Sector de la invención

La presente invención tiene por objeto un equipo para la disolución de compuestos de boro en un flujo continuo de agua para mantener el reactor de una central nuclear por debajo de las condiciones de criticidad, además de refrigerar la piscina del reactor o las de combustible gastado.

Es notorio el problema surgido en la central termonuclear de Fukushima, Japón en la que la falta de refrigeración de los distintos reactores produjo un descontrol de la reacción con las consecuencias que todos conocemos, provocando una difusión de radiactividad en todo el entorno, habiéndose tenido que evacuar la población civil.

En las centrales nucleares se produce una reacción en la que el combustible se encuentra inmerso en una solución de agua borada, lo que permite una reacción de fisión autosostenida. El boro es un captador de neutrones que resulta idóneo para neutralizar la reacción del combustible nuclear. La utilización de disoluciones de boro en función de la concentración del boro en el agua permite mantener estable la reacción de fisión, incrementarla, o detener la reacción cuando las concentraciones son elevadas.

La refrigeración de los circuitos, primarios, y piscinas de almacenamiento se realiza mediante agua borada.

En las centrales suele haber tanques de almacenamiento provistos de agua con compuestos de boro en disolución, por ejemplo, ácido bórico, habitualmente mantenidas a cierta temperatura para evitar la precipitación y mantener la concentración deseada. Sin embargo, esos tanques tienen dimensiones limitadas y no son capaces de abastecer un flujo continuado más allá de unas pocas horas, en el caso de que ello resulte necesario.

Por lo tanto, es posible que las instalaciones de suministro de agua borada no estén disponibles para su utilización en los momentos de emergencia en los que se requiere en la medida suficiente, por lo que se hace necesario disponer de un medio externo de suministro de agua horada que mantenga la refrigeración de los sistemas y la reducción de la reacción.

Los sistemas de seguridad de una central nuclear incluyen un conjunto de acumuladores eléctricos que son capaces de suministrar a todos los sistemas durante unas decenas de horas, y también un conjunto de generadores, normalmente accionados mediante motores Diesel, que se activan inmediata y automáticamente cuando se detecta un fallo de suministro eléctrico en la central.

Así, normalmente no resultará imprescindible dicha refrigeración externa durante las primeras horas, por lo que es suficiente tener disponible el sistema tras algunas horas desde que se produce el fallo de la central.

Así, se propone una instalación móvil para el suministro de agua horada, en flujo continuo, comprendiendo medios de adaptación de una fuente de agua externa y de regulación de dicha fuente, un dispositivo de mezclado de los correspondientes componentes, y dispositivos de bombeo, todo ello contenido en un contendor marítimo de 20 pies.

Antecedentes de la invención

KR 2012 0039161 divulga un aparato para el control automático de la concentración de boro en un reactor nuclear para realizar la carga diaria necesaria.

Comprende un indicador de temperatura, una señal de distribución de energía en dirección axial y una señal de posición de una varilla de control.

SE 98 00940 A describe un sistema de parada de un reactor nuclear PWR o BWR, en el se disponen dispositivos que permiten que se introduzca boro en el refrigerante. También se describe un método para dicha parada que incluye la adición de boro en el refrigerante para reducir los niveles de radiactividad en el núcleo del reactor.

JP 2012 083113 describe un dispositivo de control que controla el caudal y la concentración de boro en un tanque de control del volumen del refrigerante que se ha de suministrar al reactor. Se determina la relación de mezcla entre una solución de ácido bórico con una concentración objetivo del refrigerante del primario.

DE 3618966 Al describe una disposición para salvaguardar la cámara de combustible de un reactor nuclear contra el sobrecalentamiento. Se suministra un material absorbente de neutrones, formado por gránulos de óxidos o sales que tienen una alta capacidad de absorción de neutrones, formado por sílice, oxido de sodio, óxido de gadolinio, óxido de boro, entre otros.

US 4844856 A describe un proceso para la regulación automática del contenido de boro soluble del agua de refrigeración de un reactor nuclear presurizado; las zonas de boración de los medios de boración y los medios de disolución se determinan a priori, en correspondencia con pares de válvulas de dos parámetros de control, relativos a la posición del grupo de regulación del reactor en el núcleo y la desviación del imbalance de energía axial.

US 4582672 A describe un método para la prevención de la criticidad inadvertida en una unidad de generación de energía eléctrica de combustible nuclear, en el que se inyecta al reactor agua con gran cantidad de boro, para mantener el reactor en condiciones subcríticas.

CA 1136778 Al describe un aparato para la adición de boro al refrigerante del primario de un sistema de reactor nuclear refrigerado por agua. Se inyecta ácido bórico en el refrigerante del primario para asegurar un cese de la reactividad en caso de accidente. El método comprende el calentamiento de ácido bórico fundido y una solución de agua en una vasija de almacenamiento creando la suficiente presión para que el colchón de vapor que se genera inyecte la solución en el refrigerante del reactor.

El documento WO 2013/158691 Al se refiere a un sistema de boración móvil que tiene una serie de componentes que son móviles e incluyen una fuente de agua, un suministro de polvo de H2B03, un mezclador para mezclar la solución capaz de proporcionar una solución de ácido bórico con un arrastre mínimo de aire y un intercambiador o intercambiadores de calor opcionales, siendo el sistema capaz de ser transportado a una instalación de una central nuclear por tierra, mar o aire.

El documento EP 2600351 Al describe un conjunto y un método para la inyección de agua de un elemento absorbente de neutrones para la refrigeración del núcleo de un reactor nuclear en una situación de crisis, que tiene una tubería principal que incluye un extremo para la conexión a un suministro de agua y otro extremo para la conexión a un circuito conectado a un circuito primario de un reactor nuclear, donde una bomba y un dispositivo de calentamiento de agua se proporcionan entre los extremos de la tubería. Un inyector permite la inyección continua de agua, por ejemplo, agua dulce, en la tubería a un polvo absorbente de neutrones, por ejemplo, borato, y un mezclador mecánico mezcla y disuelve el polvo con el agua. Una unidad de control controla y supervisa el flujo de agua y el flujo del polvo inyectado.

Si bien todas estas invenciones contemplan distintos modos de introducir agua borada en el reactor, todas ellas se integran en el proceso ordinario de trabajo de la central, no resuelven el problema en caso de producirse el descontrol de dicha central o una catástrofe, en la que se hace necesario disponer de agua borada en grandes cantidades, sin que ello pueda depender de las instalaciones de la propia central, ya que pueden dejar de estar operativas.

El documento PCTES2013070820 es el documento más próximo del estado de la técnica a la presente invención. Dicho documento describía un equipo de boración de agua en flujo continuo que no dependía de las instalaciones de la propia central, y que permitía ser transportado fácilmente, y ser utilizado como suministrador de agua borada mediante su conexión a una fuente de energía, por ejemplo, un generador portátil y mediante su conexión a un abastecimiento de agua.

La presente invención presenta las siguientes ventajas respecto al documento PCTES2013070820:

• Es un sistema más compacto y más fácilmente transportable. Mientras que en el anterior equipo se transportaba en dos contenedores, este equipo se puede transportar mediante un único contendor.

• Es un sistema más simple. El equipo objeto de la presente invención comprende un menor número de elementos que el equipo descrito en el documento anterior, lo que conlleva una mayor fiabilidad (ya que hay un menor número de componentes susceptibles de producir malfuncionamiento,) y una mayor facilidad de montaje y de transporte.

Es un sistema más seguro para los operarios, ya que comprende sistemas que eliminan la presencia de polvo de ácido bórico en la atmosfera del contenedor que transporta el equipo, que puede ser perjudicial para la salud de los operarios si se ven expuestos al mismo.

• Es un sistema con mayor grado de automatización, en el que únicamente se hace necesaria la labor de un operario en la carga de los sacos de ácido bórico, pudiendo realizarse dicha carga mediante una grúa externa o una carretilla elevadora.

• Mediante el equipo objeto de la presente invención, se produce un mayor aprovechamiento de los materiales, ya que incorpora medios que mejoran y garantizan el vaciado de los sacos de polvo de ácido bórico.

• Es un equipo más versátil, ya que incorpora más líneas de entrada de agua, una línea de excedente para que se pueda trabajar con un caudal inferior al caudal mínimo de funcionamiento de la bomba de alimentación, y diferentes líneas de salida de agua que pueden configurarse mediante un conjunto de válvulas para distribuir varios flujos de agua borada, o agua borada y agua bruta, en función de las necesidades requeridas.

Descripción de la invención

La presente invención consiste en un equipo de boración de aguas en flujo continuo, que puede ser fácilmente transportada y que permite su utilización rápida, sin más que la mera conexión de los conductos correspondientes y a la fuente de energía, tal como un generador portátil.

El equipo está formado por los siguientes elementos:

• Un mezclador mecánico susceptible de facilitar la disolución de ácido bórico en agua., Preferentemente, el mezclador mecánico es un mezclador cilindrico con base troncocónica, que comprende una pala de agitación y placas deflectoras. Preferentemente, el mezclador incorpora resistencias eléctricas para compensar la pérdida de calor ocasionada por la reacción endotérmica de disolución de ácido bórico en agua, evitando la cristalización de ácido bórico en caso de temperatura ambiental y del agua reducidas. • Al menos una línea de entrada de agua bruta al mezclador con una boca de entrada. Preferentemente, la línea de entrada de agua bruta comprende medios para la regulación del caudal de entrada de agua bruta al mezclador. Opcionalmente, la línea de entrada de agua está alimentada tanto por una línea principal como por una línea secundaria de entrada de agua bruta que permite conectar una segunda fuente de abastecimiento de agua bruta.

• Opcionalmente, el equipo comprende una línea de excedente, que permite operar con caudales inferiores al caudal mínimo de funcionamiento de una bomba de abastecimiento.

• Al menos una línea de salida de agua del mezclador. Opcionalmente, el equipo comprende una segunda salida de agua del mezclador, lo que permite inyectar agua borada en un segundo consumidor, por ejemplo, un camión cisterna. Opcionalmente existe una línea de bypass entre la línea de entrada y al menos una de las líneas de salida, que permite inyectar agua borada en un primer consumidor y agua bruta en un segundo consumidor, en paralelo.

• Un sistema de alimentación de ácido bórico hacia el reactor.

El sistema de alimentación de ácido bórico está formado en primer lugar por una estructura de soporte en la que se deposita un saco de ácido bórico, de los denominados "big bags", normalmente con una capacidad para 1000 kg de producto.

La estructura de soporte está dispuesta preferentemente sobre un sistema de elevación, por ejemplo, una estructura telescópica, que permite elevarlo para facilitar la disposición de los sacos de ácido bórico mediante una carretilla o una grúa de elevación, incluso encontrándose dicha estructura por encima de la superficie superior del contenedor. En este último caso, el contendor comprende una abertura con una cubierta retirable o retraíble para permitir que dicha estructura asome por encima de su superficie superior. La estructura puede comprender además unas tapas superior e inferior retirables o retraíbles de forma manual o automática.

La abertura de los sacos se produce cuando se detecta su presencia en la estructura mediante sensores, mediante un conjunto de cuchillas que actúan de forma automática, produciendo cortes en la parte inferior del saco que permiten que el contenido del mismo se vacíe.

Opcionalmente, para que el contenido del saco de ácido bórico se vacíe íntegramente, la estructura comprende un conjunto de "masajeadores" del saco formados por un conjunto de cilindros neumáticos que presionan sobre este y garantizan que todo el producto del interior del saco sea vaciado.

Bajo la estructura de vaciado de los sacos de ácido bórico, se dispone un depósito cónico que permite almacenar el producto vertido desde el saco durante un periodo de tiempo en el que se sustituye el saco vacío por un nuevo saco lleno de producto. El sistema cuenta con un sistema de aviso de que el producto del saco se ha vaciado, para que un operario retire el saco vaciado y disponga un nuevo saco sobre la estructura.

El producto vertido en el depósito cónico se dirige hacía un transportador que transporta el ácido bórico en polvo hacia el mezclador, ajustándose la concentración de ácido bórico en el agua del mezclador mediante la variación de la velocidad de dicho transportador. La velocidad del transportador es susceptible de ajustarse automáticamente en función de los parámetros de la concentración requerida, Preferentemente, el transportador es un tornillo sinfín que dirige el ácido bórico en polvo desde la parte inferior del depósito cónico hacia la parte superior del mezclador, desde donde se vierte el ácido bórico al mezclador.

Entre el depósito cónico y el transportador, se dispone un sistema triturador, preferentemente formado por una trituradora de rodillos. Mediante este sistema se asegura que no se formen aglomeraciones o piedras de ácido bórico, por lo que el ácido bórico se suministra al mezclador en polvo lo que facilita y optimiza su disolución en el agua bruta.

Entre la estructura de vaciado y el depósito cónico, se dispone un sistema de captación conectado a un sistema de aspirado del polvo de ácido bórico, con filtros autolimpiables, y un sistema de confinamiento de dicho polvo de ácido bórico. Dicho sistema evita que las partículas en el aire, o que no se han dirigido hacia el depósito cónico se queden en la atmosfera del contenedor, lo que puede suponer un riesgo para los operarios. Un sistema de vigilancia y control formado por los siguientes elementos: o Autómata: Gestiona las diferentes señales de instrumentación, las alarmas por valores anormales de funcionamiento, y la ejecución de los diferentes automatismos (gestión del nivel de agua en el mezclador, regulación de caudales de entrada y de salida de agua en el mezclador, gestión de la velocidad del transportador de ácido bórico en función del caudal de agua de entrada para regular la concentración de ácido bórico en el agua, control de la temperatura del agua y accionamiento de las resistencias calefactoras, además regula el funcionamiento de las cuchillas de apertura de los sacos de ácido bórico cuando se detecta la presencia de los mismos en la estructura de soporte, gestión de las válvulas de las válvulas de las líneas de salida principal y secundaria para suministrar un único flujo de agua borada, un flujo de agua borada y otro de agua bruta, o dos flujos de agua borada, etcétera). o Pantalla IHM (interfaz humano máquina): Permite la visualiza on del estado operativo del sistema, así como la realización de los ajustes pertinentes (concentración de boro requerida, modo de funcionamiento, etcétera). o Dispositivo de televigilancia: A través de este dispositivo el operador puede conocer el estado operativo del sistema a distancia, recibiendo las alarmas cuando el sistema requiere su atención (cambio de saco de ácido bórico, malfuncionamiento de algún componente, etcétera). De este modo los operadores se encuentran en una zona protegida durante la operación del sistema, minimizando las dosis recibidas.

• Un sistema de blindaje que protege los elementos de mayor radiosensibilidad, como el cuadro eléctrico con el autómata y toda la instrumentación.

• Opcionalmente, el contendor cuenta con un gancho para un camión con sistema "Ampliroll", que es un gancho movido hidráulicamente con cilindros hidráulicos, instalado en un chasis convencional que recoge cajas contenedoras del suelo y las monta sobre el chasis y deja en el lugar cajas contenedoras vacías para ser llenadas. De esta forma la carga y la descarga del equipo de boración se puede producir de forma más fácil y rápida, lo que es deseable en situaciones de emergencia. El equipo se complementa con un grupo electrógeno para alimentar eléctricamente los sistemas del equipo,

• Opcionalmente, el equipo dispone de alojamientos para el guardado de herramientas y elementos auxiliares.

Breve descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de figuras en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1 muestra una vista esquemática del equipo portátil de boración de aguas en flujo continuo, según una opción de realización de la presente invención.

La figura 2 muestra un diagrama P&ID del equipo portátil de boración de aguas en flujo continuo, según una opción de realización de la presente invención.

Descripción de los modos de realización de la invención

A la vista de las mencionadas figuras, y de acuerdo con la numeración adoptada, se puede observar en ellas un ejemplo de realización preferente de la invención, la cual comprende las partes y elementos que se indican y describen en detalle a continuación.

Como se ha descrito anteriormente, el equipo portátil de boración de aguas en flujo continuo está integrado en un contenedor (1), preferentemente un contenedor de 20 pies. Dicho contenedor comprende un gancho (2) para la para un camión con sistema "Ampliroll".

El equipo portátil de boración de aguas en flujo continuo comprende una línea de entrada (17) de agua bruta al mezclador (3) y una línea de salida de agua borada del mezclador. (21) La línea de entrada (17) de agua bruta está alimentada tanto por una línea de entrada principal (18) como por una línea de entrada secundaria (19) de agua bruta que permite conectar una segunda fuente de abastecimiento de agua bruta.

Conectada a la línea de entrada de agua (17) existe además una línea de excedente (20), que permite operar con caudales inferiores al caudal mínimo de funcionamiento de la comba de abastecimiento. De esta forma, por dicha línea de excedente se evacúa el caudal de agua sobrante una vez ha sido impulsado por la bomba.

El equipo comprende además una línea de salida (21) de agua borada del mezclador (3). Dicha línea de salida (21) de agua borada se divide en una línea de salida principal (22) y una línea de salida secundaria (23), de forma que es posible inyectar agua borada en un segundo consumidor, por ejemplo, un camión cisterna.

Existe además una línea de bypass (24) entre la línea de entrada (17) y la línea de salida principal (22) por lo que se puede inyectar agua bruta en un primer consumidor a través de la línea de salida principal (22) y agua borada a través de la línea de salida secundaria (23) a un segundo consumidor. La regulación de los flujos de dichas líneas (21,22,23,24) se regula mediante un conjunto de válvulas, preferentemente electroválvulas operadas a través de un autómata instalado en el equipo.

En el interior del contenedor (1) se dispone un mezclador (3) cilindrico con base troncocónica, que comprende una pala de agitación y placas deflectoras. El mezclador incorpora resistencias eléctricas para compensar la pérdida de calor ocasionada por la reacción endotérmica de disolución de ácido bórico en agua, evitando la cristalización de ácido bórico en caso de temperatura ambiental y del agua reducidas.

El mezclador (3) comprende una boca de entrada de agua bruta (4) procedente de la línea de entrada (17), una entrada de ácido bórico (5) en polvo, y una boca de salida (6) de agua borada dirigida hacia la línea de salida (21) de agua borada. El equipo comprende componentes que permiten adaptar el sistema a una fuente de agua bruta externa y regular su punto de funcionamiento, además de medios de bombeo para las líneas de salida de agua (21, 22, 23). Preferentemente, la inyección de agua borada en el consumidor o consumidores se realiza mediante una bomba centrifuga de rotor húmedo, donde la bomba aspira directamente desde el fondo del mezclador. En el contendor (1) se instala además una estructura (7) de soporte en la que se deposita un saco (8) de ácido bórico ("big bag").

La estructura de soporte (7) está instalada sobre una estructura telescópica (9), susceptible de elevar la estructura (7) de soporte para facilitar el suministro de sacos (8) de ácido bórico.

En la parte inferior de la estructura (7) se disponen un conjunto de cuchillas (12) que actúan de forma automática cuando se detecta la presencia de un saco (8) de ácido bórico, produciendo cortes en la parte inferior del saco (8) que permiten que el contenido del mismo se vacíe sobre un depósito cónico (10). El sistema cuenta con un sistema de aviso de que el producto del saco se ha vaciado, para que un operario retire el saco vaciado y disponga un nuevo saco sobre la estructura (7). La función del depósito cónico (10) es la de alojar una cantidad de producto suficiente para que no se detenga la alimentación del ácido bórico mientras que se retira el saco (8) vacío y se proporciona un saco lleno de producto.

Para que el contenido del saco de ácido bórico se vacíe íntegramente, la estructura comprende un conjunto de "masajeadores" del saco formados por un conjunto de cilindros neumáticos (11) que presionan sobre este y garantizan que todo el producto del interior del saco sea vaciado.

Entre la estructura de vaciado y el depósito cónico, se dispone un sistema de captación conectado a un sistema de aspirado del polvo de ácido bórico, con filtros autolimpiables, y un sistema de confinamiento de dicho polvo de ácido bórico. Dicho sistema evita que las partículas en el aire, o que no se han dirigido hacia el depósito cónico se queden en la atmosfera del contenedor, lo que puede suponer un riesgo para los operarios. El sistema de captación está formado por un anillo de captación (13) a través del cual se aspira el polvo y se dirige hacia un depósito de confinamiento (14). El aire aspirado se evacúa previo paso por un conjunto de filtros autolimpiables.

El producto vertido en el depósito cónico (10) se vierte sobre un transportador (16), que en la realización mostrada es un tornillo sinfín de velocidad regulable, que transporta el ácido bórico en polvo desde la parte inferior del depósito cónico (10) hacia la boca de entrada de ácido bórico (5) dispuesta en la parte superior del mezclador (3), desde donde se vierte el ácido bórico al mezclador (3). Entre el depósito cónico y el transportador, se dispone una trituradora de rodillos (15). Mediante este sistema se asegura que no se formen aglomeraciones o piedras de ácido bórico, por lo que el ácido bórico se suministra al mezclador en polvo lo que facilita y optimiza su disolución en el agua bruta.