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Confidential - All Rights Reserved - Tecnatom 2016
Carlos Cueto-Felgueroso García Eva Frutos Ramos
Marta Colomer Martínez
Jornada Técnica SNE "Renovación de Licencia
para la Operación a Largo Plazo“ Tecnatom, 6 de abril de 2017
Inspección de internos de vasija en centrales PWR Westinghouse para la Operación a Largo Plazo
Aplicación a C. N. Almaraz
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• El CSN a través de la IS-22 ha requerido a los titulares de las CC. NN. EE. la implantación de un proceso de gestión del envejecimiento, incluida la gestión en el caso de la Operación a Largo Plazo (OLP)
• C. N. Almaraz (CNA) ha elaborado Plan de Gestión del Envejecimiento (PGV) conforme a la IS-22
• En lo referente a los internos de la vasija del reactor (IVR), la gestión del envejecimiento para OLP consiste en la realización de un programa de inspecciones de los IVR conforme a la guía EPRI MRP-227-A
• En 2012 Tecnatom desarrolló para C. N. Almaraz un programa de inspección de IVR conforme a la citada guía
2
INTRODUCCIÓN
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• La guía“Materials Reliability Program: Pressurized Water Reactor Internals Inspection and Evaluation Guidelines (MRP-227-A)” describe las bases técnicas para implantar los requisitos de inspección para los IVR en CC. NN. PWR que están sujetos a cualquiera de los mecanismos de degradación potenciales durante el período de OLP
• Los requisitos de cualificación de las técnicas a emplear en las inspecciones están contenidas en la guía MRP-228 “Materials Reliability Program: Inspection Standard for PWR Internals (MRP-228)”
• El objetivo de dichas guías es garantizar la seguridad, integridad y fiabilidad a largo plazo de los componentes internos de PWR utilizando métodos probados para la inspección, la monitorización, la vigilancia y la presentación de resultados
GUÍAS MRP-227 Y MRP-228
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• El alcance de las guías MRP-227-A y MRP-227-1 es el siguiente:
• Las estructuras soporte del núcleo (Categoría B-N-3 de ASME XI)
• Los internos con funciones relacionadas con la seguridad, que garantizan (10 CFR 54.4(a)(1)):
• La integridad de la barrera de presión
• La capacidad de parar el reactor y mantenerlo en condiciones de parada segura
• La capacidad de prevenir y limitar las consecuencias radiológicas de los sucesos operativos previstos y de los accidentes base de diseño dentro de sus límites especificados
• Están exentos de la aplicación de la guía los conjuntos combustibles, los conjuntos de control de la reactividad y las fijaciones soldadas a la vasija del reactor
ALCANCE DEL MRP-227
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• El objetivo de esta actualización para C. N. Almaraz es aplicar una guía (MRP-227-1) a priori más aproximada a la que estará en vigor cuando se realicen las inspecciones de los IVR para OLP
• Se tuvieron en cuenta:
• El alcance y los métodos de inspección propuestos en la guía
• Los años de operación a plena potencia de cada Unidad de C.N. Almaraz
• La información recogida en las inspecciones visuales en servicio realizadas hasta la fecha
• Las condiciones de accesibilidad para el cumplimiento de los requisitos del MRP-228 Rev. 2
• Coordinación con las extracciones de internos previstas conforme al programa de inspección en servicio de ASME XI
• Minimización del camino crítico durante la recarga
APLICACIÓN DEL MRP-227-1
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COMPONENTE W6
Pernos deflector-placa soporte. C. N. Almaraz
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ETAPAS
CATEGORIZACIÓN DE COMPONENTES
1. Desarrollo de criterios de cribado (Comp. química, fluencia, temperatura, tensiones, CUF,…) para determinar la susceptibilidad a ocho mecanismos de degradación identificados
2. Análisis FMECA (Failure Modes Effects and Criticality Analysis). Clasificación de los IVR en tres Categorías (A, B, C) en base a los criterios de cribado y a la potencialidad y severidad de las consecuencias a la seguridad y económicas
3. Evaluación de la funcionalidad de los componentes y conjuntos de componentes potencialmente más afectados por los mecanismos de degradación para determinar los efectos de la degradación
4. Categorización de los internos en cuatro grupos, en base a los cuales se desarrollan las guías de inspección y una metodología de evaluación de defectos
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ESQUEMA DE LA CATEGORIZACIÓN DE COMPONENTES
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Mecanismos de degradación Efecto
Corrosión bajo tensión (SCC) Agrietamiento
Corrosión bajo tensión asistida por
irradiación (IASCC) Agrietamiento
Desgaste Pérdida de material
Fatiga (alto y bajo número de ciclos) Agrietamiento
1. MECANISMOS DE DEGRADACIÓN (1)
CATEGORIZACIÓN DE COMPONENTES
Minimum Ligament
Inner Holes
Guide Tube Enclosure
Guide Card
Backside Hole
Wear Area
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Mecanismos de degradación Efecto
Fragilización por irradiación neutrónica Pérdida de ductilidad y tenacidad a la
fractura
Fragilización por envejecimiento
térmico
Pérdida de ductilidad y tenacidad a la
fractura
1. MECANISMOS DE DEGRADACIÓN (2)
CATEGORIZACIÓN DE COMPONENTES
neutron
atomic collisions
vacancies
self-interstitials PKA
primary knock-on atom D E
Energy
transfer
Elastic collision
Niveles de susceptibilidad:
Inoxidables austeníticos (Metal base):
• Fluencia > 1*1021 n/cm2 (E> 1 MeV) [1,5 dpa]
Soldaduras:
• Fluencia > 6,7*1020 n/cm2 (E> 1 MeV) [1 dpa]
Materiales susceptibles:
Aceros CASS y soldaduras de inoxidables austeníticos:
• Ferrita > 20%
• Molibdeno > 0,5% y ferrita > 14%
Aceros PH
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Mecanismos de degradación Efecto
Hinchamiento por huecos (VS) y
crecimiento por irradiación (IG)
VS: Cambios dimensionales
IG: Aleaciones de Zi (N/A)
Relajación de tensiones asistida por
temperatura (TSR) e irradiación (ISR)
o fluencia asistida por irradiación
TSR: Pérdida de precarga (<1000 hr)
ISR: Pérdida de precarga, que
eventualmente puede causar fatiga o
desgaste y causar agrietamiento
1. MECANISMOS DE DEGRADACIÓN (3)
CATEGORIZACIÓN DE COMPONENTES
Niveles de riesgo:
Inoxidables austeníticos (inc. soldaduras):
Fluencia > 1,3*1022 n/cm2 (E> 1 MeV) [20 dpa] y Temperatura > 320 ºC
Factores de riesgo:
Pernos y muelles:
• Precarga y alta temperatura
• Fluencia > 1,3*1020 n/cm2
(E> 1 MeV) [0,2 dpa]
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• Clasificación de los IVR, en base a los criterios de cribado y a la potencialidad y severidad de las consecuencias sobre la seguridad y económicas, en tres categorías (para cada mecanismo de degradación):
• Categoría A, efectos no significativos
• Categoría B, efectos moderadamente significativos
• Categoría C, efectos potencialmente significativos
2. CLASIFICACIÓN
CATEGORIZACIÓN DE COMPONENTES
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• Los análisis de funcionalidad de los IVR se basan en la hipótesis de 30 años de operación en modo de carga base con una configuración del núcleo de altas fugas, seguido de 30 años de operación en modo de carga base con una configuración del núcleo de bajas fugas
• Normalmente las plantas (como C. N. Almaraz) han cambiado a la configuración de núcleo a bajas fugas antes de 30 años de operación
3. EVALUACIÓN DE FUNCIONALIDAD
CATEGORIZACIÓN DE COMPONENTES
Diseño del núcleo CNA 1 CNA 2
Estándar Ciclos 1 a 4 Ciclos 1 y 2
Transición Ciclos 5 a 7 Ciclos 3 a 5
Bajas fugas Ciclos 8 a 25 Ciclos 6 a 24
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• Categorización de los internos en cuatro grupos en base a los cuales se desarrollan las guías de inspección y una metodología de evaluación de defectos
4. DEFINICIÓN DE GRUPOS
CATEGORIZACIÓN DE COMPONENTES
REQUISITOS
DE
INSPECCIÓN
(MRP-227-A)
REQUISITOS
DE
INSPECCIÓN
(MRP-227-A)
Crit
icid
ad
C
rit
icid
ad
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GRUPO PRIMARIO (Primary)
DESCRIPCIÓN DE LOS GRUPOS (1)
Componentes que son altamente susceptibles a los efectos de, al menos, uno de los ocho mecanismos de envejecimiento identificados en la guía.
En este grupo se incluyen también componentes que han demostrado un grado de tolerancia a un efecto de degradación específico, pero para el cual no existen componentes altamente susceptibles o para el cual ningún componente altamente susceptible es accesible
GRUPO EXTENSIÓN (Expansion)
Está constituido por los componentes IVR que son alta o moderadamente susceptibles a los efectos de, al menos, uno de los ocho mecanismos de envejecimiento identificados en la guía, pero para los cuales la evaluación de funcionalidad ha demostrado un grado de tolerancia a estos efectos
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DESCRIPCIÓN DE LOS GRUPOS (2)
GRUPO PROGRAMA EXISTENTE (Existing Programs)
GRUPO SIN MEDIDAS ADICIONALES (No Additional Measures)
Componentes para los cuales los efectos de degradación provocados por los mecanismos identificados en la guía se encuentran por debajo de los criterios de evaluación. También se incluyen en este grupo los componentes internos que, como resultado del modo de fallo, los análisis de efectos y criticidad y la evaluación de funcionalidad no requieren medidas adicionales
Componentes que son susceptibles a los efectos de, al menos, uno de los ocho mecanismos de envejecimiento identificados en la guía y para los cuales existe en la planta un programa que es capaz de gestionar dichos efectos
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• Los cuatro grupos resultantes definen un programa de monitorización basado en muestreo, comenzando con inspecciones de localizaciones de componentes altamente afectados, y extendiendo las inspecciones a otros componentes si la degradación detectada excede de los niveles aceptables
• Estas inspecciones no tienen por objeto reemplazar ninguno de los requisitos de la Sección XI de ASME para los componentes definidos como estructuras soporte del núcleo (Tabla IWB-2500-1 Categoría B-N-3).
PROGRAMA DE GESTIÓN DEL ENVEJECIMIENTO
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• La selección de Metodologías para la Gestión del Envejecimiento (MGE) se basa en dos criterios:
• Capacidad de caracterización del efecto de envejecimiento
• Aplicación de técnicas probadas en la industria
• Metodologías:
• VT-3: Para determinar la condición general de la superficie
• VT-1: Para detección y dimensionamiento de discontinuidades en la superficie, tales como holguras
• EVT-1: Para detección y dimensionamiento de grietas en la superficie
• ET (corrientes inducidas): Como examen suplementario a los VT.
• UT: Para inspección de pernos
SELECCIÓN DE METODOLOGÍAS (1)
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• Medidas físicas: Caracterización de desgastes, pérdida de pre-carga, deformación excesiva…
• Los métodos de END propuestos deben cualificarse de acuerdo a la guía MRP-228
SELECCIÓN DE METODOLOGÍAS (2)
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GRUPOS EN C. N. ALMARAZ (1)
Componentes del grupo Primario Método END
Componentes de alineamiento e interfaz
W8. Muelle de fijación de internos Medida directa de
altura del muelle
Conjunto deflector-placas soporte
W6. Pernos deflector-placa soporte 1 UT
W7. Conjunto de placas deflectoras y de soporte VT-3
W5. Pernos deflector-deflector VT-3
Conjunto de tubos guía de las barras de control
W1. Placas guía VT-3
W2. Soldaduras de las bridas inferiores de los tubos guía
de las barras de control (CRGT)
EVT-1
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GRUPOS EN C. N. ALMARAZ (2)
Componentes del grupo Primario Método
END
Barrilete del núcleo
W3. Soldadura de la brida a la sección superior del barrilete (UFW) EVT-1
W4. Soldadura circunferencial inferior del barrilete (LGW) 2 EVT-1
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GRUPOS EN C. N. ALMARAZ (3)
Componentes del grupo Extensión Método
END
Conjunto deflector-placas soporte
W6.1 Pernos barrilete-placa soporte UT
Sistema de instrumentación del fondo de la vasija
W2.2 Columnas del sistema de instrumentación nuclear del fondo de
la vasija 3
VT-3
Conjunto de tubos guía de las barras de control
W2.1 Soldaduras restantes de las bridas inferiores de los tubos guía
de las barras de control (CRGT)
EVT-1
Barrilete del núcleo
W3.1 Soldadura circunferencial superior del barrilete (UGW) 4 EVT-1
W3.2 Soldaduras longitudinal superior del barrilete (UAW) EVT-1
W3.3 Soldadura de la sección inferior del barrilete con el soporte
inferior del núcleo (LFW)
EVT-1
W4.2 Soldadura longitudinal intermedia del barrilete (MAW) EVT-1
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GRUPOS EN C. N. ALMARAZ (4)
Componentes del grupo Extensión Método
END
Barrilete del núcleo
W4.3 Soldadura longitudinal inferior del barrilete (LAW) EVT-1
Conjunto de internos inferiores
W3.4 Soporte inferior del núcleo VT-3
W4.4 Columnas de soporte inferior del núcleo (fundición y no de
fundición)
VT-3
W6.2 Pernos de las columnas de soporte inferior del núcleo UT
Conjunto de internos superiores
W4.1 Placa superior del núcleo VT-3
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Componentes del grupo Programa Existente Método
END
Componentes de alineamiento e interfaz
W15. Pines de alineamiento de la placa superior del núcleo VT-3
W14. Pernos de los insertos de soporte radial VT-3
Sistema de instrumentación del fondo de la vasija
W13. Thimbles (tubos) ET
Barrilete del núcleo
W10. Brida del barrilete VT-3
GRUPOS EN C. N. ALMARAZ (5)
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Componentes del grupo Programa Existente Método
END
Conjunto de internos inferiores
W12a y W12b. Placa inferior del núcleo VT-3
Conjunto de internos superiores
W11. Presillas rigidizadoras del conjunto soporte superior VT-3
GRUPOS EN C. N. ALMARAZ (6)
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Componentes del grupo Sin Medidas Adicionales Método
END
Conjunto de tubos guía de las barras de control
Tubos-C y vainas
Sistema de instrumentación del fondo de la vasija
Collarines de las columnas del sistema de instrumentación del fondo
de la vasija
Elementos cruciformes de las columnas del sistema de
instrumentación del fondo de la vasija
Tubos de extensión de las columnas del sistema de instrumentación
del fondo de la vasija
Tapones de los “thimbles”
GRUPOS EN C. N. ALMARAZ (7)
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• Del grupo Primario a Extensión:
• Soldadura W3.3 (LFW)
• Soldadura W3.1 (UGW)
• Se ha eliminado la inspección de las soldaduras de las toberas de salida del barrilete y se ha sustituido por las soldaduras W3.1, W3.2 y W3.3
• Si se detecta SCC en la soldadura W3 (Grupo Primario), se ampliará la inspección a las soldaduras W3.1, W3.2 y W3.3 (Grupo Extensión)
• Si se detecta IASCC en las soldaduras W4 (Grupo Primario), se ampliará la inspección a las soldaduras W4.2 y W4.3 (Grupo Extensión)
CAMBIOS EN EL MRP-227-1 (1)
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• Cambios de alcances:
• En las soldaduras del grupo Primario W3 y W4, el alcance de la muestra de inspección por EVT-1 será >25% de la superficie de la soldadura y del metal base adyacente
• Ampliación del alcance si hay indicaciones
• En las soldaduras del grupo Extensión W3.1, W3.2, W3.3, W4.2, W4.3, el alcance de la muestra de inspección por EVT-1 será >75% de la superficie de la soldadura y del metal base adyacente
• Pernos W6.1 (de barrilete a placa soporte), el 100% de los accesibles con un mínimo del 75% del total
• Pernos W6.2 (columnas de los soportes inferiores), el 100% de los accesibles (o un alcance justificado por la planta), con un mínimo del 75% del total (o un alcance justificado por la planta)
CAMBIOS EN EL MRP-227-1 (2)
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• Cambio de examen EVT-1 a VT-3 y del alcance en
• En el componente W3.4 (Soporte inferior del núcleo) de >75% de las superficies accesibles a >25% de la superficie inferior (lado opuesto al núcleo)
• En el componente W4.4 (Columnas de soporte inferior del núcleo) del 100% de las columnas accesibles a >25% de las columnas visibles desde encima de la placa inferior del núcleo
• Inspección visual VT-3 de las placas guía (W1) de acuerdo al WCAP-17451-P
• Inspección visual (VT-3) de la superficie de contacto de estelita y de los pernos de los insertos del soporte radial de acuerdo al TB-14-5
CAMBIOS EN EL MRP-227-1 (3)
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EXTRACTO DE LA TABLA RESUMEN DEL PROGRAMA DE INSPECCIÓN DE INTERNOS DE C.N. ALMARAZ
Componente Material Clasificación Mecanismo de degradación Efecto
Conjunto deflector-placas soporte
W6. Pernos
deflector-placa
soporte
SS 316
SS 347 Primario
a) IASCC y fatiga
b) Fragilización por irradiación
c) Hinchamiento (void swelling)
d) Relajación de tensiones por
irradiación
a) Agrietamiento
b) Pérdida de tenacidad de
fractura
c) Deformación
d) Pérdida de pretensado
W7. Placas del
deflector y placas
soporte (incluye la
interacción de los
pernos de unión de
las placas del
deflector y los
pernos tipo
“corner”
SS 304
Primario
a) Hinchamiento (void swelling)
b) IASCC
a) Deformación
b) Agrietamiento
provocan:
Alteración de la interacción con
los elementos combustibles,
holguras entre placas,
desplazamiento vertical de placas
deflectoras y degradación de los
pernos deflector-deflector.
W5. Pernos
deflector-deflector
SS 316
SS 347
Primario
a) IASCC y fatiga
b) Fragilización por irradiación
c) Hinchamiento (void swelling)6
d) Relajación de tensiones por
irradiación
a) Agrietamiento que provoca
pérdida o rotura de las lengüetas
de cierre de los pernos, fallo o
pérdida de pernos y deformación
de la cabeza de los pernos
b) Pérdida de tenacidad de
fractura
c) Deformación
d) Pérdida de pretensado
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EXTRACTO DE LA TABLA RESUMEN DEL PROGRAMA DE INSPECCIÓN DE INTERNOS DE C.N. ALMARAZ
Componente Componente asociado del
grupo primario/extensión
Técnica de
inspección
Inspección inicial y Frecuencia
de inspección
Conjunto deflector-placas soporte
W6. Pernos
deflector-placa
soporte
W6.2 Pernos de las columnas de
soporte inferior
W6.1 Pernos barrilete-placa
soporte
UT
Inspecciones base de referencia entre 25 y
35 EFPY e inspecciones subsiguientes
periódicas cada 10 años
W7. Placas del
deflector y placas
soporte (incluye la
interacción de los
pernos de unión de
las placas del
deflector y los
pernos tipo “corner”
Ninguno VT-3
Inspecciones base de referencia entre 20 y
40 EFPY e inspecciones subsiguientes
periódicas cada 10 años
W5. Pernos
deflector-deflector
Ninguno
VT-3
Inspecciones base de referencia entre 20 y
40 EFPY e inspecciones subsiguientes
periódicas cada 10 años
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EXTRACTO DE LA TABLA RESUMEN DEL PROGRAMA DE INSPECCIÓN DE INTERNOS DE C.N. ALMARAZ
Componente Alcance de
la inspección Inspección inicial en CNA
Conjunto deflector-placas soporte
W6. Pernos deflector-
placa soporte
100% de los pernos accesibles
(ref.: figura 4-23 del MRP-227-A y figura 4-
15 del MRP-227-1)
Grupo 1:
34,2 EFPY en Octubre 2021
Plazo de inspección hasta R128
Grupo 2:
34,5 EFPY en Septiembre 2022
Plazo de inspección hasta R227
W7. Placas del
deflector y placas
soporte (incluye la
interacción de los
pernos de unión de las
placas del deflector y
los pernos tipo “corner”
Superficies del lado del núcleo:
- Uniones de placas deflectoras sometidas
a altas fluencias
- Extremo superior e inferior de las placas
deflectoras
- Lengüetas de cierre de los pernos
deflector-deflector
(ref.: figuras 4-16 de MRP-227-1)
Grupo 1:
34,2 EFPY en Octubre 2021
Grupo 2:
34,5 EFPY en Septiembre 2022
W5. Pernos deflector-
deflector
Pernos y lengüetas de cierre de los
cordones de alta fluencia. 100% de los
componentes accesibles del lado del
núcleo (ref.: figura 4-14 de MRP-227-1)
Grupo 1:
34,2 EFPY en Octubre 2021
Grupo 2
34,5 EFPY en Septiembre 2022
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• El programa de inspección de IVR de C. N. Almaraz basado en el MRP-227-1 representa el estado del arte de la industria
• Asimismo, incorpora la información específica de los IVR de C. N. Almaraz disponible hasta la fecha
• Sin embargo,
• La Safety Evaluation del MRP-227-1 por la NRC está pendiente:
• Posible inclusión de algún otro componente en el grupo Primario, o la reclasificación de otros de Extensión a Primario
• Posible incremento del alcance de algún componente
• Posible cambio de examen VT-3 a EVT-1 en algún componente
• Con todo, sirve de base de partida para el proceso cuyo fin es la realización de las inspecciones de los IVR
CONCLUSIONES
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¡Muchas gracias por vuestra atención!
Aquí estoy para responder a vuestras preguntas…