Sistema de seguridad para una central nuclear.

Sistema (1) de seguridad para una central nuclear con una pluralidad de elementos (40,

44) de recombinacióncatalítica, que en cada caso desencadenan con el hidrógeno portado en un flujo de gas de entrada una reacción derecombinación con oxígeno, siendo adecuados los elementos de recombinación también como elementos deignición,

caracterizado porque

los elementos de recombinación y en cada caso los caminos de flujo que conectan dos elementos de recombinaciónen el lado del gas están diseñados de tal manera que un pulso (46) de presión desencadenado en el medio de gasmediante una ignición durante la reacción de recombinación en un primer elemento (40) de recombinación en lazona de flujo de entrada de un segundo elemento (44) de recombinación adyacente desencadena un proceso dedesplazamiento de gas que precede a un frente (42) de llama con una velocidad de flujo de al menos 5 m/s, queprovoca un calentamiento aumentado del segundo elemento de recombinación y de esta manera una ignición delflujo de gas incluso antes de que el frente de llama llegue al segundo elemento de recombinación.

Sistema de seguridad para una central nuclear

La invención se refiere a un sistema de seguridad para una central nuclear con un número de elementos de recombinación catalítica, que en cada caso desencadenan con el hidrógeno portado en un flujo de gas de entrada una reacción de recombinación con oxígeno.

En una central nuclear, en particular en una central nucleoeléctrica, en el caso de situaciones de fallo o de accidente, en las que por ejemplo debido al calentamiento del núcleo puede producirse una oxidación de zirconio, ha de contarse con la formación y la liberación de gas hidrógeno y monóxido de carbono dentro del contenedor de seguridad que rodea el núcleo del reactor o la contención. En particular tras un incidente de pérdida del medio de refrigeración pueden liberarse en este caso grandes cantidades de hidrógeno. De esta manera pueden generarse mezclas de gases explosivas dentro de la contención. Sin contramedida, a este respecto, el enriquecimiento de hidrógeno en la atmósfera de la contención es posible siempre que en el caso de una ignición accidental por la combustión de una gran cantidad de hidrógeno pudiera ponerse en peligro la integridad del contenedor de seguridad.

Para evitar la formación de este tipo de mezclas de gases explosivas en la contención de una central nucleoeléctrica se discuten distintos sistemas o procedimientos. Entre ellos figuran por ejemplo sistemas tales como recombinadores catalíticos, sistemas de ignición accionados de manera catalítica y/o eléctrica o la combinación de los dos sistemas mencionados anteriormente como procedimientos de una inertización permanente de la contención.

Con la utilización de un sistema de ignición para la eliminación del hidrógeno de la atmósfera de la contención debe conseguirse una recombinación eficaz del hidrógeno con oxígeno por medio de una combustión controlada. A este respecto debe evitarse una generación de presión significativa como consecuencia de una combustión de hidrógeno virulenta. A este respecto, un sistema de ignición de este tipo está habitualmente diseñado de tal manera que ya al superar el límite de ignición inferior de una mezcla de gases, es decir en el caso de una mezcla de gases con una menor concentración de hidrógeno en comparación de por ejemplo el 4 % en volumen de hidrógeno, o al quedar por debajo del límite de inertización de aproximadamente el 55 % en volumen de vapor, se desencadenará una ignición del hidrógeno.

El documento EP 0 388 955 da a conocer un sistema de seguridad para una central nuclear con una pluralidad de elementos de recombinación catalítica, que en cada caso desencadenan con el hidrógeno portado en un flujo de gas de entrada una reacción de recombinación con oxígeno, siendo adecuados los elementos de recombinación también como elementos de ignición.

Un sistema de ignición conocido por el documento EP 289 907 B1 para la ignición controlada de una mezcla de gases que contiene hidrógeno comprende un encendedor de chispa que puede almacenarse a través de un acumulador de energía integrado. El sistema de ignición está dotado, a este respecto, de un acumulador de energía diseñado de manera autártica, de modo que no se necesita ninguna línea de alimentación. Como acumulador de energía está prevista en este caso en particular una batería seca. No obstante, este sistema de ignición, debido a la capacidad del acumulador de energía integrado, es sólo adecuado durante una duración de funcionamiento limitada. En particular, en el caso de una activación temprana del encendedor de chispas, durante un transcurso de incidencia con posterior liberación de hidrógeno, es sólo posible de manera limitada una ignición controlada del hidrógeno. Además, este sistema de ignición reacciona asimismo sólo tras el transcurso de un tiempo de retardo de ignición a la liberación de hidrógeno. También es posible un funcionamiento de larga duración del sistema de ignición, que sería necesario para cubrir todos los casos de avería concebibles, sólo con limitaciones. Además tampoco es posible una activación preventiva del sistema de ignición ya como preludio de una avería que inicia por una estación externa, tal como por ejemplo la sala de control de una central nuclear.

Además, en el caso de sistemas de seguridad que se basan exclusivamente en la utilización de procedimientos de ignición para el hidrógeno, por ejemplo en forma de sistemas de bujías de ignición, existe la limitación adicional de que en situaciones inertes al vapor, no pueda realizarse ninguna degradación de hidrógeno. De manera correspondiente, en el contenedor de seguridad, sólo después de la correspondiente condensación de vapor, puede quemarse completamente el hidrógeno que se produce en sistema de este tipo. Esto puede llevar en el caso de enriquecimiento en hidrógeno en el vapor a cantidades o concentraciones de hidrógeno elevadas en comparación, que entonces, a consecuencia de la ignición se queman en menor tiempo en comparación, de modo que podrían generarse evoluciones de la reacción incontroladas. Además, en el caso de sistemas que se basan exclusivamente en la ignición, ha de tenerse en consideración que en los denominados casos de “apagón”, es decir, casos con pérdida completa de suministro de corriente dentro de la contención podría fallar completamente la ignición.

Por lo tanto, de manera alternativa o complementaria, en el contexto de un sistema de seguridad en el contenedor de seguridad o contención de una central nuclear pueden estar dispuestos los denominados recombinadores autocatalíticos pasivos. Habitualmente, éstos comprenden elementos de catalizador adecuados que, por vías catalíticas, desencadenan con hidrógeno portado en un flujo de gas de entrada una reacción de recombinación con oxígeno. A este respecto, los elementos de catalizador están habitualmente dotados de una carcasa circundante, estando diseñada la carcasa a modo de una chimenea, de tal manera que debido al efecto chimenea se genera de forma automática un flujo de convección dentro de la carcasa, de modo que la mezcla de gases se conduce de forma eficaz a lo largo de cada elemento de catalizador y con ello puede mantenerse la reacción de recombinación catalítica. En este sentido, los verdaderos elementos catalíticos están dispuestos dentro del elemento de recombinación catalítico respectivo principalmente en vertical y en gran parte en paralelo, para generar y favorecer la sustentación entre los elementos. En el caso de la acumulación de hidrógeno en la mezcla de gases de la contención estos sistemas inician habitualmente de forma automática y oxidan el hidrógeno con oxígeno contenido en la atmósfera, de modo que en particular también en caso de presencia de condiciones inertes al vapor o mezclas de gases que se encuentran ligeramente por encima del límite de ignición, puede conseguirse una degradación de hidrógeno efectiva sin ignición.

No obstante, también en sistemas de este tipo, en los casos de avería con altas tasas de liberación de hidrógeno con y al mismo tiempo bajas concentraciones de vapor en el contenedor de seguridad, pueden alcanzarse concentraciones locales o globalmente críticas y cantidades de hidrógeno producido.

Dado que las igniciones en los recombinadores hasta el momento se han observado sólo casualmente, en condiciones de atmósfera diferentes, tales como concentraciones de hidrógeno y porcentajes de vapor etc., mediante tales sistemas no se da ni una evitación fiable de igniciones indeseadas ni una garantía de la función de ignición. También, medidas para evitar por completo inflamaciones de catalizador tales como por ejemplo diferentes densidades de recubrimiento o capas inhibidoras de la difusión o similares, no llevan a una exclusión segura de igniciones. Incluso cuando se lograra esto, en general no pueden descartarse igniciones ocasionales debidas a otras fuentes de ignición discontinuas concebibles en la contención.

Para el diseño de una contención desde el punto de vista de la técnica de seguridad se determina por tanto con el uso de recombinadores catalíticos en cada caso la concentración máxima que aparece en el caso de una sobrealimentación de hidrógeno en el contenedor de seguridad y, en estas condiciones se supone una ignición, con largos recorridos de aceleración de la llama de manera correspondiente a través del contenedor de seguridad. En tales casos de ignición ha de contarse con la formación de rápidas deflagraciones hasta, posiblemente, transiciones de deflagración-detonación. Para poder compensar de manera adecuada incluso las cargas y diferencias de presión de hasta varios bar que aparecen en teoría a este respecto mediante el diseño... [Seguir leyendo]

1. Sistema (1) de seguridad para una central nuclear con una pluralidad de elementos (40, 44) de recombinación catalítica, que en cada caso desencadenan con el hidrógeno portado en un flujo de gas de entrada una reacción de recombinación con oxígeno, siendo adecuados los elementos de recombinación también como elementos de ignición,

caracterizado porque los elementos de recombinación y en cada caso los caminos de flujo que conectan dos elementos de recombinación en el lado del gas están diseñados de tal manera que un pulso (46) de presión desencadenado en el medio de gas mediante una ignición durante la reacción de recombinación en un primer elemento (40) de recombinación en la zona de flujo de entrada de un segundo elemento (44) de recombinación adyacente desencadena un proceso de desplazamiento de gas que precede a un frente (42) de llama con una velocidad de flujo de al menos 5 m/s, que provoca un calentamiento aumentado del segundo elemento de recombinación y de esta manera una ignición del flujo de gas incluso antes de que el frente de llama llegue al segundo elemento de recombinación.

2. Sistema (1) de seguridad de acuerdo con la reivindicación 1, en el que como velocidad de flujo para el proceso iniciado de desplazamiento de gas está fijada en al menos 10 m/s.

3. Sistema (1) de seguridad de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el o cada elemento de recombinación está diseñado de tal manera que en el funcionamiento de convección natural se desencadena una ignición en el flujo de gas que fluye alrededor sólo cuando el porcentaje de hidrógeno portado asciende al menos al 6 % en volumen, preferentemente al menos al 8 % en volumen.

4. Sistema (1) de seguridad de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, con un sistema (50) de rociado de edificio, en particular para la inyección de agua cuando sea necesario.

5. Sistema (1) de seguridad de acuerdo con la reivindicación 4, en el que los elementos de recombinación y el sistema (50) de rociado de edificio están adaptados entre sí de tal manera que en caso de respuesta tiene lugar en primer lugar la formación de zonas de ignición teóricas de alta temperatura y a continuación la desinertización de vapor.

6. Central nuclear con un sistema de seguridad de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5.