報告書番号

L11016

タイトル（和文）

フラッシングエロージョンの評価手法の構築

タイトル（英文）

Development of Evaluation System for Flashing Erosion

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

発電プラントの安全な運用・管理上重要な配管減肉現象について，当所では，減肉速度の簡便な評価手法を開発し，実機の配管減肉管理に適用することを最終的な目標としている．減肉現象のひとつである液滴衝撃エロージョン(LDI)については，これまでの研究により，LDIが発生しやすい蒸気系配管について，エルボ部の減肉形状を短時間で評価可能なLDI評価システムを開発した．
しかし，高温水配管の絞り部下流などで水から蒸気への急激な相変化が生じるフラッシング現象に起因するLDI(フラッシングエロージョン)については，詳細な流動評価自体が困難であり，更に，LDI評価についても流量条件(臨界流量)が必要であり，その簡易評価モデルはあるものの，複雑形状や湿り蒸気流での検証が必要なため，流動評価・LDI評価共に現状は評価範囲とはなっていない．

そこで，配管内でのフラッシング発生時の流動状態が計算可能な3次元流動計算コードの開発，また，LDI評価システムの適用範囲のフラッシング領域への拡張を実施した．
フラッシング発生時の流動状態の計算については，これまでに構築した高速蒸気流用計算コードに，計算実行前に予めマトリクス操作を行う前処理法と，均質平衡流を仮定して圧力・比エンタルピから温度や密度などの状態量を計算するLook-up Tableを組込み，幅広い流速範囲でフラッシング現象を含む水～乾き蒸気流を計算可能な計算コードを開発した．更に，配管体系でのフラッシング現象の検証を行い，その適用性を確認した．
LDI評価システムのフラッシングエロージョン現象評価への拡張については，臨界流量の簡易評価モデルについて，フラッシング試験や湿り蒸気流試験，およびCFDコードから得られた臨界流量との比較を行い，その精度検証を実施した上で，LDI評価システムにHEMモデルを組込み，フラッシングエロージョンの評価が可能な手法へとシステムを拡張した．

概要 （英文）

Liquid droplet impingement erosion (LDI) is defined as an erosion phenomenon caused by high-speed droplet attack in a wet steam flow, and sometimes observed in a steam piping system of a power plant. In our previous researches, we have developed an LDI evaluation system to evaluate the thinning shape due to LDI on a steam piping within a practically acceptable time. However, present system is not applicable to LDI on a hot-water piping due to flashing phenomena (flashing erosion) because it is difficult to calculate the flashing flow due to sudden phase change and critical flow rate evaluation models needed for LDI evaluation system are not verified in wet steam region.
Therefore, in this study, we tried to develop a new flow calculation code for flashing flow and to verify the critical flow rate evaluation models in wet steam region. For flashing flow simulation, based on a present CFD code, pre-conditioning method was adopted to achieve the stable calculation of the water region, and extended look-up table including from low-pressure water to high-pressure dry steam was incorporated. Finally, a new CFD code was developed. Several benchmark tests were conducted and those results show this new code can reproduce the flashing phenomena and is applicable from the very low-speed flow to supersonic flow. Then, HEM model for critical mass flow rate was verified with flashing and wet steam experiments and CFD calculations, and incorporated into LDI evaluation system to extend applicable region of the evaluation system into flashing erosion.

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