Dispositivo y procedimiento de potencial de corrosión electroquímica.

Un sistema para determinar un potencial de corrosión electroquímica de una barra de combustible decirconio (104) durante un ciclo de combustible completo de una central nuclear,

comprendiendo el sistema:

al menos dos detectores electroquímicos (200, 202) colocados en un reactor nuclear (12) o en un sistema adyacenteal reactor nuclear, en el que al menos uno de los al menos dos detectores electroquímicos (200, 202) incluye unelectrodo de circonio, y los al menos dos detectores electroquímicos miden tensiones proporcionales a un potencialde corrosión electroquímica para una superficie en la que está instalado cada uno de los al menos dos detectoreselectroquímicos (200, 202);

un medio para calentar el electrodo de circonio a una temperatura que es aproximadamente igual a la temperaturasuperficial de la barra de combustible; y

una disposición configurada para aceptar las tensiones producidas por los al menos dos detectores electroquímicos(200, 202), en la que la disposición (208) está configurada para determinar un potencial de corrosión electroquímicade una barra de combustible de circonio (104) basado en las tensiones de los al menos dos detectoreselectroquímicos (200, 202).

Dispositivo y procedimiento de potencial de corrosión electroquímica CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a la determinación del potencial de corrosión electroquímica para los componentes de una central nuclear. Más específicamente, la presente invención proporciona un dispositivo y un procedimiento para la determinación del potencial de corrosión electroquímica para barras de combustible de circonio y diversos materiales estructurales (del sistema de la central nuclear) a la temperatura del agua del reactor en un sistema refrigerante del reactor para una central nuclear, en el que el potencial de corrosión electroquímica se determina a través de medidas del potencial a distancia de la barra de combustible.

INFORMACIÓN DE ANTECEDENTES

En los reactores nucleares, por ejemplo, reactores de agua en ebullición y de agua a presión, el agua pasa a través de un núcleo de reactor que contiene combustible nuclear. El paso de esta agua a través del núcleo de reactor calienta el agua. El agua se calienta a una fase líquida caliente (agua a presión) o una combinación de una fase líquida caliente y una fase de vapor (agua en ebullición) . El agua y/o el vapor son transportados a través de los sistemas de la central nuclear, como la vasija a presión del reactor, los separadores de vapor, los presionadores y los generadores de vapor para transferir la energía calorífica generada por la reacción nuclear a otros sistemas de trabajo. Estos sistemas y componentes de tuberías que transportan el fluido están hechos de diversos materiales que pueden ser susceptibles de corrosión e irradiación inducida o de fractura por corrosión bajo tensión asistida.

El potencial de corrosión electroquímica ("PCE") proporciona una guía para determinar la magnitud en que se produce una reacción de oxidación/reducción en una superficie metálica como, por ejemplo, en la superficie de los tubos de refrigerante del agua del circuito primario. Las reacciones de oxidación/reducción pueden depender, por ejemplo, de la concentración de oxígeno disuelto en agua en un reactor nuclear, la concentración de hidrógeno y/o la concentración de peróxido de hidrógeno obtenida durante radiólisis del agua. Para reducir el potencial de corrosión electroquímica de estos sistemas refrigerantes de reactores, las concentraciones de peróxido de hidrógeno y de oxígeno disuelto en el agua se mantienen lo más bajas que sea posible, preferentemente, en un nivel de aproximadamente 25 partes por mil millones. Esto se realiza, por ejemplo, añadiendo hidrógeno al sistema. En la práctica, sin embargo, el mantenimiento del oxígeno, el hidrógeno y el peróxido de hidrógeno disueltos a este nivel bajo es extremadamente difícil debido a la química variable del sistema refrigerante del reactor.

Las medidas del potencial de corrosión electroquímica se realizan en centrales nucleares para determinar si se producen condiciones corrosivas en la central y si es probable que ocurra una fractura por corrosión bajo tensión. En particular, si el valor del potencial de corrosión electroquímica es relativamente bajo (es decir, inferior a un valor umbral) , la tasa de corrosión y/o las tasas de desarrollo de fractura por corrosión bajo tensión no son significativas. Sin embargo, por encima del valor umbral la posibilidad de fractura por corrosión bajo tensión y/o la tasa de corrosión aumentan cuando aumentan los valores del potencial de corrosión electroquímica. Las medidas del potencial de corrosión electroquímica se realizan en un único punto del sistema refrigerante del circuito primario en los materiales de interés como, por ejemplo, los materiales más débiles de los componentes internos. Las sondas existentes de potencial electroquímico contienen detectores que son normalmente una configuración de metal-óxido 45 metálico que responde a concentraciones de oxígeno en el agua del reactor.

Los sistemas existentes usados para medir el potencial de corrosión electroquímica tienen numerosos inconvenientes. En primer lugar, las sondas usadas son frágiles y sólo pueden hacerse funcionar durante tres meses aproximadamente ya que los detectores del interior de las sondas se deterioran debido al calor y la radiación. En 50 consecuencia, las sondas sólo pueden medir el potencial de corrosión electroquímica durante menos del 25% del tiempo del núcleo de reactor residente, lo que excluye su uso en torno a un reactor nuclear. Las alternativas de los operadores de las centrales nucleares para mitigar este inconveniente son escasas. La central nuclear puede hacerse funcionar sin supervisión de las condiciones de corrosión; sin embargo, si no se mide el potencial de corrosión electroquímica durante el ciclo de combustible completo, las condiciones pueden favorecer la formación de 55 corrosión o fractura por corrosión bajo tensión, dañando potencialmente con ello sistemas sensibles y costosos de la central nuclear. Alternativamente, puede detenerse el funcionamiento del reactor nuclear y sustituir las sondas de potencial de corrosión electroquímica en torno al reactor. Esta alternativa resulta poco atractiva en términos económicos, debido al coste del cierre de la instalación. El segundo inconveniente es que los sistemas existentes usan una sonda de punto de medida discreta para el análisis. Este tipo de sistema proporciona simplemente una medida puntual en un sistema individual. Los sistemas existentes no pueden determinar si el potencial de corrosión electroquímica es elevado en una parte del sistema de la central nuclear no medida directamente. Los materiales complejos y cambiantes en el sistema refrigerante de una central nuclear no permiten que los sistemas actuales midan con precisión el potencial de corrosión electroquímica de unos sistemas con respecto a otros. En 5 consecuencia, algunos sistemas o subsistemas del reactor nuclear son más propensos a corrosión y fractura por corrosión bajo tensión, en comparación con otros. Los sistemas actuales no permiten que el operador de la central nuclear compare datos obtenidos de la medida de sistemas diferentes; por tanto, la atención se centra en la posición de la sonda. No se realiza un verdadero análisis de valoración de riesgos del sistema completo de la central nuclear. Los sistemas actuales tampoco determinan un potencial de corrosión electroquímica para los elementos de combustible de revestimiento de circonio, en comparación con el potencial de corrosión electroquímica medido para los componentes estructurales internos o los materiales de las tuberías. Hasta la fecha, los sistemas actuales se limitan a determinar el potencial de corrosión electroquímica de miembros estructurales o de tuberías en el interior de los sistemas de refrigeración del reactor.

Existe la necesidad de proporcionar un sistema de medida del potencial de corrosión electroquímica que permita la determinación de un potencial de corrosión electroquímica de las barras de combustible de circonio durante un ciclo de combustible completo de una central nuclear.

Existe la necesidad adicional de proporcionar un sistema de medida del potencial de corrosión electroquímica que permita la sustitución de una sonda y sus detectores asociados al término de su vida útil de una forma rentable económicamente.

Existe también la necesidad de proporcionar un sistema de medida del potencial de corrosión electroquímica que determine el potencial de corrosión electroquímica de diversos materiales (que componen el

sistema de la central nuclear) al mismo tiempo que se proporcionan datos al operador de la central nuclear acerca de que los sistemas nucleares están en riesgo de corrosión con respecto a otros sistemas nucleares.

Existe también la necesidad adicional de proporcionar un sistema de medida del potencial de corrosión electroquímica que pueda ser usado para determinar la magnitud de degradación potencial de las barras de combustible durante las condiciones operativas del reactor.

RESUMEN

Por tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar un sistema de medida del potencial de corrosión electroquímica que permita determinar un potencial de corrosión electroquímica para las barras de combustible de circonio y los diversos materiales estructurales (del sistema de la central nuclear) a la temperatura del agua del reactor durante un ciclo de combustible completo de una central nuclear.

También es un objeto de la presente invención proporcionar un sistema de medida del potencial de corrosión electroquímica que permita la sustitución de una sonda y sus detectores asociados al término de la vida útil respectiva de los detectores de una manera rentable económicamente.

También es un... [Seguir leyendo]

1. Un sistema para determinar un potencial de corrosión electroquímica de una barra de combustible de circonio (104) durante un ciclo de combustible completo de una central nuclear, comprendiendo el sistema:

al menos dos detectores electroquímicos (200, 202) colocados en un reactor nuclear (12) o en un sistema adyacente al reactor nuclear, en el que al menos uno de los al menos dos detectores electroquímicos (200, 202) incluye un electrodo de circonio, y los al menos dos detectores electroquímicos miden tensiones proporcionales a un potencial de corrosión electroquímica para una superficie en la que está instalado cada uno de los al menos dos detectores electroquímicos (200, 202) ;

un medio para calentar el electrodo de circonio a una temperatura que es aproximadamente igual a la temperatura superficial de la barra de combustible; y

una disposición configurada para aceptar las tensiones producidas por los al menos dos detectores electroquímicos (200, 202) , en la que la disposición (208) está configurada para determinar un potencial de corrosión electroquímica de una barra de combustible de circonio (104) basado en las tensiones de los al menos dos detectores electroquímicos (200, 202) .

2. El sistema según la reivindicación 1, en el que el medio para calentar el electrodo de circonio es una barra de calentamiento introducida en el electrodo de circonio.

3. El sistema según la reivindicación 1 ó 2, en el que el medio para calentar el electrodo de circonio es un medio para calentar el electrodo de circonio a una temperatura en el intervalo de aproximadamente 250 a 400°C. 25

4. El sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que al menos uno de los al menos dos detectores electroquímicos (200, 202) incluye un electrodo que comprende un material que corresponde a un elemento estructural de una central nuclear distinto a la barra de combustible de circonio.

5. El sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la disposición configurada para aceptar las tensiones producidas por los al menos dos detectores electroquímicos es un potenciostato (208) .

6. El sistema según la reivindicación 5, que comprende además un ordenador (210) conectado al

potenciostato (208) . 35

7. El sistema según la reivindicación 6, que comprende además:

un dispositivo de visualización (216) conectado al ordenador (210) ;

un dispositivo de almacenamiento de datos (214) conectado al ordenador (210) , en el que el dispositivo de almacenamiento de datos (214) y el ordenador (210) están configurados para transmitir datos entre sí por medio de tecnología inalámbrica; y

una impresora (212) conectada al ordenador (210) . 45

8. El sistema según la reivindicación 6 ó 7, en el que el ordenador (210) está configurado para promediar los valores de tensión obtenidos de los al menos dos detectores electroquímicos (200, 202) para determinar el potencial de corrosión electroquímica de la barra de combustible de circonio (104) .

9. El sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que cada uno de los al menos dos detectores electroquímicos (200, 202) incluye un electrodo de circonio.

10. El sistema según la reivindicación 9, en el que cada uno de los al menos dos detectores electroquímicos (200, 202) incluye un electrodo de aleación de circonio diferente. 55

11. El sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que los al menos dos detectores electroquímicos (200, 202) están colocados en un sistema adyacente al reactor nuclear (12) , y están suficientemente cerca del reactor nuclear (12) como para que la vida media de un producto de radiólisis predominante no se supere cuando el producto alcanza los al menos dos detectores electroquímicos (200, 202) .

12. Un procedimiento para determinar un potencial de corrosión electroquímica de una barra de combustible de circonio (104) durante un ciclo de combustible completo de una central nuclear, comprendiendo el procedimiento:

la colocación de al menos dos detectores de corrosión electroquímica en un reactor nuclear o en un sistema adyacente al reactor nuclear (12) , en el que al menos uno de los al menos dos detectores de corrosión electroquímica (200, 202) incluye un electrodo de circonio calentado, en el que el electrodo de circonio calentado se calienta a una temperatura que es aproximadamente igual a la temperatura superficial de la barra de combustible;

la producción de una tensión entre los al menos dos detectores de corrosión electroquímica (200, 202) ;

la medida de una corriente inducida por la tensión; y

la determinación de un potencial de corrosión electroquímica de una barra de combustible de circonio (104) basándose en la corriente inducida.

13. El procedimiento según la reivindicación 12, en el que el electrodo de circonio calentado se calienta a una temperatura en el intervalo de aproximadamente 250 a 400°C. 20

14. El procedimiento según la reivindicación 12 ó 13, en el que los al menos dos detectores de corrosión electroquímica (200, 202) están colocados en el reactor nuclear (12) .

15. El procedimiento según la reivindicación 14, en el que la colocación de los al menos dos detectores de

corrosión electroquímica (200, 202) es uno por debajo y uno por encima de un elemento de combustible nuclear (18) .

16. El procedimiento según la reivindicación 12 ó 13, en el que los al menos dos detectores de corrosión electroquímica (200, 202) están colocados en un sistema adyacente al reactor nuclear (12) . 30

17. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, en el que los al menos dos detectores de corrosión electroquímica (200, 202) están suficientemente cerca del reactor nuclear (12) como para que la vida media de un producto de radiólisis predominante no se supere cuando el producto alcanza los al menos dos detectores de corrosión electroquímica (200, 202) .

18. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 17, que comprende además la comparación del potencial de corrosión electroquímica de la barra de combustible de circonio (104) con un potencial de corrosión electroquímica de un miembro del grupo que consiste en un elemento estructural de circonio, un elemento estructural de acero inoxidable y una combinación de los mismos.

19. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 18, en el que los al menos dos detectores de corrosión electroquímica (200, 202) están colocados en el reactor nuclear (12) .

20. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 18, en el que los al menos dos 45 detectores de corrosión electroquímica (200, 202) están colocados en un sistema adyacente al reactor nuclear (12) .