Rejilla espaciadora.

Una rejilla espaciadora final lista para usar configurada para separar y mantener varillas de combustible nuclearen un reactor nuclear del tipo de reactor de agua en ebullición en posiciones predeterminadas unas respecto deotras,

en la que la rejilla espaciadora final comprende:

i) una estructura de rejilla espaciadora realizada en una aleación que se ha formado y ensamblado de manera queconstituya una rejilla espaciadora, y

ii) un revestimiento de óxido exterior sobre la superficie de la estructura de rejilla espaciadora,en la que dicha aleación a base de Ni consiste en lo siguiente

Elemento % en peso

Ni >45,0

Cr 13,0-26,0

Fe 10,0-30,0

Ti 1,0-4,0

Al 0,30-2,0

Co 0-0,040

C 0-0,10

N 0-0,10

Nb+Ta 0,20-2,0

Si 0-2,0

Mn 0-2,0

S 0-0,050

P 0-0,10

Cu 0-2,0

Mo+W 0-3,0

La cantidad total de uno o más de los elementos 0-2,0del grupo que consiste en todos los elementos salvo para los elementos indicados en la tablaanterior.

en la que dicho revestimiento de óxido exterior comprende una primera capa interna de óxido de una primeracomposición y una segunda capa externa de óxido de una segunda composición diferente de la primeracomposición, en la que la primera capa de óxido interna consiste principalmente en Cr2O3 y la segunda capa deóxido externa consiste principalmente en NiFe2O4..

Rejilla espaciadora.

Antecedentes de la invención y técnica anterior

La presente invención se refiere a una rejilla espaciadora final y lista para usar configurada para separar y mantener varillas de combustible nuclear en un reactor nuclear del tipo reactor de agua en ebullición (BWR) en posiciones predeterminadas unas respecto de otras.

Un reactor nuclear de agua en ebullición comprende un núcleo que tiene una pluralidad de elementos combustibles. Cada elemento combustible incluye una pluralidad de varillas de combustible y cada varilla de combustible comprende un combustible nuclear encerrado por un envainado. Las varillas de combustible están mantenidas en posiciones predeterminadas unas respecto de otras. Con la ayuda de un número de rejillas espaciadoras distribuidas axialmente, consistiendo cada rejilla espaciadora en una estructura de enrejado con un número de celdas a través de las cuales se extienden las varillas de combustible.

En el entorno del núcleo de un reactor nuclear de agua en ebullición se exige que los componentes posicionados en su interior. El entorno es altamente oxidante. Una rejilla espaciadora, por ejemplo, resiste las siguientes circunstancia: un flujo de vapor y agua de dos fases a una temperatura de aproximadamente 286ºC, en el que el flujo del vapor es de 10 m/s y la presión es de 70 bares. Hay gotas de agua en el vapor y un contenido de oxígeno y contenido de peróxido de hidrógeno en el entorno de 0, 4 ppm y 1 ppm, respectivamente. La rejilla espaciadora está también expuesta a fuerte radiación.

Las rejillas espaciadoras son a menudo producidas a partir de placas metálicas finas de aleaciones de circonio o aleaciones a base de Ni. Una aleación a base de Ni bien conocida se denomina X-750. La aleación X-750 se ha utilizado para rejillas espaciadoras de reactor de agua en ebullición con un éxito considerable durante más de 30 años. Un inconvenientes de las rejillas espaciadoras realizadas a partir de aleación X-750 es, sin embargo, que una tasa de corrosión relativamente alta en algunos reactores, debido al entorno específico descrito anteriormente, tiene como resultado una corrosión general de la superficie de rejilla espaciadora. La corrosión general de la rejilla espaciadora puede conducir a una liberación de 58Co en el agua del reactor. 58Co es un isotopo de Co y se deposita en superficies en el reactor nuclear. 58Co se forma principalmente a través de la activación neutrónica de 58Ni. Además, otro isotopo de Co, 60Co, se forma por activación neutrónica del isotopo común 59Co, Tanto 58Co como 60Co son isotopos radiactivos y la liberación de estos isotopos radiactivos en el agua de reactor da como resultado un mayor riesgo de exposición del personal que trabaja en la planta del reactor nuclear.

El término “aleación a base de Ni” significa en este contexto que el elemento principal en la aleación es Ni. Ningún otro elemento está presente en mayor cantidad. Una aleación a base de Ni tiene una matriz constituida por Ni con otros elementos tales como Cr y Fe en solución. Por tratamiento térmico de la aleación las denominadas partículas de fase secundaria y’ se pueden formar por cambios en solubilidad sólida por temperatura. La partículas finas de fase secundaria y’ previenen el movimiento de desplazamiento, o defectos en la matriz de la aleación, aumentado de este modo la fuerza mecánica del material. Las partículas de fase secundaria y’ en una aleación a base de Ni son normalmente Ni3 (Ti, Al) .

El documento JP-2004-251871 se refiere al problema de corrosión por efecto sombra en un reactor de agua en ebullición. El documento sugiere una combinación particular de un tubo de revestimiento de combustible que comprende una aleación de circonio particular y un miembro espaciador que comprende principalmente una aleación Ni y un revestimiento de óxido formado en ambas superficies o en una de las dos en cada uno del tubo de revestimiento y/o los miembros espaciadores.

El documento JP-05-164886 describe componentes para plantas de energía nuclear, tal como un resorte espaciador, un resorte helicoidal, un resorte de dedo o un fijador de canal. El documento sugiere el uso de una aleación tal como Inconel X-750 que está provisto de un revestimiento de óxido protector.

El documento JP-07-228963 describe un resorte para ser utilizado para un resorte espaciador, placa de control de fuga, et. Para un agregado de combustible de reactor de agua en ebullición. El resorte se produce a partir de una aleación de Inconel y tiene un revestimiento que comprende TiO2 y Cr2O3.

El documento JP 09-324233 A describe una aleación a base de Ni de alta resistencia establecida que tienen una resistencia mejorada contra fisuración por corrosión bajo tensión (SCC) .La aleación está especialmente destinada a ser usada en componentes tales como resortes, pernos y pasadores en el interior del entorno de agua caliente a alta temperatura de un reactor nuclear de agua en ebullición o reactor nuclear de agua a presión. La aleación es similar a la aleación X-750. El documento JP-09-324233 A establece, sin embargo, una mayor cantidad de Fe en comparación con la aleación X-750. Aumentando la cantidad de Fe, el documento JP-09-324233 A establece que se obtiene una resistencia SCC mejorada.

La fisuración por corrosión bajo tensión de un metal se produce debido a una tensión de tracción constante el metal en un entorno corrosivo, especialmente a temperaturas elevadas. La corrosión bajo tensión normalmente deja la mayoría de la superficie de un componente sin atacar, pero se realiza en las posiciones que están expuestas a la tensión de tracción constante. Se forman finas fisuras en el material y la fisuración puede conducir a un fallo repentino no esperado del metal. Resortes, pernos y pasadores en el interior del entorno de agua caliente a alta temperatura de un rector nuclear de agua en ebullición o un reactor nuclear de agua a presión son, como se describe en el documento JP-09-324233 A, ejemplos de componentes que están sometidos a SCC.

En el núcleo de un reactor nuclear de agua en ebullición se puede producir corrosión general, lo cual puede dar como resultado una liberación no deseada de isótopos Co radiactivos como se ha descrito anteriormente. La corrosión general es un problema particular en el núcleo del reactor debido a las condiciones particulares que existen en él. La corrosión general se produce sobre toda la superficie de un componente, caracterizándose la corrosión por un ataque uniforme. Puesto que una rejilla espaciadora está posicionada dentro del núcleo del reactor, está sometido en particular a corrosión general.

Como se ha mencionado anteriormente, un inconveniente de las rejillas espaciadoras fabricadas de aleación de X750 es que la tasa de corrosión relativamente alta en algunos reactores conduce a corrosión general en la superficie de la rejilla espaciadora. Por lo tanto, hay un deseo de mejorar la resistencia a la corrosión de la rejilla espaciadora.

Sumario de la invención Un objeto de la presente invención es mejorar la resistencia a la corrosión de una rejilla espaciadora en un reactor nuclear de agua en ebullición y, de este modo, reducir los problemas de corrosión personal como se ha descrito anteriormente, dando como resultando niveles de liberación inferiores de isotopos Co radioactivos en el agua de reactor. Otro objeto de la invención es proporcionar un procedimiento para producir una rejilla espaciadora con resistencia mejorada a la corrosión.

El primer objeto se obtiene con la rejilla espaciadora final, que se define en la reivindicación 1.

La expresión “estructura de rejilla espaciadora” está en este contexto destinada a describir un cuadro de enrejado metálico que está formado como una rejilla espaciador pero que no ha experimentado todavía un tratamiento térmico final. Asimismo, la expresión “rejilla espaciadora final, está en este contexto destinado a describir una estructura de rejilla espaciadora tratada térmicamente, lista para usar.

La rejilla espaciadora final según la invención está fabricada en una aleación a base de Ni similar a la aleación X

750. La presente aleación a base de Ni no contiene, sin embargo, una mayor cantidad de Fe. El revestimiento de óxido exterior según la técnica anterior comprende normalmente una capa exterior de un óxido rico en Ni. Este óxido rico en Ni comprende sustancialmente un óxido de Ni puro pero también una pequeña cantidad de un óxido mezclado de Ni-Fe. Se ha encontrado que con la aleación usada para la presente invención es más fácil obtener el óxido mezclado de Ni-Fe durante un tratamiento térmico final.... [Seguir leyendo]

1. Una rejilla espaciadora final lista para usar configurada para separar y mantener varillas de combustible nuclear en un reactor nuclear del tipo de reactor de agua en ebullición en posiciones predeterminadas unas respecto de 5 otras, en la que la rejilla espaciadora final comprende:

i) una estructura de rejilla espaciadora realizada en una aleación que se ha formado y ensamblado de manera que constituya una rejilla espaciadora, y

ii) un revestimiento de óxido exterior sobre la superficie de la estructura de rejilla espaciadora,

en la que dicha aleación a base de Ni consiste en lo siguiente

Elemento % en peso Ni >45, 0 Cr 13, 0-26, 0 Fe 10, 0-30, 0 Ti 1, 0-4, 0

Al 0, 30-2, 0 Co 0-0, 040 C 0-0, 10 N 0-0, 10 Nb+Ta 0, 20-2, 0

Si 0-2, 0 Mn 0-2, 0 S 0-0, 050 P 0-0, 10 Cu 0-2, 0

Mo+W 0-3, 0 La cantidad total de uno o más de los elementos 0-2, 0 del grupo que consiste en todos los elementos salvo para los elementos indicados en la tabla anterior.

en la que dicho revestimiento de óxido exterior comprende una primera capa interna de óxido de una primera composición y una segunda capa externa de óxido de una segunda composición diferente de la primera composición, en la que la primera capa de óxido interna consiste principalmente en Cr2O3 y la segunda capa de óxido externa consiste principalmente en NiFe2O4.,

2. Una rejilla espaciadora final según la reivindicación 1, en la que la cantidad de Fe en dicha aleación es del 12, 035 23, 0% en peso.

3. Una rejilla espaciadora final según la reivindicación 2, en la que la cantidad de Fe en dicha aleación es del 15, 019, 0% en peso.

4. Una rejilla espaciadora final según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la cantidad de Co en dicha aleación es < 0, 010%.

5. Una rejilla espaciadora final según la reivindicación 4, en la que la cantidad de Co endicha aleación de <0, 0050% en peso.

6. Una rejilla espaciadora final según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha rejilla espaciadora final comprende una cantidad sustancia de partículas de fase secundaria y’ de manera que la rejilla espaciadora final tenga una resistencia mecánica suficiente.

7. Una rejilla espaciadora final según la reivindicación 6, en la que la fracción molar de partículas de fase secundaria y’ endicha aleación en la rejilla espaciadora final es del 5-25%.

8. Una rejilla espaciadora final según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho revestimiento de óxido exterior tiene un espesor d.

5. 1000 nm.

9. Una rejilla espaciadora final según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la primera capa de óxido interior tiene un espesor d.

5. 200 nm y la segunda capa de óxido exterior tiene un espesor d.

2. 80 nm.

10. Una rejilla espaciadora final según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha aleación es una aleación a base de N que consiste en lo siguiente

Elemento % en peso Ni >50, 0 Cr 14, 0-21, 0 Fe 12, 0-23, 0 Ti 1, 50-3, 0 Al 0, 50-1, 50 Co 0, 0001-0, 010 C 0, 001-0, 050 N 0, 001-0, 030 Nb 0, 001-1, 50 Ta 0, 001-0, 030 Si 0, 01-0, 50 Mn 0, 01-1, 0 S 0, 001-0, 020 P 0, 001-0, 050 Cu 0, 01-0, 50 Mo+W 0, 001-1, 0 La cantidad total de uno o más de los elementos 0-1, 0 del grupo que consiste en todos los elementos salvo para los elementos indicados en la tabla anterior.

11. Una rejilla espaciadora final según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha aleación es una aleación a base de Ni que consiste en lo siguiente:

Ni >60, 0 Cr 14, 0-17, 0 Fe 15, 0-19, 0 Ti 1, 750-2, 750 Al 0, 40-1, 0 Co 0, 0001-0, 0050 C 0, 001-0, 050 N 0, 001-0, 030 Nb 0, 70-1, 20 Ta 0, 001-0, 030 Si 0, 01-0, 50 Mn 0, 01-1, 0 S 0, 001-0, 010 P 0, 001-0, 020 Cu 0, 01-0, 50 Mo+W 0, 001-0, 20 La cantidad total de uno o más de los elementos 0-0, 50 del grupo que consiste en todos los elementos salvo para los elementos indicados en la tabla anterior.

12. Un procedimiento de fabricación de la rejilla espaciadora final lista para usar según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el procedimiento comprende las etapas de:

producir dicha aleación y formar y ensamblar la aleación de manera que se obtenga dicha estructura de rejilla espaciadora, someter a tratamiento térmico la estructura de rejilla espaciadora a una temperatura d.

65. 750ºC durante 5-23 horas, siendo realizado el tratamiento térmico en una atmósfera oxidante, en el que el tratamiento térmico es tal que se forma un revestimiento de óxido exterior en la superficie de la estructura de rejilla espaciadora, obteniendo de este modo la rejilla espaciadora final lista para usar, en el que dicho tratamiento térmico de la estructura de rejilla espaciadora es tal que se forman una primera y una segunda capas de óxido como se define en la reivindicación 1.

13. Un procedimiento de fabricación de la rejilla espaciadora final lista para usar según la reivindicación 12, en el que dicho tratamiento térmico de la estructura de rejilla espaciadora es tal que se forman una primera y segunda capas de óxido como se define en la reivindicación 9.

14. Un procedimiento de fabricación de la rejilla espaciadora final lista para usar según una cualquiera de las reivindicaciones 12 y 13, en el que dicha atmósfera oxidante comprende vapor de agua y aire.

15. Un procedimiento de fabricación de la rejilla espaciadora final lista para usar según una cualquiera de las reivindicaciones 12-14, en el que dicho tratamiento térmico de la estructura de rejilla espaciadora es tal que se 10 forman partículas de fase secundaria y’ en dicha aleación, obteniéndose de este modo propiedades mecánicas mejoradas de la rejilla espaciadora final.