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ENSA (Grupo SEPI)

Equipo nucleares, S.A.

CONTENEDORES DE COMBUSTIBLE GASTADO:

Julio 2019, Madrid

Álvaro SotoProject Engineer ,

Engineering Dpt., Spent Fuel Cask


¿Qué es un residuo radiactivo y cómo se genera?

“ Cualquier material o producto de desecho, para el cual no está previsto ningún uso, quecontiene o está contaminado con radionucleidos en concentraciones o niveles de actividadsuperiores a lo establecido por el Ministerio de Industria y Energía, previo informe delConsejo de Seguridad Nuclear (CSN) ”.


Cuerpo: acero alcarbono (pintado)

¿Qué es un contenedor de doble propósito?

Basket rails(aluminum)

Fueltubes(MMC)

Basketplates

(Stainlesssteel)

Equipo para almacenamieno en seco temporal y transporte de combustible gastado

Capaz de mantener la integridad del combustible, según condiciones normales, anormales y deaccidente

Funciones de seguridad:

Estructural;

Térmica;

Blindaje;

Sub-criticidad;

Confinamiento/contención;


Clasificación de los materiales en función de suimportancia para la seguridad

1. CONFINAMIENTO:Barrera contra la liberación de material radiactivo alojado en su interior, en CNO y CHA(Condiciones Hipotéticas de Accidente)

SA-350 LF3 Cl2: Vaso (virola, fondo) y tapa interior (RTNDT Resistencia a la fractura //Dúctil a frágil) Más restrictivo en condición de transporte

SA-540 Gr23 Cl: Pernos del sistema de cierre de la tapa interior Aluminio, Inconel 600 y Nimonic 90: Material de las juntas de sellado SA-508 Gr.1/1A: Tapa exterior y envolvente exterior

2. CONTROL DE CRITICIDAD:Garantizar que los elementos combustibles dentro de la cavidad interior estén en condiciónsubcrítica

SA-240 Tp 304: Chapas del bastidor Metal Matrix Composite (MMC): aleación de aluminio con carburo de boro. Absorbente

neutrónico: Tubos de combustible Aleación aluminio A96061: Guías del bastidor


Clasificación de los materiales en función de suimportancia para la seguridad

3. BLINDAJEReducir la radiación emitida por el contenido activado del combustible gastado. NS4FR: Polímero sintético 0.75% carburo de boro para blindaje neutrónico: Exterior

del vaso UH050 (capuchón-ATI exterior)): Bloques en componentes auxiliares de blindaje

4. TRASMISIÓN/DISIPACIÓN DE CALORTodos los materiales que forman parte del contenedor, poseen propiedades térmicasadecuadas para cumplir el criterio de temperaturas límite en las vainas (400ºC) para losdiferentes estados de operación. ASTM B221/6063: Aletas de aluminio forma radial: exterior del vaso. ASTM B221/6061-T6: Guías del bastidor Pintura blanca epoxi descontaminable (emisividad muy alta)

5. ESTRUCTURALProporciona protección al resto de componentes relativamente débiles en CHA como porejemplo, caídas, vuelco y fuego. SA-516 Gr 70: virola envolvente, cercos envolventes, tapa exterior.


Regulations & Codes

• ASME Code, Section II, III, V, VIII y IX

• 10 CFR 71 (transport)

• 10 CFR 72 (storage)

• 10 CFR 50 Appendix B (QA requirements)

• US Regulatory Guides

• NUREG-1617, 1536, 0800, 0612, 1536 etc.

• NUREG/CR-6407, etc.

• IAEA Transportation Safety Standards:

(TS-R-1 2009 Edition and latest SSR-6 2012 Edition)

• ALARA

• Special local and customer regulations (ADR, IS-20)

• Other… (to meet client’s needs)


Parámetros selección de EECC para serintroducidos en el contenedor:

Partiendo de unos límites que marca el Estudio de Seguridad del contenedor tantoradiológicos como de dósis:

Calor residual (Kw)

Grado de quemado (MWd/MtU)

Enfriamiento (Años)

Enriquecimiento (%)

Masa de Uranio (Kg)

* Previo a la carga, EURATOM verifica:

Fuente neutrones (n/seg)

Fuente gamma (Fotones/seg)


CARGA DEL CONTENEDOR CON ELEMENTOS COMBUSTIBLES GASTADOS:

Antes de cada carga, es necesario conocer (Ensa) las diferentes características de cada SFA el cual va a sercargado y almacenado sobre un contenedor ENUN. MAPA de carga aprobado por ENRESA

• ENRIQUECIMIENTO INICIAL U (%)

• GRADO DE QUEMADO “BURNUP” (MWd/MtU)

• TIEMPO DE ENFRIAMIENTO (AÑOS)

• CALOR RESIDUAL (kW)

Operaciones de carga:


CARGA DEL CASK CON ELEMENTOS COMBUSTIBLES

1: Pinchando EECC

2: Sacando EECC del rack

3: Inspección con ION-FORK

5: EECC al bastidor del cask4: Paso de EECC por esclusa


CARGA DEL CONTENEDOR CON ELEMENTOS COMBUSTIBLE SGASTADOS:

AGUA EN EL INTERIOR DE LA CAVIDAD NO DEBE ALCANZAR EL PUNTO DE EBULLICIÓN (100ºC) donde:

Tboiling tiempo en horas desde el montaje de la tapa interior bajo agua hasta la finalización de drenaje de lacavidad interior

LA TEMPERATURA DE LAS VAINAS DE COMBUSTIBLE NO DEBE ALCANZAR EL VALOR LÍMITE DE 400°C

T Drying tiempo en horas desde la finalización del drenaje hasta conseguir los requisitos de secado por vacío

SPENT FUEL ASSEMBLIES KWU 16x16:

T Boiling = - 0.000821 · Tp ·Q2 + 0.058081 · Q2 + 0.069763 · Tp · Q – 5.0108 · Q – 1.7021 · Tp + 127.522 (uniforme)

T Boiling = - 0.001218 · Tp ·Q2 + 0.096866 · Q2 + 0.10408 · Tp · Q – 8.3089 · Q – 2.3917 · Tp + 193.193 (regionalizada)

T Drying It is mandatory that the time employed is not exceeding 45.16 hours (t amb. 50°), considered at the very moment whendraining process has concluded ; referring to the maximum thermal load of 36.2 kW, as the worst case scenario

SPENT FUEL ASSEMBLIES W 17X17:

T Boiling = -0.000742 · Tp ·Q2 + 0.06409 · Q2 + 0.068322· Tp · Q – 5.7581 · Q – 1.8371 · Tp + 152.737 (uniforme)

T Boiling = -0.001023 · Tp ·Q2 + 0.098029 · Q2 + 0.094937· Tp · Q – 8.7768 · Q – 12.4003 · Tp + 214.486 (regionalizada)

T drying It is mandatory that the time employed is not exceeding 64,94 hours (t amb.50°), considered at the very moment whendraining process has concluded; referring to the maximum thermal load of 36,2 kW, as the worst case scenario.

Operaciones de carga:


Operaciones de carga:EN CASO DE SUCESO ANORMAL OCURRA, EL CONTENEDOR DEBERÁ SER LLENADO CON HELIO PARAREFRIGERAR EL COMBUSTIBLE GASTADO:

No conseguido el secado por vacío de la cavidad interior en un tiempo menor del establecido en el ES, sedeberá llenar ésta con Helio puro a 1atm abs. para refrigerar el combustible y reducir la temperatura de lasvainas todo lo posible, provocando un descenso gracias a la mejora de la conductividad térmica. Tras esto,reanudaremos el proceso de secado por vacío conestos nuevos márgenes de operación.

SPENT FUEL ASSEMBLIES KWU 16x16:

SPENT FUEL ASSEMBLIES W 17x17:

Para una Qtotal

de 36.2 kW

Tiempo llenado con Helio (h)

12 20 28 36

Tiempo en alcanzar

los 400°C (h) 18,98 19,23 19,23 19,23

Para una Qtotal

de 36.2 kW

Tiempo llenado con Helio (h)

12 20 28 36

Tiempo en alcanzar los

400°C (h) 24.73 25.70 26.00 26.13


Drenaje de la cavidad interior:

• Suministro de N2 (bloques de N2suficientes)

• Chequear conexiones según proc.

• Establecer presión en regulator de N2entre 1-3 Kg/cm2

• Abrir válvula de salida de lapenetración de drenaje

• Abrir, lentamente, válvula de paso deN2 a través del venteo

• Verificar que el agua comienza afluirpor la penetración de drenaje (si noparar)

• Mantener aproximadamente1h30min./2h. 2 horas (responsable)hasta que por el drenaje solamente seobserve poco o nada de agua

Para a asegurar el correcto drenaje de la cavidad interior, se suelen realizar drenajes cortos (escullados) conintervalos de duración de 2-3minutos cerrado el circuito, y abriendo durante unos pocos segundos paraprovocar la extracción del agua generada en la parte inferior del contenedor.

Repetir esta operación tantas veces como se considere necesario hasta que nada de agua es retirado através d ela línea de drenaje.

NITROGEN

NITROGEN+WATER


Barridos (ciclos de presión):Una vez completado el drenaje de lacavidad, se continuará con losbarridos.

El procedimiento consiste en trespasos fundamentales:

• Abrir válvulas de paso de vacíohacia el contenedor a través delventeo. Una vez el valor vadisminuyendo lentamente, parary cerrar el paso.

• Romper el vacío de la cavidaddejando pasar el suministro deN2 a través del venteo,presurizando el componente a1.5bar aprox. (drenaje cerrado)

• Abrir entonces el drenajecausando un decremento de lapresión, lo cual provocará quepor esta penetración salgacantidades importantes aún deagua.

• Repetir vacío.

Nota: Continuar repetidamente hasta que no se observe flujode agua a través del drenaje hacia la campana

WATER VACUUM

NITROGEN


Secado por vacío (electroválvula):

Cuando realicemos el último barrido (vacío),continuar realizando vacío del nterior de lacavidad. Programar la electroválvula a unosvalores esteblecidos por el operadorcomprendidos entre 10-15mbar. Una vez losvacíos estén en estos valores, realizar unaprueba preliminar de secado entre 10-15mbar.

CRITERIO DE ACEPTACIÓN: El criterio de aceptación para el secado de la cavidad es, aislando las bombas devacío del contenedor, verificar que durante 30 minutos el vacío permanece por debajo de 4mbar partiendo deuna presión inicial menor

VACUUM

WATER

NITROGEN

NUREG-1536, “Standard Review Plan for Dry Cask Storage Systems”,U.S. Nuclear Regulatory Commission, Rev. 1, July 2010.


Llenado de helio del interior de la cavidad:

Antes de proceder con el llenado con helio de lacavidad, reanudar el vacío hasta conseguir valorespróximos a 1mbar. De este modo, garantizamos lamayor concentración de helio posible.

Proceder al llenado de la cavidad interior conhelio (99.9% pureza):

• Abrir el regulador de suministro de Helio yajustar la presión a 1 bar abs.

• Comenzar el llenado de helio hasta porregistrar una presión de 1 bar abs en elinterior de la cavidad.

HELIUM HELIUM


PRUEBAS DE FUGAS:

TAPA DEL CONTENEDORCOMPONENTE DE LA JUNTA A ENSAYAR TÉCNICA EMPLEADA

CRITERIO DE ACEPTACIÓN

(std cm3/s)

TAPA INTERIOR

Prueba Preliminar Variación de presión 4,1 x 10-5

Anillo interior MSLD 4,1 x 10-5

Tapón penetración entre anillos Variación de presión 4,1 x 10-5

TAPAS DE LAS PENETRACIONES DE VENTEO/DRENAJE

(TAPA INTERIOR)

Anillo interior+

Anillo exteriorVariación de presión 4,1 x 10-5

Anillo exterior Sniffer 4,1 x 10-5

Anillo interior Resta de los valores de las fugas 4,1 x 10-5

Tapón penetración entre anillos MSLD 4,1 x 10-5

TAPA INTERIOR Anillo exterior MSLD 4,1 x 10-5

TAPA EXTERIOR

Anillo interior+


Anillo interior MSLD 4,1 x 10-5

Anillo exterior Resta de los valores de las fugas 4,1 x 10-5


TAPA DE CONTROL PRESIÓN

(TAPA EXTERIOR)

Anillo interior+


Anillo exterior Sniffer 4,1 x 10-5

Anillo interior Resta de los valores de las fugas 4,1 x 10-5



PREPARACIÓN DEL CONTENEDOR PARA TRASLADOFUERA DE ÁREA CONTROLADA:

ANTES DE TRASLADAR EL CONTENEDOR FUERA DE ZONA CONTROLADA, DEBERÁ SER REALIZADO UNCONTROL TÉRMICO Y RADIOLÓGICO PREVIO A SU SALIDA.

CONTROL TÉRMICO

o Ver capítulo 4 del Estudio de Seguridad - Almacenamiento

CONTROL RADIOLÓGICO

o Ver capítulo 5 del Estudio de Seguridad - Almacenamiento


¡Gracias por vuestra atención!

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