Impianto per la prevenzione del riempimento di un generatore di vapore (ID)
Tipologia
Fascicolo
Descrizione
Titolo originale: "System for the prevention of filling of a steam generator"
Corrispondenza tra Ansaldo (ing. Bozzoni, avv. Salvadè) e studio di consulenza Jacobacci, Casetta & Perani.
Specifiche del brevetto
Titolare: Ansaldo Spa
Inventori: Roberto Adinolfi, Bruno Chiantore
Riassunto: L’invenzione si riferisce ad un impianto per la prevenzione del riempimento di un generatore di vapore, attraversato dal fascio tubiero del fluido primario, che prevede una zona inferiore contenente la fase liquida del fluido secondario ed una zona superiore contenente la fase vapore dello stesso fluido secondario.
Detto generatore di vapore, oltre ai condotti di adduzione e scarico del fluido primario e secondario, prevede un condotto di deflusso per la fase liquida, raccordato in parallelo ad un pressurizzatore e ad un serbatoio di sfioro.
Definizione del campo della tecnica in cui si colloca l’invenzione: L’invenzione è applicabile ad impianti nucleari a ciclo indiretto per la produzione di energia elettrica e, più in particolare, ai sistemi finalizzati a prevenire il rilascio di radioattività dovuto a situazioni incidentali, provocate da rotture di tubi del generatore di vapore, all’esterno del contenitore.
Problema da risolvere: Nelle centrali di potenza a ciclo indiretto si distinguono i due seguenti circuiti principali di trasferimento del calore:
1) un circuito primario, dove il fluido scambiatore primario asporta il calore derivante dalla reazione nucleare al combustibile nucleare e lo cede al fluido secondario per produrre energia;
2) un circuito secondario, in cui circola il fluido secondario sopraccitato, dove il vapore prodotto è utilizzato per alimentare una turbina, collegata ad un alternatore, che genera energia elettrica.
A seguito della rottura di uno o più tubi del generatore di vapore, poiché la pressione del circuito primario è inizialmente più grande di quella del lato secondario del generatore di vapore, il refrigerante primario fluisce dai tubi rotti verso il circuito secondario; come conseguenza di detta perdita di refrigerante, il livello del pressurizzatore va diminuendo con un tasso che dipende dal diametro della rottura e dal numero di tubi rotti.
La pressione del circuito primario diminuisce in seguito all’espansione del vapore contenuto nel pressurizzatore.
Se la perdita supera le capacità di reintegro del sistema di controllo del pressurizzatore, la massa di refrigerante primario continua a diminuire fino a giungere ad un segnale di spegnimento del reattore.
Sul lato secondario, l’adduzione di fluido primario radioattivo aumenta l’attività del refrigerante secondario, determinando indicazioni di alta attività, significativa dell’incidente in corso e, contemporaneamente, la portata d’acqua alimento al generatore rotto si riduce automaticamente per compensare l’aumento di livello dovuto alla portata entrante attraverso la rottura; conseguentemente, si verifica uno sbilanciamento tra la portata vapore e quella alimento; questo consente di stabilire il generatore in cui è avvenuta la rottura.
La diminuzione della pressione del circuito primario porta all’intervento del sistema d’iniezione d’emergenza nonché all’isolamento della linea di acqua alimento principale ai generatori di vapore e l’adduzione di acqua d’alimento d’emergenza al generatore di vapore.
L’adduzione di acqua alimento d’emergenza al generatore di vapore e l’iniezione d’emergenza al lato primario permettono di assorbire il calore di decadimento del reattore; inoltre, l’iniezione d’acqua nel circuito primario comporta l’aumento del livello del pressurizzatore e, conseguentemente, l’aumento di pressione.
Tecnica nota: L’operatore fronteggia l’incidente, in primo luogo, isolando il generatore rotto.
Dopo l’isolamento, il circuito primario è raffreddato ad una temperatura minore di quella di saturazione corrispondente alla pressione del generatore rotto, depressurizzando progressivamente i generatori intatti; a questo punto, la portata d’acqua di raffreddamento d’emergenza del circuito primario può essere interrotta, abbassando così la pressione del circuito primario ed interrompendo la perdita attraverso il tubo rotto.
La temperatura del circuito primario, il livello del pressurizzatore e quello del generatore di vapore rotto tendono a stabilizzarsi ed il rilascio incontrollato di effluenti radioattivi cessa di conseguenza.
Limiti della tecnica nota: Le operazioni che deve svolgere l’operatore a seguito dell’incidente di rottura di un tubo del generatore di vapore, per terminare il rilascio di radioattività nell’ambiente, sono complesse perché richiedono quanto segue:
• la diagnosi della natura dell’incidente;
• l’individuazione del generatore di vapore affetto dalla rottura ed il suo isolamento;
• il raffreddamento e la depressurizzazione del sistema primario fino ad equalizzare le pressioni, al fine di consentire l’interruzione della perdita attraverso la rottura.
Data la complessità delle operazioni suddette, non è possibile escludere il rischio che l’operatore non riesca ad evitare il riempimento del generatore nel quale si è creato il guasto, con conseguente scarico di liquido dalle valvole di sicurezza e/o nelle valvole di sfioro del generatore di vapore con rischio di apertura delle valvole stesse in quanto non qualificate allo scarico in fase liquida.
Definizione del problema tecnico risolto dall’invenzione: L’invenzione consente all’operatore una capacità di diagnosi e di controllo dell’incidente che si produrrebbe in seguito alla rottura di uno o più tubi del generatore di vapore e, a tal fine, prevede quanto segue:
• l’introduzione di una misura di livello ridondante nel generatore di vapore, che copre il campo tra il livello normale di funzionamento e la sommità del generatore di vapore, per consentire la diagnosi da più di un generatore di vapore e la supervisione dell’andamento dell’incidente;
• l’introduzione di un sistema di protezione contro il completo riempimento del generatore di vapore, al fine di prevenire l’allagamento del generatore stesso e delle linee vapore, causato da rotture singole o anche multiple di tubi del generatore di vapore.
Esposizione dell’idea inventiva: Forma oggetto della presente invenzione un impianto per la prevenzione del riempimento di un generatore di vapore comprendente quanto segue:
• un fascio tubiero, nel quale circola un fluido primario costituito da acqua pressurizzata;
• una zona inferiore, nella quale è contenuta la fase liquida del fluido secondario, che è costituito da acqua e da vapore d’acqua;
• mezzi da adduzione e scarico del fluido primario e del fluido secondario.
La zona superiore dello scambiatore di calore è dotata di mezzi sensori del livello della fase liquida e di un condotto di deflusso della fase liquida eventualmente in eccesso ad un serbatoio sfioro, connesso in parallelo ad un pressurizzatore.
Il condotto di deflusso della fase liquida in eccesso presenta le seguenti caratteristiche:
• è dotato di mezzi di interconnessione comandabili eventualmente attraverso i mezzi sensori del livello della fase liquida all’interno del generatore di vapore;
• prevede almeno due diramazioni in parallelo, ciascuna dotata di mezzi di intercettazione indipendenti, a monte delle quali è prevista una valvola di intercettazione ausiliaria.
Descrizione di almeno un esempio di realizzazione: Secondo uno schema semplificato dell’invenzione, per ogni generatore, è prevista una linea A, che è connessa con il lato secondario del generatore di vapore ed è finalizzata a prevenire il completo riempimento del generatore di vapore in seguito alla rottura di un tubo; detta linea consente infatti di scaricare dal lato secondario del serbatoio rotto al serbatoio di sfioro del pressurizzatore mediante una tubazione di scarico delle valvole di sicurezza del pressurizzatore.
Due valvole di controllo sono installate in parallelo in ogni linea e una valvola d’isolamento è prevista a monte del parallelo di detta valvola di controllo per consentire la manutenzione della linea A in caso di apertura accidentale delle due valvole di controllo suddette.
Vantaggi
1) Prevenire il rilascio di liquido radioattivo nell’ambiente esterno, confinando detto liquido all’interno del contenitore primario;
2) Limitare il rilascio della radioattività trasportata dalla fase vapore durante la fase di recupero dell’incidente;
3) Mantenere la disponibilità di una quantità adeguata di acqua borata, per consentire, tramite il sistema d’iniezione di emergenza, il raffreddamento del nocciolo e la sua sotto-criticità a tempo indefinito, confinando il liquido scaricato nella sentina del contenitore primario;
4) Mettere l’operatore in grado di identificare in tempi brevi l’incidente ed il generatore rotto e di mantenere sotto controllo il livello d’acqua del generatore durante l’evolversi del transitorio;
5) Controllare eventuali perdite di fluido secondario durante il normale funzionamento dell’impianto, collegando la tubazione di scarico ad un serbatoio chiuso;
6) Rimanere operante anche in fase di scarico simultaneo da più di un generatore di vapore;
7) Garantire la funzionalità del condotto di deflusso sia in chiusura, sia in apertura, a fronte di qualsiasi guasto singolo di componente meccanico o elettrico;
8) Mantenere il livello dell’acqua nel lato secondario del generatore di vapore in una banda tale da minimizzare l’ingresso di vapore nella linea di scarico del sistema di prevenzione del riempimento;
9) Stabilizzare la temperatura del circuito primario, il livello del pressurizzatore e quello del generatore di vapore e, quindi, cessare il rilascio incontrollato di effluenti radioattivi.
Corrispondenza tra Ansaldo (ing. Bozzoni, avv. Salvadè) e studio di consulenza Jacobacci, Casetta & Perani.
Specifiche del brevetto
Titolare: Ansaldo Spa
Inventori: Roberto Adinolfi, Bruno Chiantore
Riassunto: L’invenzione si riferisce ad un impianto per la prevenzione del riempimento di un generatore di vapore, attraversato dal fascio tubiero del fluido primario, che prevede una zona inferiore contenente la fase liquida del fluido secondario ed una zona superiore contenente la fase vapore dello stesso fluido secondario.
Detto generatore di vapore, oltre ai condotti di adduzione e scarico del fluido primario e secondario, prevede un condotto di deflusso per la fase liquida, raccordato in parallelo ad un pressurizzatore e ad un serbatoio di sfioro.
Definizione del campo della tecnica in cui si colloca l’invenzione: L’invenzione è applicabile ad impianti nucleari a ciclo indiretto per la produzione di energia elettrica e, più in particolare, ai sistemi finalizzati a prevenire il rilascio di radioattività dovuto a situazioni incidentali, provocate da rotture di tubi del generatore di vapore, all’esterno del contenitore.
Problema da risolvere: Nelle centrali di potenza a ciclo indiretto si distinguono i due seguenti circuiti principali di trasferimento del calore:
1) un circuito primario, dove il fluido scambiatore primario asporta il calore derivante dalla reazione nucleare al combustibile nucleare e lo cede al fluido secondario per produrre energia;
2) un circuito secondario, in cui circola il fluido secondario sopraccitato, dove il vapore prodotto è utilizzato per alimentare una turbina, collegata ad un alternatore, che genera energia elettrica.
A seguito della rottura di uno o più tubi del generatore di vapore, poiché la pressione del circuito primario è inizialmente più grande di quella del lato secondario del generatore di vapore, il refrigerante primario fluisce dai tubi rotti verso il circuito secondario; come conseguenza di detta perdita di refrigerante, il livello del pressurizzatore va diminuendo con un tasso che dipende dal diametro della rottura e dal numero di tubi rotti.
La pressione del circuito primario diminuisce in seguito all’espansione del vapore contenuto nel pressurizzatore.
Se la perdita supera le capacità di reintegro del sistema di controllo del pressurizzatore, la massa di refrigerante primario continua a diminuire fino a giungere ad un segnale di spegnimento del reattore.
Sul lato secondario, l’adduzione di fluido primario radioattivo aumenta l’attività del refrigerante secondario, determinando indicazioni di alta attività, significativa dell’incidente in corso e, contemporaneamente, la portata d’acqua alimento al generatore rotto si riduce automaticamente per compensare l’aumento di livello dovuto alla portata entrante attraverso la rottura; conseguentemente, si verifica uno sbilanciamento tra la portata vapore e quella alimento; questo consente di stabilire il generatore in cui è avvenuta la rottura.
La diminuzione della pressione del circuito primario porta all’intervento del sistema d’iniezione d’emergenza nonché all’isolamento della linea di acqua alimento principale ai generatori di vapore e l’adduzione di acqua d’alimento d’emergenza al generatore di vapore.
L’adduzione di acqua alimento d’emergenza al generatore di vapore e l’iniezione d’emergenza al lato primario permettono di assorbire il calore di decadimento del reattore; inoltre, l’iniezione d’acqua nel circuito primario comporta l’aumento del livello del pressurizzatore e, conseguentemente, l’aumento di pressione.
Tecnica nota: L’operatore fronteggia l’incidente, in primo luogo, isolando il generatore rotto.
Dopo l’isolamento, il circuito primario è raffreddato ad una temperatura minore di quella di saturazione corrispondente alla pressione del generatore rotto, depressurizzando progressivamente i generatori intatti; a questo punto, la portata d’acqua di raffreddamento d’emergenza del circuito primario può essere interrotta, abbassando così la pressione del circuito primario ed interrompendo la perdita attraverso il tubo rotto.
La temperatura del circuito primario, il livello del pressurizzatore e quello del generatore di vapore rotto tendono a stabilizzarsi ed il rilascio incontrollato di effluenti radioattivi cessa di conseguenza.
Limiti della tecnica nota: Le operazioni che deve svolgere l’operatore a seguito dell’incidente di rottura di un tubo del generatore di vapore, per terminare il rilascio di radioattività nell’ambiente, sono complesse perché richiedono quanto segue:
• la diagnosi della natura dell’incidente;
• l’individuazione del generatore di vapore affetto dalla rottura ed il suo isolamento;
• il raffreddamento e la depressurizzazione del sistema primario fino ad equalizzare le pressioni, al fine di consentire l’interruzione della perdita attraverso la rottura.
Data la complessità delle operazioni suddette, non è possibile escludere il rischio che l’operatore non riesca ad evitare il riempimento del generatore nel quale si è creato il guasto, con conseguente scarico di liquido dalle valvole di sicurezza e/o nelle valvole di sfioro del generatore di vapore con rischio di apertura delle valvole stesse in quanto non qualificate allo scarico in fase liquida.
Definizione del problema tecnico risolto dall’invenzione: L’invenzione consente all’operatore una capacità di diagnosi e di controllo dell’incidente che si produrrebbe in seguito alla rottura di uno o più tubi del generatore di vapore e, a tal fine, prevede quanto segue:
• l’introduzione di una misura di livello ridondante nel generatore di vapore, che copre il campo tra il livello normale di funzionamento e la sommità del generatore di vapore, per consentire la diagnosi da più di un generatore di vapore e la supervisione dell’andamento dell’incidente;
• l’introduzione di un sistema di protezione contro il completo riempimento del generatore di vapore, al fine di prevenire l’allagamento del generatore stesso e delle linee vapore, causato da rotture singole o anche multiple di tubi del generatore di vapore.
Esposizione dell’idea inventiva: Forma oggetto della presente invenzione un impianto per la prevenzione del riempimento di un generatore di vapore comprendente quanto segue:
• un fascio tubiero, nel quale circola un fluido primario costituito da acqua pressurizzata;
• una zona inferiore, nella quale è contenuta la fase liquida del fluido secondario, che è costituito da acqua e da vapore d’acqua;
• mezzi da adduzione e scarico del fluido primario e del fluido secondario.
La zona superiore dello scambiatore di calore è dotata di mezzi sensori del livello della fase liquida e di un condotto di deflusso della fase liquida eventualmente in eccesso ad un serbatoio sfioro, connesso in parallelo ad un pressurizzatore.
Il condotto di deflusso della fase liquida in eccesso presenta le seguenti caratteristiche:
• è dotato di mezzi di interconnessione comandabili eventualmente attraverso i mezzi sensori del livello della fase liquida all’interno del generatore di vapore;
• prevede almeno due diramazioni in parallelo, ciascuna dotata di mezzi di intercettazione indipendenti, a monte delle quali è prevista una valvola di intercettazione ausiliaria.
Descrizione di almeno un esempio di realizzazione: Secondo uno schema semplificato dell’invenzione, per ogni generatore, è prevista una linea A, che è connessa con il lato secondario del generatore di vapore ed è finalizzata a prevenire il completo riempimento del generatore di vapore in seguito alla rottura di un tubo; detta linea consente infatti di scaricare dal lato secondario del serbatoio rotto al serbatoio di sfioro del pressurizzatore mediante una tubazione di scarico delle valvole di sicurezza del pressurizzatore.
Due valvole di controllo sono installate in parallelo in ogni linea e una valvola d’isolamento è prevista a monte del parallelo di detta valvola di controllo per consentire la manutenzione della linea A in caso di apertura accidentale delle due valvole di controllo suddette.
Vantaggi
1) Prevenire il rilascio di liquido radioattivo nell’ambiente esterno, confinando detto liquido all’interno del contenitore primario;
2) Limitare il rilascio della radioattività trasportata dalla fase vapore durante la fase di recupero dell’incidente;
3) Mantenere la disponibilità di una quantità adeguata di acqua borata, per consentire, tramite il sistema d’iniezione di emergenza, il raffreddamento del nocciolo e la sua sotto-criticità a tempo indefinito, confinando il liquido scaricato nella sentina del contenitore primario;
4) Mettere l’operatore in grado di identificare in tempi brevi l’incidente ed il generatore rotto e di mantenere sotto controllo il livello d’acqua del generatore durante l’evolversi del transitorio;
5) Controllare eventuali perdite di fluido secondario durante il normale funzionamento dell’impianto, collegando la tubazione di scarico ad un serbatoio chiuso;
6) Rimanere operante anche in fase di scarico simultaneo da più di un generatore di vapore;
7) Garantire la funzionalità del condotto di deflusso sia in chiusura, sia in apertura, a fronte di qualsiasi guasto singolo di componente meccanico o elettrico;
8) Mantenere il livello dell’acqua nel lato secondario del generatore di vapore in una banda tale da minimizzare l’ingresso di vapore nella linea di scarico del sistema di prevenzione del riempimento;
9) Stabilizzare la temperatura del circuito primario, il livello del pressurizzatore e quello del generatore di vapore e, quindi, cessare il rilascio incontrollato di effluenti radioattivi.
Data testuale
1986 luglio 12 - 1992 luglio 24
Estremi cronologici
July 12, 1986 – July 24, 1992
Consistenza
cc. 27
Stato di conservazione
Ottimo
Soggetto produttore
Identificativo
BRA.000055
Collocazione
Deposito 420
Note
a domanda di brevetto è stata estesa in Jugoslavia (Croazia dal 25 giugno1991), Spagna, Svizzera, Germania, Egitto.
In Italia, Germania, Croazia, Spagna e Svizzera il brevetto era stato rilasciato
In Italia, Germania, Croazia, Spagna e Svizzera il brevetto era stato rilasciato
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