Sistema de Remoción de Calor Residual (RHR E12): Funciones, Criterios y Operación

Sistema de Remoción de Calor Residual (RHR E12)

Funciones Principales

Opera en conjunto con otros Sistemas de Enfriamiento de Emergencia del Núcleo (ECCS) para enfriar el reactor en caso de una ruptura en la frontera de presión del refrigerante.
Enfría la alberca de supresión, manteniendo la temperatura dentro de límites aceptables tras un Accidente de Pérdida de Refrigerante (LOCA).
Proporciona aislamiento de la contención.
Reduce la temperatura y presión, rociando agua en el pozo seco y húmedo para enfriar gases no condensables y condensar vapor después de un LOCA.
Permite transferir agua de servicio al núcleo del reactor o la contención después de un LOCA, durante la recuperación del accidente.
Transfiere el calor de decaimiento del núcleo y el calor sensible de los sistemas primarios al agua de servicio durante paradas del reactor.
Transfiere el calor de la alberca de supresión al agua de servicio durante eventos operativos o transitorios, manteniendo la temperatura dentro de los límites.
Transfiere el calor de la alberca de combustible gastado al agua de servicio durante paradas frías, asistiendo al Sistema de Enfriamiento y Limpieza de la Alberca de Combustible Gastado (FPCC).
Permite muestrear el agua a la salida de los intercambiadores de calor.
Proporciona agua de enfriamiento a los recombinadores de hidrógeno.
Permite reponer agua a la vasija del reactor con los sistemas NSW (P41) o SPCI (M23), o según el PDS-903 con diversas fuentes de agua.

Criterios de Diseño Funcionales

Modo Enfriamiento en Parada

El sistema debe remover calor para enfriar el reactor hasta 52°C en aproximadamente 20 horas después de la inserción de las barras de control.

Modo LPCI (Inyección de Refrigerante a Baja Presión)

Iniciación automática para restaurar y mantener el inventario de agua del reactor, evitando temperaturas en el encamisado del combustible > 1204°C (2200°F) y la liberación de energía por reacción metal-agua durante un LOCA.
Capacidad de bombeo de 17,411 lt/min (4600 gpm) por lazo, desde la alberca de supresión al núcleo del reactor con una presión diferencial ≤ 225 psid.
Las bombas alcanzan su velocidad nominal en 14 segundos y las válvulas de inyección abren totalmente en 27 segundos.

Modo Enfriamiento de la Alberca de Supresión

Mantiene la temperatura de la alberca de supresión por debajo de 77°C después de un desfogue por las válvulas de alivio de vapor principal.
Mantiene, a largo plazo, la temperatura de la alberca de supresión para no exceder la temperatura de diseño de la contención (99°C).

Modo Rocío de la Contención

Dos medios redundantes para rociar el pozo seco y la alberca de supresión, reduciendo la presión interna por debajo del valor de diseño.

Enfriamiento de la Alberca de Combustible Gastado (ACG)

El RHR (E12) puede auxiliar al Sistema FPCC (G41) para remover el calor generado en la ACG.

Criterios de Diseño de Seguridad

Diseñado con Categoría Sísmica I.
Respaldo con una aportación de agua exterior si la fuente normal se agota o es insuficiente.
Bombas del RHR (E12) protegidas contra daños por cierre de válvula de descarga mediante válvulas automáticas de flujo mínimo.
El sistema RHR (E12) es parte de los ECCS y de los sistemas de enfriamiento de la contención, diseñado con dos lazos (A y B) redundantes, con separación divisional (Div.I y II) física y eléctrica.

Descripción del Sistema

El sistema RHR consta de tres lazos separados físicamente (A, B y C):

Lazo “C”: Opera solo en modo LPCI.
Lazos “A” y “B”:
- Inyección de refrigerante a baja presión (LPCI).
- Rocío y enfriamiento de la contención primaria.
- Enfriamiento en parada y rocío de la cabeza (lazo B).
- Enfriamiento de la alberca de supresión.
- Enfriamiento de la alberca de combustible gastado.

Funciones adicionales de los lazos A y B:

Respaldo de emergencia desde el NSW (P41) (Agua de Servicio Nuclear).
Respaldo de emergencia desde el sistema contra incendio (Lazo B).
Respaldo de emergencia (PDS 903) por los lazos A/B desde diversas fuentes.
Apoyo para enfriamiento de la alberca de combustible gastado (FPCC/G41).
Enfriamiento del sistema recombinador de hidrógeno (PHO/T48).
Drenado de la alberca de supresión (lazo «B»).
Normalmente se encuentra en “RESERVA”, alineado en modo LPCI.
El modo LPCI se usa después de un LOCA.
El modo Enfriamiento de la Alberca de Supresión limita la temperatura de la alberca.
El modo Enfriamiento en Parada proporciona enfriamiento al reactor.

Rociado de la Cabeza del Reactor: Colapsa la burbuja de vapor dentro de la vasija durante la operación de enfriamiento en parada.

Rocío de la Contención: En caso de presión excesiva dentro del contenedor primario.

Enfriamiento de la Alberca de Combustible Gastado: Si el calor generado excede la capacidad del intercambiador de calor del FPCC.

Descripción de Componentes

Filtros de Succión

Malla metálica.
Tamaño máximo de partícula: 2.5 mm.
Permite el flujo nominal de la bomba incluso con 50% de obstrucción.

Bomba Principal

Bomba centrífuga vertical.
Flujo nominal: 4600 gpm (a 35 kg/cm²).
Flujo máximo: 5000 gpm (runout).
Sellos mecánicos y motor enfriados por NCCW (P44).

Bomba de Llenado

Protección contra golpe de ariete (Lazos “B” y “C”).
Centrífuga horizontal.
Flujo nominal: 38.7 lpm (10 gpm).
Motor eléctrico de 480 VCA.
Presión: 6 Kg/cm².

Intercambiadores de Calor

Lado carcasa: agua del reactor (fluido caliente).
Lado tubos: agua del NSW (fluido refrigerante).
Flujo máximo: Lado Carcasa = 315.4 lps (RHR); Lado Tubos = 346.9 lps (NSW).
Presión de diseño: 35 kg/cm².

Válvulas Check con Dispositivo de Prueba

Operada con aire para prueba durante operación normal.
Previene la pérdida de refrigerante hacia el exterior del contenedor primario en caso de ruptura.

Diferencias entre los Lazos del RHR “A” y “B”

RHR “A”

Rocío del pozo seco en la parte superior.
Comparte bomba de llenado con el LPCS (E21).

RHR “B”

Válvula para rocío de la cabeza del Rx (RHR (E12)MV-8245) vía tobera del RCIC (E51).
Rocío del pozo seco en la parte inferior.
Interconexión con el sistema contra incendio (2M23).
Comparte bomba de llenado con el lazo “C”.
Línea para drenar hacia RW (Purificación) (RHR (E12)-MV-8250 y 8251).

Alimentaciones Eléctricas

Fuente normal:
- Bus No Crítico 1A (2A) de 4160 VCA alimenta al bus crítico 1A1 (2A1), que alimenta a la bomba A del RHR (E12).
- Bus No Crítico 1C (2C) de 4160 VCA alimenta al bus 1B1 (2B1), que alimenta a las bombas B y C del RHR.
Fuente de respaldo: T5 U-1 (T6 U-2) de manera manual para los buses 1A1 y 1B1.
Fuente de emergencia: Generadores Diésel I o II.

Enclavamientos

Señales de Iniciación (Lógica 1 de 2, 2 Veces)

Nivel 1 (-313.7 cm) (B22-LIS-N037A/B/C/D).
Alta Presión Pozo Seco (0.118 Kg/cm²) (B22-PS-N048A/B/C/D).
Manual: Armar y oprimir (botón S9 Div. I y botón S61 Div. II en BB-9).

Acciones Automáticas RHR, Modo LPCI

Arranque de bombas RHR (y LPCS).
Apertura automática de válvulas:
- MV-8221A/B (bypass HX-001A/B si estuvieran cerradas).
- MV-8204A/B/C (inyección LPCI si hay energía eléctrica y se cumple el permisivo de baja presión del reactor: 31.5 Kg/cm²).
Cierre automático de válvulas (si estuvieran abiertas):
- MV-8210A/B (retorno de prueba a la A.S).
- MV-8234A/B (rocío del pozo húmedo).
- MV-8244 (retorno de prueba, lazo «C»).
Arranque de generadores diésel Div.I y II.
Arranque de ventilación de emergencia DMA (X60)-FN-S-003 div. I y II y DMA (X60)-FN-E-003 Div. I y II.
Arranque de FC´s-001A/B/C.

Modo “Rocío de la Contención” (Iniciación Manual)

Pozo Seco:

MV-8200 A/B (F016A/B) abre sin señal de iniciación, pero MV-8201 A/B debe estar cerrada.
MV-8201 A/B (F017A/B) abre sin señal de iniciación, pero MV-8200 A/B debe estar cerrada.
MV-8200 A/B y MV-8201 A/B abren si hay señal de iniciación, alta presión en el pozo seco (0.118 Kg/cm²) y la válvula de inyección MV-8204 A/B está cerrada.

Pozo Húmedo: MV-8234 A/B (F027A/B)

Puede abrirse sin señal de iniciación.
Puede abrirse con señal de iniciación presente y válvula de inyección MV-8204 A/B cerrada.
Si está abierta y se presenta señal de iniciación, cierra.

Válvula de Succión Enfriamiento Parada MV-8214 A/B

Para abrir esta válvula, deben estar cerradas:

Válvula succión A.S MV-8213 A/B.
Válvula prueba A.S MV-8210 A/B.
Válvula rocío cámara supresión MV-8234 A/B.

PRECAUCIÓN: Estando abierta la MV-8214 A/B, se pueden abrir la MV-8234 A/B, MV-8210 A/B, MV-8202 A/B y drenar la vasija.

Válvula Prueba a la Alberca Supresión MV-8210 A/B (F024 A/B)

Abre si no hay señal de iniciación.
Abre si hay señal de iniciación y la válvula de inyección MV-8204 A/B está cerrada.
Cierra si se presenta señal de iniciación.

Válvula Inyección MV-8204 A/B/C: CS en abrir y Presión Rx < 31.5 Kg/cm² Y Abre en automático si hay señal de iniciación, baja presión en el Rx < 31.5 Kg/cm² y no hay bajo voltaje en el bus crítico.

Válvula Succión A.S. MV-8213 A/B (F004 A/B): Se puede abrir si la válvula de succión de enfriamiento en parada MV-8214 A/B está cerrada (durante operación normal, esta válvula está abierta).

Válvula Baipás HX MV-8221 A/B (F048 A/B): Si la válvula está cerrada, abrirá si se presenta señal de iniciación y podrá cerrarse después de 10 minutos de haberse presentado la señal (durante operación normal, esta válvula está abierta).

Válvula Flujo Mínimo MV-8202 A/B/C

Abre después de 8 segundos del arranque de la bomba principal y un flujo a la descarga < 56.8 lps.
Cierra cuando se tiene un flujo en la descarga > 56.8 lps.

PRECAUCIÓN: Si la bomba principal es puesta F/S con bajo flujo en la descarga, la válvula de flujo mínimo NO cerrará.

Válvula Prueba A.S MV-8244 (F021) Lazo “C”: Cierra si se presenta señal de iniciación y no se podrá abrir hasta que se restablezca la señal.

Válvula Descarga Bomba Llenado Lazos B y C MV-8203 (F129): Abre cuando se pone en servicio la bomba de llenado. Esta válvula no cierra si se pone fuera de servicio la bomba (durante operación normal, esta válvula está abierta).

Disparos

Las bombas principales A/B se disparan por:

Válvula MV-8213 A/B NO completamente abierta y
Válvula MV-8214 A/B o MV-8248 o MV-8247 NO completamente abiertas.

La bomba “C”, si tiene su válvula de succión MV-8213C cerrada, NO dispara.

Señales de Aislamiento

Del Modo Enfriamiento en Parada

Nivel 3 (+34.54 cm) (B22-LIS-N024A/B/C/D).
Alta Presión Rx (10.15 Kg/cm² (int) y 11.54 Kg/cm² (ext)) (B35-PSH-N018A/B/C/D).
Alta temperatura área Hx’s (88ºC) (E31-TE-N018A/B/C/D).
Alta ΔT área Hx’s: 53.3ºC (A) y 58.9ºC (B) (E31-TE-N027A/B/C/D y E31-TE-N028A/B/C/D).
Alto flujo succión RHR (E12) (0.244 Kg/cm² U1)(0.311 Kg/cm² U2) E31-DPIS-N012A/B.
Alta Presión Pozo Seco (0.118 Kg/cm²) C72-PSH-N002A/D.
Manual S25A/D.

Las válvulas MV-8209 A/B, MV-8245, MV-8247 y MV-8248 cierran por cualquier señal de aislamiento excepto la de alta presión en el pozo seco.

Las válvulas MV-8250, MV-8251, MV-8908A/B cierran por cualquier señal de aislamiento.

En el panel VB-29 se tiene la maneta S40 (MV-8250) y en el panel VB-23 se tiene la maneta S39 (MV-8251). Se utilizan para bypass las señales de alta presión Rx, alta temperatura, ΔT área cuartos Hx’s RHR y alto flujo succión RHR (E12) para poder abrir las válvulas MV-8250/8251.

Las válvulas de muestreo SV-8222 A/B y SV-8223 A/B, así como las válvulas de bola del TIP, se cierran por:

Nivel 3 (+34.54 cm).
Alta Presión Pozo Seco (0.118 Kg/cm²).
Manual (S25 A/D).

Detección de Fugas

La integridad del sistema RHR dentro de la vasija es monitoreada por dos instrumentos de presión diferencial, comparando presiones entre el RHR-A y el LPCS (N029A) y entre el RHR-B y RHR-C (N029B) aguas abajo de las válvulas check con dispositivo de prueba. Las alarmas indicarán (en el panel BB-9) una rotura si la presión diferencial es mayor que ±0.2 Kg/cm².

Modos de Operación

Inyección de refrigerante a baja presión (LPCI).
Rocío de la contención primaria.
Enfriamiento en parada y rociado de la cabeza.
Enfriamiento en parada succionando desde los skimmers.
Enfriamiento de la alberca de supresión o prueba.
Enfriamiento de la alberca de combustible gastado.

Suministros de Respaldo

Aporte de Emergencia del NSW (P41)

En los lazos A/B existe una interconexión con NSW (RHR(E12)-MV-8255A/B y RHR(E12)-MV-8294A/B), normalmente cerradas con maneta de llave en BB-9 y una línea de drenaje con válvula RHR(E12)-SV-8297A/B normalmente abierta.
Solo en el lazo B: una conexión con el sistema de protección contra incendio, mediante válvulas manuales (RHR-V-508/509 U-1) (E21-V-503/509 U-2) normalmente cerradas, y una válvula de drenaje (RHR(E12)-V-510) normalmente abierta.

PDS 903 – Inyección al Reactor con Bomba Portátil

Durante una pérdida de energía de CA y CD, se cuenta con una bomba portátil ubicada en la nave azul que puede succionar desde:

Tanques de lavado de aisladores 1-DW-TK-002 A/B/C a través de la válvula 1-EMW-V-001.
Tanques de contraincendio 1-FP-TK-001 A/B.
Agua de mar (Golfo de México).
Agua de la Laguna Verde.
Inyectando por las válvulas MV-8200, MV-8204 y AV-8206 utilizadas para el modo LPCI.

Drenado de la Alberca de Supresión

Se realiza a través del RHR(E12) lazos A/B/C hacia Desechos Radiactivos U-1 (Purificación U-2):

Lazos A/B/C a través de RHR(E12)-V-21A/B/C descargando al EDR o FDR con bomba en servicio.
Lazo B a través de RHR(E12)-MV-8250/8251 descargando al EDR ó FDR después del HX y presión Reactor < 9.5 Kg/cm².
Lazo A/B/C por gravedad a través de sus válvulas de drenaje ubicados en la succión descargando al FDR (G24).

Relación con Otros Sistemas

Vasija: 3 penetraciones (LPCI).
Recirculación (B35B): Succión/descarga modo enfriamiento en parada.
Contención Primaria: Succión Alberca Supresión, líneas de prueba descargan Alberca Supresión.
4.16 KV (R22): Alimentación bombas principales.
480 VCA (R32): Alimentación MV’s y bombas llenado.
125 VCD (R62): Alimentación lógica de control y actuación.
FPCC (G41): Apoyo para el enfriamiento ACG.
NSW (P41): Proporciona agua de enfriamiento a los Hx’s del RHR (E12) y aporte de emergencia.
LPCS (E21): Comparte bomba de llenado lazo “A”.
EDR (G22): Recibe drenajes del sistema.
LDS (E31): Monitorea potenciales fugas del sistema.
CIA (P53): Accionamiento válvulas neumáticas en caso de no tener disponible el CNI.
ECCS: Mitiga consecuencias de una rotura mediana o grande en la barrera de presión del refrigerante.
ADS: Permisivo de presión a la descarga (8.75 Kg/cm²) de las bombas para su actuación.
RCIC (E51): Utiliza línea de descarga del RCIC para Rocío de la Cabeza (lazo “B”).
Agua Desmineralizada (P23): Lavado y llenado de los Hx’s, presurizar lazos vía PHO.
NS4: Aislar el sistema por fugas.
HVAC Rx: Enfriamiento a los motores de las bombas (FC-001 A/B/C).
Suministro Condensado (P11): Lavado, llenado y presurizado del sistema vía V-9.
NCCW (P44): Enfriamiento al agua de sello de las bombas.
PHO (T48): Agua enfriamiento para los gases de salida de la cámara reacción.
GD´s: Alimentación eléctrica de emergencia a los buses críticos para alimentar las cargas del RHR (E12).

Efectos ante Falla de Otros Sistemas

RRC: Pérdida del modo enfriamiento en parada.
R32: Pérdida de alimentación eléctrica de las MV´s del sistema.
NSW: Pérdida de enfriamiento al Hx y aporte de emergencia.
LPCS: Bomba de llenado (no se presurizará el sistema).
LDS: Se perderá la capacidad de aislamiento del sistema por fugas.
GD: Se pierde la alimentación eléctrica de emergencia al sistema.
NCCW: Se queda sin enfriamiento el agua de sellos de las bombas.

Efectos ante Falla del Sistema

Todos los componentes del RHR (E12) relacionados con el modo enfriamiento de la contención (incluyendo los sistemas esenciales de soporte) están configurados y provistos con suficiente redundancia, de tal manera que ante cualquier falla simple en uno de los componentes activos se tendrá disponible al menos un lazo para enfriamiento de la alberca de supresión y un lazo para rocío de la contención.

Riesgos y Precauciones

Si el lazo “A” y “B” del 2E12 se encuentra alineado en modo enfriamiento en parada, el modo LPCI está inhibido por estar cerrada la MV-8213A, ya que ésta no abrirá por señal de iniciación.
Si el motor está a temperatura ambiente, puede arrancarse 2 veces consecutivas; para el tercer arranque, esperar al menos 60 minutos.
Si el motor ha estado en operación normal durante al menos 30 minutos, puede pararse y arrancarse una vez.
Para prevenir drenar la vasija del reactor a la alberca de supresión, durante el calentamiento de las tuberías de succión e inyección del RHR, mantenga cerrada la válvula MV-8202A/B, de mínimo flujo de la bomba A/B.

Límites Operacionales

Los flujos máximos por manejar en los intercambiadores de calor del 2E12 serán los siguientes:

Lado carcasa (2E12) = 315.4 LPS y Lado tubos (2P41) = 346.9 LPS (Solo en Flushing)(SIL 337–80).
Lado carcasa (2E12) = 290.1 LPS y Lado tubos (2P41) = 280.7 LPS (Normal de Diseño FSAR).

Para evitar daños por efecto de vibraciones inducidas por alto flujo.

Se recomienda flujo menor a 242 lps cuando inicie la descarga de combustible del núcleo para evitar vibración en la instrumentación nuclear de la vasija del Rx. (SIL 406 R1 )(AC-4 RC 52408 y AC-4 RC 52657).

Especificaciones Técnicas de Operación (E.T.O’s)

3 /4.3.2 Instrumentación para aislamiento.
3 /4.3.3 Instrumentación de actuación de los ECCS.
3 /4.4.9 Remoción de calor residual parada caliente y parada fría.
3 /4.5.1 ECCS en operación.
3 /4.5.2 ECCS en apagado.
3 /4.9.11 Remoción de calor residual y circulación del refrigerante en: Todos los niveles de agua y bajo nivel.