DESCRIÇÃO DO SISTEMA DE MONITORAÇÃO DE VAZAMENTOS NO CIRCUITO PRIMÁRIO USADO NA USINA NUCLEAR DE ANGRA 2

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1 DESCRIÇÃO DO SISTEMA DE MONITORAÇÃO DE VAZAMENTOS NO CIRCUITO PRIMÁRIO USADO NA USINA NUCLEAR DE ANGRA 2 Lilian Rose Sobral da Costa e Jorge Eduardo de Sza Mendes ELETRONUCLEAR - Eletrobrás Termonuclear S. A. Rua da Candelária, 65-7 o. andar Centro - CEP Rio de Janeiro - RJ Tel.: (021) Fax (021) RESUMO Este trabalho descreve o sistema de monitoração de vazamentos no circuito primário instalado na usina de Angra2. Este sistema desempenha a função de detectar, localizar e quantificar pequenos vazamentos onde a exclusão de ruptura é prevista. A exclusão de ruptura é prevista nos sistemas que incluem a fronteira de pressão do sistema de refrigeração do reator, linhas de vapor principal e água de alimentação dentro do edifício do reator e na estação de válvulas principais de segurança e alívio no compartimento de válvulas de vapor principal e água de alimentação. Palavras-Chave: instrumentação, vazamento, ruptura, monitoração, Angra 2. I. INTRODUCTION O sistema de monitoração de vazamentos no circuito primário desempenha a função de detectar, localizar e quantificar vazamentos onde a exclusão de ruptura é prevista. Estes sistemas incluem a fronteira de pressão do sistema de refrigeração do reator, linhas de vapor principal e água de alimentação dentro do edifício do reator (UJA) e na estação de válvulas principais de segurança e alívio no compartimento de válvulas (UJE) de vapor principal e água de alimentação. Estes vazamentos podem ocorrer, dependendo da operação, nos locais de vedação (flanges, selos mecânicos, etc.), devido a fissuras nas paredes das tubulações. Uma identificação em tempo hábil de um vazamento eleva a disponibilidade e segurança da usina nuclear, pela introdução de medidas correspondentes. Este trabalho descreve o sistema de monitoração de vazamentos no circuito primário (sistema JMY) e os procedimentos de medição empregados. II. TAREFAS DO SISTEMA O sistema de monitoração de vazamentos no circuito primário é um sistema operacional. Através dele devem ser detectados pequenos vazamentos, que ainda não conduzem à atuação do sistema de proteção do reator. Ele é um sistema de monitoração para atender o conceito de exclusão de ruptura, isto é, o sistema é capaz de identificar pequenos vazamentos antes que eles possam se transformar em grandes rupturas. A identificação, localização e quantificação de vazamentos na fronteira de pressão do sistema de refrigeração do reator, bem como nas linhas de vapor principal e da água de alimentação dentro da esfera de contenção, é feita através da instrumentação instalada, em parte, de forma diversificada. Além disso, no compartimento de válvulas, as válvulas de segurança e de alívio de vapor principal e suas tubulações são monitoradas quanto a vazamentos. A ultrapassagem dos valores limite prédeterminados provoca o disparo de alarmes de falha, por parte do sistema. As medidas a serem tomadas, após isto, pelo pessoal de operação são apresentadas no manual de operação da usina. Nas salas não acessíveis durante a operação normal de potência, são efetuadas diferentes medições, que devem prestar esclarecimentos sobre o local e a intensidade de possíveis vazamentos. Nas áreas acessíveis são realizadas medições simples e a localização do vazamento é feita por inspeção visual. Basicamente as áreas não acessíveis são

2 as salas de grandes equipamentos e as áreas acessíveis são as salas de operação e o compartimento de válvulas (UJE). Estas áreas são apresentadas esquematicamente na figura 1. Na área das salas de grandes equipamentos existem pequenas salas onde estão localizados sistemas auxiliares. Estas salas denominadas salas de pequenos equipamentos também são monitoradas. isto não é possível, por razões radiológicas, existem informações redundantes e diversificadas suficientes à disposição. Como as salas de grandes equipamentos da usina não são acessíveis em operação de potência, os sensores estão dispostos em série (em relação ao fluxo de ar devido ao sistema de ventilação) de maneira que a falha de um sensor de medição não impede a identificação do vazamento; ele simplesmente dificulta a sua localização. Como sinais adicionais, são colocados ainda à disposição a medida de condensação nos resfriadores de ar do sistema de recirculação e a medida do nível de água nos poços de drenagem dos prédios. Como as salas de operação e o compartimento de válvulas (UJE) são acessíveis durante operação de potência, os equipamentos de medição do sistema de monitoração de vazamentos no circuito primário lá instalados podem ser reparados trocados. IV. DESCRIÇÃO GERAL Figura 1. Diagrama esquemático das áreas monitoradas pelo Sistema de Monitoração de Vazamentos no Circuito Primário Com base nos locais e procedimentos de medição previstos, os pontos de medição deste sistema acusam também vazamentos em tros sistemas, que estão instalados dentro da esfera de contenção. III. DESCRIÇÃO DO SISTEMA Os equipamentos de medição do sistema de monitoração de vazamentos no circuito primário são projetados para as seguintes condições ambientais: Edifício do Reator (UJA) - temperatura: < 100 C - umidade relativa: < 100 % - pressão: < 30 mbar Compartimento de Válvulas (UJE) - temperatura: < 115 C - umidade relativa: < 100 % - pressão: < 500 mbar A instrumentação é de tal forma projetada, para que um reparo, uma troca, de equipamentos defeituosos possa ser realizada durante a operação de potência. Onde Existem vazamentos identificáveis (dentro de um sistema para tro) e vazamentos não identificáveis na atmosfera dentro da esfera de contenção. Os vazamentos não identificáveis serão detectados pelo sistema de monitoração de vazamentos no circuito primário. Existem os seguintes tipos de vazamentos identificáveis: Vazamentos dos selos mecânicos das bombas de refrigeração principal (BRR): Os vazamentos de baixa pressão nas BRR s são controlados continuamente por medidores de vazão do sistema de drenagem dos equipamentos do edifício do reator. Vazamentos do selo da parte superior do vaso de pressão do reator: Estes vazamentos são coletados num tanque coletor de vazamentos, cuja drenagem ocorre quando a medição do nível atinge um determinado limite. A freqüência de ativação da válvula de dreno fornece uma indicação sobre a quantidade de vazamento. Vazamentos do flange da válvula de isolamento de alívio do pressurizador e flanges das válvulas de isolamento dos sistemas de controle de volume e sistema de remoção de calor residual: Estes vazamentos são controlados através de visores, para o resfriador e o poço de drenagem. Os visores podem ser lidos, a partir das áreas acessíveis. Vazamentos da proteção contra ruptura da carcaça da válvula: Estes vazamentos são controlados através de visores, para os resfriadores e o poço de drenagem. Os visores podem ser lidos, a partir das áreas acessíveis. Vazamentos de tubos dos geradores de vapor: Os seguintes pontos de medição de atividade se acham disponíveis para a detecção de vazamentos nos tubos dos geradores de vapor:

3 - uma medição da atividade proveniente do sistema de purga do gerador de vapor para cada gerador de vapor; - uma medição da atividade dos gases não condensáveis drenados do condensador; - 6 pontos de medição para a detecção da atividade de N-16 (2 métodos diferentes de medição, 3 detetores para cada método). Vazamentos do pressurizador para o tanque de alívio do pressurizador através do dispositivo de desgaseificação das válvulas de alívio e segurança do pressurizador e de suas válvulas piloto: Estes vazamentos são avaliados pela freqüência de atuação do circuito de refrigeração de alívio do pressurizador (controle de temperatura do tanque de alívio do pressurizador) e pelos ciclos de drenagem do tanque de alívio do pressurizador (controle de nível do tanque de alívio do pressurizador). Vazamentos das válvulas de segurança do sistema de controle de volume e sistema de remoção de calor residual para o tanque de alívio do pressurizador: Estes vazamentos são iniciados pelos ciclos de drenagem do tanque de alívio do pressurizador (controle de nível do tanque de alívio do pressurizador). As salas de grandes equipamentos que não são acessíveis durante a operação contém: a fronteira de pressão do sistema de refrigeração do reator, as conexões de tubulações para sistemas auxiliares, as linhas de água de alimentação e as linhas de vapor principal dentro do edifício do reator (UJA). Dependendo do tamanho, vazamentos nestes sistemas podem ser detectados através das medidas das seguintes variáveis nas salas de grandes equipamentos: a) medição da umidade e temperatura do ar ambiente para o cálculo do ponto de orvalho; b) medição da condensação nos resfriadores de ar do sistema de recirculação de ar; c) medição do nível de água nos poços de drenagem das bombas; d) medição da pressão na esfera de contenção (UJA) através do sistema de ventilação no interior da contenção; e) medição da radioatividade através do sistema de monitoração de atividade. As grandezas de medição acima permitem, não só uma indicação global sobre a existência de um vazamento, mas também uma localização do vazamento, com base no fluxo de ar do sistema de recirculação de ar. Isto vale, sobretudo, para vazamentos dentro das salas de grandes equipamentos. A medição de umidade (ponto de orvalho) é necessária pois somente a temperatura ambiente não é suficientemente expressiva para identificar vazamentos, porque o ar ambiente é resfriado pelos resfriadores de recirculação que são refrigerados por sistemas de refrigeração. Os resfriadores mantém a temperatura num intervalo (dependente da temperatura da água da baia de Itaorna) de aproximadamente 22 o C a 28 o C (temperatura de entrada a operação normal), portanto é necessário a medição de umidade para se detectar pequenos vazamentos. Nas salas com acesso pleno durante operação de potência, basta a detecção do vazamento. A exata localização do vazamento é feita por uma inspeção visual. Pontos de Medição nas diversas áreas das Salas de Grandes Equipamentos. As tabelas de 1 a 5 mostram os sensores e suas localizações. TABELA 1. Pontos de Medição de Temperatura e Temperatura do Ponto de Orvalho Próximo as BRR s nos loops 1, 2, 3 e 4. Próximo aos GV s nos loops 1, 2, 3 e 4 Próximo aos dampers de ventilação, nos loops 1, 2, 3 e 4 Na entrada dos recirculadores de ar na salas do loops 1/2, e na sala do loop 3/4 Na entrada e saída do sistema de pressão subatmosférica Na sala do pressurizador, e na sala da estação de válvulas do tanque de alívio do pressurizador Temperatura da sala JMY10 CT001 JMY20 CT001 JMY30 CT001 JMY40 CT001 JMY10 CT002 JMY20 CT002 JMY30 CT002 JMY40 CT002 JMY10 CT003 JMY20 CT003 JMY30 CT003 JMY40 CT003 JMY10 CT004 JMY40 CT004 JMY20 CT004 JMY30 CT004 JMY20 CT005 JMY30 CT005 Temp. Ponto de Orvalho JMY10 CM001 JMY20 CM001 JMY30 CM001 JMY40 CM001 JMY10 CM002 JMY20 CM002 JMY30 CM002 JMY40 CM002 JMY10 CM003 JMY20 CM003 JMY30 CM003 JMY40 CM003 JMY10 CM004 JMY40 CM004 JMY20 CM004 JMY30 CM004 JMY20 CM005 JMY30 CM005 TABELA 2. Pontos de Medição de Condensação Nos recirculadores de ar na sala dos loops 1/2 e na sala do loop 3/4 Condensação JMY10 CF001 JMY20 CF001

4 TABELA 3. Pontos de Medição de Nível nos Poços de Dreno TABELA 8. Pontos de Medição de Pressão Diferencial (diferença de pressão em relação à atmosfera) Poço do Loop 1 e 4 Poço do Loop 2 e 3 Nível JMY10 CL001 JMY30 CL001 Salas na área operação P KLA70 CP051 KLA70 CP052 KLA70 CP053 TABELA 4. Pontos de Medição de Pressão Diferencial (diferença de pressão em relação à atmosfera) Salas na área de grandes equipamentos P KLA30 CP051 KLA30 CP052 KLA30 CP053 TABELA 5. Pontos de Medição de Atividade Gás nobre nas salas de grandes equipamentos Gás nobre nas salas de grandes equipamentops Aerossól nas salas de pequenos equipamentos Atividade KLK80 CR001 KLK70 CR001 KLK70 CR031 Pontos de Medição nas diversas áreas das Salas de Operação. As tabelas de 6 a 9 mostram os sensores e suas localizações. TABELA 6. Pontos de Medição de Condensação TABELA 9. Pontos de Medição de Atividade Gás nobre na sala de operação Gás nobre na sala de recarga Aerossól na sala de operação Atividade KLK60 CR001 KLK65 CR001 KLK60 CR031 Pontos de Medição nas salas do Compartimento de Válvulas (UJE). A tabela 10 mostra os sensores de temperatura instalados nas salas do Compartimento de Válvulas de vapor principal e água de alimentação. TABELA 10. Pontos de Medição de Temperatura Nas salas dos resfriadores de ar de recirculação Condensação JMY10 CF002 JMY20 CF002 JMY30 CF002 JMY40 CF002 Sala das válvulas do GV 1 Sala das válvulas do GV 2 Sala das válvulas do GV 3 Sala das válvulas do GV 4 Temperatura da sala JMY10 CT006 JMY20 CT006 JMY30 CT006 JMY40 CT006 TABELA 7. Pontos de Medição de Nível de água nos poços de dreno Poço de dreno 1 Poço de dreno 2 Nível JMY20 CL001 JMY40 CL001 V. PANORAMA OPERACIONAL E DA INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE Panorama Geral. Durante a operação da usina, o sistema de monitoração de vazamentos no circuito primário (JMY) se acha sempre ativado, identifica e localiza vazamentos nos sistemas apresentados na seção IV. As medidas para monitoração de vazamentos se orientam pela condição de acesso das salas monitoradas. Não existem especificações especiais no sistema de monitoração de vazamentos no circuito primário, com vistas ao intervalo de tempo, no qual um vazamento deve ser detectado, devido ao lento avanço da fissura.

5 As medições dos diferentes parâmetros de vazamentos ocorrem continuamente, por meio de respectivos aparelhos de medição nas salas de grandes equipamentos da usina, salas de operação, e compartimento de válvulas. Se determinados valores limites forem excedidos, nas medições, ocorrerão alarmes individuais através do sistema de alarme por computador. Estes alarmes são vistos num monitor de vídeo e registrados. Os alarmes individuais são apropriadamente agrupados e anunciados, sob forma de alarmes coletivos, através do sistema de alarme convencional (lâmpadas no painel da sala de controle). Através destes alarmes não são acionadas quaisquer medidas automáticas. Valores Limite e Efetividade para as Salas de Grandes Equipamentos. A temperatura do ponto de orvalho é uma grandeza de medição, que reage com maior sensibilidade a vazamentos. A experiência demonstra que, mesmo pequenos vazamentos, que ainda não conduzam à precipitação de condensado no resfriador de recirculação de ar, se tornam perceptíveis através da temperatura do ponto de orvalho. O arranjo dos sensores permite que o vazamento seja localizado baseado nas alterações das medições dos circuitos afetados. Vazamento de vapor pode ser quantitativamente estimado pela comparação dos pontos de medida para a temperatura do ponto de orvalho do suprimento e exaustão de ar do sistema de pressão sub-atmosférica. A uma taxa do fluxo de ar de 1000 m 3 /h, um vazamento contínuo de 0,01 kg/s aumentaria a temperatura do ponto de orvalho, por exemplo, de 25 o C a 43 o C. O limite de 35 o C (aumento do ponto de orvalho cerca de 10 K) foi especificado preliminarmente baseado na experiência em usinas semelhantes. Durante o comissionamento este valor ainda será adaptado as condições específicas da usina Angra 2. Nas salas de pequenos equipamentos com um volume de aproximadamente 100 m 3 este valor é alcançado após 30 s para uma taxa de vazamento de vapor de 0,1kg/s. Para menores taxas de vazamentos e maiores volume de salas este tempo aumenta proporcionalmente. Considerando que os instrumentos de medida estão localizados próximos as tubulações e os dutos do fluxo de ar, menores vazamentos podem ser detectados, mesmo nas salas de grandes equipamentos, antes que a umidade seja dispersada por toda a sala. Vazamentos são quantificados baseados na taxa de condensação. Após uma quantidade suficiente de tempo, vazamentos de vapor devem condensar completamente nos resfriadores de recirculação de ar. Quantidades diminutas de vapor condensado ficam nas paredes permanecem no ar e são removidas pelo sistema de pressão subatmosférica. Portanto, vazamentos muito pequenos (aproximadamente 0,005 kg/s) só podem ser detectados devido o aumento na temperatura do ponto de orvalho. Se a taxa de condensação nos resfriadores alcançar um valor superior a 0,1 kg/s durante a operação de potência, um segundo alarme é disparado. Com base nos dois alarmes, deve ser admitido, que um vazamento ocorreu na região entre os dois pontos de medição. Por motivos radiológicos, o reator deve ser conduzido do estado quente, a condição subcrítica para a localização e possível eliminação de vazamentos. Para a busca de um pequeno vazamento, os circuitos devem permanecer sob pressão de operação. Em presença de um vazamento de cerca de 2,5 kg/s, o sistema de proteção do reator é atuado, por causa do aumento de pressão acima de 30 mbar. O alarme de grupo Sistema de Monitoração de Vazamentos no Circuito Primário nas Salas de Grandes Equipamentos é disparado se a pressão do sistema de refrigeração do reator é maior do que 35 bar e as seguintes condições forem alcançadas: a temperatura do ponto de orvalho num ponto de medida em qualquer dos loops (1/2/3/4) > 35 o C a temperatura do ponto de orvalho num ponto de medida do compartimento do pressurizador > 35 o C nível de água de um dos poços > 0,5 m. Alarmes individuais identificarão o medidor envolvido. Adicionalmente haverá alarme individual se a taxa de condensação dos resfriadores de recirculação do ar > 0,1 kg/s e um dos pontos de temperatura do ponto de orvalho > 35 o C. Valores Limite e Efetividade para as Salas de Operação. Se a precipitação de condensado se elevar ao valor de 0,05 kg/seg. num dos resfriadores de ar de recirculação durante a operação de potência, um alarme é disparado. Por ocasião da partida da unidade, os valores limite podem ser ajustados às particularidades específicas da usina. Para a atividade, vale em princípio o mesmo que para as salas da usina. O alarme de grupo Sistema de Monitoração de Vazamentos no Circuito Primário nas Salas de Operação é disparado se a pressão do sistema de refrigeração do reator > 35 bar e as seguintes condições forem alcançadas: nível em um dos dois poços das salas de operação > 0,5 m taxa de condensação em um dos resfriadores de recirculação de ar > 0,05 kg/s a temperatura do ponto de orvalho da saída de ar (ar de exaustão) > 35 o C e a temperatura do ponto de orvalho da entrada de ar (suprimento de ar) < 35 o C Alarmes individuais identificarão o medidor envolvido. Valores Limite e Efetividade para as Salas do Compartimento de Válvula do Vapor Principal e ägua de Alimentação. Um vazamento nos sistemas de tubulação de vapor principal e água de alimentação causa um aumento na temperatura da sala que é medido próximo ao teto. A

6 temperatura das salas aumenta quando mais calor é liberado do vazamento do que os resfriadores de ar do sistema de recirculação podem remover. O alarme de grupo Sistema de Monitoração de Vazamentos no Circuito Primário nas Salas do Compartimento de Válvulas é disparado se: a temperatura da sala em uma das quatro salas do Compartimento de Válvulas >40 o C e o sistema de recirculação de ar esteja funcionando. Alarmes individuais identificarão o medidor envolvido. VI. CONCLUSÃO O sistema de monitoração de vazamentos no circuito primário detecta, localiza e quantifica vazamentos onde a exclusão de ruptura é prevista: nos sistemas que incluem a fronteira de pressão do sistema de refrigeração do reator, linhas de vapor principal e água de alimentação dentro do edifício do reator (UJA); na estação de válvulas principais de segurança e alívio no compartimento de válvulas (UJE) de vapor principal e água de alimentação. Deste modo o Princípio de Exclusão de Ruptura estabelecido pela autoridade de licenciamento é garantido durante a operação da usina. REFERÊNCIAS [1] T. Otto, Leakage Monitoring System, System Description BRA010/CE/JMY/ rev.b - Siemens/KWU, December [2] Matuschka, Leakage Monitoring System for Pressure Bndary of Primary System JMY, Operating Manual Part 4, Chapter 1.14 Siemens/KWU, May [2] Matuschka, Leakage Monitoring System for Pressure Bndary of Primary System, Operating Manual Part 5, Chapter JMY - Siemens/KWU, May ABSTRACT This paper describes the Leakage Monitoring System installed in the Angra 2 NPP. This system has the task of detecting, localizing and quantifying leaks in systems for which rupture preclusion is cited. These systems include the reactor coolant pressure bndary, the main steam and feedwater lines within the containment, and the main steam safety and relief valve station in the valve annex.

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