ES2572556T3

ES2572556T3 - Procedimiento para la limpieza y el acondicionamiento del circuito de agua-vapor de una central, en particular de una central nuclear

Info

Publication number: ES2572556T3
Application number: ES13711579.6T
Authority: ES
Inventors: Ute Ramminger; Jörg FANDRICH; Fernando-Mario ROUMIGUIÉRE
Original assignee: Areva GmbH
Current assignee: Areva GmbH
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2016-06-01
Anticipated expiration: 2033-02-27
Also published as: CA2863154A1; DE102012203010A1; US10315234B2; US20140102482A1; BR112014016787A2; US9943890B2; ES2567326T3; BR112014016787B1; EP2700075B1; CA2861551C; WO2013127842A1; KR102075390B1; JP2015516501A; KR20140130737A; EP2700076A1; KR102075378B1; BR112014016702A2; CA2863154C; CA2861551A1; WO2013127844A1

Abstract

Procedimiento para la limpieza y el acondicionamiento del circuito de agua-vapor de una central, en particular de una central nuclear, en el que - durante el funcionamiento de producción se añade al medio de trabajo que circula en el circuito de agua-vapor una amina como material filmógeno, que forma sobre las superficies del circuito una película hidrófoba, - monitorizándose durante la duración del procedimiento, mediante mediciones, la concentración del material filmógeno al menos en el agua de alimentación del generador de vapor, caracterizado por que - durante la duración del procedimiento se monitoriza, mediante mediciones, la concentración de al menos una impureza contenida en el medio de trabajo al menos en el agua de alimentación del generador de vapor, - la concentración del material filmógeno se modifica en función de la concentración de la al menos una impureza, reduciéndose la tasa de dosificación del material filmógeno en caso de un aumento de la concentración de la al menos una impureza.

Description

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DESCRIPCION

Procedimiento para la limpieza y el acondicionamiento del circuito de agua-vapor de una central, en particular de una central nuclear

La invencion se refiere a un procedimiento para la limpieza y el acondicionamiento del circuito de agua-vapor de una central, en particular de una central nuclear. Por el termino “acondicionamiento” se entiende aqu una medida con la que se protegen las superficies de los componentes del circuito de agua-vapor frente a la corrosion. Cuando se habla de superficies, se quiere decir con ello, por un lado, las superficies internas por ejemplo de conductos, intercambiadores de calor y contenedores y, por otro lado, superficies de componentes alrededor de las cuales fluye el medio de trabajo (agua, vapor) del circuito, como por ejemplo palas de turbina. Se conocen por ejemplo por la publicacion de solicitud alemana 2625607 y por la patente DD 107962 procedimientos con los que en el circuito secundario de reactores de agua a presion se dosifican durante el funcionamiento de produccion aminas filmogenas (FFA = film forming amines).

Por la publicacion de solicitud alemana EP 0 902 232 A1 se conoce ademas un procedimiento para anadir aminas filmogenas en funcion de la concentracion de impurezas en un circuito de agua-vapor.

La finalidad de un acondicionamiento del tipo comentado es crear sobre las superficies una pelfcula delgada, lo mas permeable posible, de como maximo una a dos capas moleculares de grosor. A este respecto, con el procedimiento convencional existe sin embargo el riesgo de que se formen depositos de FFA mas gruesos, que por un lado perjudican el desarrollo de funcionamiento, al reducir por ejemplo el transporte de calor en generadores de vapor u otros intercambiadores de calor o al estrechas las secciones transversales de flujo. Ademas existe el riesgo de que se desprendan partes de los depositos y danen palas de turbina o afecten a instalaciones de filtro mecanicas y a intercambiadores ionicos, de modo que tengan que cambiarse.

Otro problema que aparece con la creacion de una pelfcula es que en la dosificacion del material filmogeno a las superficies de los componentes se liberan impurezas presentes o allf adheridas y pasan al medio de trabajo. Este efecto se basa en dos tipos de causas. Por un lado se combinan moleculas del material filmogeno, que debido a su estructura qmmica actuan como tensioactivo, con partfculas de productos de la corrosion tales como la magnetita, con lo cual las partfculas se desprenden de la superficie y quedan flotando de manera coloidal en el medio de trabajo. Por otro lado, con la adsorcion de las aminas filmogenas en las superficies de los componentes, las impurezas ionicas allf adsorbidas, por ejemplo cationes tales como iones de sodio, potasio, magnesio y calcio, y aniones tales como por ejemplo iones de cloro, fluor, sulfato, sulfito, carbonato y silicato, se desplazan de la superficie y de este modo entran en disolucion.

El efecto comentado del material filmogeno es indeseado, porque se distribuyen por todo el sistema impurezas que hasta entonces estaban inmovilizadas en una zona delimitada del circuito de agua-vapor. Existe ademas el riesgo de que se superen valores lfmite predefinidos para impurezas, de modo que tengan que adoptarse medidas correctoras correspondientes. En el ambito de las centrales nucleares tiene que conseguirse, por ejemplo a una concentracion de sodio de mas de 0,1 mg/kg o una conductividad (despues del intercambiador cationico) de mas de 2 |iS/cm en el agua que genera el vapor, un funcionamiento limitado en el tiempo con una reduccion de potencia del 30 % y por encima de 0,5 mg/kg o 7 |iS/cm, una parada de la instalacion.

En procedimientos convencionales no se consideranan los problemas anteriormente mencionados o, para evitar los problemas, se trabajana con concentraciones de FFA muy bajas, lo sin embargo ina asociado con duraciones de procedimiento extremadamente largas y costes correspondientes.

El objetivo de la invencion es proponer un procedimiento con el que se eviten las desventajas expuestas.

Este objetivo se alcanza con un procedimiento del tipo mencionado al principio por que durante el funcionamiento de produccion se anade al medio de trabajo que circula en el circuito de agua-vapor una amina que actua como material filmogeno y que forma sobre las superficies del circuito una pelfcula hidrofoba. El procedimiento se realiza a este respecto de tal modo que practicamente en cada instante del procedimiento se produce un control tanto de la concentracion del material filmogeno o el progreso de la formacion de la pelfcula como de los efectos de la dosificacion de material filmogeno con respecto a las impurezas movilizadas por el mismo. Esto se consigue por que durante la duracion del procedimiento se mide la concentracion de al menos una impureza asf como la concentracion del material filmogeno y concretamente al menos en el agua de alimentacion del generador de vapor, variandose la concentracion del material filmogeno en funcion de la concentracion de al menos una impureza. De esta manera se garantiza que en cada instante del procedimiento se respetan, o no se superan, valores indicativos y lfmite predefinidos de una impureza, en particular de una impureza ionica de accion corrosiva como por ejemplo iones de cloro o de sodio. Ademas puede evitarse eficazmente que una impureza inmovilizada en una zona de superficie delimitada localmente del circuito de agua-vapor se movilice rapidamente debido a la dosificacion del material y se distribuya en gran cantidad en todo el circuito.

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Como medida correctiva ante un incremento de la concentracion de una impureza se reduce o interrumpe la tasa de dosificacion del material filmogeno en particular con vistas a respetar los valores Ifmite.

Otra medida correctiva consiste en reducir la concentracion de impurezas trasladadas al medio de trabajo. Esto tiene lugar preferiblemente enjuagando el circuito de agua-vapor y a este respecto se eliminan entre otras impurezas particuladas mediante desenlodado del generador de vapor. Preferiblemente esta medida se realiza por ejemplo desde el punto de vista de econoirna del procedimiento a continuacion de una interrupcion de la dosificacion del material filmogeno. Tambien es factible utilizar filtros para eliminar impurezas del circuito de agua-vapor, por ejemplo las instalaciones de filtro del sistema de purificacion de condensado propio de la central.

En una variante de procedimiento especialmente preferida, la determinacion de la concentracion del material filmogeno y de la impureza se realiza en varios puntos de medicion distribuidos por el circuito de agua-vapor, con lo cual puede llegarse a una conclusion sobre como actua el efecto de una medida, por ejemplo una reduccion de la tasa de dosificacion del material filmogeno en distintos puntos del circuito de agua-vapor. Ademas se aumenta la precision del control o la regulacion del procedimiento. Ademas de las medidas descritas anteriormente para evitar los efectos desventajosos expuestos al principio, en un procedimiento der material segun la invencion se dosifica material filmogeno de tal modo que, en la fase de agua del circuito de agua-vapor, al menos en el agua de alimentacion del generador de vapor, se obtiene una concentracion de 1 a 2 ppm, preferiblemente de 1 a 1,5 ppm. Se ha mostrado que, cuando se trabaja dentro de estos lfmites, en particular como maximo hasta 1,5 ppm de material filmogeno, puede evitarse la formacion de capas mas gruesas del material filmogeno. Se ha mostrado que en muchos casos ya esta presente una pelfcula suficiente sobre las superficies cuando se alcanza la concentracion anteriormente mencionada o la concentracion objetivo.

Sin embargo se obtiene con mayor fiabilidad sobre las superficies una pelfcula de un estrato que las cubre esencialmente por completo o esencialmente monomolecular, cuando el procedimiento se continua con las premisas mencionadas anteriormente hasta que la concentracion del material filmogeno - a tasa de dosificacion constante - permanece igual en varios puntos de medicion distribuidos por el circuito de agua-vapor, en promedio temporal, en varios puntos de medicion (M1, M2, M3), es decir cuando se ajusta en los puntos de medicion una concentracion de equilibrio. Los puntos de medicion ya mencionados mas arriba estan distribuidos en este caso y en general de tal modo que al menos un punto de medicion se encuentra en la region monofasica y al menos un punto de medicion se encuentra en la region bifasica del circuito de agua-vapor. Por promedio temporal, mencionado anteriormente, se entiende la evolucion de la tendencia que se obtiene cuando se han eliminado margenes de fluctuacion condicionados por la tecnica de medicion mediante procedimientos adecuados de analisis de errores clasico.

Se han comprobado como especialmente eficaces tanto para el efecto de limpieza como para la formacion de la pelfcula monoaminas con un resto hidrocarburo que comprende de 8 a 22 atomos de carbono, siendo adecuada en este caso especialmente la octadecilamina. Las monoaminas de este tipo se presentan a temperatura ambiente como sustancia cerosa. Las emulsiones convencionales preparadas a partir de las mismas contienen habitualmente cantidades relativamente grandes de emulgentes organicos, que pueden tener efectos perjudiciales en el circuito de agua-vapor. Por tanto, en el procedimiento segun la invencion se utiliza la FFA preferiblemente en forma pura, concretamente como emulsion acuosa sin adicion de emulgentes, que pueden obtenerse mediante una mezcla meramente mecanica aplicando temperatura elevada.

El procedimiento se explica ahora mas detalladamente con ayuda de un ejemplo de realizacion haciendo referencia a las ilustraciones adjuntas. Muestran:

la figura 1, en una vista muy esquematica, el circuito agua-vapor de un reactor de agua a presion,

la figura 2, un diagrama que reproduce la evolucion temporal de la concentracion de ODA en el agua de alimentacion del generador de vapor provocada por una dosificacion de una ODA,

la figura 3, un diagrama de flujo de un acondicionamiento.

El circuito de agua-vapor 1 (abreviado en lo sucesivo como CAV) de un reactor de agua a presion comprende un sistema de tubenas 2, varios generadores de vapor 3, habitualmente varias turbinas, por ejemplo una turbina de alta presion 4 y una turbina de baja presion 5, un recalentador intermedio con separador de agua 17 entre las turbinas de alta y baja presion, un condensador 6, un contenedor de agua de alimentacion 7, una bomba de condensado 8 dispuesta entre el condensador 6 y el contenedor de agua de alimentacion 7, varios precalentadores de agua de alimentacion 16 y una bomba de agua de alimentacion 9 dispuesta entre el contenedor de agua de alimentacion 7 y el generador de vapor. Ademas esta presente un sistema de purificacion de condensado 10 aguas abajo del condensador 6, que puede comprender filtros mecanicos y tambien intercambiadores ionicos. El generador de vapor 3 esta conectado en el lado primario con el circuito primario 13 del reactor nuclear, que comprende el contenedor a presion del reactor 14 y una bomba de agente refrigerante principal 15 (figura 1).

El procedimiento de limpieza y acondicionamiento se lleva a cabo, como ya se menciono mas arriba, durante el funcionamiento de produccion. Dentro del mismo estan comprendidas tambien fases durante el arranque y la parada

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de la central. En el ejemplo de realizacion expuesto a continuacion, el acondicionamiento del circuito de agua-vapor o la dosificacion de una amina filmogena, se realizan poco antes del apagado del reactor nuclear. En la descripcion se hace referencia a modo de ejemplo a ODA como material filmogeno. La monitorizacion continua, realizada desde el comienzo del procedimiento, de concentraciones o variaciones en la concentracion de ODA e impurezas (vease II en la figura 3) se realiza a traves de varios puntos de medicion dispuestos en distintas posiciones del CAV 1. A modo de ejemplo se representan en la figura 1 algunos de estos puntos de medicion M1, m2, M3.

Desde el comienzo de la dosificacion de FFA, se produce debido a las propiedades de tipo tensioactivo de la ODA una movilizacion de impurezas. Para la concentracion de estas impurezas se utilizan por tanto, como ya se menciono mas arriba, valores lfmite que no deben superarse. La medicion de la concentracion se realiza en el caso de impurezas ionicas o bien directamente, es decir con referencia a un ion absolutamente determinado con procedimientos de medicion qmmicos por via humeda o ffsico-qmmicos conocidos, o bien tambien puede realizare la determinacion de la concentracion de manera indirecta, es decir a traves del aumento de la conductividad electrica del medio de trabajo, provocado por la movilizacion o el traspaso de iones al mismo. Los metodos de medicion utilizados a este respecto los conoce generalmente el experto en la tecnica, de modo que no es necesario entrar a detallarlos. Otro parametro importante para una ejecucion controlada del procedimiento es la concentracion de FFA o de ODA en el medio de trabajo, el agua presente en el CAV.

Finalmente, como consecuencia de la dosificacion de ODA se liberan tambien productos de la corrosion, es decir partfculas muy finas de magnetita, que se adhieren a las superficies y debido al efecto de la ODA entran en disolucion de manera coloidal. Puesto que la mayor parte de productos de la corrosion tiene su origen en oxidos metalicos como la magnetita, en el caso normal basta con hacer mediciones unicamente a este respecto. A este respecto se determina por ejemplo el contenido en hierro del agua de alimentacion de manera conocida. Finalmente se monitoriza tambien el valor de pH, para evitar una corrosion de los componentes metalicos del CAV 1. Tambien es factible monitorizar el valor de TOC (total organic carbon), para descartar una eventual descomposicion de la ODA anadida en las condiciones predominantes, es decir temperaturas por encima de 250°, por tanto la formacion de productos de descomposicion, que pueden tener un efecto corrosivo.

La dosificacion de ODA o la cantidad de ODA dosificada por unidad de tiempo en el CAV 1 se regula, con ayuda de los datos de medicion determinados en los puntos de medicion M1 a M3 de tal modo que las concentraciones de las impurezas traspasadas al medio de trabajo debido a la dosificacion de ODA permanecen por debajo de los valores lfmite predefinidos (vease III en la figura 3). Ademas mediante el control de los valores de concentracion mencionados anteriormente puede identificarse ya de manera temprana una tendencia, de modo que puede adoptarse de manera temprana alguna medida correctiva, por ejemplo reducir o interrumpir la dosificacion de ODA. A este respecto ha de tenerse en cuenta que un cambio en la dosificacion debido al volumen de agua y a la longitud de tubena del CAV 1 no tiene efecto hasta algunas horas mas tarde. Este retardo resulta practico sin embargo en un procedimiento segun la invencion, ya que debido a la monitorizacion global permanente en varios puntos de medicion M1 a M3 se identifica una variacion de un valor de concentracion cntico, mucho antes de que este haya alcanzado su lfmite cntico.

Para tener un punto de referencia de que cantidades de ODA se requiere para un CAV 1 dado, debe valorarse convenientemente que cantidad aproximada de ODA es necesaria para crear una pelfcula hidrofoba monomolecular sobre las superficies del CAV. Esta cantidad puede multiplicarse ademas por un factor, para tener en cuenta la rugosidad considerable aunque a escala submicroscopica de las superficies asf como efectos que consumen la ODA, por ejemplo el grado de suciedad del CAV. Con ayuda de esta estimacion puede especificarse, a una tasa de dosificacion de ODA predefinida, un periodo de tiempo definido para ello, en el que aparece una pelfcula de ODA que reviste por completo las superficies, por ejemplo, monomolecular.

Al alcanzar una concentracion cntica de una impureza (III en la figura 3) existe una medida eficaz para reducir la concentracion cntica en una interrupcion de la dosificacion de FFA y un enjuagado o desenlodado subsiguiente del generador de vapor, con el que se expulsa la impureza del CAV (VII en la figura 3). A este respecto se monitoriza de manera continua si los parametros de control o concentraciones espedficos de la instalacion se situan en un intervalo admisible (VIII en la figura 3). Si este es el caso, se continua el acondicionamiento mediante la reanudacion de la dosificacion de FFA.

La concentracion de ODA en la fase acuosa se regula mediante tasas de dosificacion correspondientes, de tal modo que este valor no supera practicamente hasta la conclusion del procedimiento un lfmite de seguridad superior absoluto de 2 ppm, preferiblemente 1,5 ppm. De este modo se evita que aparezca una movilizacion de impurezas demasiado grande, que sobrepasa los valores lfmites establecidos, o una precipitacion de ODA masiva que ya no puede controlarse. Tambien se garantiza que no se formen depositos de Oda masivos no deseados. A este respecto se dosifica de tal modo que se obtiene en primer lugar una de ODA baja, que solo hacia el final del procedimiento sube hasta una concentracion objetivo de por encima de 1 ppm, como maximo hasta 1,5 ppm o 2 ppm (Cjarget en la figura 1). Preferiblemente se dosifica hasta que la concentracion de ODA haya alcanzado con una tendencia creciente los valores maximos de 2 ppm o 1,5 ppm. (VI en la figura 3). Para determinar la concentracion objetivo basta con la medicion en un punto de medicion, midiendose preferiblemente la concentracion objetivo en el agua de alimentacion del generador de vapor (punto de medicion M1).

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El hecho de alcanzar las concentraciones objetivo, mencionadas en el parrafo anterior, podna ser ya un criterio de interrupcion para la dosificacion del material filmogeno u ODA, es decir una indicacion de que sobre las superficies del circuito de agua-vapor se ha formado ya una pelfcula que las cubre por completo.

Preferiblemente, ademas del criterio mencionado en el parrafo anterior, se observa la evolucion de la concentracion de ODA a una tasa de dosificacion de ODA invariable. Cuando se alcanza la concentracion de equilibrio de la ODA en varios puntos de medicion, preferiblemente en todos los puntos de medicion, en el ejemplo en M1 a M3, cuando tambien puede observarse una concentracion de ODA invariable o que cae ligeramente (V en la figura 3), ha llegado el momento de terminar con la dosificacion de ODA o con el procedimiento de acondicionamiento (VI en la figura 3, lmea CP en la figura 2). La concentracion de ODA invariable hacia el final de la formacion de la pelfcula podna deberse a que se favorece la formacion de capas dobles y multiples de ODA de manera cinetica y/o termodinamica y por tanto va en sf mas rapido que la formacion de pelfcula inicial sobre las superficies metalicas del CAV 1.

La pelfcula de ODA aplicada sobre las superficies del CAV puede perder o reducir su eficacia con el tiempo, al desprenderse por ejemplo en parte de las superficies o al estar sujeta por ejemplo a procesos de descomposicion termicos o qmmicos. Por tanto resulta conveniente realizar oportunamente una renovacion del acondicionamiento. Para ello es conveniente una monitorizacion permanente del medio de trabajo para vigilar la presencia de productos de la corrosion, es decir productos que aparecen en conexion con la formacion de capas de oxidacion, por ejemplo de iones de metal procedentes de los materiales de los componentes del CAV. En cuanto pueda identificarse un incremento significativo de productos de la corrosion (X en la figura 3), se pone en marcha un acondicionamiento del tipo descrito arriba.

Leyenda del diagrama de flujo segun la figura 3:

I Inicio del acondicionamiento con FFA

II Monitorizacion del proceso

- Concentracion de FFA (M1-M3 en la figura 1)

- Parametros de control segun las especificaciones de la instalacion

III ^Se han alcanzado los valores lfmite de los parametros de control?

IV ^Se ha alcanzado la concentracion objetivo de FFA en M1?

V ^Se ha alcanzado la concentracion de equilibrio de FFA en M1-M3?

VI Fin del acondicionamiento con FFA

VII Interrumpir dosificacion, enjuagar

VIII ^Estan los valores de los parametros de control en el intervalo admisible?

IX Monitorizacion del proceso para vigilar productos de la corrosion

X ^Se ha incrementado la concentracion de productos de la corrosion?

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para la limpieza y el acondicionamiento del circuito de agua-vapor de una central, en particular de una central nuclear, en el que

- durante el funcionamiento de produccion se anade al medio de trabajo que circula en el circuito de agua-vapor una amina como material filmogeno, que forma sobre las superficies del circuito una pelfcula hidrofoba,

- monitorizandose durante la duracion del procedimiento, mediante mediciones, la concentracion del material filmogeno al menos en el agua de alimentacion del generador de vapor,

caracterizado por que

- durante la duracion del procedimiento se monitoriza, mediante mediciones, la concentracion de al menos una impureza contenida en el medio de trabajo al menos en el agua de alimentacion del generador de vapor,

- la concentracion del material filmogeno se modifica en funcion de la concentracion de la al menos una impureza, reduciendose la tasa de dosificacion del material filmogeno en caso de un aumento de la concentracion de la al menos una impureza.
2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la determinacion de la concentracion del material filmogeno y de la impureza se realiza en varios puntos de medicion (M1, M2, M3) distribuidos por el circuito de agua- vapor.
3. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que la dosificacion del material filmogeno se interrumpe cuando la concentracion de la al menos una impureza se aproxima a un valor lfmite.
4. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se enjuaga el circuito de agua- vapor.
5. Procedimiento segun la reivindicacion 4, caracterizado por que el enjuagado se realiza a continuacion de la interrupcion de la dosificacion del material filmogeno.
6. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el material filmogeno se dosifica con una tasa tal que su concentracion en la fase lfquida del medio de trabajo no supera una concentracion de 2 ppm.
7. Procedimiento segun la reivindicacion 6, caracterizado por una concentracion maxima de material filmogeno de como maximo 1,5 ppm.
8. Procedimiento segun la reivindicacion 6 o 7, caracterizado por que la dosificacion del material filmogeno se termina cuando su concentracion ha alcanzado un valor de 1 ppm a 2 ppm o de 1 a 1,5 ppm.
9. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado por que la dosificacion del material filmogeno se termina ya antes de alcanzarse el valor mencionado anteriormente de concentracion del material filmogeno en el medio de trabajo, cuando su concentracion permanece invariable a una tasa de dosificacion constante - en promedio temporal - en varios puntos de medicion (M1, M2, M3).
10. Procedimiento segun la reivindicacion 9, caracterizado por que se mide una concentracion invariable de material filmogeno en varios puntos distribuidos por el circuito de agua-vapor.
11. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por al menos un punto de medicion (M1) en la region bifasica y al menos un punto de medicion en la region monofasica del circuito de agua-vapor.
12. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que como material filmogeno se usa una monoamina con un resto hidrocarburo que comprende de 8 a 22 atomos de carbono.
13. Procedimiento segun la reivindicacion 12, caracterizado por el uso de octadecilamina.