報告書番号

L18002

タイトル（和文）

気液二相流条件下の流れ加速型腐食に対する流動因子の評価と物質移動係数評価式の構築（その5）－温度影響の評価と予測モデルとの比較－

タイトル（英文）

Evaluation of hydrodynamic factors on flow accelerated corrosion in gas-liquid two phase flow and construction of equation for mass transfer coefficient (Part 5)- Evaluation of temperature effect and comparison with prediction model -

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背 景
発電プラントの運用管理上重要な配管減肉現象の一つである流れ加速型腐食（FAC）に関して、当所はこれまでに、実機プラントの給・復水系など水単相流系統のFACを対象として、実験・流動計算結果を基にFAC予測モデルを開発した[1]。一方抽気・ドレン系などの流動様式が環状流となる気液二相流系統で発生するFACは、水単相流FACに比べ実験的研究が少なく、メカニズムが十分に解明されていない。既報[2]では、液膜のレイノルズ数とpHが減肉速度に与える影響は、水単相流と同じ傾向であることが確認された。しかし、液膜温度の影響に関しては、180℃付近に減肉速度の最大値が現れる既存の予測手法注1）と異なり、実験ではより低い150℃付近で最大値となる傾向が見られたため、150℃近傍の液膜温度の依存性をより詳細に把握する必要がある。
目 的
流動様式が環状流となる気液二相流条件でのFAC試験が可能な試験ループ（図1）を用いて、減肉速度が最大値をとると予想される温度範囲で気液二相流FAC実験を行い、150℃付近での液膜温度と減肉速度の関係をより詳細に把握する。また、これまで行った実験結果と予測値との比較を行う。
主な成果
1.気液二相流FACにおける液膜温度の減肉速度への影響
Cr濃度が0.001wt%の炭素鋼に対し、中性かつ液膜温度が134℃と161℃で減肉実験を実施し、既報[2]の結果とも比較した結果、減肉速度の最大値は160℃付近でピークを持っており、単相流のFACで示される温度依存性と同様の傾向となることが分かった。（図2）
2.減肉速度予測モデルとの比較
既報で提案した二相流FAC予測モデル[2]を用い、既報の結果も含め減肉速度の予測値を実験値と比較した（図3）。その結果、実機の流動条件と考えられる乱流条件では予測値は実験値の概ね-50~+100%に収まり、良い予測精度を持つことが確認された。また、液膜の状態が不安定となりやすい液膜が薄い条件では過度に保守的な評価となることが確認された。
今後の展開（印刷時削除）
二相流FACに対する流動影響、温度影響のデータが得られたため、材料因子となる鋼中Cr濃度の影響を実験的に評価していく。また、液膜が薄い乱流条件での保守性の改善を進め、二相流FACの予測モデルの実用化を進めていく。

概要 （英文）

Pipe wall thinning phenomena, as often seen in nuclear or thermal power plants, are serious problems especially for the operation and management of nuclear power plants. To operate nuclear power plants with safety for a long time, it is important to predict where the pipe wall thinning phenomena occur. Flow accelerated corrosion (FAC) is one of the pipe wall thinning phenomena. The pipe wall thinning area is large in case of FAC. FAC is a complex phenomena of the corrosion due to water chemistry and the acceleration of corrosion by hydrodynamics. The effect of the water chemistry is mainly represented by the solubility of iron and the effect of hydrodynamics is represented by the mass transfer coefficient. From some researches of FAC under water-steam two-phase flow, the relationship between liquid Reynolds number and pH was almost same as the relationship between that of FAC under water single-phase flow FAC experiments under water-steam two phase flow are performed to understand the effects of temperature. The effects of temperature on the thinning rate under the gas-liquid two-phase flow are little different as that under single phase flow. And then, these experimental results are compared with prediction model. These predicted thinning rate are within factor 2 when flow region is turbulence region except for alkali condition or thin liquid film condition.

報告者

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