MX2012014745A - Metodo y aparato para un inyector d solucion de deposicion a alta temperatura. - Google Patents

Abstract

Un método y aparato para un inyector de solución de deposición para un reactor nuclear que puede inyectar una solución de deposición a temperatura ambiente a una línea de flujo de agua de alimentación a alta presión, alta temperatura. El método y el aparato aseguran que la solución de deposición sea suministrada en una ubicación dentro del agua de alimentación que está más allá de una capa límite de agua fluyente, para evitar el frote de la solución y evitar el atascamiento de la solución de deposición dentro del inyector. El perfil transversal axial del inyector, y la ubicación de una ranura de inyección en el inyector, pueden reducir el flujo turbulento del agua de alimentación hacia el inyector para reducir adicionalmente el bloqueo del inyector.

Description

MÉTODO Y APARATO PARA UN INYECTOR DE SOLUCIÓN DE DEPOSICIÓN A ALTA TEMPERATURA Campo de la Invención Las modalidades ejemplificativas por lo general, se relacionan con reactores nucleares y más en particular, con un método y un aparato para un inyector de solución de deposición de alta temperatura para entregar una solución de deposición a temperatura ambiente a una línea de flujo de agua de alimentación de alta presión, de alta temperatura. En particular, el método y el aparato aseguran que la solución de deposición sea entregada en una ubicación dentro del agua de alimentación que está más allá de la capa límite del agua que fluye, para evitar la deposición excesiva de solución en la tubería de alimentación de agua justo corriente abajo de la toma de inyección y para evitar la deposición de la solución dentro de la toma de inyección, lo que provoca el bloqueo de la toma.

Antecedentes de la Invención En un reactor nuclear, las soluciones de deposición con frecuencia se inyectan dentro de una línea de agua de alimentación/de alta temperatura con el fin de depositar el materiales en las superficies del reactor. En particular, como se muestra en la Figura 1, la inyección 2 de hidrógeno se puede utilizar para inyectar hidrógeno en una linea 4b de succión de agua de alimentación (la linea 4b de succión es la entrada de las bombas 10 de agua de alimentación) para actuar como un depurador de oxigeno para el agua que circula en el reactor 8. Junto con la inyección 2 de hidrógeno, un sistema 6 de inyección de solución de deposición de un metal noble (por ejemplo, platino) se puede utilizar para inyectar la solución de deposición dentro de la linea 4a de descarga de agua de alimentación con el fin de depositar los iones de platino en las superficies del reactor 8. Aunque la configuración del reactor 8 de agua en ebullición (BWR) se ilustra en la Figura 1, se debe entender que otros tipos de reactores nucleares pueden hacer uso de las inyecciones de solución de deposición (tal como la solución de deposición de platino antes descrita). La solución de deposición de platino puede ser por ejemplo, una solución de sal de platino de hexahidroxiplatinato de sodio (Na2Pt(OH)e). Al inyectar la solución en la descarga 4a de agua de alimentación, los iones de platino se pueden depositar sobre las superficies del reactor 8 para que el platino pueda actuar como un catalizador para reaccionar con el hidrógeno inyectado con las moléculas de oxígeno que pueden estar presentes en el reactor. Al provocar que el hidrógeno reacciones con las moléculas de oxígeno en las superficies del reactor 8, se pueden producir moléculas de agua (H20). Esta reacción actúa para reducir y potencialmente, eliminar las moléculas de oxígeno presentes en la superficie del reactor 8, que de otra forma, promueven la corrosión de los componentes de metal, lo cual prolonga la vida útil de los componentes del reactor.

Como se muestra en la Figura 2, la configuración 12 de un inyector de solución de deposición convencional puede incluir un patín 24 de alimentación química que suministra la solución de deposición a la línea 4a de descarga de agua de alimentación. El patín de alimentación química típicamente proporciona la solución de deposición química a la temperatura ambiente con una velocidad de flujo de aproximadamente 50-120 cm3/m¡nuto y a una presión típicamente menor que 1250 psi (a través de bombas de desplazamiento positivo). Una línea 26 de alimentación química puede proporcionar la solución de deposición desde el patín 24 de alimentación química a la toma 20 de inyección. Una o más válvulas 14 del inyector pueden estar incluidas en la línea 26 de alimentación química para proporcionar el apagado de solución de deposición en la línea 26 de alimentación química. Típicamente, un poste 16 de tubería está incluido en la descarga de la válvula 14. Una soldadura 18 puede conectar la toma 20 de inyección con el poste 16 de tubería y la línea 4a de descarga de agua de alimentación.

Debido a que un extremo distal de la toma 20 de inyección convencional puede extenderse solamente hasta la superficie interna de la línea 4a de descarga del agua de alimentación, el material 22 depositado puede formarse dentro del extremo de la toma 20 de inyección. El material 22 depositado puede formarse en el punto 6 de inyección, conforme la solución de deposición de temperatura ambiente (es decir, baja) se mezcla con un flujo parásito entrante de agua de alimentación de alta velocidad, de alta temperatura 126°C y 215°C con una velocidad de flujo de aproximadamente 3 m a 6 m) que puede provocar que la solución de deposición se fracture en iones de platino que después, se depositan dentro del extremo distal interno de la toma 20 de inyección (se debe hacer notar que el hexahídroxiplatinato de sodio Na2Pt(OH)6, empieza a fracturarse a las temperaturas de 148°C-260°C). El bloqueo de la toma 20 de inyección provocado por el material 22 depositado puede provocar que las bombas de desplazamiento positivo incrementen la presión de inyección para proporcionar la velocidad de flujo de inyección especifica. La presión puede incrementar a la presión diseñada de la configuración 12 del inyector, lo que resulta en la terminación de la inyección antes de que toda la solución de deposición sea inyectada. Esto puede provocar una cantidad reducida de platino a ser depositado dentro del reactor 8, en sí. Además, el bloqueo de la toma 20 de inyección puede evitar el funcionamiento de la siguiente inyección programada (típicamente realizada una vez por año), o se requiere de una suspensión no planeada del reactor para remover el bloqueo.

Además de bloquear la toma 20 de inyección por el material 22 depositado dentro de los puntos 6 de inyección, el difuminado del material 22 depositado también puede ocurrir a lo largo de las superficies internas de la línea 4a de agua de alimentación, ya que la solución de deposición de lento fluir no tiene la capacidad de escapar de la capa límite y entrar en el flujo de masa del agua de alimentación. El difuminado también puede provocar que cantidades importantes de iones de platino se depositen a lo largo del interior de la línea del agua de alimentación, en donde no es deseada o necesaria, lo cual puede reducir la cantidad de platino que alcanza al reactor 8.

Breve Descripción de la Invención Las modalidades ejemplificativas proporcionan un método y un aparato para inyectar una solución de deposición dentro de una linea de agua de alimentación de alta temperatura/presión. El método y el aparato aseguran que la solución de deposición sea inyectada más allá de la capa límite de los fluidos que viajan a través de la linea de agua de alimentación y dentro del flujo de fluidos en masa asociado. Al inyectar la solución de deposición más allá de la capa limite, el bloqueo del inyector y el difuminado del material depositado a lo largo de las superficies internas de la línea de agua de alimentación se pueden mitigar.

Breve Descripción de los Dibujos Las anteriores y otras características y ventajas de las modalidades ejemplificativas serán evidentes al describir con detalle, las modalidades ejemplificativas con referencia a los dibujos anexos. Los dibujos anexos tienen la intención de ilustrar las modalidades ejemplificativas y no se deben interpretar como limitantes del alcance de las reivindicaciones. Los dibujos acompañantes no se deben considerar como dibujados a escala, a menos que se indique explícitamente lo contrarío.

La Figura 1 es una vista en perspectiva de un reactor nuclear de agua en ebullición convencional (BWR) que incluye la inyección de solución de deposición.

La Figura 2 es una vista en sección transversal de una configuración del inyección de solución de deposición convencional.

La Figura 3 es una vista en sección transversal de una configuración del inyector de solución de deposición, de conformidad con una modalidad ejemplif ¡cativa .

La Figura 4A es una vista en sección transversal de un extremo distal de un inyector, de conformidad con una modalidad ejemplificativa; y La Figura 4B es una vista en sección transversal, axial A-A del inyector de la Figura 4A.

Descripción Detallada de la Invención Las modalidades ejemplif ¡cativas descritas se describen a continuación. Sin embargo, los detalles estructurales y funcionales específicos aquí descritos son meramente representativos de los propósitos para describir las modalidades ejemplificativas. Sin embargo, las modalidades ejemplificativas pueden ser incorporadas en cualquier forma alternativa y no se deben considerar como limitadas a las modalidades aquí establecidas.

De conformidad con esto, las modalidades ejemplificativas tienen la capacidad de experimentar modificaciones y formas alternativas, las modalidades de la misma se muestran como ejemplo en los dibujos y serán descritas con detalle. Sin embargo, se debe entender que no se tiene la intención de limitar las modalidades ejemplificativas a las formas particulares descritas, por el contrario, las modalidades ejemplificativas tienen la intención de abarcar todas las modificaciones, equivalentes y alternativas que caigan dentro del alcance de las modalidades ejemplificativas. Los números de referencia iguales se refieren a elementos iguales a través de la descripción de las Figuras.

Se debe entender que aunque los términos "primero", "segundo", etc., se pueden utilizar en la presente para describir diferentes elementos, estos elementos no deben estar limitados por estos términos. Estos términos solamente se utilizan para distinguir un elemento, de otro elemento. De este modo, un primer elemento, descrito a continuación deben ser llamados como un segundo elemento, sin apartarse de las enseñanzas de las modalidades ejemplificativas. Como se utiliza aquí, el término "y/o" incluye cualquiera y todas las combinaciones de uno o más artículos enlistados asociados.

Se debe entender que cuando un elemento es referido como estar "conectado" o "acoplado" con otro elemento, puede estar acoplado o conectado con, directamente al otro elemento o capa o con elementos intermedios que puedan estar presentes. Por el contrario, cuando un elemento es referido como "conectado directamente" o "acoplado directamente", con otro elemento, no hay ningún elemento intermedio presente. Otras palabras utilizadas para describir la relación entre los elementos se debe interpretar como una configuración (por ejemplo, "entre" contra "directamente entre", "adyacente" contra "directamente adyacente", etc.).

La terminología utilizada aquí tiene el propósito de describir las modalidades particulares solamente y no se tiene la intención de ser limitante de las modalidades ejemplificativas. Como se utiliza aquí, las formas singulares de "un", "uno"; "una", "el", "la", tienen la intención de incluir las formas plurales, a menos que el contexto especifique lo contrario. Se debe entender que los términos "comprende", "incluye" y/o "incluyendo", cuando se utilizan aquí, especifican la presencia de las características, integrantes, pasos, operaciones, elementos y/o componentes, pero no impiden la presencia o adición de una o más características, integrantes, pasos, operaciones, elementos, componentes y/o grupos de los mismos.

Se debe hacer notar que en algunas implementaciones alternativas, las funciones/acciones mencionadas pueden ocurrir fuera del orden nombrado en las Figuras. Por ejemplo, dos Figuras mostradas en sucesión pueden, de hecho, ejecutarse esencialmente en forma concurrente o algunas veces, se pueden ejecutar en el orden invertido, dependiendo de la funcionalidad/acciones involucradas.

La Figura 3 es una vista en sección transversal de una configuración 32 del inyector de solución de deposición, de conformidad con una modalidad ejemplíficativa. La configuración 32 del inyector incluye un tubo 30 inyector hueco con un extremo 30a distal que se extiende más allá de la superficie interna de la línea 4a de agua de alimentación. En particular, el extremo 30a distal del inyector 30 se puede extender una capa límite determinada del flujo de fluidos en masa que atraviesa a través de la línea 4a de agua de alimentación. La profundidad de la capa límite (y la longitud X requerida del extremo 30A distal del inyector 30) puede variar dependiendo de la temperatura y velocidad del agua de alimentación. La profundidad de la capa límite también puede variar dependiendo del tipo de fluido que fluye en la linea 4a de agua de alimentación (con una viscosidad potencialmente variable), el diámetro y el material de la línea 4a de agua de alimentación, así como de otros parámetros conocidos para impartir el número Reynolds (y la profundidad de la capa límite resultante) del fluido que fluye en la línea 4a de agua de alimentación. Por lo tanto, se debe entender que la longitud X debe ser por lo menos tan larga como para extenderse más allá de la capa límite del fluido que fluye en la linea 4a de agua de alimentación.

La configuración 32 del inyector de solución de deposición también incluye un poste 16a de tubería con un diámetro interno que coincide o excede un poco el diámetro externo del inyector 30. El poste 16a de la tubería proporciona el soporte para reducir al mínimo las tensiones por vibración en el inyector 30 provocadas por las fuerzas de flujo del agua de alimentación.

El diámetro interno del inyector 30 también puede contribuir al bloqueo potencial provocado por el material depositado, cuando el material depositado se calienta a una alta temperatura conforme fluye hasta el extremo 30a distal del inyector 30. Por esta razón, el diámetro interior del inyector 30 debe tener un tamaño suficientemente pequeño, lo cual asegura que la solución de deposición fluya rápidamente a través de la región caliente adyacente a la línea 4a de agua de alimentación. Para una velocidad de flujo de 50-120 cm3/minuto de la solución de deposición a través del inyección 30, el diámetro interno de 0.31 cm del inyector 30 resultará en velocidades de flujo de 7.62 cm a 22.86 cm/segundo. Esto provocará que la solución de deposición quede en la región caliente por menos de un segundo, lo que asegura que la solución de deposición no se degrade durante este corto período.

La Figura 4A es una vista en sección transversal de un extremo 30a distal de un inyector 30 de conformidad con una modalidad ejemplificativa. El inyector 30 es provisto con una hendidura 30b de inyección ubicada en el lado corriente abajo del inyector (específicamente, la hendidura 30b del inyector está corriente abajo del flujo de agua de alimentación que pasa a través del extremo distal 30a del inyector 30). Al ubicar la hendidura 30b de inyección en el lado corriente abajo del inyector 30, la hendidura 30b queda un tanto protegida del flujo de alta presión del agua de alimentación, lo cual reduce el potencial de que el inyector 30 se bloquee por el material depositado.

El inyector debe tener el tamaño para asegurar que la hendidura 30b de inyección completa se extienda más allá de la capa límite del agua de alimentación que fluye, justo como el extremo 30a distal del inyector se debe extender más allá de la capa limite (como se describe en la Figura 3). Esto asegura que la solución de deposición pueda ser inyectada por completo dentro del flujo en masa del agua de alimentación en la linea 4a de agua de alimentación sin experimentar una deposición alta de iones de platino en el interior de la línea 4a de agua de alimentación. Por esta razón, la longitud Y (la longitud del inyector desde la superficie interna de la línea 4a de agua de alimentación a la abertura de la hendidura 30b de inyección) se debe extender más allá de la capa limite del agua de alimentación. Como se describe en la Figura 3, la profundidad de la capa límite puede variar dependiendo de la temperatura y la velocidad del agua de alimentación, el tipo de fluido que fluye en la línea de agua de alimentación, el diámetro y el material de la línea de agua de alimentación, etc. Como un ejemplo, para una línea 4a de agua de alimentación de 40.64 cm de diámetro con el agua que fluye en un intervalo de 4.5 m a 6 m/segundo a una temperatura de 126°C-215°C, la longitud Y de 2.54 cm es adecuada para asegurar que la hendidura 30b de inyección completa se extienda más allá de la capa límite de los fluidos que fluyen en la línea 4a de agua de alimentación.

El tamaño de la hendidura 30b de inyección en sí también puede influenciar en el bloqueo del inyector 30. Por lo tanto, el área en sección transversal de la hendidura 30b de inyección debe tener el tamaño para asegurar que la velocidad de salida de la solución de deposición coincida aproximadamente con la velocidad del flujo de agua de alimentación, lo que asegura que los flujos parásitos de agua de alimentación no entren en la hendidura 30b de inyección y provoquen la deposición y el posible bloqueo.

La hendidura 30b de inyección puede estar ubicada a una distancia por debajo de cada extremo 30a distal del inyector 30, para también proteger la hendidura 30b de inyección de las altas presiones del flujo de agua de alimentación. Sin embargo, el extremo 30a distal del inyector 30 no se debe extender demasiado lejos más allá de la capa límite de agua de alimentación. Al no extender el extremo 30a distal del inyector demasiado lejos hasta la ubicación de la capa límite, se pueden evitar el doblado y el daño en el inyector 30 por la alta velocidad del flujo de agua de alimentación. Por lo tanto, la longitud X (la longitud completa del extremo 30a distal del inyector extendido dentro de la linea 4a de agua de alimentación) no debe ser más que aproximadamente el 20% que la longitud Y requerida.

La Figura 4B es una vista A-A en sección transversal, axial del inyector 30 de la Figura 4A. Como se describe en la Figura 4A; la hendidura 30b de inyección puede estar ubicada en un lado corriente abajo del inyector 30 (el lado corriente abajo, lo que significa corriente debajo de la dirección de flujo del agua de alimentación). El perfil 30c en sección transversal, axial del inyector puede tener forma ovalada, ahusada con dos extremos agudos (como se muestra en la Figura 4B), para reducir hidrodinámicamente las fuerzas del fluido del agua de alimentación que se pueden experimentar en la interfaz entre la hendidura 30b de inyección y el flujo en masa del agua de alimentación. La hendidura 30b de inyección puede estar ubicada en el extremo agudo, confrontado corriente abajo del inyector 30 (como se muestra en la Figura 4B). El perfil 30c en sección transversal, axial también puede tener una forma circular, cuadrada u otra forma, siempre que la hendidura 30b de inyección quede ubicada en el lado corriente abajo del inyector 30 para reducir al mínimo el flujo parásito del agua de alimentación incidente que puede entrar dentro del inyector 30.

Las modalidades ejemplificativas han sido descritas, y será evidente que pueden variar en muchas formas. Tales variaciones no se deben considerar como un apartado del espíritu y del alcance de las modalidades ejemplificativas, y todas las modificaciones serán evidentes para las personas experimentadas en la técnica y tienen la intención de estar incluidas dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Un método para inyectar una solución de deposición dentro de una tubería de agua de alimentación, de alta temperatura, caracterizado porque comprende: determinar la profundidad de la capa límite de fluido que fluye dentro de la tubería de agua de alimentación; formar un inyector; formar una hendidura de inyección en un extremo distal del inyector; insertar el inyector a través de un lado de la tubería de agua de alimentación; extender el inyector dentro de la tubería de agua de alimentación, de modo que la hendidura de inyección se extiende más allá de la profundidad de la capa límite; girar el inyector para ubicar la hendidura de inyección en un lado corriente abajo del inyector, con relación a la dirección del fluido que fluye dentro de la tubería del agua de alimentación; inyectar la solución de deposición dentro del inyector y dentro de la tubería de agua de alimentación.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el formar el inyector incluye dar forma a la sección transversal axial del inyector para tener una forma ovalada con dos extremos ahusados, agudos, la hendidura de inyección está ubicada en uno de los extremos ahusados agudos.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el formar el inyector incluye dar forma a la sección transversal axial del inyector para tener una forma circular.

4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque extender el inyector dentro de la tubería de agua de alimentación incluye una longitud total del inyector extendida dentro de la tubería de agua de alimentación que no es mayor al 20% de la profundidad de la capa límite.

5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el formar la hendidura de inyección incluye dar el tamaño al área en sección transversal de la hendidura de inyección para asegurar que la velocidad de flujo de la solución de deposición que sale de la hendidura de inyección sea aproximadamente igual a la velocidad de flujo del fluido que fluye en la tubería de agua de alimentación.

6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende: conectar la línea de agua de alimentación con un reactor nuclear, el reactor nuclear está ubicado corriente abajo del inyector; en donde la solución de deposición es hexahidroxiplatinato de sodio.

7. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque inyectar la solución de deposición dentro del inyector se logra a través de un patín de alimentación química y bombas de desplazamiento positivo.

8. Un sistema para inyectar una solución de deposición dentro de una tubería de agua de alimentación de alta temperatura, caracterizado porque comprende: una tubería de agua de alimentación configurada para dirigir un flujo de fluido a través de la tubería; un inyector con una hendidura de inyección en un extremo distal del inyector extendido dentro de la tubería de agua de alimentación configurada para inyectar la solución de deposición dentro de la tubería de agua de alimentación; la hendidura de inyección del inyector se extiende más allá de la profundidad esperada de la capa límite del flujo de fluido a través de la tubería de agua de alimentación; la hendidura de inyección está ubicada en un lado corriente abajo del inyector, con relación a la dirección de flujo del fluido a través de la tubería de agua de alimentación.

9. El sistema de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque una sección transversal axial del inyector tiene una forma ovalada con extremos ahusados, agudos, la hendidura de inyección está ubicada en uno de los extremos ahusados agudos.

10. El sistema de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la sección transversal axial del inyector tiene una forma circular.

11. El sistema de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la longitud total de la porción del inyector que se extiende dentro de la tubería de agua de alimentación no es mayor que el 20% de la profundidad esperada de la capa límite de flujo de fluido a través de la tubería de agua de alimentación.

12. El sistema de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el área en sección transversal de la hendidura de inyección tiene el tamaño para provocar que la velocidad de flujo de la solución de deposición que sale de la hendidura de inyección sea igual a la velocidad de flujo del flujo de fluido a través de la tubería de agua de alimentación.

13. El sistema de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque además comprende: un reactor nuclear conectado con la linea de agua de alimentación y ubicado corriente abajo del inyector, en donde la solución de deposición es hexahidroxiplatinato de sodio.

14. El sistema de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque además comprende: un patín de alimentación química con bombas de desplazamiento positivo conectadas con el inyector.