Procedimiento y sistemas de control de la temperatura del agua de alimentación.

Un sistema para controlar el nivel de potencia de un reactor nuclear de agua en ebullición de circulación natural,

RAECN (10), comprendiendo dicho sistema:

un subsistema (70) de calentamiento para calentar el agua de alimentación que fluye hacia el anillo (25) de unRAECN (10); un detector (74) de temperatura operable para detectar la temperatura del agua de alimentaciónque fluye hacia el anillo (25); y

un controlador (75) operable para controlar un nivel de potencia de salida del RAECN controlando elsubsistema (70) de calentamiento, basado en la temperatura detectada, para ajustar la temperatura del aguade alimentación que fluye hacia el anillo (25) a una temperatura deseada, en el que el subsistema (70) decalentamiento comprende:

un colector (26) de vapor estructurado para recibir el vapor a alta temperatura generado por el núcleo(54);

al menos un calentador del agua de alimentación a alta temperatura estructurado para recibir un flujo deentrada de agua de alimentación, recibir vapor a alta temperatura del colector (26) de vapor y sacar elflujo de agua de alimentación hacia el anillo (25); y una válvula (82) de derivación de vapor que esoperable para recibir órdenes desde el controlador (75) de temperatura y que, basándose en las órdenesrecibidas, controla una cantidad de flujo del vapor a alta temperatura desde el colector (26) de vapor haciael al menos un calentador de agua de alimentación para aumentar la temperatura de la salida de flujo delagua de alimentación hacia el anillo (25) a la temperatura requerida de manera que la temperatura delagua de recirculación que fluye a través del núcleo (54) aumenta, dando como resultado una reducción enel nivel de potencia generado por el RAECN (10)

núcleo (54) caracterizado porque el controlador (75) de temperatura es operable para aumentar el nivelde potencia generado por el núcleo (54) del RAECN (20) controlando una válvula (90) de derivación delagua de alimentación para ajustar una cantidad de flujo del agua de alimentación a través de una línea(94) de derivación del calentador hacia el anillo (25) para disminuir la temperatura del agua dealimentación que fluye hacia el anillo (25) a una temperatura requerida por debajo de la temperaturaoperativa predeterminada.

Procedimientos y sistemas de control de la temperatura del agua de alimentación Campo Las presentes enseñanzas se refieren a sistemas y procedimientos para controlar la temperatura de recirculación del 5 refrigerante en reactores nucleares de agua en ebullición de recirculación natural para controlar de esta manera la potencia de salida del reactor.

Antecedentes Las declaraciones en esta sección proporcionan meramente información relacionada con la presente divulgación y pueden no constituir la técnica anterior.

Típicamente, en los reactores nucleares de agua en ebullición (RAE) , la cantidad de reactividad del núcleo se controla poniendo barras de control y ajustando la cantidad de flujo de recirculación de refrigerante líquido a través del núcleo del reactor. Por ejemplo la potencia puede ajustarse al 30%-40% simplemente cambiando la cantidad de flujo de recirculación. Generalmente, los RAE típicos se ajustan para operar a un nivel de potencia relativamente bajo, es decir, donde los haces de barras de combustible funcionan a potencias bastante bajas, moviendo las barras de control y después el flujo de recirculación puede aumentarse para obtener una potencia del 100% sin mover ninguna barra de control. Utilizando el flujo de recirculación para controlar la potencia de potencia de salida, las barras de combustible y pastillas de combustible cambian los niveles de potencia a una velocidad uniforme relativamente lenta, evitando de esta manera la interacción del revestimiento de pastillas (IRG) y el daño al revestimiento de las barras de combustible.

Sin embargo, los reactores de agua en ebullición de circulación natural (RAECN) no incluyen bombas de recirculación sino que, en lugar de ello, emplean circulación natural. Por lo tanto, el flujo de recirculación no puede utilizarse para controlar la potencia de potencia de salida de los RAECN. Al menos algunos RAECN conocidos manipulan las barras de control para controlar el nivel de potencia de los haces de barras de combustible, lo que provoca que el nivel de potencia cambie a velocidades no uniformes bastante rápidas. Aumentar la potencia demasiado rápidamente a medida que se extraen las barras de control puede provocar un daño significativo al revestimiento de las barras de combustible.

Sumario De acuerdo con la invención, se proporciona un sistema para controlar el nivel de potencia de un reactor nuclear de agua en ebullición de circulación natural (RAECN) de acuerdo con la reivindicación 1. La invención comprende adicionalmente un procedimiento para controlar el nivel de potencia de un reactor nuclear de agua en ebullición de circulación natural (RAECN) de acuerdo con la reivindicación 8. Las realizaciones se definen en las reivindicaciones dependientes.

Las áreas adicionales de aplicabilidad de las presentes enseñanzas resultarán evidentes a partir de la descripción proporcionada en el presente documento. Debe entenderse que la descripción y los ejemplos específicos están concebidos para fines de ilustración únicamente y que no pretenden limitar el alcance de las presentes enseñanzas.

Dibujos Los dibujos descritos en el presente documento son solo con fines ilustrativos y no pretenden limitar el alcance de las presentes enseñanzas en modo alguno.

La Figura 1 es un esquema general de un reactor nuclear de agua en ebullición de circulación natural 40 (RAECN) , que puede usarse con la presente invención.

La Figura 2 es un esquema del RAECN mostrado en la Figura 1 que incluye un sistema de control del nivel de potencia, de acuerdo con la presente invención.

La Figura 3 es un esquema del RAECN mostrado en la Figura 1 que incluye un sistema de control de nivel de potencia, que puede usarse con la presente invención.

La Figura 4 es un esquema del RAECN mostrado en la Figura 1 que incluye un sistema de control del nivel de potencia que puede usarse con la presente invención.

La Figura 5 es un esquema del RAECN mostrado en la Figura 1 que incluye un sistema de control del nivel de potencia que puede usarse con la presente invención.

La Figura 6 es un esquema del RAECN mostrado en la Figura 1 que incluye un sistema de control del nivel de 50 potencia, de acuerdo con la presente invención.

La Figura 7 es una representación gráfica del mapa de potencia/temperatura del agua de alimentación utilizado con el RAECN mostrado en la Figura 1, de acuerdo con las diversas realizaciones de la presente divulgación.

Descripción detallada La siguiente descripción es meramente de naturaleza ejemplar y en modo alguno pretende limitar las presentes enseñanzas, aplicación o usos. En toda la presente memoria descriptiva, se usarán números de referencia similares para referirse a elementos similares.

Haciendo referencia a la Figura 1, se proporciona un esquema general de un reactor nuclear de agua en ebullición de circulación natural (RAECN) 10 que incluye un sistema 14 de control del nivel de potencia. El RAECN 10 generalmente incluye al menos un calentador 18 del agua de alimentación principal, una vasija 22 del reactor, un colector 26 de la línea de vapor, una turbina 30 de vapor a alta presión, un recalentador 34 del separador de humedad y una turbina 38 de vapor a baja presión. En las diversas realizaciones, como se ilustra en la Figura 1 y se describe en el presente documento, el RAECN 10 incluye una pluralidad de calentadores 18 del agua de alimentación principales.

Los calentadores 18 del agua de alimentación principales incluyen cada uno un núcleo del calentador de agua de alimentación (no mostrado) que recibe el agua de alimentación suministrada a través de la línea 42 de entrada del agua de alimentación y una bomba 46 del agua de alimentación, o a través de una línea 50 de unión del agua de alimentación y otro calentador 18 del agua de alimentación principal. Cada calentador 18 del agua de alimentación principal incluye adicionalmente una carcasa de vapor (no mostrada) que rodea los núcleos del calentador respectivos y está estructurada para recibir vapor a alta presión y a alta temperatura desde el recalentador 34 del separador de humedad y/o la turbina 30 de vapor a alta presión, a través de las líneas 52 y/o 53 de extracción de vapor. En general, el vapor de la turbina 30 de vapor a alta presión y/o el recalentador 34 del separador de humedad se desvía a los calentadores 18 del agua de alimentación principales y se hace circular a través de las carcasas respectivas para calentar el agua de alimentación que fluye a través de los núcleos del calentador respectivo a una temperatura predeterminada, tal como una temperatura operativa normal, por ejemplo, menor de 490 K. El agua de alimentación calentada se alimenta después hacia un anillo 25 de la vasija 22 del reactor, a través de una línea 56 de entrada del agua de alimentación a la vasija del reactor, donde el agua de alimentación calentada se mezcla con y resulta parte de un flujo de recirculación que circula dentro de un núcleo 54 del reactor.

El flujo de recirculación enfría las barras de combustible dentro del núcleo 54 del reactor, lo que a su vez convierte el refrigerante de agua en vapor a alta temperatura, por ejemplo 560 K, que sale de la vasija 22 del reactor a través de una pluralidad de líneas 58 de vapor de salida de la vasija del reactor. Las líneas 58 de vapor de salida terminan en el colector 26 de la línea de vapor que regula y controla la salida de vapor a alta temperatura y alta presión a la turbina 30 de vapor a alta presión, a través de la línea 62 de vapor de alimentación a la turbina de alta presión. El vapor a alta temperatura y alta presión alimentado a la turbina 30 de vapor a alta presión se utiliza para hacer girar la turbina 30. Posteriormente, al menos una porción del vapor a alta presión y alta temperatura sale de la turbina 30 de vapor a alta presión, a través de una línea 66 de salida de la turbina de alta presión. La salida del vapor de la turbina 30 a alta presión se alimenta a un recalentador 34 del separador de humedad donde el agua líquida se retira del vapor para secar el vapor. El vapor secado se alimenta después a una turbina 38 de vapor a baja presión. El vapor a alta temperatura y baja presión alimentado a la turbina 38 de vapor a baja presión se utiliza para hacer girar la turbina 38.

El sistema 14 de control del nivel de potencia se estructura y es operable para aumentar la temperatura del agua de alimentación que sale de los calentadores 18 de agua de alimentación principales, antes de que el flujo de agua de alimentación entre en el anillo 25 a través de la línea 56 de entrada del agua de alimentación a la vasija del reactor. Más particularmente, el sistema 14 de control del nivel de potencia... [Seguir leyendo]

1. Un sistema para controlar el nivel de potencia de un reactor nuclear de agua en ebullición de circulación natural, RAECN (10) , comprendiendo dicho sistema:

un subsistema (70) de calentamiento para calentar el agua de alimentación que fluye hacia el anillo (25) de un RAECN (10) ; un detector (74) de temperatura operable para detectar la temperatura del agua de alimentación que fluye hacia el anillo (25) ; y un controlador (75) operable para controlar un nivel de potencia de salida del RAECN controlando el subsistema (70) de calentamiento, basado en la temperatura detectada, para ajustar la temperatura del agua de alimentación que fluye hacia el anillo (25) a una temperatura deseada, en el que el subsistema (70) de calentamiento comprende:

un colector (26) de vapor estructurado para recibir el vapor a alta temperatura generado por el núcleo (54) ; al menos un calentador del agua de alimentación a alta temperatura estructurado para recibir un flujo de entrada de agua de alimentación, recibir vapor a alta temperatura del colector (26) de vapor y sacar el flujo de agua de alimentación hacia el anillo (25) ; y una válvula (82) de derivación de vapor que es operable para recibir órdenes desde el controlador (75) de temperatura y que, basándose en las órdenes recibidas, controla una cantidad de flujo del vapor a alta temperatura desde el colector (26) de vapor hacia el al menos un calentador de agua de alimentación para aumentar la temperatura de la salida de flujo del agua de alimentación hacia el anillo (25) a la temperatura requerida de manera que la temperatura del agua de recirculación que fluye a través del núcleo (54) aumenta, dando como resultado una reducción en el nivel de potencia generado por el RAECN (10) núcleo (54) caracterizado porque el controlador (75) de temperatura es operable para aumentar el nivel de potencia generado por el núcleo (54) del RAECN (20) controlando una válvula (90) de derivación del agua de alimentación para ajustar una cantidad de flujo del agua de alimentación a través de una línea (94) de derivación del calentador hacia el anillo (25) para disminuir la temperatura del agua de alimentación que fluye hacia el anillo (25) a una temperatura requerida por debajo de la temperatura operativa predeterminada.

2. El sistema de la reivindicación 1, en el que el al menos un calentador de agua de alimentación de alta temperatura comprende al menos un calentador (86) de agua de alimentación complementario estructurado para recibir el flujo de entrada del agua de alimentación desde uno o más calentadores (18) de agua de alimentación principales operables para calentar el flujo de agua de alimentación que entra a el al menos un calentador (86) de agua de alimentación complementario a una temperatura operativa predeterminada del agua de alimentación que fluye hacia el anillo (25) .

3. El sistema de la reivindicación 1, en el que el al menos un calentador de agua de alimentación a alta temperatura comprende uno o más calentadores (18) de agua de alimentación principales operables para calentar el flujo de agua de alimentación que sale hacia el anillo (25) a una temperatura operativa predeterminada y aumentar la temperatura del flujo de agua de alimentación que sale hacia el anillo (25) a la temperatura requerida por encima de la temperatura operativa predeterminada cuando se ha ordenado a la válvula (82) de derivación de vapor que aumente la cantidad de flujo de vapor a alta temperatura desde el colector (25) de vapor.

4. El sistema de la reivindicación 3, en el que cada uno del uno o más calentadores (18) de agua de alimentación principales están estructurados para:

recibir vapor desde uno de una turbina (30) de alta presión del RAECN y un recalentador (34) del separador de humedad del RAECN para calentar el flujo de agua de alimentación que sale hacia el anillo (25) a la temperatura operativa predeterminada, y recibir vapor a alta temperatura desde el colector (26) de vapor para aumentar la temperatura del flujo de agua de alimentación que sale hacia el anillo (25) a la temperatura requerida por encima de la temperatura operativa predeterminada.

5. El sistema de la reivindicación 3, en el que uno o más calentadores (18) del agua de alimentación principales comprenden una pluralidad de calentadores (18) del agua de alimentación principales, al menos uno de los calentadores (18) del agua de alimentación principales está estructurado para recibir vapor desde al menos uno de una turbina (30) de alta presión del RAECN (10) y un recalentador (34) del separador de humedad del RAECN (10) para calentar el flujo de salida del agua de alimentación hacia el anillo (35) al RAECN (10) predeterminado para calentar el flujo de agua de alimentación que sale hacia el anillo (25) a la temperatura operativa predeterminada y, al menos uno de los calentadores (18) del agua de alimentación principales está estructurado para recibir un vapor a alta temperatura desde el colector (26) de vapor para calentar el flujo del agua de alimentación que sale hacia el anillo (25) a la temperatura operativa predeterminada y aumentar la temperatura del flujo de agua de alimentación que sale hacia el anillo (25) a la temperatura requerida por encima de la temperatura operativa predeterminada, según se controla mediante el controlador (75) de temperatura y la válvula (82) de derivación de vapor.

6. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el subsistema (70) de calentamiento comprende un dispositivo (98) de calentamiento operable para recibir órdenes desde el controlador (75) de temperatura y que, basándose en las órdenes recibidas, aumenta la temperatura del agua de alimentación que fluye a través de la línea de agua de alimentación desde al menos un calentador (18) de agua de alimentación principal del RAECN hacia el anillo (25) .

7. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende adicionalmente una pluralidad de calentadores (18) de agua de alimentación principales y el subsistema (70) de calentamiento comprende:

al menos uno de los calentadores (18) de agua de alimentación principales operables para calentar el flujo de agua de alimentación que sale hacia el anillo (25) a una temperatura mayor que una temperatura operativa predeterminada; y una válvula (90) de derivación del agua de alimentación operable para recibir órdenes desde el controlador (75) de temperatura y que, basándose en las órdenes recibidas, controla una cantidad de flujo del agua de alimentación a través de una línea (94) de derivación del calentador hacia el anillo (25) para:

disminuir la temperatura del agua de alimentación que fluye hacia el anillo (25) a una temperatura requerida que varía desde una temperatura máxima del agua de alimentación hasta la temperatura operativa predeterminada cuando se desea una reducción en la potencia de salida del núcleo (54) del reactor , y una disminución de la temperatura del agua de alimentación que fluye hacia el anillo (25) a una temperatura requerida por debajo de la temperatura operativa predeterminada para aumentar el nivel de potencia generado por el núcleo (54) del RAECN (10) .

8. Un procedimiento para controlar el nivel de potencia de un reactor nuclear de agua en ebullición de circulación natural (RAECN) (10) , comprendiendo dicho procedimiento:

detectar la temperatura del agua de alimentación que fluye hacia un anillo (25) del reactor, utilizando un detector (74) de temperatura; y controlar el nivel de potencia generado por el núcleo (54) del RAECN (10) basándose en la temperatura detectada, ajustando la temperatura del agua de alimentación que fluye hacia el anillo (25) utilizando un subsistema (70) de calentamiento del RAECN (10) , en el que controlar el nivel de potencia comprende:

transferir el vapor a alta temperatura generado por el núcleo (54) a un colector (26) de vapor del RAECN (10) ; proporcionar un flujo de entrada de agua de alimentación a al menos un calentador de agua de alimentación a alta temperatura del RAECN (10) y extraer un flujo de agua de alimentación desde el al menos un calentador de agua de alimentación hacia el anillo (25) ; transferir de forma controlable el vapor a alta temperatura del colector (26) de vapor a al menos un calentador de agua de alimentación a alta temperatura, utilizando una válvula (82) de derivación de vapor operable para recibir órdenes desde un controlador (75) de temperatura conectado comunicativamente con el detector (74) de temperatura y, basándose en las órdenes recibidas, controlar una cantidad de flujo del vapor a alta temperatura desde el colector (26) de vapor hasta al menos uno del calentador de agua de alimentación a alta temperatura para aumentar la temperatura de la salida del flujo de agua de alimentación hacia el anillo (25) a la temperatura requerida por encima de la temperatura operativa predeterminada, caracterizado porque el controlador (75) de temperatura controla una válvula (90) de derivación del agua de alimentación para ajustar una cantidad de flujo del agua de alimentación a través de una línea (94) de derivación del calentador hacia el anillo (25) para disminuir la temperatura del agua de alimentación que fluye hacia el anillo (25) a una temperatura requerida por debajo de la temperatura operativa predeterminada.

9. El procedimiento de la reivindicación 8, en el que el al menos un calentador de agua de alimentación a alta temperatura comprende al menos un calentador (86) de agua de alimentación complementario y en el que controlar el nivel de potencia comprende adicionalmente recibir el flujo de entrada del agua de alimentación desde uno o más calentadores (18) de agua de alimentación principales del RAECN (10) en el uno o más calentadores (86) de agua de alimentación complementarios, donde el flujo de agua de alimentación se calienta mediante el vapor a alta temperatura a la temperatura requerida, siendo el uno o más calentadores (18) del agua de alimentación principales operables para calentar el flujo de agua de alimentación de entrada a uno o más calentadores (86) de agua de alimentación complementarios a una temperatura operativa predeterminada del agua de alimentación que fluye hacia el anillo (25) .

10. El procedimiento de la reivindicación 8, en el que el al menos un calentador del agua de alimentación a alta temperatura comprende una pluralidad de calentadores (18) del agua de alimentación principales y en el que controlar el nivel de potencia comprende adicionalmente:

transferir de forma controlable vapor de uno de una turbina (30) de alta presión y un recalentador (34) del separador de humedad al uno o más calentadores (18) de agua de alimentación principales para calentar el agua de alimentación que fluye hacia el anillo (25) a la temperatura operativa predeterminada; y transferir de forma controlable vapor a alta temperatura desde el colector (26) de vapor al uno o más de los calentadores (18) de agua de alimentación principales a través de la válvula (82) de derivación de vapor para aumentar la temperatura de la salida del flujo de agua de alimentación hacia el anillo (25) a la temperatura requerida por encima de la temperatura operativa predeterminada para reducir la potencia de salida del núcleo (54) .