Planta de energía nuclear de reactor de agua en ebullición con inyección de alcohol.

Planta de energía nuclear que comprende:

un reactor de agua en ebullición;

un sistema de refrigeración del reactor que enfría el reactor de agua en ebullición;

un sistema de inyección de hidrógeno de la química de agua hidrógeno conectado al sistema de refrigeración del reactor;

caracterizado porque la planta de energía nuclear comprende además:

un sistema de inyección de alcohol (100) conectado al sistema de refrigeración del reactor (30); y

un controlador conectado al sistema de inyección de alcohol, controlando el controlador la inyección mediante el sistema de inyección de alcohol, de manera que una reducción en la inyección de hidrógeno en el reactor de agua en ebullición se compense inyectando una cantidad de alcohol estequiométricamente equivalente a la inyección de hidrógeno reducida.

Planta de energía nuclear de reactor de agua en ebullición con inyección de alcohol.

La invención se refiere en general a las plantas de energía nuclear y, más particularmente a las plantas de energía nuclear con reactores de agua en ebullición (BWR) .

Antecedentes La oxidación causada por oxidantes tales como el oxígeno y peróxido de hidrógeno en el agua de refrigeración de los BWR puede causar corrosión bajo tensión (SCC) en los componentes del reactor, y producir corrosión de la vaina de aleación de circonio de las varillas de combustible. Las estrategias de reducción de SCC conocidas para los componentes del reactor tal como los componentes internos del recipiente a presión del reactor (RPV) de los BWR incluyen la química de adición de metales nobles (NMCA) y la química de agua hidrógeno (HWC) . Estas estrategias de reducción de SCC pueden reducir la SCC de los componentes internos, pero pueden aumentar la corrosión de la vaina de las varillas de combustible.

Los procedimientos NMCA se describen por ejemplo en las patentes US no 5.818.893, no 5.904.991 y no 6.793.883, y como se define en la presente memoria NMCA pueden incluir tanto la adición off-line u on-line de metales nobles.

La HWC utilizada con NMCA se describe en el apartado de antecedentes de la publicación de la solicitud de patente US 2005/0018805, que a continuación también describe la aplicación de un compuesto reductor de nitrógeno tal como hidrazina en combinación con hidrógeno. También se da a conocer la aplicación de un alcohol tal como metanol con hidrazina. El documento DE 100 30 726 describe la aplicación de sustancias fotocatalíticas para depositarlas en componentes internos de reactor, y menciona la inyección de hidrógeno o metanol.

La aplicación de metanol para reducir los efectos oxidantes se describe en la publicación de la solicitud de patente US 2005/0135542, así como en la publicación titulada "Study of the Methanol Injection in Reactor Water in Reactor Water of BWR Plants" por Saneshige et al. presentado en el Proc. Symp. on Water Chemistr y and Corrosion of Nuclear Power Plants in Asia, 11 a 13 octubre 2005, Gyeongju, Corea.

Parada y puesta en marcha de los BWR puede ocurrir a intervalos regulares, por ejemplo, cada uno a tres años, y presentan químicas del agua muy diferentes que durante la operación normal. Como se ha expuesto, por ejemplo, en la publicación "The First Application of Hydrogen Water Chemistr y during Start-up for Mitigation of SCC initiation in Tokai-2 BWR" por Takiguchi y Otoha, la concentración de oxidante en el agua del reactor es alta durante la puesta en marcha. La publicación describe la adición de HWC durante la puesta en marcha mediante un sistema de inyección de hidrógeno adicional.

La publicación de patente US 2005/0018805 describe también la adición de hidrógeno y un compuesto de nitrógeno reductor durante la puesta en marcha y la parada.

Sumario de la invención Mientras que se conoce la utilización de la HWS durante la puesta en marcha, este procedimiento tiene varios inconvenientes. El contacto del hidrógeno con bolsas de aire que pueden estar presentes durante las necesidades de puesta en marcha debe evitarse para impedir la posibilidad de una reacción explosiva. Además, la utilización de la HWC durante la puesta en marcha tiene otros inconvenientes que figuran en la publicación "The First Application of Hydrogen Water Chemistr y during Start-up for Mitigation of SCC initiation in Tokai-2 BWR" tales como no ser capaz de mantener un concentración objetivo adecuada durante determinadas condiciones de operación de puesta en marcha. Las condiciones variables tanto durante la puesta en marcha como en la parada, tal como una cantidad variable de refrigerante que circula a través del reactor y las temperaturas variables del reactor, hacen apropiada por lo tanto la dosis de hidrógeno gaseoso sumamente difícil. Por otra parte, la inyección de hidrógeno puede no ser posible en otros momentos, por ejemplo durante la reparación o el mal funcionamiento.

Los metales nobles a menudo también comienzan a tener un efecto reducido como catalizadores durante determinados períodos, por ejemplo, cuando se hace funcionar a temperaturas de 250 grados Celsius o inferior y cuando la inyección de hidrógeno no está disponible. Durante la puesta en marcha y la parada, las temperaturas descienden por debajo de estos niveles y la inyección de hidrógeno es compleja.

Un objetivo de la invención es el de reducir la oxidación y reducir la corrosión en los componentes del núcleo del reactor y vainas de combustible durante los períodos en los que la HWC no está disponible o es deseable, por ejemplo, durante el mal funcionamiento del sistema de inyección de la HWC o la puesta en marcha y la parada del reactor. Otro objetivo alternativo o adicional de la presente invención es proporcionar seguridad, menos costes y/o menos reducción de la oxidación del complejo.

La presente invención proporciona una planta de energía nuclear que incluye un BWR, un sistema de refrigeración del reactor que enfría la BWR, un sistema de inyección de hidrógeno HWC conectado al sistema de refrigeración del reactor, y un sistema de inyección de alcohol conectado al sistema de refrigeración del reactor según la reivindicación 1.

Al proporcionar un sistema de inyección de alcohol aparte además del sistema de inyección de hidrógeno, la utilización de hidrógeno o alcohol para diferentes regímenes de operación, por ejemplo, durante la puesta en marcha y parada a diferencia de las condiciones normales de funcionamiento, de forma favorable se puede controlar. El alcohol así de forma favorable se puede proporcionar como un sistema de inyección de seguridad en momentos en que el sistema de inyección de hidrógeno es inoperable o de otro modo no está disponible. La utilización de alcohol, que se puede proporcionar en forma líquida y no explota al entrar en contacto con las bolsas de aire, que también mejora favorablemente la seguridad, necesita un seguimiento menos minucioso y necesita menos equipo de suministro menos complejo.

Los componentes adicionales, tales como un sistema de inyección de compuesto de nitrógeno reductor, y el sistema de inyección NMCA favorablemente se pueden proporcionar también.

La presente invención también proporciona un procedimiento para hacer funcionar una planta de energía nuclear que incluye proporcionar un alcohol para un BWR durante la puesta en marcha o la operación de parada según la reivindicación 17.

Alcohol no ha sido considerado adecuado normalmente para la puesta en marcha o la parada, ya que, tal como se describe en la publicación de patente US 2005/0018805, los niveles de radiación durante la puesta en marcha y parada fueron a intensidades inferiores y los alcoholes se consideraban generalmente útiles cuando estaba presente la radiación gamma. Sin embargo, la presente invención reconoce que la utilización de alcohol en lugar de HWC durante la puesta en marcha o la parada permite favorablemente alguna reducción de oxidación, mientras que se reducen los riesgos relacionados con las explosiones se simplifican los requisitos de los equipos. El sistema adicional de inyección de alcohol se puede añadir a las plantas de energía nuclear BWR existentes o proporcionarse a nuevas plantas de energía, y puede conectarse al refrigerante principal en el reactor a través de, por ejemplo, el sistema de limpieza de agua del reactor (CUW) , el sistema de emergencia de refrigeración del núcleo (ECCS) , sistema principal de recirculación del bucle (PLR) , o el control del sistema de refrigeración que acciona la varilla de control (CLD) .

Favorablemente, se puede proporcionar al circuito de refrigeración principal BWR hidrazina u otro compuesto de nitrógeno reductor al mismo tiempo que alcohol e hidrógeno para mejorar el rendimiento global de la reducción de la oxidación de los aditivos.

La presente invención también proporciona un procedimiento para hacer funcionar una planta de energía nuclear, incluyendo el proporcionar tanto hidrógeno como un alcohol a un circuito de refrigeración principal BWR durante la operación normal de la planta de energía según la reivindicación 20.

En el pasado, el metanol se vio como una alternativa al hidrógeno. Al proporcionar tanto hidrógeno como metanol, la mezcla de hidrógeno y metanol puede alterarse como se desee para proporcionar una reducción de la oxidación adecuada. Pueden conseguirse valores moderados del potencial electroquímico negativo (ligeramente inferiores a 240 mV) , mientras que todavía se proporcionan especies reductoras de oxígeno de ambos tipos. Por otra parte, la protección de la seguridad... [Seguir leyendo]

1. Planta de energía nuclear que comprende:

un reactor de agua en ebullición;

un sistema de refrigeración del reactor que enfría el reactor de agua en ebullición;

un sistema de inyección de hidrógeno de la química de agua hidrógeno conectado al sistema de refrigeración del reactor;

caracterizado porque la planta de energía nuclear comprende además:

un sistema de inyección de alcohol (100) conectado al sistema de refrigeración del reactor (30) ; y

un controlador conectado al sistema de inyección de alcohol, controlando el controlador la inyección mediante el sistema de inyección de alcohol, de manera que una reducción en la inyección de hidrógeno en el reactor de agua en ebullición se compense inyectando una cantidad de alcohol estequiométricamente equivalente a la inyección de hidrógeno reducida.

2. Planta de energía nuclear según la reivindicación 1, en la que el alcohol es metanol.

3. Planta de energía nuclear según la reivindicación 1, en la que el alcohol incluye por lo menos uno seleccionado de entre un grupo que incluye metanol, etanol y propanol.

4. Planta de energía nuclear según la reivindicación 1, en la que el reactor de agua en ebullición incluye un tubo de bajada, el sistema de inyección de alcohol capaz de proporcionar alcohol al tubo de bajada y el sistema de inyección de hidrógeno (60) de la química de hidrógeno agua capaz de proporcionar hidrógeno al tubo de bajada.

5. Planta de energía nuclear según la reivindicación 1, que comprende además un sistema de limpieza del agua del reactor conectado al reactor de agua en ebullición.

6. Planta de energía nuclear según la reivindicación 5, en la que el sistema de inyección de alcohol tiene una entrada en el sistema de limpieza del agua del reactor.

7. Planta de energía nuclear según la reivindicación 1, que comprende además un inyector de adición de la química de metales nobles conectado al sistema de refrigeración.

8. Planta de energía nuclear según la reivindicación 7, en la que el inyector de adición de la química de metales nobles inyecta platino en el sistema de refrigeración.

9. Planta de energía nuclear según la reivindicación 1, que comprende además unos detectores que detectan una concentración de alcohol o hidrógeno, estando los detectores conectados al controlador.

10. Planta de energía nuclear según la reivindicación 1, en la que el controlador controla el sistema de inyección de alcohol para inyectar alcohol dentro del reactor de agua en ebullición durante la puesta en marcha y la parada del reactor de agua en ebullición.

11. Planta de energía nuclear según la reivindicación 1, en la que el reactor de agua en ebullición incluye un tubo de bajada, controlando el controlador el sistema de inyección de alcohol para inyectar alcohol dentro del reactor de agua en ebullición, de manera que el tubo de bajada tenga una concentración de alcohol comprendida entre

aproximadamente 0, 1 y 300 μmol/kg.

12. Planta de energía nuclear según la reivindicación 11, en la que el controlador controla el sistema de inyección de alcohol para inyectar alcohol dentro del reactor de agua en ebullición, de manera que el tubo de bajada tenga una concentración de alcohol inferior a 10 µmol/kg.

13. Planta de energía nuclear según la reivindicación 1, que comprende además un inyector de compuesto de nitrógeno reductor conectado al sistema de refrigeración.

14. Planta de energía nuclear según la reivindicación 13, en la que el controlador controla la inyección mediante el inyector de compuesto de nitrógeno reductor, de manera que el inyector del compuesto de nitrógeno reductor proporcione hidrazina u otro compuesto de nitrógeno reductor al reactor de agua en ebullición al mismo tiempo que el alcohol y/o el hidrógeno.

15. Planta de energía nuclear según la reivindicación 13, en la que el controlador controla la inyección mediante el

sistema de inyección de alcohol y el inyector de compuesto de nitrógeno reductor, de manera que la concentración combinada de alcohol, hidrógeno y compuesto de nitrógeno reductor sea inferior a 10 μmol/kg.

16. Planta de energía nuclear según la reivindicación 1, en la que el controlador controla la inyección mediante el sistema de inyección de alcohol, de manera que una vaina del combustible en el reactor de agua en ebullición tenga un nivel de potencial electroquímico superior a -300 mV.

17. Procedimiento para hacer funcionar una planta de energía nuclear, comprendiendo dicha planta de energía nuclear un reactor de agua en ebullición que incluye un tubo de bajada; un sistema de refrigeración del reactor que enfría el reactor de agua en ebullición; un sistema de inyección de hidrógeno de la química agua hidrógeno conectado al sistema de refrigeración del reactor y un sistema de inyección de alcohol conectado al sistema de refrigeración del reactor, que comprende: inyectar un alcohol procedente del sistema de inyección de alcohol al reactor de agua en ebullición durante la operación de puesta en marcha para establecer una concentración de alcohol de 0, 1 y 300 μmol/kg en el tubo de bajada durante la puesta en marcha, no funcionando el sistema de inyección de hidrógeno de la química agua hidrógeno durante la inyección de alcohol.

18. Procedimiento según la reivindicación 17, en el que el alcohol es metanol.

19. Procedimiento según la reivindicación 17, en el que el alcohol incluye por lo menos uno seleccionado de entre un grupo que incluye metanol, etanol y propanol.

20. Procedimiento para hacer funcionar una planta de energía nuclear, que incluye un reactor de agua en ebullición, un sistema de refrigeración del reactor, un inyector de hidrógeno para inyectar hidrógeno en el sistema de refrigeración del reactor y un inyector de alcohol para inyectar un alcohol en el sistema de refrigeración del reactor, comprendiendo el procedimiento:

inyectar hidrógeno procedente del inyector de hidrógeno en el sistema de refrigeración del reactor e inyectar el alcohol procedente del inyector de alcohol en el sistema de refrigeración del reactor durante el funcionamiento normal de la planta de energía, y

compensar una inyección de hidrógeno reducida en el reactor de agua en ebullición inyectando una cantidad de alcohol estequiométricamente equivalente a la inyección de hidrógeno reducida.

21. Procedimiento según la reivindicación 20, en el que el alcohol es metanol.

22. Procedimiento según la reivindicación 20, en el que el alcohol incluye por lo menos uno seleccionado de entre un grupo que incluye metanol, etanol y propanol.

23. Procedimiento según la reivindicación 20, en el que el alcohol y el hidrógeno se inyectan a un mismo tiempo durante el funcionamiento normal.

24. Procedimiento según la reivindicación 20, que comprende además proporcionar un compuesto de nitrógeno reductor al BWR.