プラントの第５実施形態を示すもので、腐食抑制皮膜６の被覆処理を行う時期について適用した例を示したものである。
【０１０７】
また、第１実施形態と対応する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０８】
図１３は本発明に係る腐食抑制皮膜６の被覆処理を行う時期について示した図である。
【０１０９】
横軸は時間、縦軸は高温水３等の温度、圧力、高温水３等に含まれる放射能等である外的要因の反応促進力の強度を示す。
【０１１０】
原子力発電プラントは、運転期間、停止期間、定期点検期間からなるサイクルで稼動している。
【０１１１】
このうち運転期間は、起動運転期間及び定格運転期間に分けられる。
【０１１２】
本実施形態では、定期検査期間又は起動運転期間に、被覆対象物に酸化化合物５を付着させる。また、定格運転期間に高温水３等の温度、圧力及び高温水３等に含まれる放射能等の外的要因の反応促進力が高い定格運転期間に酸化物薄膜４と酸化化合物５との反応を行い、被覆対象物に腐食抑制皮膜６を強固に形成させる。
【０１１３】
本実施形態によれば、原子力発電プラントの運転サイクルを有効に活用するため、簡易に腐食抑制皮膜６の被覆処理を行うことができる。
【０１１４】
また、定格運転期間に腐食抑制皮膜６が形成されるので、原子力発電プラントの定格運転期間にすぐに腐食抑制効果が得られる。さらに、定期検査期間に腐食抑制皮膜６が剥離することがないため、作業効率がよい。
【０１１５】
図１４は、原子力発電プラントの停止期間に被覆対象物に酸化化合物５を付着させ、起動運転後に酸化物薄膜４と酸化化合物５との反応を行い、腐食抑制皮膜６を形成した場合を示す。
【０１１６】
このような場合には、停止期間に配管等に付着させた酸化化合物５が、配管等に確実に付着されているかを定期検査期間に確認することができる。酸化化合物５が付着されていない場合には定期検査期間中に再度酸化化合物５を付着させることにより、より確実に被覆処理を行うことができるという点で効果がある。
【０１１７】
［他の実施形態］
上述した実施形態においては、原子力発電プラントにおける金属の配管や機器に対する腐食抑制皮膜６の被覆処理を説明したが、原子力発電プラントのみならず、例えば火力発電プラント等の他の発電プラントにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明に係る腐食抑制皮膜生成方法及び原子力発電プラントの第１実施形態を示し、原子力発電プラントの配管に適用した例を示した図。
【図２】高温水の温度差を外的要因として利用した例を示す図。
【図３】配管の母材に腐食抑制皮膜が形成されていない場合を示す図。
【図４】配管の母材に腐食抑制皮膜が形成されている場合を示す図。
【図５】腐食抑制皮膜の有無を比較した母材減肉腐食線図。
【図６】第１実施形態における腐食抑制皮膜生成方法を示すフローチャート。
【図７】本発明に係る腐食抑制皮膜生成方法の第２実施形態を示し、弁装置に適用した例を示す図。
【図８】第２実施形態における腐食抑制皮膜生成方法を示すフローチャート。
【図９】本発明に係る腐食抑制皮膜生成方法の第３実施形態を示し、熱交換器への酸化化合物付着方法を示した図。
【図１０】第３実施形態における腐食抑制皮膜生成方法を示すフローチャート。
【図１１】本発明に係る腐食抑制皮膜生成方法及び原子力発電プラントの第４実施形態を示し、被覆処理システムが設けられた原子力発電プラントを示す説明図。
【図１２】第４実施形態における腐食抑制皮膜生成方法を示すフローチャート。
【図１３】本発明に係る腐食抑制皮膜生成方法及び原子力発電プラントの第５実施形態を示し、腐食抑制皮膜の被覆処理を行う時期について示した図。
【図１４】本発明に係る腐食抑制皮膜生成方法及び原子力発電プラントの第５実施形態を示し、腐食抑制皮膜の被覆処理を行う時期について示した図。
【符号の説明】
【０１１９】
１ 配管
２ 母材
３、３ａ、３ｂ 高温水
４ 酸化物薄膜
５ 酸化化合物
６ 腐食抑制皮膜
８ 鉄イオン
９ 溶存酸素
１０ Ｆｅ２Ｏ３
２０ 弁装置
２１ 弁ケーシング
２２ 弁体
２３ 弁棒
２４ 溶媒
３０ 熱交換器
３１ スプレータンク
３２ ノズル
４０ 被覆処理システム
４１ 薬注系
４２ 薬注タンク
４３ 薬注ポンプ
４４ 原子力発電プラント
４５ 原子炉圧力容器
４６ 主蒸気タービン系
４７ 原子炉冷却材再循環系
４８ 原子炉冷却材浄化系
４９ 蒸気タービン
５０ 炉心シュラウド
５１ ジェットポンプ
５２ 再循環ポンプ
５３ ポンプ
５４ 原子炉復水・給水系
５５ ダウンカマ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物薄膜が付着した金属に対し、酸化化合物が注入された高温水を通流させることにより前記酸化化合物を付着させる付着ステップと、
前記付着ステップで前記金属に付着した前記酸化化合物と前記酸化物薄膜との反応を促進させるため、前記金属に化学反応を促進させる外的要因を付加する外的要因付加ステップと、
前記外的要因付加ステップにより付加された前記外的要因により、前記金属に複合酸化物からなる腐食抑制皮膜を生成させる生成ステップとからなることを特徴とする腐食抑制皮膜生成方法。
【請求項２】
前記酸化化合物は、酸化チタン、酸化モリブデン、酸化クロム、酸化ニッケル、酸化ジルコニウム、酸化タンタル及び酸化タングステンのうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の腐食抑制皮膜生成方法。
【請求項３】
前記金属は、炭素鋼又は低合金鋼からなることを特徴とする請求項１に記載の腐食抑制皮膜生成方法。
【請求項４】
前記外的要因は、前記高温水の温度、圧力及び前記高温水に含まれる放射能のうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の腐食抑制皮膜生成方法。
【請求項５】
前記生成ステップにおいて前記金属に通流する高温水の温度は、前記付着ステップにおいて前記金属に通流する高温水の温度よりも高温であることを特徴とする請求項１に記載の腐食抑制皮膜生成方法。
【請求項６】
前記付着ステップは、前記酸化化合物が注入された水、アルコール等の溶媒に前記金属を浸漬させることにより、前記酸化化合物を付着させることを特徴とする請求項１に記載の腐食抑制皮膜生成方法。
【請求項７】
前記付着ステップは、前記金属に対し前記溶媒をスプレーすることにより前記酸化化合物を付着させることを特徴とする請求項１に記載の腐食抑制皮膜生成方法。
【請求項８】
前記付着ステップは、前記溶媒を充填する薬液タンク、及び前記薬液タンクに充填された前記溶媒を発電プラントに注入する薬液ポンプからなる被覆処理システムを用いて前記金属に前記溶媒を付着させることを特徴とする請求項１に記載の腐食抑制皮膜生成方法。
【請求項９】
前記溶媒は、コロイド状であることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の腐食抑制皮膜生成方法。
【請求項１０】
前記酸化物薄膜上に前記腐食抑制皮膜を生成させる時期は、前記発電プラントの起動時又は停止時であることを特徴とする請求項１に記載の腐食抑制皮膜生成方法。
【請求項１１】
原子力発電プラントの主蒸気タービン系、原子炉復水・給水系及び原子炉冷却材浄化系の少なくとも一系統の配管及び機器等の金属の表面上に形成した酸化物薄膜上に、酸化化合物を付着させ、前記金属に化学反応を促進させる外的要因を付加することで前記酸化物薄膜上に腐食抑制皮膜が形成されたことを特徴とする原子力発電プラント。
【請求項１】
酸化物薄膜が付着した金属に対し、酸化化合物が注入された高温水を通流させることにより前記酸化化合物を付着させる付着ステップと、
前記付着ステップで前記金属に付着した前記酸化化合物と前記酸化物薄膜との反応を促進させるため、前記金属に化学反応を促進させる外的要因を付加する外的要因付加ステップと、
前記外的要因付加ステップにより付加された前記外的要因により、前記金属に複合酸化物からなる腐食抑制皮膜を生成させる生成ステップとからなることを特徴とする腐食抑制皮膜生成方法。
【請求項２】
前記酸化化合物は、酸化チタン、酸化モリブデン、酸化クロム、酸化ニッケル、酸化ジルコニウム、酸化タンタル及び酸化タングステンのうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の腐食抑制皮膜生成方法。
【請求項３】
前記金属は、炭素鋼又は低合金鋼からなることを特徴とする請求項１に記載の腐食抑制皮膜生成方法。
【請求項４】
前記外的要因は、前記高温水の温度、圧力及び前記高温水に含まれる放射能のうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の腐食抑制皮膜生成方法。
【請求項５】
前記生成ステップにおいて前記金属に通流する高温水の温度は、前記付着ステップにおいて前記金属に通流する高温水の温度よりも高温であることを特徴とする請求項１に記載の腐食抑制皮膜生成方法。
【請求項６】
前記付着ステップは、前記酸化化合物が注入された水、アルコール等の溶媒に前記金属を浸漬させることにより、前記酸化化合物を付着させることを特徴とする請求項１に記載の腐食抑制皮膜生成方法。
【請求項７】
前記付着ステップは、前記金属に対し前記溶媒をスプレーすることにより前記酸化化合物を付着させることを特徴とする請求項１に記載の腐食抑制皮膜生成方法。
【請求項８】
前記付着ステップは、前記溶媒を充填する薬液タンク、及び前記薬液タンクに充填された前記溶媒を発電プラントに注入する薬液ポンプからなる被覆処理システムを用いて前記金属に前記溶媒を付着させることを特徴とする請求項１に記載の腐食抑制皮膜生成方法。
【請求項９】
前記溶媒は、コロイド状であることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の腐食抑制皮膜生成方法。
【請求項１０】
前記酸化物薄膜上に前記腐食抑制皮膜を生成させる時期は、前記発電プラントの起動時又は停止時であることを特徴とする請求項１に記載の腐食抑制皮膜生成方法。
【請求項１１】
原子力発電プラントの主蒸気タービン系、原子炉復水・給水系及び原子炉冷却材浄化系の少なくとも一系統の配管及び機器等の金属の表面上に形成した酸化物薄膜上に、酸化化合物を付着させ、前記金属に化学反応を促進させる外的要因を付加することで前記酸化物薄膜上に腐食抑制皮膜が形成されたことを特徴とする原子力発電プラント。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００８−７８５１（Ｐ２００８−７８５１Ａ）
【公開日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１１６９８７（Ｐ２００７−１１６９８７）
【出願日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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