Verificación de Gu´ıas de Gestión de Accidente Severo. Secuencias de SBO en reactores PWR

234 Pages·2017·14.23 MB·Spanish

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UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID
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ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIEROS
INDUSTRIALES
Veri(cid:12)caci(cid:19)on de Gu(cid:19)(cid:16)as de Gesti(cid:19)on de Accidente Severo.
Secuencias de SBO en reactores PWR
TESIS DOCTORAL
Luis Mena Rosell
M´aster en Ciencia y Tecnolog´ıa Nuclear.
ETSI Industriales, UPM
2017

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DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ENERGETICA
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ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIEROS
INDUSTRIALES
Veri(cid:12)caci(cid:19)on de Gu(cid:19)(cid:16)as de Gesti(cid:19)on de Accidente Severo.
Secuencias de SBO en reactores PWR
TESIS DOCTORAL
Autor: Luis Mena Rosell
M´aster en Ciencia y Tecnolog´ıa Nuclear.
ETSI Industriales, UPM
Director: Dr. Jos´e C´esar Queral Salazar
Doctor en Ciencias F´ısicas
2017
UNIVERSIDADPOLITE(cid:19)CNICADEMADRID
Tribunal nombrado por el Magfco. y Excmo. Sr. Rector de la Universidad Poli-
t´ecnica de Madrid, el d´ıa ...... de ............... de 2017.
Presidente:
Vocal:
Vocal:
Vocal:
Secretario:
Suplente:
Suplente:
Realizado el acto de defensa y lectura de la Tesis el d´ıa ...... de ............... de 2017 en la
ETSI/Facultad...............................................
EL PRESIDENTE EL SECRETARIO
LOS VOCALES

Resumen
Las secuencias de Station Blackout (SBO) en reactores nucleares de agua a presio´n se
encuentran dentro de los accidentes fuera de la Base de Disen˜o ma´s importantes dentro
de la industria nuclear.
Para analizar la problem´atica de la gestio´n de este tipo de secuencias en condiciones de
accidente severo se han ampliado las capacidades de la metodolog´ıa del Ana´lisis Integrado
de Seguridad (ISA) a secuencias de accidente severo, la cual fue desarrollada inicialmente
por el Consejo de Seguridad Nuclear.
La metodolog´ıa ISA es una herramienta que permite obtener los denominados Dominios
de Dan˜o, los cuales se corresponden con la regio´n de los para´metros inciertos donde se
supera un l´ımite de dan˜o para la secuencia de inter´es en funcio´n de los tiempos inciertos
de recuperaci´on de sistemas o de actuaci´on del grupo de operaci´on. Para la elaboracio´n de
la presente tesis, se ha hecho uso del c´odigo termohidr´aulico MAAP4 (Modular Accident
Analysis Program), siendo ´este un c´odigo de car´acter integral espec´ıfico para el ana´lisis
de accidentes severos en reactores de agua ligera.
El objetivo principal de esta tesis doctoral es el ana´lisis detallado sobre la fenomenolog´ıa
(in-vessel) de accidente severo y la gestio´n del accidente por parte del grupo de operaci´on
en secuencias de SBO en un reactor PWR Westinghouse de tres lazos. Como principales
incertidumbressehantenidoencuentaunhipot´eticofallodelacorrientecontinuadespu´es
del SBO y una posible recuperaci´on posterior de la corriente alterna. Las principales
aplicaciones realizadas han sido la verificacio´n de la efectividad de las Gu´ıas de Gesti´on
de Accidente Severo (GGAS) as´ı como la propuesta de posibles cambios en las estrategias
de gesti´on del accidente severo relativas a la progresio´n in-vessel.
Dentro de los ana´lisis realizados se han abordado dos casos altamente diferenciados, como
son:lassecuenciasdeSBOconLOCAdesellosylassecuenciasdeSBOsinLOCAdesellos
gracias a la implementacio´n de los nuevos sellos pasivos en las bombas del refrigerante del
reactor.
Para este an´alisis se han tenido en cuenta diversos l´ımites de dan˜o discretos como: Criterio
de fragilizaci´on de la vaina (temperatura ma´xima de la vaina >1477 K); condiciones de
refrigeracio´n inadecuada del nu´cleo (temperatura a la salida de los termopares >922 K);
fusio´n local en el combustible (temperatura del combustible >2499 K); relocalizaci´on del
combustible en el plenum inferior y finalmente el fallo de vasija. As´ı mismo se han anali-
zado otros indicadores de dan˜o continuo como por ejemplo el porcentaje de combustible
relocalizado.
Como conclusi´on global cabe destacar que la aplicaci´on de la metodolog´ıa ISA para dife-
rentes estrategias de gestio´n de accidente severo ha mostrado la capacidad de la misma
para comparar la eficiencia de dichas alternativas de gesti´on as´ı como la obtenci´on de los
tiempos disponibles para las distintas acciones por parte del grupo de operacio´n.
Abstract
Station Black-Out (SBO) sequences in Light Water Pressurized Reactors comprises one
of the most critical Beyond Design Basis Accident within the nuclear industry.
An extension of the Integrated Safety Analysis (ISA) methodology capabilities to severe
accident sequences have been carried out in order to analyse the problematic of managing
this type of sequences in severe accident conditions, originally developed by the Consejo
de Seguridad Nuclear (CSN).
ISA methodology allows obtaining the so-called Damage Domain (DD), the region of un-
certain parameters space where the damage limit is exceeded, for each sequence of interest
as a function of the uncertain times for systems recovery or crew actuation times. Along
with the development of this thesis, the thermal-hydraulic MAAP4 (Modular Accident
Analysis Program) code is implemented, representing an integral code specifically focused
for severe accident analysis in light water reactors.
The main objective of this thesis is to develop a detailed analysis of the severe accident
(in-vessel) phenomenology and the severe accident management by the crew for SBO se-
quences in a 3-Loop PWR Westinghouse reactor. The main uncertainties considered are
thefailureofdirectcurrentafterSBOandapossiblefurtherrecoveryofthealternatingcu-
rrent.The mainapplications of this workcorrespondto the verificationof the effectiveness
of the different Severe Accident Management strategies and the proposal to implement
possible changes to these strategies with regards to the in-vessel damage progression.
Two different scenarios have been addressed in these analyses: SBO sequences with seal
LOCA and SBO sequences without seal LOCA in the RCPs by the implementation of the
new passive seals in the reactor coolant pumps.
These analyses account for several discrete damage limits such as: cladding embrittlement
criteria (Peak cladding temperature >1477 K), inadequate core cooling conditions (Core
Exit Thermocouples temperature >922 K), local fuel melting (fuel temperature >2499
K), fuel relocation in lower plenum, and finally vessel failure. Other continuous damage
indicators such as percentage of relocated molten core have been also evaluated.
As a general conclusion, the application of ISA methodology to different severe accident
management strategies proves its capability when comparing the impact of the different
management alternatives as well as regarding the allocation of the available times for crew
actions.

Agradecimientos
Despu´es de tantos an˜os realizando esta ardua pero asombrosa investigacio´n, no queda otra
que agradeceros, gracias a toda la ayuda, consejos inspiradores, apoyo y tiempo a todas
aquellas personas que siempre han estado ah´ı y me han guiado hasta este punto en mi
trayectoria.
Quiero agradecer a mi madre, por ser el pilar fundamental en todo lo que soy, en toda mi
educaci´on, tanto acad´emica, como de la vida, por su incondicional apoyo perfectamente
mantenido a trav´es del tiempo. Gracias mam´a por tu paciencia, la comprensi´on, el soporte
y todo el carin˜o recibido d´ıa tras d´ıa. Todo este trabajo sin ti no habr´ıa sido posible.
Tambi´en a toda mi familia, mi abuela Luc´ıa, mi abuelo Mariano, mi hermano Manuel, mi
cun˜ada Cristina, mis t´ıos Tom´as y Javier, mis t´ıas Maria Jesu´s y Nuria, mis primos (Elsa,
Alberto, David y Roberto) y a mis peques Rodrigo y Gonzalo, vuestro apoyo durante toda
mi vida ha sido fundamental, y esta tesis es fruto de todo ello.
Y a Raquel, gracias por hacerme sentir tan querido y por haberme apoyado tanto durante
todo este tiempo, eres incre´ıble, un espejo donde toda persona querr´ıa reflejarse, y sin
tu inestimable carin˜o, amor y ayuda hoy no estar´ıa escribiendo los agradecimientos de la
tesis. Gracias de todo corazo´n.
Es en este punto donde quiero hacer una mencio´n muy especial a mi tutor, C´esar Queral,
qui´en, sin su inestimable ayuda, motivacio´n y confianza esto no habr´ıa sido posible. Has
sido, eres y sera´s un grand´ısimo ejemplo a seguir. Gracias por todos los consejos y toda
tu ayuda y apoyo, todo ello me ha guiado y me ha hecho mejorar en toda mi trayectoria,
tanto docente como laboral. Gracias de todo corazo´n.
Muchas gracias a todos los compan˜eros del despacho 720 del Departamento de Sistemas
Energ´eticos de ETSI Minas que he tenido el placer de conocer a lo largo de la realizaci´on
de esta tesis, Javi, Juan, Julio M., Julio R., Marta, Lidia, Andr´es, Carlos, Luisa, Mar´ıa
Jos´e, gracias a todos por los aportes y los consejos. Sin vosotros esto tampoco habr´ıa sido
posible. Mundina, no me olvido de ti, much´ısimas gracias por tu inestimable ayuda, tu
paciencia, tu compan˜´ıa...eres una persona genial.
Quisiera agradecer de igual manera a todos mis amigos que siempre han aportado su
granito de arena y me han levantado cuando empezaba a dudar de si esto podr´ıa realizar-
se. Richi, Juanjo, Andr´es, Luna, Corzo, Guille, Laura, Rolan, Paula, Angelo...sois parte
imprescindible en mi vida, y por ello sois part´ıcipes tambi´en de esto.
Tampoco quisiera olvidarme de mis compan˜eros y amigos de ESS Bilbao, Fernando, An-
gelo, Miguel, Felix, Rau´l, Adri´an, Jorge, Maite, Gorka, In˜igo, Toma´s, Octavio y Paula,
vuestra motivaci´on y apoyo incondicional para que finalice la tesis ha sido fundamental.