Procedimiento de estimación de la concentración de un elemento químico en el líquido de refrigeración primario de un reactor nuclear.

Un procedimiento de estimación de la concentración (C) de un elemento químico en el líquido de refrigeración primario de un reactor nuclear,

siendo el elemento químico boro o un compuesto de boro, comprendiendo este reactor medios para inyectar en el líquido de refrigeración primario una solución de dilución de concentración en dicho elemento químico inferior a un límite de concentración predeterminado, medios para inyectar en el líquido de refrigeración primario una solución concentrada de dicho elemento químico de concentración predeterminada (C*), y un sensor capaz de medir una cantidad (Cm) representativa de la concentración de dicho elemento químico en el líquido de refrigeración primario, caracterizado porque el procedimiento es un procedimiento iterativo que comprende de manera repetida en cada paso de tiempo k:

- una etapa de adquisición de una cantidad (qdk) representativa del caudal de inyección de la solución de dilución en el paso k, una cantidad qck representativa del caudal de inyección de la solución concentrada en el paso k, y una cantidad (Cmk) representativa de la concentración de dicho elemento químico medida por el sensor en el líquido de refrigeración primario;

- una etapa de cálculo de un valor estimado (Cek+1) de la concentración de dicho elemento químico en el líquido de refrigeración primario en el paso k+1 en función de las cantidades representativas (qdk, qck, Cmk) adquiridas en la etapa k, realizándose la etapa de cálculo con ayuda de las ecuaciones de Kalman, realizándose la etapa de cálculo de el paso k utilizando en las ecuaciones de Kalman un parámetro de estado x ≥ ln(C) cuando la cantidad (qck) representativa del caudal de inyección de la solución concentrada es inferior a un límite de caudal predeterminado, y un parámetro de estado x ≥ ln(C*-C) cuando la cantidad (qck) representativa del caudal de inyección de la solución concentrada es superior a dicho límite de caudal predeterminado.

Procedimiento de estimación de la concentración de un elemento químico en el líquido de refrigeración primario de un reactor nuclear 5

[0001] La invención se refiere en general a procedimientos para la estimación de la concentración de un elemento químico en el líquido de refrigeración primario de un reactor nuclear, en particular, de boro (ver también US 4204259).

10 [0002] Más específicamente, la invención se refiere a un procedimiento para estimar la concentración C de un elemento químico en el líquido de refrigeración primario de un reactor nuclear, según lo definido en el preámbulo de la reivindicación 1.

[0003] En los reactores nucleares en los que el líquido de refrigeración primario es esencialmente agua como, 15 por ejemplo, en reactores de agua a presión, la reactividad del núcleo del reactor se controla entre otras cosas

mediante la adición de boro en el líquido de refrigeración primario. El boro es un veneno de neutrones que absorbe una parte del flujo de neutrones generado por las reacciones nucleares en el núcleo del reactor. Así, cuando aumenta la concentración de boro en el líquido primario, la potencia térmica liberada por el núcleo del reactor disminuye. A la inversa, cuando disminuye la concentración de boro en el líquido de refrigeración primario, aumenta 20 la potencia térmica liberada por el núcleo del reactor.

[0004] La concentración de boro en el líquido de refrigeración primario se ajusta, automáticamente o

manualmente, en función de las instrucciones de control del reactor, por ejemplo en relación con el ajuste de la

potencia eléctrica que debe proporcionar el reactor a la red eléctrica de alta tensión.

[0005] Con este objeto, el reactor está provisto de un circuito conocido como el REA. Este circuito comprende

medios para la inyección en el líquido de refrigeración primario de una solución que contiene esencialmente agua y que no contiene boro con el objetivo de ajustar a la baja la concentración de boro en el líquido primario. El circuito

REA también cuenta con medios para inyectar una solución concentrada que contiene 7000 ppm de boro en el

30 líquido de refrigeración primario con el fin de ajustar al alza la concentración de boro en el líquido de refrigeración primario. En ambos casos, el volumen de líquido de refrigeración primario se mantiene constante mediante la eliminación del circuito primario de un volumen de líquido correspondiente al volumen inyectado.

[0006] Por lo tanto, para el control del reactor nuclear es muy Importante conocer la concentración de boro en 35 el líquido de refrigeración primario en todo momento.

[0007] Con este objeto, el reactor está provisto de uno o más sensores (borímetros) diseñados para medir la concentración de boro en el líquido de refrigeración primario.

40 [0008] La concentración de boro en el líquido de refrigeración primario medida automáticamente por el borímetro es inexacta (ruido del orden del 7 %) y se proporciona con una demora significativa, de cerca de unos veinte minutos.

[0009] Con el fin de superar la demora de la medición, la concentración de boro en el líquido de refrigeración 45 primario se podría estimar mediante la Integración de los caudales de agua y de solución concentrada inyectados en el líquido de refrigeración primario a través del REA. Estos caudales producen variaciones en la concentración de boro.

[0010] El método de la Integración de los caudales se basa en las siguientes ecuaciones.

[0011] La variación dC en la concentración de boro C del líquido de refrigeración primario para una masa constante de líquido de refrigeración primario M es causada por la Inyección de una carga de líquido que tiene una concentración C* de boro (solución concentrada de boro o agua) y mediante la eliminación simultánea de una carga de líquido de refrigeración primario de concentración C. Por tanto, el equilibrio de masas se escribe de este modo:

M dC C* dm C dm

donde dm es la masa de la carga tanto de líquido inyectado como de líquido de refrigeración primario retirado,

siendo C* = 0 ppm para una dilución y C* = 7.000 ppm para una inyección de una solución concentrada de boro.

[0012] Si se supone que los caudales de inyección y de retirada son constantes e iguales, el equilibrio se convierte en:

M dC = (cm -C)q dt

donde q es el caudal de inyección/de retirada y dt es un intervalo de tiempo.

10 [0013] Al integrar obtenemos:

ln(c(/)-C*)=ln(c(0)-C')--jjf

M

donde C(0) es la concentración de boro en el líquido de refrigeración primario en t = 0 15

C{t) = C + (c{Q>)-C*)e~"`

(c* - C(t)) = (c* - CÍO)) e Vot 1

o, del mismo modo, ' si q ya no es un caudal de masa, sino un caudal de

volumen, donde Vol es el volumen de líquido de refrigeración primario.

[0014] Este procedimiento tiene la ventaja de que permite realizar una estimación rápida de la variación en la concentración de boro al terminar la acción de dilución o inyección de una solución concentrada de boro (adición de boro). Al no tener en cuenta las demoras, relacionadas con la duración del recorrido de la carga a través del circuito primario y el tiempo necesario para que la carga inyectada se diluya y que la concentración de boro se homogeneice en el líquido de refrigeración primario, se adelanta la estimación de la concentración de boro unos diez minutos.

[0015] Las ecuaciones anteriores se pueden utilizar para simular diferentes tipos de acción (dilución o adición de boro) para un caudal de inyección constante, y también para simular una situación estacionaria (sin inyección). Estas proporcionan la concentración final (después de la acción) a partir de una concentración inicial (antes de la acción).

30 Por tanto, es necesario actualizar la concentración de partida C(0) antes de cada acción, lo que permite tomar un enfoque iterativo.

[0016] En este enfoque iterativo, a cada paso de tiempo k se le aplica la siguiente ecuación:

35 (c-a.0=(c*

donde Ck es la estimación de la concentración de boro en el líquido de refrigeración primario en el paso k, y C* se elige para que sea 0 o 7000 ppm, al igual que previamente, en función de si la acción en curso es la dilución o la adición de boro. At es la duración de un paso de tiempo.

[0017] La primera desventaja del procedimiento de integración de los caudales es que, a la larga, se produce una desviación en el valor estimado con respecto al valor real (véase, por ejemplo, la figura 2). Esta desviación surge de errores acumulados en cada paso de tiempo debidos, por ejemplo, a la diferencia entre el caudal q utilizado por las ecuaciones y el caudal de inyección real.

[0018] La segunda desventaja surge de la etapa de inicialización, necesaria para un procedimiento iterativo de este tipo. La inicialización debe ser lo más precisa posible, de lo contrario, los resultados se falsearán en cada paso de tiempo. Se puede realizar eligiendo como valor inicial C0 para la concentración de boro en el líquido primario un promedio de las mediciones tomadas por el borímetro durante un período determinado. En el caso de las figuras 2 y

50 de la 4 a la 6, el procedimiento iterativo (curva) ha sido inicializado usando la media de los valores encontrados durante las cuatro horas anteriores al inicio del procedimiento. Sin embargo, en este caso es imposible tener la certeza de que la media obtenida representa la concentración real de boro en el momento en que comenzó el

procedimiento iterativo. La inicialización también puede llevarse a cabo tomando como valor inicial la concentración de boro medida por determinación química, que es precisa, aunque tediosa y no muy rápida.

[0019] En cualquier caso, la suma de estas dos desventajas convierte a este procedimiento en poco fiable.

[0020] Además, el procedimiento por integración de los caudales ignora otras fuentes de variación en la concentración de boro, tales como la inyección de fluido en el circuito primario procedente del presurizador, el tanque de RCV, los filtros de desmineralización, etc.

10 [0021] En este contexto, la intención de la invención es proporcionar un procedimiento de estimación que sea más robusto que el procedimiento de integración de los caudales.

[0022] Con este objeto, la invención se refiere a un procedimiento de estimación de acuerdo con la reivindicación 1.

[0023] El procedimiento también puede tener una o más de las siguientes características dependientes, consideradas individualmente o en todas las combinaciones técnicamente posibles.

1. Un procedimiento de estimación de la concentración (C) de un elemento químico en el líquido de

refrigeración primario de un reactor nuclear, siendo el elemento químico boro o un compuesto de boro, 5 comprendiendo este reactor medios para inyectar en el líquido de refrigeración primario una solución de dilución de concentración en dicho elemento químico inferior a un límite de concentración predeterminado, medios para inyectar en el líquido de refrigeración primario una solución concentrada de dicho elemento químico de concentración predeterminada (C*), y un sensor capaz de medir una cantidad (Cm) representativa de la concentración de dicho elemento químico en el líquido de refrigeración primario, caracterizado porque el procedimiento es un

10 procedimiento iterativo que comprende de manera repetida en cada paso de tiempo k:

- una etapa de adquisición de una cantidad (qdk) representativa del caudal de inyección de la solución de dilución en el paso k, una cantidad qck representativa del caudal de inyección de la solución concentrada en el paso k, y una cantidad (Cmk) representativa de la concentración de dicho elemento químico medida por el sensor en el líquido de

15 refrigeración primario;

- una etapa de cálculo de un valor estimado (Cek+i) de la concentración de dicho elemento químico en el líquido de refrigeración primario en el paso k+1 en función de las cantidades representativas (qdk, qck, Cmk) adquiridas en la etapa k, realizándose la etapa de cálculo con ayuda de las ecuaciones de Kalman, realizándose la etapa de cálculo

20 de el paso k utilizando en las ecuaciones de Kalman un parámetro de estado x = ln(C) cuando la cantidad (qCk) representativa del caudal de inyección de la solución concentrada es inferior a un límite de caudal predeterminado, y un parámetro de estado x = ln(C*-C) cuando la cantidad (qCk) representativa del caudal de inyección de la solución concentrada es superior a dicho límite de caudal predeterminado.

25 2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de cálculo en el

paso k se realiza utilizando en las ecuaciones de Kalman un parámetro de medición y = ln(cm) cuando la magnitud (qck) que representa el caudal de inyección de la solución concentrada es menor que dicho límite de caudal predeterminado, y un parámetro de estado y = ln(C*-Cm) cuando la magnitud (qck) que representa el caudal de inyección de la solución concentrada es superior a dicho límite caudal predeterminado.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque las ecuaciones utilizadas en

la etapa de cálculo son:

Xk+1/k = Xk/k +Uk

Uk = -(Atk/Vol) qdk cuando la magnitud (qCk) que representa el caudal de inyección de la solución concentrada en el paso k es inferior a dicho límite predeterminado del caudal

Uk = -(Atk/Vol) qck cuando la magnitud (qCk) que representa el caudal de inyección de la solución concentrada en el 40 paso k es superior a dicho límite predeterminado del caudal

Pk+1/k = Pk/k + W

Xk+1/k+1 = Xjt+1/k + Kk+1 (yk+1 " Xk+1/k)

Pk+1/k+1 = (1 * Kk+i) Pk+1/k

Kk+1 = Pk+Vk/ (Pk+1/k + V)

donde Xk/k es el valor del parámetro de estado x en el paso k determinado a partir de los datos disponibles en el paso 45 k; Atk es la duración del paso de tiempo k; Vol, el volumen del circuito primario; Pk/k, la varianza del parámetro de estado x en el paso k determinado a partir de los datos disponibles en el paso k; y W y V, las constantes

predeterminadas.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque la relación V/W está comprendida entre 100 y 10.000.

5. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende una etapa de inicialización durante la cual un valor inicial estimado (Ceo) de la concentración de dicho elemento químico en el líquido primario se calcula directamente a partir de la cantidad (Cmo) representativa de la concentración de dicho elemento químico medida por el sensor de líquido de refrigeración primario.

6. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el reactor nuclear es un reactor nuclear de agua a presión.