Accidentes de Pérdida de Refrigerante en Reactores Nucleares: Tipos, Fases y Respuesta

Tipos de Accidentes de Pérdida de Refrigerante en Reactores Nucleares

LBLOCA: Pérdida Grande de Refrigerante

LBLOCA (Large Break Loss of Coolant Accident) se refiere a una pérdida significativa del refrigerante debido a una rotura en una de las ramas del circuito primario. Existen diferentes tipos de LOCA.

Es fundamental diferenciar entre una fuga y un LOCA. Una fuga se define como una rotura cuyo caudal puede ser compensado por las dos bombas de carga. Un LOCA, en cambio, implica una pérdida de caudal que impide mantener el nivel del presurizador y la presión del primario. En este caso, deben actuar las salvaguardias: el sistema de agua de alimentación auxiliar (AFWS) y el sistema de refrigeración de emergencia (ECCS). El ECCS consta de tres sistemas de inyección a diferentes niveles de presión.

Podemos dividir el LBLOCA en varias fases:

• BLOWDOWN: Dura aproximadamente unos segundos. Al producirse el LBLOCA en una rama fría, el refrigerante de la vasija y de los lazos del reactor se descarga rápidamente. La presión cae de forma brusca y se activan la inyección de alta presión (HPSI) y los acumuladores (AAC).
• BYPASS: En esta fase, tras la actuación de la HPSI y los acumuladores, una gran cantidad de vapor que asciende a través del downcomer impide que el agua inyectada alcance el núcleo.
• REFILL: La presión ha disminuido lo suficiente como para que el agua inyectada llegue hasta el núcleo. En esta fase, la inyección de baja presión (LPSI) llena la parte inferior de la vasija.
• REFLOOD: Una vez completado el llenado, comienza la inundación de los elementos combustibles. Esto genera una gran cantidad de vapor que se dirige a los generadores de vapor (GV) a través de las ramas calientes y alcanza la rotura en la rama fría.
• REFRIGERACIÓN A LARGO PLAZO: Las bombas del ECCS proporcionan agua durante la refrigeración a largo plazo y las temperaturas se reducen a niveles de estado estacionario.

SBLOCA: Pérdida Pequeña de Refrigerante

SBLOCA (Small Break Loss of Coolant Accident) se refiere a una pérdida de refrigerante causada por una rotura en una de las ramas del circuito primario. Existen diferentes tipos de LOCA.

Es fundamental diferenciar entre una fuga y un LOCA. Una fuga se define como una rotura cuyo caudal puede ser compensado por las dos bombas de carga. Un LOCA, en cambio, implica una pérdida de caudal que impide mantener el nivel del presurizador y la presión del primario. En este caso, deben actuar las salvaguardias: el sistema de agua de alimentación auxiliar (AFWS) y el sistema de refrigeración de emergencia (ECCS). El ECCS consta de tres sistemas de inyección a diferentes niveles de presión.

En un SBLOCA, se produce primero una rotura por la que se pierde refrigerante, lo que conlleva la entrada del sistema de inyección de alta presión (HPSI). A esto le sigue una circulación natural monofásica y luego bifásica. El calor se refrigera a través de los generadores de vapor (SG). Se acumula vapor en diversos puntos del circuito de refrigeración primario (RCS). Esto puede durar cientos de segundos. En la tercera fase, se pierde esta circulación natural, es la fase de condensación y reflujo. Se produce ebullición en el núcleo, el vapor sube, se condensa y regresa al núcleo. Se acumula inventario en el sello del lazo. Se continúa perdiendo inventario hasta que se produce el primer descubrimiento del núcleo. En la quinta fase, se produce el aclarado del sello del lazo, la despresurización y el segundo descubrimiento del núcleo. Si al cabo de aproximadamente 15 minutos la presión sigue siendo superior a 15 bar, el operador enfría y despresuriza el RCS mediante los SG a 55 K/hora. Para terminar, llega la sexta y última fase, a largo plazo, con recirculación a baja o alta presión o activación del RHR (Residual Heat Removal).

Es importante añadir que las secuencias difieren mucho en función del tamaño, la localización de la rotura y otros factores.

SGTR: Rotura de Tubo del Generador de Vapor

SGTR (Steam Generator Tube Rupture) se refiere a la rotura de un tubo del generador de vapor. Existen diferentes mecanismos de degradación de tubos que pueden provocar una rotura, como grietas por corrosión, desgaste por rozamiento, piezas sueltas en el primario o secundario, fatiga de alto ciclo, estrangulamiento, picaduras o acumulación de suciedad.

Conviene diferenciar entre fuga y rotura. La fuga consiste en el paso del refrigerante del reactor primario al secundario a través de una grieta en un tubo. En este caso, los sistemas de nivel y presión del presurizador evitan el disparo del reactor. Por otro lado, la rotura se produce cuando las fugas exceden la capacidad del sistema de carga, el inventario del primario sigue disminuyendo y se pasa al procedimiento de operación de emergencia E-3.

Fases de un Accidente SGTR

La secuencia típica de este accidente tiene varias fases:

• Fase 0: Rotura del tubo.
• Fase 1: Evolución del nivel y la presión en el presurizador (PZR). En esta fase, la presión de todos los SG sigue la misma tendencia.
• Fase 2: Identificación y aislamiento del GV afectado. Se produce la señal de SCRAM, que provoca el disparo de la turbina y la apertura de las válvulas de alivio. La presión también disminuye y provoca la inyección del HPSI, que lleva consigo la señal de aislamiento de la alimentación principal (MFW) y el arranque del AFW. El operador identifica el SG afectado por su aumento de nivel más rápido y lo aísla.
• Fase 3: Enfriamiento al máximo ritmo posible mediante el alivio de vapor para asegurar el margen de subenfriamiento.
• Fase 4: Despresurización del primario para igualar presiones con el SG afectado. Se produce por la ducha del PZR o la apertura de las válvulas de alivio operadas por piloto (PORV), lo que aumenta el caudal y disminuye el de fuga.
• Fase 5: Se disminuye la presión hasta la del SG afectado y se finaliza la inyección de seguridad (SI) una vez igualadas las presiones y recuperado el nivel del PZR.
• Fase 6: Preparación de la central para el enfriamiento, realizando acciones como restablecer la operación normal del sistema de control de volumen químico y de carga (CVCS), minimizar la propagación de contaminación del secundario y rearrancar una bomba del circuito primario (RCP) si fuera necesario.