MÉTODO DE PROTECCIÓN DE REACTORES BWR FRENTE A LA CORROSIÓN DURANTE LA PRUEBA DE PRESIÓN HIDROSTÁTICA.
El entorno de química oxidante del agua del reactor BWR es un factor clave que promueve el agrietamiento intergranular por corrosión bajo tensión de aleaciones a base de níquel y acero inoxidable usadas en las partes internas del recipiente y las tuberías del sistema de refrigerante del reactor.
Esto se mitiga normalmente durante el funcionamiento a potencia con inyección de hidrógeno. Sin embargo, este método sólo es eficaz cuando los reactores están encendidos. Por consiguiente, esta invención propone un método de reducción del potencial de corrosión electroquímica durante la fase de puesta en marcha de reactores BWR. El método incluye las etapas de proporcionar un aditivo de mitigación adaptado para reducir la corrosión electroquímica de un reactor BWR; e inyectar el aditivo de mitigación en el reactor BWR en una ubicación predeterminada antes de que se produzca una inyección de hidrógeno.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200901687.
Solicitante: ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE, INC.
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: 1300 WEST W.T. HARRIS BOULEVARD CHARLOTTE NORTH CAROLINA 28262 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.
Inventor/es: WOOD, CHRISTOPHER, J., GARCIA,SUSAN ELAINE.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- C23F11/14 QUIMICA; METALURGIA. › C23 REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO DE MATERIALES CON MATERIALES METALICOS; TRATAMIENTO QUIMICO DE LA SUPERFICIE; TRATAMIENTO DE DIFUSION DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO POR EVAPORACION EN VACIO, POR PULVERIZACION CATODICA, POR IMPLANTACION DE IONES O POR DEPOSICION QUIMICA EN FASE VAPOR, EN GENERAL; MEDIOS PARA IMPEDIR LA CORROSION DE MATERIALES METALICOS, LAS INCRUSTACIONES, EN GENERAL. › C23F LEVANTAMIENTO NO MECANICO DE MATERIAL METALICO DE LAS SUPERFICIES (trabajo del metal por electroerosión B23H; despulido por calentamiento a la llama B23K 7/00; trabajo del metal por láser B23K 26/00 ); MEDIOS PARA IMPEDIR LA CORROSION DE MATERIALES METALICOS; MEDIOS PARA IMPEDIR LAS INCRUSTACIONES, EN GENERAL (tratamiento de superficies metálicas o revestimiento de metales mediante electrolisis o electroforesis C25D, C25F ); PROCESOS EN MULTIPLES ETAPAS PARA EL TRATAMIENTO DE LA SUPERFICIE DE MATERIALES METALICOS UTILIZANDO AL MENOS UN PROCESO CUBIERTO POR LA CLASE C23 Y AL MENOS UN PROCESO CUBIERTO BIEN POR LA SUBCLASE C21D BIEN POR LA SUBCLASE C22F O POR LA CLASE C25. › C23F 11/00 Inhibición de la corrosión de materiales metálicos por aplicación de inhibidores a la superficie en peligro de corrosión, o adición de los mismos al agente corrosivo. › Compuestos que contienen nitrógeno.
- G21C1/08 FISICA. › G21 FISICA NUCLEAR; TECNICA NUCLEAR. › G21C REACTORES NUCLEARES (reactores de fusión, reactores híbridos fisión-fusión G21B; explosivos nucleares G21J). › G21C 1/00 Tipos de reactores. › el moderador está altamente presurizado, p. ej. reactor de agua hirviente, reactor de sobrecalentamiento integral, reactor de agua a presión (G21C 1/22 tiene prioridad).
- G21C19/28 G21C […] › G21C 19/00 Disposiciones para el tratamiento, para la manipulación, o para facilitar la manipulación, del combustible o de otros materiales utilizados en el interior del reactor, p. ej. en el interior de la vasija de presión. › Disposiciones para introducir un material fluyente en el interior del núcleo del reactor; Disposiciones para extraer un material fluyente del núcleo del reactor.
Fragmento de la descripción:
Método de protección de reactores BWR frente a la corrosión durante la puesta en marcha.
Campo técnico y Antecedentes de la invención
Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional número 61/085.260 presentada el 31 de julio de 2008.
La presente invención se refiere a la corrosión en reactores BWR. En particular, la invención se refiere a un método de reducción del potencial de corrosión electroquímica durante la fase de puesta en marcha de reactores BWR.
El entorno de química oxidante del agua del reactor BWR es un factor clave que promueve el agrietamiento intergranular por corrosión bajo tensión (IGSCC, "intergranular stress corrosion cracking") de aleaciones a base de níquel y acero inoxidable usadas para construir las partes internas del recipiente y las tuberías del sistema de refrigerante del reactor. El agrietamiento intergranular por corrosión bajo tensión (IGSCC) en los BWR se mitiga normalmente durante el funcionamiento a potencia con la química del agua con hidrógeno (HWC, "hydrogen water chemistry") o la adición química de metales nobles con química del agua con hidrógeno (NMCA+HWC, "noble metal chemical addition with hydrogen water chemistry").
Sin embargo, estos métodos sólo son completamente eficaces cuando el reactor está encendido. La inyección de hidrógeno no se pone en servicio hasta que el reactor está a la temperatura de funcionamiento y a una potencia superior a aproximadamente del 5% al 30%, dependiendo del diseño del sistema de HWC. En consecuencia, el agua del reactor, que inicialmente contiene niveles altos de oxígeno disuelto procedente de la exposición al aire atmosférico durante la parada fría, es oxidante durante el calentamiento y el funcionamiento a baja potencia. Como resultado, las mayores tasas de crecimiento de grietas se producen actualmente durante la puesta en marcha, tras las interrupciones de reabastecimiento, antes de que la HWC pase a ser eficaz. Además, el potencial de corrosión electroquímica (ECP) es muy alto.
Los datos indican que las tasas de IGSCC son mayores a temperaturas intermedias durante los procesos de puesta en marcha y de parada de la planta que a la temperatura de funcionamiento. Como resultado, puede iniciarse un agrietamiento y puede producirse un crecimiento de grietas durante el proceso de parada de la planta y la puesta en marcha tras las interrupciones de reabastecimiento o a mitad de ciclo, cuando la inyección de hidrógeno no está en servicio. Para las unidades con NMCA+HWC, el crecimiento de grietas durante los procesos de puesta en marcha y parada puede dar como resultado el flanqueo de las grietas, en el que las grietas existentes pueden continuar creciendo incluso después de que la inyección de hidrógeno esté conectada.
Por consiguiente, se necesita un método de reducción del potencial de corrosión electroquímica durante la fase de puesta en marcha de reactores BWR.
Sumario de la invención
Éstas y otras deficiencias de la técnica anterior se tratan en la presente invención, que proporciona un método de reducción del potencial de corrosión electroquímica durante la fase de puesta en marcha de reactores BWR inyectando aminas en los reactores BWR durante la fase de puesta en marcha.
Según un aspecto de la presente invención, un método de protección de reactores BWR incluye las etapas de proporcionar un aditivo de mitigación adaptado para reducir la corrosión electroquímica de un reactor BWR; e inyectar el aditivo de mitigación en el reactor BWR en una ubicación predeterminada antes de que se produzca una inyección de hidrógeno.
Según otro aspecto de la presente invención, un método de protección de reactores BWR frente a la corrosión durante la puesta en marcha incluye las etapas de proporcionar un aditivo de mitigación adaptado para reducir la corrosión electroquímica de un reactor BWR; e inyectar el aditivo de mitigación en el reactor BWR durante una prueba de presión hidrostática.
Breve descripción de los dibujos
La invención puede entenderse de la mejor manera haciendo referencia a la siguiente descripción junto con las figuras del dibujo adjunto en las que:
la figura 1 muestra el ECP frente a la temperatura;
la figura 2 muestra el ECP frente a la temperatura;
la figura 3 muestra puntos de inyección de RWCU;
la figura 4 muestra puntos de inyección de RWCU adicionales;
la figura 5 es un esquema de una prueba de presión hidrostática del RPV;
la figura 6 muestra datos de temperatura del refrigerante del reactor;
la figura 7 es un esquema de un proceso de puesta en marcha de un BWR;
la figura 8 es un esquema del flujo de proceso durante la puesta en marcha; y
la figura 9 muestra concentraciones del oxígeno disuelto del condensado y del refrigerante del reactor.
Descripción de la realización preferente de la invención
Según la química del agua normal (NWC, normal water chemistry), el ECP de los materiales del sistema primario está normalmente en el intervalo de 0 a +250 mV (SHE). Sin embargo, pruebas han mostrado que el agrietamiento intergranular por corrosión bajo tensión (IGSCC) de las tuberías de BWR se mitiga cuando el ECP del acero inoxidable sensibilizado se reduce hasta menos de -230 mV (SHE) y la conductividad del refrigerante del reactor es inferior a 0,3 S/cm a 25ºC (77ºF). Actualmente, el IGSCC se mitiga durante las condiciones de funcionamiento a potencia normal proporcionando una inyección de hidrógeno al agua del reactor. Esto reduce el potencial de corrosión electroquímica (ECP) de aleaciones a base de níquel y acero inoxidable, mitigando de ese modo el IGSCC.
La química del agua con hidrógeno (HWC) está destinada a proteger las partes internas del reactor así como las tuberías. La adición de hidrógeno suprime la descomposición radiolítica del agua en la región del núcleo, lo que reduce la formación de especies oxidantes tales como el peróxido de hidrógeno y oxígeno. También proporciona un exceso de hidrógeno disuelto en la región del tubo vertical de bajada, lo que promueve la recombinación radiolítica de oxidantes residuales en el agua en recirculación. En regiones en las que la concentración de oxidantes en el agua del reactor se reduce hasta menos de 3 ppb (O2 equivalente) se elimina la fuerza motriz del ECP para el IGSCC. Un inconveniente para la HWC es que provoca que los niveles de radiación del conducto de vapor principal aumenten varias veces el nivel sin inyección de hidrógeno debido a la producción de N-16 y el arrastre con el vapor.
La inyección de hidrógeno con adición química de metales nobles (NMCA+HWC) proporciona un medio para lograr la protección frente al IGSCC de la HWC sin un aumento grande en los niveles de radiación del conducto de vapor principal. La NMCA implica la deposición de pequeñas cantidades de metal noble (es decir, platino, rodio) sobre las superficies humedecidas en contacto con el refrigerante del reactor. Estas catalizan las reacciones de recombinación del hidrógeno con el peróxido de hidrógeno y oxígeno en esas superficies. La respuesta de ECP de las superficies tratadas es similar a la del platino. Se consiguen ECP protectores cuando la razón molar de hidrógeno con respecto al oxidante total en el agua del reactor alcanza un valor igual a o superior a dos, que se alcanza a concentraciones de hidrógeno del agua de alimentación muy bajas (habitualmente entre 0,1 ppm y 0,3 ppm), aproximadamente un orden de magnitud inferior al requerido por la HWC.
Una ventaja importante de la NMCA es que no hay aumento o sólo un poco en la radiación del conducto de vapor principal por la actividad de N-16 a los bajos niveles de adición de hidrógeno. Sin embargo, el agrietamiento que puede iniciarse o propagarse durante periodos en los que no hay hidrógeno disponible, puede no mitigarse cuando se restablece el hidrógeno. Cuando las grietas crecen más allá de una longitud crítica, los oxidantes en la masa de agua pueden aumentar el ECP de las superficies de grietas recientes por encima de -230 mV (SHE). Este fenómeno se denomina "flanqueo de las grietas".
Los efectos de la temperatura sobre los materiales también pueden ser significativos en el IGSCC. Basándose en datos disponibles, en entornos de BWR de relativamente alta pureza/no transitorios/por debajo del nivel de acción 1, la...
Reivindicaciones:
1. Método de protección de reactores BWR, que comprende las etapas de:
2. Método según la reivindicación 1, en el que el aditivo de mitigación es una amina.
3. Método según la reivindicación 1, en el que el aditivo de mitigación es hidrazina.
4. Método según la reivindicación 1, en el que el aditivo de mitigación es carbohidrazida.
5. Método según la reivindicación 1, en el que el aditivo de mitigación se usa para eliminar oxígeno disuelto durante el calentamiento de la planta desde sesenta y cinco grados centígrados hasta ciento veintiún grados centígrados.
6. Método según la reivindicación 1, en el que el aditivo de mitigación se inyecta en una corriente de agua que fluye de la planta como disolución líquida.
7. Método según la reivindicación 1, en el que el aditivo de mitigación se inyecta en un sistema de limpieza de agua del reactor del reactor BWR.
8. Método según la reivindicación 1, en el que el aditivo de mitigación se inyecta en un sistema de recirculación del reactor del reactor BWR.
9. Método según la reivindicación 8, en el que el aditivo de mitigación se inyecta en una toma del instrumento de presión diferencial de la bomba de recirculación del sistema de recirculación del reactor.
10. Método según la reivindicación 8, en el que el aditivo de mitigación se inyecta en un circuito cerrado de recirculación de agua del reactor del sistema de recirculación del reactor.
11. Método según la reivindicación 1, en el que el aditivo de mitigación se inyecta en un sistema de accionamiento de las barras de control del reactor BWR.
12. Método según la reivindicación 1, en el que el aditivo de mitigación se inyecta durante una prueba de fuga de presión hidrostática del reactor.
13. Método según la reivindicación 1, en el que el aditivo de mitigación se inyecta cuando la potencia del reactor es inferior al 1%.
14. Método según la reivindicación 1, en el que el aditivo de mitigación se inyecta a medida que la potencia del reactor se aumenta hasta el 5%.
15. Método de protección de reactores BWR frente a la corrosión durante la puesta en marcha, que comprende las etapas de:
16. Método según la reivindicación 15, en el que el aditivo de mitigación se inyecta en el reactor BWR durante la prueba de presión hidrostática en una ubicación seleccionada del grupo que consiste en un conducto de muestra del sistema de recirculación y una toma de presión diferencial de la bomba de recirculación.
17. Método según la reivindicación 15, que incluye además la etapa de inyectar el aditivo de mitigación en el reactor BWR durante el calentamiento inicial.
18. Método según la reivindicación 15, que incluye además la etapa de inyectar el aditivo de mitigación en el reactor BWR durante el llenado inicial del recipiente antes de la prueba hidrostática.
19. Método según la reivindicación 15, que incluye además la etapa de inyectar el aditivo de mitigación en el reactor BWR tras el inicio de una primera bomba de recirculación del reactor.
20. Método según la reivindicación 15, en el que el aditivo de mitigación es una amina seleccionada del grupo que consiste en hidrazina y carbohidrazida.
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