ES2907638T3 - Ventilación del filtro de la piscina de combustible gastado en edificio de contención del reactor - Google Patents
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Abstract
Una instalación generadora de energía nuclear que tiene una contención (12) para alojar un reactor nuclear y para confinar la radiación que se filtra del reactor nuclear, la contención tiene una salida de ventilación (10) para proporcionar una liberación controlada al entorno que rodea la contención, para un aumento de la presión atmosférica dentro de la contención en el caso de que la presión de un efluente atmosférico dentro de la contención se acumule hasta un nivel que exceda un valor preseleccionado, y la instalación generadora de energía nuclear (10) tiene también, fuera de la contención, una piscina de agua de almacenamiento de combustible gastado asociada (14), que incluye un sistema de filtrado (16, 26) para filtrar los contaminantes liberados desde la salida de ventilación (10) o en ruta hacia ella, el sistema de filtrado comprende un sistema de tuberías dedicado y conectado entre el interior de la contención (12) o la salida de ventilación y la piscina de agua de almacenamiento de combustible gastado (14) para comunicar de forma fluida cualquier efluente atmosférico que se libere del interior de la contención a través de la piscina de agua de almacenamiento de combustible gastado; una o más válvulas (18, 20) conectadas al sistema de tuberías dedicado para controlar la liberación del efluente atmosférico que se va a liberar; un sistema de inyección de productos químicos (22, 24, 26) configurado para liberar un producto químico en la piscina de agua de almacenamiento de combustible gastado (14) para facilitar una reacción con el efluente atmosférico que se va a liberar para neutralizar sustancialmente cualquier impacto medioambiental perjudicial del efluente atmosférico que se va a liberar; y un sistema de control (24) conectado a uno o más de los sistemas de inyección de productos químicos y/o a una o más de las válvulas (18) y configurado para controlar la liberación del producto químico y/o la liberación del efluente atmosférico.
Description
DESCRIPCIÓN
Ventilación del filtro de la piscina de combustible gastado en edificio de contención del reactor
Antecedentes
1. Campo
Esta invención se refiere en general a los sistemas de contención de reactores nucleares y, más particularmente, a los sistemas de filtración de la ventilación de la contención de los reactores nucleares para reducir de forma segura la acumulación de presión dentro de una contención sin la liberación de contaminantes dañinos.
2. Técnica relacionada
En muchas jurisdicciones, las centrales nucleares se deben diseñar para garantizar que, incluso en caso de accidente, se disponga de un mecanismo para evitar o minimizar el escape de material radiactivo y gases nobles. Para evitar las liberaciones radiactivas, el sistema del reactor suele estar alojado en una estructura de contención primaria construida con acero y hormigón armado. El recipiente de contención primario está diseñado para ser capaz de soportar grandes presiones que pueden resultar de varios escenarios de accidentes postulados. Sin embargo, si se postula un escenario lo suficientemente grave, el propio recipiente de contención podría fallar por el aumento gradual de la presión. Aunque se considera que la probabilidad de que se produzca un evento de este tipo es muy pequeña, los riesgos para la salud asociados a la exposición de la población circundante a las liberaciones radiactivas de un evento de este tipo han llevado a muchos a creer que se debe proporcionar un mecanismo para ventilar la contención de forma controlada y filtrar los gases para minimizar la liberación de radiactividad. Es decir, es deseable tanto proporcionar un dispositivo de liberación de presión para el recipiente de contención como un mecanismo para filtrar cualquier gas que se pueda liberar por la contención antes de que se libere a la atmósfera. Los accidentes nucleares de Chernóbil (Ucrania) en 1986 y, más recientemente, el de Fukushima Dai-ichi (Japón) en 2011, muestran claramente las consecuencias de una liberación de productos de fisión con tiempos de decaimiento largos. A raíz de estos accidentes, los gobiernos de muchos países han decidido que las centrales nucleares deben instalar sistemas de ventilación de contención filtrada para proteger a las personas y el terreno circundante de los daños debidos a la contaminación radiactiva.
En el pasado, se han propuesto un número de sistemas de filtración, tal como el descrito en la Patente de los Estados Unidos Núm. 4.610.840, emitido a Leach y cedido al cesionario de esta invención. Leach desvela un sistema de lavado de productos de fisión para un reactor nuclear. En concreto, un segundo compartimento en comunicación fluida con la contención está parcialmente lleno de agua. En caso de un gran aumento de presión, un disco de ruptura dispuesto dentro de un tubo de ventilación que sale del compartimento secundario estalla para aliviar la presión. Cuando el disco de ruptura estalla, los gases y vapores radiactivos de la contención pasan a través del compartimento secundario lleno de agua y se liberan a través del tubo de ventilación ahora abierto. A medida que los gases y vapores calientes de la contención pasan a través del agua almacenada en el compartimento secundario cerrado, una gran porción de los productos de fisión serán lavados de los gases de la contención. Aunque este sistema puede ser eficaz, todavía se puede mejorar para reducir el tamaño y aumentar la eficacia de dicho sistema para minimizar cualquier exposición que pueda causar una liberación de este tipo. La Patente de los Estados Unidos Núm. 9.502.144asignada al cesionario de la presente invención, describe un sistema de filtrado con una mejora de este tipo, pero que todavía requiere una inversión importante para su aplicación. En consecuencia, se desea un sistema de filtrado que filtre eficazmente la liberación de la atmósfera de contención al entorno externo que requiera una inversión sustancialmente reducida para su implementación.
A este respecto, el documento US 2015/194226 desvela un aparato para suprimir la presión de contención de un reactor nuclear de tipo PWR. El aparato conocido por D1 comprende un gran volumen de agua que compone la piscina de combustible gastado a fin de garantizar que el combustible gastado permanezca sumergido incluso en caso de interrupción prolongada del suministro de agua exterior. El aparato requiere una longitud corta de una tubería para hacer fluir el vapor desde la contención del reactor hasta la piscina de combustible gastado, dado que la piscina de combustible gastado está situada cerca del reactor nuclear al que se presta servicio. El aparato puede colocar los filtros en las entradas para permitir el proceso de limpieza por medio de la sustitución de únicamente los filtros en las entradas de la estructura de contención radiológica del reactor contaminado. Sin embargo, el documento US 2015/194226 no desvela un sistema de inyección de productos químicos configurado para liberar un producto químico en la piscina de agua de almacenamiento de combustible gastado para facilitar una reacción con el efluente atmosférico que se va a liberar para neutralizar sustancialmente cualquier impacto ambiental perjudicial del efluente atmosférico que se va a liberar.
Sumario
Esta invención proporciona un sistema de ventilación filtrada para una instalación de generación de energía nuclear que tiene una contención para alojar un reactor nuclear y para confinar la radiación que se filtra del reactor nuclear. La contención tiene una salida de ventilación para proporcionar una liberación controlada al entorno que rodea la contención, para un aumento de la presión atmosférica dentro de la contención en el caso de que la presión de un
efluente atmosférico dentro de la contención se acumule hasta un nivel que exceda un valor preseleccionado. La instalación de generación de energía nuclear también tiene, fuera de la contención, una piscina de agua de almacenamiento de combustible gastado asociada, que incluye un sistema de filtro para filtrar los contaminantes liberados desde la salida de ventilación o en su camino. El sistema de filtrado incluye un sistema de tuberías dedicado que se conecta entre el interior de la contención o la salida de ventilación y la piscina de agua de almacenamiento de combustible gastado, para comunicar fluidamente cualquier efluente atmosférico que se libere desde el interior de la contención a través de la piscina de agua de almacenamiento de combustible gastado. El sistema de filtrado también incluye una o más válvulas conectadas al sistema de tuberías dedicado para controlar la liberación del efluente atmosférico que se va a liberar; y un sistema de inyección de productos químicos configurado para liberar un producto químico en la piscina de agua de almacenamiento de combustible gastado para facilitar una reacción con el efluente atmosférico que se va a liberar para neutralizar sustancialmente cualquier impacto ambiental perjudicial del efluente atmosférico que se va a liberar. Un sistema de control está conectado a uno o más de los sistemas de inyección de productos químicos y/o a una o más de las válvulas y está configurado para controlar la liberación del producto químico y/o la liberación del efluente atmosférico.
En una realización, el sistema de tuberías dedicado incluye una válvula de retención configurada para evitar que el agua de la piscina de combustible gastado sea arrastrada hacia la contención. Preferentemente, el sistema de control incluye una(s) válvula(s) accionada(s) manualmente y operada(s) a distancia en el sistema de tuberías dedicado, la(s) válvula(s) está(n) configurada(s) para aislar la tubería de ventilación dedicada en condiciones normales de funcionamiento, a menos que se active. Preferentemente, esta configuración de la(s) válvula(s) para el aislamiento estará situada fuera del edificio de contención y cumplirá con los requisitos regulados para el aislamiento de las tuberías que penetran en un edificio de contención. La(s) válvula(s) accionada(s) manualmente y operada(s) a distancia está(n) configurada(s) en el sistema de tuberías especializadas para estar en paralelo con una válvula de accionamiento pasivo estructurada para liberar el efluente atmosférico a la piscina de agua de combustible gastado si se detecta una presión dentro de la contención superior a una presión determinada.
En otra realización, el sistema de tuberías dedicadas tiene una salida en una porción inferior de la piscina de agua de combustible gastado que libera el efluente atmosférico a la piscina de agua de combustible gastado a través de un inyector. Preferentemente, el sistema de inyección de productos químicos libera el producto químico en la piscina de agua de combustible gastado a través de un cabezal de inyección de productos químicos que se encuentra justo por encima del inyector dentro de la piscina de agua de almacenamiento de combustible gastado. De manera deseable, el cabezal de inyección de productos químicos y el inyector se apoyan dentro de la piscina de agua de almacenamiento de combustible gastado a una elevación por debajo de la zona que se utiliza para transferir el combustible dentro y fuera de la piscina de agua de almacenamiento de combustible gastado y, preferentemente, lo más bajo posible para maximizar el tiempo de tránsito del efluente liberado a través de la piscina de agua.
La invención también contempla un procedimiento para operar dicho sistema de filtrado que incluye la etapa de detectar una acumulación de presión dentro de la contención nuclear. El procedimiento desvía una porción del efluente atmosférico a través de la piscina de combustible gastado cuando el aumento de presión dentro de la contención alcanza un valor preseleccionado y libera un producto químico en la piscina de combustible gastado para facilitar una reacción con el efluente que se va a liberar para neutralizar sustancialmente cualquier impacto medioambiental perjudicial del efluente que se va a liberar. Preferentemente, la etapa de encaminamiento y la etapa de liberación se llevan a cabo al mismo tiempo y el efluente atmosférico se introduce en el agua de la piscina de combustible gastado a través de un inyector soportado cerca o en el fondo de la piscina de combustible gastado. De manera deseable, la etapa de liberación libera el producto químico en el agua dentro de la piscina de combustible gastado a una altura cercana al fondo de la piscina de combustible gastado, justo por encima del inyector.
Breve descripción de los dibujos
La siguiente descripción de las realizaciones preferentes permite comprender plenamente el concepto desvelado cuando se lee junto con los dibujos adjuntos, en los que:
La Figura 1 es una vista esquemática de la ventilación del filtro de la piscina de combustible gastado en un edificio de contención del reactor de acuerdo con esta invención.
Descripción de las realizaciones preferentes
Esta invención implica un diseño específico de aplicación de tuberías, válvulas, lógica de control y un sistema de inyección de productos químicos para emplear eficazmente los conceptos de un diseño de ventilación filtrado en húmedo, tal como el descrito en la Patente de los Estados Unidos núm. 9.502.144sin la adición de un tanque de filtración de ventilación con filtro húmedo. Una realización de esta invención se ilustra en la Figura 1, que muestra una representación esquemática de una porción de una contención nuclear y una piscina de combustible gastado adyacente. Esta invención utiliza una tubería de ventilación 10 que dirige una descarga de alivio de presión desde el recipiente de contención 12 a la piscina de combustible gastado existente de la planta 14 a través de un diseño de inyector de ingeniería (o inyector del sistema de refrigeración de la piscina de combustible gastado existente) 16. El aislamiento de las tuberías de ventilación se consigue por medio de una(s) válvula(s) convencional(es) accionada(s) a distancia, cuya apertura es controlada por el operador de la planta. Se dispone de un sistema de derivación
alternativo, con válvula de alivio de presión pasiva 20, en caso de error del operador o de fallo mecánico de la(s) válvula(s) de aislamiento 18. El sistema de derivación abre automáticamente la válvula 20, que es un dispositivo de alivio de presión pasivo, si se detecta una presión preseleccionada en la contención.
La liberación de aerosoles contaminados se filtrará a través del inventario de la piscina de combustible gastado, que se tratará con un control químico de filtración húmeda convencional a través de un sistema de inyección de productos químicos pasivo 22 para la eliminación de gases (por ejemplo, yodo, cesio, xenón) y partículas de productos de fisión. Los productos químicos se liberarán en el inventario de la piscina simultáneamente con la liberación de la ventilación a la piscina (es decir, la apertura de las válvulas de aislamiento de la ventilación 18 o 20) a través de una apertura controlada de la válvula de aislamiento del sistema de inyección de productos químicos 24. Los productos químicos se inyectarán directamente por encima de las salidas de los inyectores 16 a través de un cabezal de inyección de productos químicos 26. Preferentemente, el cabezal de inyección de productos químicos y el inyector se apoyan en la piscina de combustible gastado a una altura, preferentemente, lo más baja posible en la piscina y por debajo del nivel operativo necesario para la transferencia de combustible hacia y desde la piscina. El cabezal de inyección de productos químicos 26 está, preferentemente, situado justo encima y sobre el inyector 16. La energía térmica de desintegración de los productos de fisión liberada en la piscina será eliminada por el actual sistema de refrigeración de la piscina de combustible gastado. La liberación de aerosoles de la superficie de la piscina de combustible gastado se ventilará desde el edificio de combustible gastado a través de los sistemas de ventilación de la piscina de combustible gastado normales o suplementarios especiales, si es necesario. El oleaje de líquido en la piscina de combustible gastado no será suficiente para desplazar el inventario excesivo de la piscina de forma que quede una inmersión aceptable del haz de combustible gastado para proteger el combustible gastado tras el cierre de las válvulas de aislamiento de ventilación. La(s) válvula(s) de retención (compuertas pasivas) 28 en la tubería de ventilación impedirá(n) la aspiración del inventario de la piscina hacia la contención durante cualquier vacío del recipiente de contención; del mismo modo, un interruptor de vacío pasivo 32 impedirá que el recipiente de contención supere un límite de vacío máximo.
Si bien se han descrito en detalle realizaciones específicas del concepto desvelado, los expertos en la técnica apreciarán que se podrían desarrollar varias modificaciones y alternativas a esos detalles a la luz de las enseñanzas generales de la divulgación. Un ejemplo podría ser para evitar la instalación de una penetración única del recipiente de contención, una realización alternativa podría incorporar el dispositivo en el tubo de transferencia de combustible existente 30. Por lo tanto, las realizaciones particulares desveladas tienen la intención de ser ilustrativas solamente y no limitantes en cuanto al alcance de la invención que debe ser dada la amplitud completa de las reivindicaciones anexas y cualquier y todos los equivalentes de la misma.
Claims (11)
1. Una instalación generadora de energía nuclear que tiene una contención (12) para alojar un reactor nuclear y para confinar la radiación que se filtra del reactor nuclear, la contención tiene una salida de ventilación (10) para proporcionar una liberación controlada al entorno que rodea la contención, para un aumento de la presión atmosférica dentro de la contención en el caso de que la presión de un efluente atmosférico dentro de la contención se acumule hasta un nivel que exceda un valor preseleccionado, y la instalación generadora de energía nuclear (10) tiene también, fuera de la contención, una piscina de agua de almacenamiento de combustible gastado asociada (14), que incluye un sistema de filtrado (16, 26) para filtrar los contaminantes liberados desde la salida de ventilación (10) o en ruta hacia ella, el sistema de filtrado comprende
un sistema de tuberías dedicado y conectado entre el interior de la contención (12) o la salida de ventilación y la piscina de agua de almacenamiento de combustible gastado (14) para comunicar de forma fluida cualquier efluente atmosférico que se libere del interior de la contención a través de la piscina de agua de almacenamiento de combustible gastado;
una o más válvulas (18, 20) conectadas al sistema de tuberías dedicado para controlar la liberación del efluente atmosférico que se va a liberar;
un sistema de inyección de productos químicos (22, 24, 26) configurado para liberar un producto químico en la piscina de agua de almacenamiento de combustible gastado (14) para facilitar una reacción con el efluente atmosférico que se va a liberar para neutralizar sustancialmente cualquier impacto medioambiental perjudicial del efluente atmosférico que se va a liberar; y
un sistema de control (24) conectado a uno o más de los sistemas de inyección de productos químicos y/o a una o más de las válvulas (18) y configurado para controlar la liberación del producto químico y/o la liberación del efluente atmosférico.
2. La instalación generadora de energía nuclear de la Reivindicación 1, en la que el sistema de tuberías dedicado incluye una válvula de retención (28) configurada para evitar que el agua de la piscina de combustible gastado (14) sea arrastrada hacia la contención (12).
3. La instalación generadora de energía nuclear de la Reivindicación 1, en la que el sistema de control incluye una válvula (18) accionada manualmente y a distancia en el sistema de tuberías dedicado, la válvula configurada está para aislar el efluente atmosférico de la piscina de agua de combustible gastado (14) en condiciones normales de funcionamiento, a menos que sea accionada.
4. La instalación de generación de energía nuclear de la Reivindicación 3, en la que la válvula de accionamiento manual y a distancia (18) está configurada en el sistema de tuberías dedicado para estar en paralelo con una válvula de accionamiento pasivo (20) estructurada para liberar el efluente atmosférico a la piscina de agua de combustible gastado (14) si se detecta una presión dentro de la contención (12) superior a una presión determinada.
5. La instalación generadora de energía nuclear de la Reivindicación 1, en la que el sistema de tuberías dedicado tiene una salida (16) en una porción inferior de la piscina de agua de combustible gastada (14) que libera el efluente atmosférico a la piscina de agua de combustible gastada a través de un inyector (16).
6. La instalación de generación de energía nuclear de la Reivindicación 5, en la que el sistema de inyección de productos químicos (20, 24, 26) libera el producto químico en la piscina de agua de combustible gastado (14) a través de un cabezal de inyección de productos químicos (26) que se apoya justo por encima del inyector (16) dentro de la piscina de agua de almacenamiento de combustible gastado.
7. La instalación de generación de energía nuclear de la Reivindicación 6, en la que el cabezal de inyección de productos químicos (26) y el inyector (16) se apoyan dentro de la piscina de agua de almacenamiento de combustible gastado (14) a una elevación por debajo de un nivel (30) que se utiliza para transferir el combustible dentro y fuera de la piscina de agua de almacenamiento de combustible gastado.
8. Un procedimiento para liberar un efluente atmosférico dentro de una contención nuclear (12) a una atmósfera que rodea la contención nuclear, la contención tiene una piscina de combustible gastado asociada (14) fuera de la contención, el procedimiento comprende las etapas de:
detectar un aumento de la presión dentro de la contención (12);
encaminar una porción del efluente atmosférico a través de la piscina de combustible gastado (14) cuando una acumulación de presión dentro de la contención nuclear (12) alcanza un valor preseleccionado; y liberar un producto químico (22) en la piscina de combustible gastado (14) para facilitar una reacción con el efluente que se va a liberar para neutralizar sustancialmente cualquier impacto medioambiental perjudicial del efluente que se va a liberar.
9. El procedimiento de la Reivindicación 8 incluye la etapa de llevar a cabo la etapa de encaminamiento y la etapa de liberación aproximadamente al mismo tiempo.
10. El procedimiento de la Reivindicación 8, en el que la etapa de encaminamiento incluye la etapa de introducir el efluente atmosférico en el agua de la piscina de combustible gastado (14) a través de un inyector (16) soportado cerca o en un fondo de la piscina de combustible gastado.
11. El procedimiento de la Reivindicación 10, en el que la etapa de liberación libera el producto químico (22) en el agua dentro de la piscina de combustible gastado (14) a una altura cercana al fondo de la piscina de combustible gastado, justo por encima del inyector (16).
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