ANÁLISE DE TRANSIENTES COM ALTOS PERCENTUAIS DE TAMPONAMENTO DOS TUBOS DOS GERADORES DE VAPOR DE ANGRA 1

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1 ANÁLISE DE TRANSIENTES COM ALTOS PERCENTUAIS DE TAMPONAMENTO DOS TUBOS DOS GERADORES DE VAPOR DE ANGRA 1 Márcio Poubel Lima *, Laercio Lucena Marins Jr *, Enio Anonio Vanni *, Márcio Dornellas Machado * e Francisco José Moreira * * ELETRONUCLEAR Rua da Candelária, 65/7 o andar , Rio de Janeiro, Brasil Tel.: (021) Fax: (021) Anonio Carlos M. Alvim ** ** COPPE/UFRJ - Programa de Engenharia Nuclear Caixa Posal , Rio de Janeiro, Brasil Tel.: (021) Fax: (021) RESUMO O presene rabalho é pare de um conjuno de análises em desenvolvimeno na Eleronuclear/ COPPE-UFRJ que visa avaliar o impaco nas bases de licenciameno e condições de operação da usina de Angra 1 de alos percenuais de amponameno nos ubos dos geradores de vapor. Preliminarmene, foram analisados os ransienes de Perda Toal de Refrigeração Forçada do Reaor e Diluição Inconrolada de Boro. A avaliação dos ransienes em quesão demonsrou que para 24% de amponameno não há impaco nas margens esabelecidas no Relaório Final de Análise de Segurança (RFAS) [1]. Palavras chave: Transienes, Tamponameno, Tubos, Gerador de Vapor, Angra 1. I. INTRODUÇÃO A Eleronuclear, assim como ouras operadoras no mundo, em experimenado o aumeno nos níveis de amponameno nos ubos dos geradores de vapor da usina nuclear de Angra 1. Traa-se de uma usina PWR da Wesinghouse equipada com geradores de vapor modelo D3 e gerando 626 MW. As análises abrangidas nese rabalho cobrem os ransienes de Diluição Inconrolada de Boro e Perda Toal de Refrigeração Forçada do Reaor com 24% dos ubos dos geradores de vapor amponados. II. DILUIÇÃO INCONTROLADA DE BORO Na Diluição Inconrolada de Boro, a reaividade pode ser adicionada pela injeção de água desmineralizada (alo eor de pureza) ao Sisema de Refrigeração do Reaor aravés do Sisema de Conrole Químico e Volumérico (SCQV) responsável pela água de reposição do reaor. A aberura da válvula de conrole de reposição de água do primário fornece a injeção do Sisema de Refrigeração do Reaor no qual pode-se diluir o refrigerane do reaor. A diluição inadverida desa fone pode ser pronamene finalizada pelo fechameno da válvula de conrole. Nese caso, o impaco ermohidráulico do amponameno dos ubos do gerador de vapor recae sobre a redução no volume do primário. Embora não ão significane quano o impaco de redução da vazão no sisema primário e a redução da área de ransferência de calor do primário para o secundário, exise algum poencial para volumes menores do primário de conribuirem na resposa de um ransiene mais adverso. O méodo de análise para cobrir odas as fases de operação da usina consideram os casos de diluição durane uma recarga, durane parida e em operação.

2 Diluição Durane uma Recarga. Durane uma recarga as seguines condições exisem: Uma bomba de remoção de calor residual esá operando. O fornecimeno de água de injeção de selagem para as bombas de refrigeração do reaor esá isolada. As válvulas no lado de sucção das bombas de recarregameno esão ajusadas para adição de solução de ácido bórico concenrado. A concenração de boro da água de recarregameno é pelo menos 2000 ppm suficiene para fornecer margem desligameno de pelo menos 5 % k/k com odas as barras de conrole inseridas e a emperaura da água em 140 o F. Amosragens periódicas garanem que essa concenração seja manida. Fones de nêurons esão presenes no núcleo e os deecores de faixa de nêuron fora do vaso do reaor esão aivos para fornecer uma axa de conagem audível. Um volume de água mínima de 2145 f 3 no sisema de refrigeração do reaor é considerada. Iso corresponde ao volume necessário para preencher o vaso do reaor acima dos bocais para garanir misura aravés do circuio de remoção de calor residual. Para ese caso, os resulados da análise permanecem inalerados porque o volume de água do sisema de refrigeração do reaor considerado nessa condição não inclui os geradores de vapor. Diluição Durane Parida. Parida da unidade é definida como uma operação que raz o reaor da condição subcríico-frio para condições de emperaura e pressão de operação sem carga. Na condição de subcríico-frio, o calor residual é removido pelo Sisema de Remoção de Calor Residual (SRCR). Na análise, uma vazão de diluição máxima de 300 gpm, limiada pela capacidade das bombas de água de reposição, é considerada. O volume de refrigerane do reaor é de aproximadamene 5006 f 3, que é o volume aivo do Sisema de Refrigeração do Reaor excluindo o pressurizador. O empo calculado no Relaório Final de Análise de Segurança, enre o início do eveno e a criicalidade é de 84 minuos. Ese empo é calculado pela equação abaixo: = -V C V& ln (1) C 0 V volume do Sisema de Refrigeração do Reaor (f 3 ) &V máximo fluxo de diluição (f 3 /min) C concenração críica de boro (ppm) C 0 concenração inicial de boro (ppm). A única variável que é alerada devido ao aumeno do percenual de amponameno de ubos dos geradores de vapor é V. Como mencionado acima, o valor de V uilizado no relaório final de Análise de Segurança é de 5006 f 3. O volume dos ubos dos geradores de vapor é de 1210 f 3 para 0% de amponameno. Logo para 24% de amponameno em-se um decréscimo de volume de 290,4 f 3. Porano: C = -V V& ln (2) C 0 empo enre início da diluição e a criicalidade com os ubos dos geradores de vapor amponados (min) V volume do sisema de refrigeração do reaor com os ubos dos geradores de vapor amponados (f 3 ). Dividindo Eq. (2) por Eq. (1) e isolando, obém-se: V = V (3) V = ,4 = 4715,6 f 3 V = 5006 f 3 = 84 min. Subsiuindo os valores acima em (3): 4715, 6 = 84 = 79, 1 min Esse empo é mais do que suficiene para o operador reconhecer o sinal de ala axa de conagem e finalizar a vazão de diluição. Diluição com o Reaor em Poência. A axa de reaividade usada na avaliação é 2,03 pcm/s, baseado em um valor alamene conservaivo para uma concenração de boro esperada de 1500 ppm em poência e uma axa de vazão de diluição de 190 gpm. O empo decorrido enre o início da diluição e a perda de margem de desligameno do reaor é de 3145 segundos segundo o Relaório Final de Análise de Segurança. Esse empo é calculado pela fórmula abaixo: ρ D = (4) d ρ / d empo para ocorrer a perda da margem de desligameno (min) ρ D margem de desligameno no início do eveno /d máx axa máxima de reaividade devido à diluição (pcm/s). Sabe-se que: = α (5) B d d α B valor máximo de boro solúvel (pcm/ppm). O valor de pode ser calculado pela Eq. (6). d C = C e 0 -V& V C concenração críica de boro (ppm) C 0 concenração inicial de boro (ppm) &V máximo fluxo de diluição (f 3 /min) V volume do Sisema de Refrigeração do reaor (f 3 ). Derivando-se a Eq. (6) em relação a, obém-se: d = -C V -V& & V e V 0. (7) Pode-se concluir que o maior valor absoluo de /d ocorre para = 0. Logo, C V & = 0. (8) d V Subsiuindo a Eq. (8) na Eq. (5), obém-se: (6)

3 B C0V = α &. (9) d V A única variável da equação acima que é alerada pelo amponameno de ubos dos geradores de vapor é V. Porano, V = (10) d V d d onde: axa máxima de reaividade devido à diluição com ubos dos geradores de vapor amponados. Da Eq. (4), obém-se levando-se em consideração que ρ D não é alerado pelo amponameno de ubos dos geradores de vapor, d ρ / d (11) = d ρ / d empo enre o início do eveno e a perda da margem de desligameno, com os ubos dos geradores de vapor amponados. Subsiuindo a Eq. (10) na Eq. (11): V = V (12) onde: = 3145 s = 52,4167 min V = 5006 f 3 V = 4715,6 f 3. Logo, subsiuindo os valores acima na Eq. (12): 4715, 6 = 52, 4167 = 49, 376 min = 2962,6 s Ese empo é mais do que suficiene para que o operador do reaor possa omar as providências necessárias. A diminuição do empo disponível para essas providências devido a esse percenual de amponameno é de 3,04 min (182,4 s). II. PERDA TOTAL DE REFRIGERAÇÃO FORÇADA DO REATOR A Perda Toal de Refrigeração Forçada do Reaor pode resular de uma simulânea perda de fornecimeno elérico para as duas bombas de refrigeração do reaor. Se o reaor esiver em poência no momeno do acidene, o efeio imediao de perda de vazão de refrigerane é o rápido aumeno na emperaura do refrigerane. Ese aumeno poderia resular em DNB com um subsequene dano no combusível se o reaor não for desligado pronamene. Ese ransiene é descrio no iem do Relaório Final de Análise de Segurança (RFAS). Traa-se de um ransiene de Condição III e que resula da perda simulânea do fornecimeno de energia elérica às duas bombas de refrigeração do reaor. O efeio imediao da perda de vazão é o rápido aumeno na emperaura do refrigerane que pode resular em danos às vareas de combusíveis. Os códigos a serem uilizados nesa análise são o programa RETRAN 02/Mod.5.1 [2] que realiza os cálculos neurônicos e ermodinâmicos e o programa COBRA IIIC/MIT [3] para os cálculos da razão de desvio da ebulição nucleada (DNBR). Os sinais de desligameno (subensão, subfrequência no barrameno de suprimeno elérico das bombas e a baixa vazão no circuio de refrigeração) são fornecidos com as seguines finalidades: Subensão proeção conra condições que possam causar perda na volagem de odas as bombas de refrigeração do reaor, ou seja, perda de carga elérica. Subfrequência fornecida para condições resulanes de disúrbios na poência. Vazão proeção conra condições de perda de vazão que afeam apenas um circuio de refrigeração. Condições e hipóeses adoadas: Máximo nível de poência no esado esacionário - 102% da poência nominal, Temperaura de enrada do núcleo - 6,5 o F acima da emperaura nominal, Mínima pressão no esado esacionário - 30 psia abaixo do valor de operação, Coeficiene de moderação Doppler - núcleo em início de vida e coeficiene Doppler com alo valor absoluo (curva do Doppler superior), Coeficiene de reaividade do moderador - nulo, o que fornece maior poência gerada no núcleo do reaor devido à realimenação pela emperaura do moderador durane o início do ransiene, onde ocorre o valor mínimo de DNBR, É suposo não haver auação de nenhum sisema de conrole do reaor, O reaor é assumido ser desligado por um sinal de subensão. A abela 1 apresena o empo de cada um dos evenos ocorridos durane o ransiene e a abela 2 os sinais de desligameno assumidos nas análises com os seus respecivos reardos. TABELA 1. Sequência de Evenos (Perda Toal de Refrigeração Forçada do Reaor -RFAS) Início do Transiene Início da Queda de Barras Ocorrência do Mínimo Valor de DNBR 0 s 1,2 s 3,1 s TABELA 2. Sinais de Desligameno (Perda Toal de Refrigeração Forçada do Reaor - RFAS) Funções de Desligameno Sinais de Desligameno Assumidos nas Análises Reardo (s) Baixa Vazão no Refrigerane do Reaor 87% da vazão em um circuio 1,0 Subfrequência 57,3 Hz 0,6 Subensão 65% do nominal 1,5 Os principais parâmeros de análise esão apresenados nas figuras abaixo. Comparando-se as figuras consaa-se que o comporameno dos principais parâmeros

4 são semelhanes e pouco influenciados pelo aumeno do percenual de amponameno. Figura 1. Perda Toal de Vazão - Vazão Normalizada x Tempo (s) As figuras 2, 3 e 4 apresenam respecivamene as variações da poência normalizada, fluxo de calor e DNBR em função do empo (s). O principal parâmero da análise em quesão referese ao valor do mínimo DNBR. Tem-se para 0% de amponameno o valor de 1,3501 e para 24% de amponameno o valor de 1,3491. Ambos ocorrem no empo 3,0833 segundos. Logo, conclui-se que para ese ransiene não ocorrerá danos ao revesimeno do combusível do reaor, já que o DNBR permanece acima de 1,3 (RFAS). Figura.3. Perda Toal de Vazão - Fluxo de Calor Normalizado x Tempo (s) Figura 4. Perda Toal de Vazão - DNBR x Tempo (s) Figura 2. Perda Toal de Vazão - Poência Normalizada x Tempo (s) A proximidade no valor do mínimo DNBR para 0% e 24% de amponameno é consequência das condições iniciais e hipóeses adoadas nas análises. Os ransienes e acidenes do capíulo XV do RFAS são simulados com a vazão de projeo de gpm por circuio de refrigeração. Desde que, com 24% de amponameno de ubos obém-se uma vazão 2% superior àquela de projeo, as duas simulações realizadas nese rabalho pariram do mesmo valor de projeo para a vazão do refrigerane. Sendo ese o parâmero mais sensível no comporameno de mínimo DNBR para ese ipo de acidene, era suposo que valores próximos para o DNBR seriam obidos. A principal diferença nos dados de enrada nos dois casos analisados é a redução na área de ransmissão de calor dos geradores de vapor. Devido às caracerísicas desse ransiene, rápido decréscimo na vazão do refrigerane com consequene aumeno inicial da emperaura do refrigerane, o efeio da redução de área não é significaivo, pois o empo de rânsio

5 da água de refrigeração aravés do circuio primário é superior ao empo em que ocorre o mínimo DNBR. Para avaliar a diferença real enre os valores de DNBR, haveria necessidade de simulação de dois casos realisas com as respecivas vazões de refrigerane e demais condições iniciais. Os valores de DNBR seriam significaivamene diferenes e elevados quando comparados aos valores de projeo. Tais análises eriam efeio apenas informaivo, poso que a usina nuclear é licenciada com os valores nominais de projeo. IV. CONCLUSÃO A abela 3 apresena um resumo dos cálculos efeuados para 24% de amponameno e os valores conidos no RFAS para cada uma das condições analisadas no ransiene de Diluição Inconrolada de Boro. [3] Bowring, R. W., Moreno, P. COBRA IIIC/MIT Compuer Code Manual, Massachusses Insiue of Technology, ABSTRACT The presen work is par of several analyses under developmen in Eleronuclear/ COPPE-UFRJ o evaluae impacs on licensing bases and operaing condiions of an increase in seam generaor ube plugging for Angra 1 NPP. Toal loss of reacor coolan flow and unconrolled boron diluion ransiens were iniially analysed. The final resuls indicaed ha here were no impacs on FSAR esabilished margins, in case of 24% seam generaor ube plugging. TABELA 3. Diluição Inconrolada de Boro - RFAS x 24% de Tamponameno RFAS 24% de Tamponameno Diluição Durane Parida 84 min 79,1 min Diluição do Reaor em Poência 3145 s 2962 s Com relação a análise da Perda Toal de Refrigeração Forçada do Reaor êm-se os valores para o mínimo DNBR apresenados na abela 4. TABELA 4. Perda Toal de Refrigeração Forçada do Reaor DNBR 0% de Tamponameno 1, % de Tamponameno 1,3491 As avaliações dos ransienes (capíulo XV do RFAS) apresenados e que são afeados pelo aumeno percenual de amponameno, mosrou que para 24% de amponameno não há impaco dos referidos ransienes em relação as margens esabelecidas no RFAS. REFERÊNCIAS [1] FURNAS CENTRAIS ELÉTRICAS S.A., FSAR Chaper 15 Acciden Analysis, March [2] RETRAN-02 - A Program for Transien Thermal- Hydraulic Analysis of Complex Fuid Flow Sysem, EPRI NP-1850-CCMA Revision 4, EPRI, November 1988.