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SBO・全交流電源喪失の下で1MPa(約10気圧)以上の高圧注水できる系・設備がなかった。・・7月29日吉田調書、(6)18-19頁 [東電核災害検証、吉田調書]

 吉田 昌郎 2011年7月29日付 事故時の状況とその対応について  (PDF:7,170KB)
http://www.cas.go.jp/jp/genpatsujiko/hearing_koukai/051_koukai.pdf

18-19頁

●事故調質問 3号機についても同様ですか、同様というのは、消防車を使ってFPラインから水を入れるという頭でおられたということですか。

◎吉田回答 はい。

●事故調質問 ちなみに、この3号機についても、SLCとかCRDとか、そういったところから。
 SLC・・ホウ酸水注入系、CRD・・制御棒駆動系

◎吉田回答 
勿論、全部検討していました。まず、一番考えるのは、大きく言うと、注水なんです。注水というのは、今、圧力が高い状態で注水できるシステムがあれば、高い圧力の中で、注水してやれば、ちょっとでも水が入るわけですから、本当は余り減圧をしたくないんですよ。減圧した分が水が蒸気になって、サプレッションチェンパに落ちていきますから、水位が減るんですね。

2014052410.jpg減圧しないで注水すれば、水位はコントロールしたまま注水できますから、普通はまだ高い圧力、ですから非常用炉心冷却系の、まず、高圧炉心注入系、これが先に動くようになっているわけですね。同じように、高い圧力で入るのは、SLCですとか、制御棒駆動機構、制御棒駆動系ですね、この水源は高い圧力で入りますから、こういうポンプだとか電源が生きているかどうかは、3プラントともパラに調査させていた。

だけれども、動くのがほとんどないと、どうもポンプが動いても、ポンプ本体は何とか動きそうだけれども、潤滑油系がもうだめだから、動かしてもすぐに止まってしまうだろうとか、それから、メカニカルシールに水を供給するラインが全然別のラインで、そのラインがもう止まっていますから、メカニカルシールが効いていない、そこでもうスティックしてしまうだろうとか、どの号機がどうだったかわからないんですけれども、できません状態が次々に来るわけです。

その中で唯一SLCだけが建屋の中でいうと、上の方にあるわけですね。だから、水に浸かっていないところですから、電源さえ生かしてやれば、ポンプだとか、機器そのものは生きているだろうということでSLCのチョイスになるんですけれども、それで電源を生かす。

だけれども、SLCももともとタンクそのもの容量が小さいですから、テストタンクの水を入れても、100トンもないのかな、そのぐらいしか注水できませんから、結局、継続的なのは無理なんですね。ですから、ちょっとでも時聞かせぎのためにでも、そういうシステムを生かすだけ生かしましようと、こういう感じです。

●事故調質問 技術的な整理で質問なんですけれども、SLCとRCICがだめなときは、FP系しかないということですね。

◎吉田回答 というか、さっきも言いましたように、全部チェックして、制御棒駆動系なんか、70キロ以上、設計上は90キロぐらいまで圧力を上げられますから、注水しようと思えば一番いいんですね、制御棒が下から水が入り、その検討がポンプがだめとか、号機によって違いますけれども、電源がだめとか、それからSLCというのは、そんなに冷却源としてそんなに期待できるものの量はない。ですから、本当は制御棒駆動系がほしかったんですけれども。

減圧沸騰による水位の低下はどれ位?

吉田所長は、ホウ酸水注入系・SLCや制御棒駆動系・CRDを使おうとした理由に、減圧による沸騰での水位低下を上げている。
 生活ではヤカンを火にかけてわかすという加熱沸騰だ。しかし、加熱しなくても物理学的には圧力を減らすことで沸騰が起きる。この減圧沸騰現象を利用したフリーズドライでの食品、粉末コーヒーや粉末スープなどは日常品だ。

chart1.gif 大気圧(約10万パスカル、0.1MPa メガパスカル)では0℃で凍る。コーヒーを0℃に冷やせば、コーヒー氷ができる。このコーヒー氷を、真空に近い気圧、610パスカルに置くと、氷から水蒸気が出てくる。この気圧での氷の温度は0℃以下、0℃の氷は余分な熱エネルギーを持っている。その余分な熱をこの氷から水蒸気に変える昇華熱で放出。実際にフリーズドライ(凍結乾燥)は気圧100 ~13パスカル・Pa位で、沸点-20℃~-50℃位で行われている。

 沸騰水型軽水炉BWRは運転中、スクラム直後は約7MPa(70気圧)ある。約7MPa(70気圧)下で沸騰する水の温度は約286℃で1kgの水の熱量は約1268キロジュール・kJ、水蒸気はさらに気化熱の1kg当り1506キロジュール・kJもっている。
 これを約6MPa(60気圧)に減圧する。約6MPa(60気圧)下で沸騰する水の温度は約276℃で1kgの水の熱量は約1213kJキロジュール。50kJの余分な熱を持っている。約6MPaの水蒸気1kgの気化熱は約1571kJだから、約7MPaで沸点約286℃の約31.5kgの水の減圧で生じる余分な熱量に相当する。
 それで約7MPaで沸点約286℃の約31.5kgの水が約6MPa下では約276℃の1kgの水蒸気と約276℃の約30.5kgの水になる。水は約3.2%減る。約3MPa(30気圧)に減圧すると、約7MPaで沸点約286℃の約6.9kgの水が約約234℃の1kgの水蒸気と約234℃の約5.9kgの水になる。約14.5%減る。

 減った分だけ水面が下がる。それで電動ポンプや蒸気駆動ポンプで水を補って水面を維持する。核燃料の頭(有効燃料棒頂部・TAF)よりも高い水位にする。2、3号機では運転時には約5.3m(5.2-5.4m)上にある。メルトダウン、核燃料損傷を避けるには核燃料の頭(有効燃料棒頂部・TAF)の上、1mでも2mでも上に水面があればよい。

 SBO・全交流電源喪失で電動ポンプは稼働しない。蒸気駆動ポンプのRCICやHPCIを直流電力制御でこの高さに水面を保つようにする。原子炉からの圧力のある水蒸気の流れで蒸気駆動する。2、3号機のそれは設計での最低圧は1MPa。原子炉の炉圧が1MPa以下で蒸気圧が1MPa以下なら性能は保証されていない。3号機では異音が響いても壊れそうになっても0.58MPaまで稼働させている。

 1.2MPaなら1MPaより上ですから蒸気駆動ポンプのRCICやHPCIでTAFの上の約5.3mに水面を保てる。そこで消火系・FPのディーゼルポンプで注水できる炉圧、例えば0.6MPaまで減圧するとする。
 1.2MPaの沸騰する水温は約188℃で1kgの水の熱量は約798kJキロジュール。0.6MPaの沸騰する水温は約159℃で1kgの水の熱量は約670kJ、水蒸気の気化熱は2086kJ。1.2MPaでの沸騰水・約16.3kgは0.6MPaに減圧されると水蒸気が1kg、水が約15.3kgになり約6.2%減圧沸騰で減る。
 これで水面がどれ位下がるか。6mも下がって水面上に核燃料の頭(有効燃料棒頂部・TAF)が出るのか。私は1m位だろうと思います。(理由は最後)

 問題は0.6MPaに減圧したら、間髪を入れず消火系・FPのディーゼルポンプで注水を開始できるかです。東京電力の消防車のポンプの性能は、0.85MPaの吐水圧力なら水の出先が大気圧で圧差0.75MPaなら時間当り120立方㍍以上出せる性能です。原子炉圧は0.6MPaで圧差0.25MPaですから、時間当り40立方㍍以上の注水が見込めます。3号機の炉への注水必要量の目安は1時間当り35~25立方㍍。間髪を入れずに炉への注水が開始されれば、水面の低下つまりメルトダウンへの道は閉ざされる。むしろ少しずつ炉の総水量は増えてじりじりと水面は上昇する。またTAFの上の約5.3mに水面が達したら、また減圧をして温度を下げることも出来ます。

消防車の高圧機能を使っていたら

ところで、東京電力の消防車のポンプの性能には、1.4MPaの吐水圧力なら水の出先が大気圧で圧差1.3MPaなら時間当り84立方㍍出せる高圧機能があります。これを使えば、炉圧が1.2MPaの時、つまり蒸気駆動ポンプのRCICやHPCIが稼働中に消防ポンプによる注水を開始できます。3号機でいえば、12日の夕刻から注水が可能です。3号機の炉注水が途絶しませんでした。吉田所長の思惑通り、SLC・ホウ酸水注入系が使えたとしてもタンクの100トンしか注水できません。3~4時間分です。そこで炉注水は途絶します。消防ポンプは海水を吸水して原理的には幾らでも注水できます。

 事故時手順書(事象ベース)では、SBO・全交流電源喪失時には電源回復後にRHR・残留熱除去系の電動ポンプを起動しCS・炉心スプレイ系のラインで注水を開始します。それから、減圧操作をして炉圧を0.98MPa以下になったら蒸気駆動ポンプのRCICやHPCIを停止します。RCICやHPCIを止めて注水を止めてから、電動ポンプ起動、注水再開するという危ないことはしない手順になっている。

 消防車のポンプで送水し、CS・炉心スプレイ系のラインで注水をする。ポンプだけが違うだけである。
消防車でも吉田所長の望む「水位はコントロールしたまま注水でき」るのである。

SBO・全交流電源喪失の下で1MPa(約10気圧)以上の高圧注水できる系・設備を準備しなかった東電。 

消火系・FPによるCS・炉心スプレイ系のラインで注水の設備、手順は2002年までに整備を終えている。SBOでは使える注水ポンプは消火系・FPのディーゼルポンプだけである。既設のポンプは消防ポンプの高圧機能、1.4MPaでの吐水圧力はない。0.7MPaである。したがって、蒸気駆動ポンプのRCICやHPCIを停止して、減圧して、起動して注水する段取りとなる。その際の減圧沸騰による水面低下で核燃料の頭が露出しないようにする、水面をTAFより高い位置に保つ手順の検討・設定は不可欠である。既存の消火系・FPのディーゼルポンプを高圧機能のポンプに替えることも検討されるべきことである。

 また消火系・FPをつかうラインの点検は、2002年に整備時にやられただけである。それで吉田所長は「FP系というのは、御存じのように消火系配管ですから、中でいろいろ分岐しているんです。もともと消火、火を消すための配管ですから、中でいろんなところに分岐していますから、元を全部閉めると言っているんですけれども、どうしてもバイパスフローが出てくる可能性があって、そうすると、入っている水が全部炉に入っているかどうかわかりません。」と述べている。

 つまり消火系・FPによるCS・炉心スプレイ系のラインで注水するAM・シビアアクシデントマネジメントを、東電はお飾り扱いするマネジメントを行ってきた。だから13日2時42分から9時25分の約7時間の炉注水途絶、3号機のメルトダウンの責任は吉田所長個人の責任ではなく、お飾りにしておいた東京電力の責任である。

減圧沸騰で下がる水面幅の試算
f9292915.jpgTAFの下、約9㍍に圧力容器の底がある。通常水位はTAFの上、約5.3㍍。それで約14.3㍍の核燃料などを内包した水柱を仮定する。核燃料などを除いた最大の約14.3㍍水柱で考えると、最大の減圧沸騰量が得られる。それは14.3×6.2%、約0.9㍍の水面低下になる。核燃料などで想定水量が減れば、これよりも小さくなる。TAFの上には汽水分離装置などがあるから、想定水量の減少率ほど水面低下幅の減少率は小さいかもしれない。

2号機と3号機は同型。


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