Aumento de Potencia en CN Almaraz

Aumento de potencia
de las unidades l y 2 de Almaraz
F.J. Sanz Román
El Aumento de Potencia en C.N Almaraz es el final de un proceso de mejoras
realizadas, a lo largo de los años, que ha permitido una renovación tecnológica
importante en sus sistemas y equipos principales. Las características y
capacidades operativas de los nuevos equipos permiten mantener márgenes de
seguridad adecuados, en las nuevas condiciones de Aumento de Potencia.
En enero de 2007 se lanza el Proyecto de Aumento de Potencia para ambas
Unidades de C.N. Almaraz , con un programa de implantación de noviembrediciembre de 2009 en la Unidad 1 y noviembre-diciembre 2010 en Unidad 2.
La Unidad 1 está operando a la nueva potencia y la Unidad 2 ha finalizado
el programa de pruebas de la secuencia de arranque según lo previsto,
superándose el incremento de 61 Mwe de potencia garantizados en cada
unidad.
En este artículo se describe, brevemente, el alcance de los trabajos
desarrollados en estos cuatro años, recogiéndose una descripción de las
características técnicas de los equipos y de las actividades más importantes
realizadas, así como de las herramientas desarrolladas y utilizadas para
la verificación del diseño, entrenamiento del personal y simulación de la
respuesta dinámica de la planta ante transitorios.
FRANCISCO JAVIER SANZ ROMÁN es
ingeniero industrial por la ETSII de Madrid. En
1981 se incorpora a Empresarios Agrupados
en el Departamento Mecánico para Proyectos
Nucleares. En 1986 se incorpora a C.N.
Almaraz en el área de Ingeniería. Entre los
años 1992 y 1997 participó en el Proyecto
de cambio de los generadores de vapor y fue
jefe de Proyecto del cambio de las turbinas
de alta y baja presión. En 2000 y tras la fusión
de C.N. Almaraz y C.N. Trillo se incorpora
al área de Ingeniería y Proyectos Especiales
como responsable del área de Sistemas del
Secundario Turbogrupo y Auxiliares. En 2007
es designado jefe de Proyecto del Aumento de
Potencia para las Unidades 1 y 2 de Almaraz.
The uprating of the Almaraz NPP is the culmination of a years-long process
of improvements that has resulted in an important technological renewal
of the main plant systems and equipment. The operational capabilities and
characteristics of the new units continue to provide adequate safety margins
under the new performance conditions.
The uprating project for both units of the Almaraz NPP was launched in
January 2007. The implementation programme was carried out in NovemberDecember 2009 (Unit 1) and November-December 2010 (Unit 2).
Unit 1 is operating at the new power level, while the startup sequence testing
programme for Unit 2 has been completed as projected. The 61 MWe power
increase guaranteed for each unit has been exceeded.
This article provides a brief description of the scope of work performed in
these four years, including the most important technical characteristics of the
equipment and the most important activities, as well as the tools developed
and used to verify the design, personnel training and simulation of the
dynamic response of the plant against transients.
INTRODUCCIÓN
Hace solo unas semanas que C.N. Almaraz ha culminado con éxito la implantación del aumento de potencia en la Unidad 2, con lo que se finaliza un proyecto
que comenzó su andadura en el mes de
enero de 2007. Han sido cuatro intensos
años en los que, primero en la fase de diseño, estudios y análisis y posteriormente en
la implantación nos han dado la oportunidad de participar en un proyecto ilusionador y compartir con un excelente grupo
de profesionales esfuerzos, experiencias
y muchas satisfacciones viendo los resultados del trabajo en equipo, lo que me ha
animado a compartir con los miembros de
la SNE, a través de este artículo, las experiencias del proyecto.
ANTECEDENTES
Con el fin de determinar la capacidad de
aumento de potencia de las dos unidades
de la central nuclear de Almaraz se realizaron, con el apoyo de Westinghouse,
Enusa y Empresarios Agrupados, diversos estudios y análisis de viabilidad.
Estos estudios de viabilidad pusieron
de manifiesto la posibilidad de licenciar
un aumento de la potencia térmica de
las dos unidades hasta una potencia del
reactor de 2947 MWt, lo que representaba un incremento de casi el l 0% de
la potencia inicial de la planta de 2686
MWt.
Por otra parte el programa de renovación tecnológica de Almaraz abarcaba, desde el cambio de sus sistemas de
control (nuevo sistema de control digital, con plataforma Ovation), al cambio
de grandes equipos mecánicos (nuevos
separadores recalentadores de vapor
MSR) y eléctricos (nuevos transformadores, alternadores, excitatriz y barras
de Fase Aislada).
Los resultados satisfactorios de los
estudios de viabilidad junto con el programa de renovación tecnológica de
grandes equipos, así como la experiencia
obtenida de proyectos similares en otras
NUCLEAR ESPAÑA febrero 2011 13
MODERNIZACIÓN DE LAS CENTRALES NUCLEARES
centrales PWR, llevó a la organización
de Centrales Nucleares Almaraz-Trillo
(CNAT) a la decisión de desarrollar e
implantar el Proyecto de Aumento de
Potencia en la Central Nuclear de Almaraz Unidades l y 2.
Como antecedente más inmediato del
Proyecto de Aumento de Potencia se desarrolló el Proyecto de Miniaumento de
Potencia, basado en un aumento de la
potencia térmica del l.6% por recuperación de las incertidumbres en la medida
de la misma, mediante la utilización de
una instrumentación más precisa para
su medida, que la central nuclear de Almaraz llevó a cabo en ambas unidades,
en el año 2003. Este aumento de potencia posibilitó pasar de una potencia
térmica de 2686 MWt a una potencia de
2729 MWt.
Es decir el aumento de potencia de,
aproximadamente, el l0% se ha llevado a
cabo en dos etapas. Una primera del l,6%
hasta 2729 MWt y, finalmente, de un 8%
adicional hasta los 2.947 MWt actuales.
PROYECTO DE AUMENTO DE
POTENCIA
Como se ha reseñado al principio, el
Proyecto de Aumento de Potencia en
la Central Nuclear de Almaraz, como
tal, se inició en el mes de enero de 2007
con la creación de un grupo específico
de proyecto integrado por técnicos de
diferentes especialidades de Centrales
Nucleares de Almaraz-Trillo, y el lanzamiento de las actividades de ingenierías,
análisis, estudios y adquisición de los
distintos equipos.
Como objetivo principal del proyecto
se estableció implantar el aumento de
potencia en la Unidad l en la recarga de
noviembre de 2009 y en la Unidad 2 en
la recarga de noviembre de 20l0. Aunque este objetivo era muy ambicioso,
pues había que desarrollar un elevado
número de modificaciones de diseño
y estudios y análisis así como diseñar
y fabricar equipos complejos como los
generadores eléctricos y las turbinas de
alta presión, se consideró que las organizaciones implicadas estaban capacitadas
para llevarlo a cabo como finalmente así
ha sido.
En esencia, el Proyecto de Aumento
de Potencia, en su conjunto, ha requerido la sustitución, ampliación o adaptación de una serie de equipos y sistemas,
que permiten operar en las nuevas condiciones de la planta.
Todos estos equipos se han cambiado/sustituido mediante el correspondiente documento modificador
de acuerdo a los criterios seguidos en
CNAT.
Modificaciones de diseño. Las modificaciones de diseño desarrolladas en
14 NUCLEAR ESPAÑA febrero 2011
el Proyecto de Aumento de Potencia
tienen, como es obvio, relación directa
con los equipos que han sido sustituidos
o modificados y pueden resumirse en las
siguientes actividades:
• Proyecto REGEN:
– Cambio del alternador y de la excitatriz.
– Implantación de nuevos equipos de
refrigeración asociados al alternador (skid de enfriamiento de aceite
de sellos y skid de enfriamiento de
agua de bobinas).
• Proyecto Aumento de Potencia:
– Cambio de turbina de alta presión.
– Cambio de las bombas de condensado (CD) y drenaje de calentadores (HD).
– Implantación de nuevos equipos de
ventilación de BFA.
– Cambios en el sistema de refrigeración del Edificio de Turbinas
(TC):
- Ampliación de las torres del sistema TCA.
- Implantación de un nuevo sistema TCB.
- Nuevo sistema de agua de aporte
a las torres de refrigeración.
- Alimentaciones eléctricas. Implantación de un contenedor
eléctrico.
- Nuevas alimentaciones eléctricas
(CF y CCM) en Edificio de Turbinas.
– Cambio de válvulas HD y mejora
del control digital de drenajes de
calentadores.
– Cambio de los internos de las Válvulas de Seguridad Presionador
(PSV) y nueva línea de drenaje.
Figura 1. Turbina.
Seguidamente se indican, muy brevemente, los aspectos más relevantes del
proyecto, en cuanto a sustitución/adaptación de grandes equipos se refiere.
Transformadores principales. Previo
al desarrollo del Proyecto de Aumento
de Potencia, y como parte del proceso
de renovación tecnológica y de alargamiento de la vida útil, se llevó a cabo el
acondicionamiento de los transformadores principales para la nueva potencia
eléctrica. Para poder realizar las modificaciones necesarias en los mismos de
forma escalonada sin interferir con la
operación de la planta se adquirió un
transformador adicional de reserva, lo
que permitió realizar las modificaciones
con anterioridad a la implantación del
Proyecto de Aumento de Potencia.
Separadores de humedad-recalentadores. Con objeto de hacer frente a los fenómenos degradatorios de erosión-corrosión que presentaban los Separadores
de Humedad-Recalentadores (MSR)
originales, y como parte del proceso de
renovación tecnológica y de alargamiento de la vida útil, se llevo a cabo en las
recargas del año 2007 en la Unidad 2 y en
2008 en la Unidad l la sustitución de los
MSR por otros de diseño más avanzado
y adaptados a las nuevas condiciones previstas con el aumento de potencia.
El nuevo diseño de los MSR permitió
una mejora de rendimiento de l0 MWe
en cada unidad, presentando, asimismo,
un mejor diseño frente a los fenómenos
de erosión-corrosión combinando soluciones de mejoras en los materiales
utilizados y disminución de la velocidad
dentro del equipo.
Control de nivel de tanques de drenajes
de calentadores. Adicionalmente, dentro
del proceso de actualización tecnológica,
se acometió el cambio de control de nivel
de tanques de drenajes, sustituyéndose el
anterior por un nuevo control digital.
Alternadores. El Proyecto de Sustitución de los Alternadores, Proyecto Regen. ha sido objeto por su entidad de un
tratamiento específico y diferenciado del
Proyecto de Aumento de Potencia. El
objetivo de este proyecto era renovar los
alternadores (estator, rotor y excitatriz)
para hacer frente a los fenómenos de envejecimiento, permitiendo asumir el incremento de potencia, así como cumplir
con los nuevos requisitos de capacidad
de generación y absorción de potencia
reactiva para cumplir con la reglamentación actual.
Los nuevos alternadores instalados en
C.N. Almaraz son de diseño y fabricación de Siemens, tipo “intercooled”, de
ll80 MVA de potencia aparente a l500
rpm, factor de potencia de 0,9 y 75 psig
de presión de hidrógeno. La tensión de
generación no varía. Sin embargo, el
nuevo alternador permite mayores variaciones de tensión, 2l kV -8.5% a +6.5%,
lo que posibilita una mayor flexibilidad
para adecuarse a los requerimientos de
la red. La relación de los transformadores de intensidad pasa a ser 40000/5
A y se incorporan tres nuevos transformadores de medida en las bornas de
generación.
Además del alternador se han sustituido diferentes equipos asociados al
mismo como: enfriadores de H2, conjunto de refrigeración del agua del estator (enfriadores, bombas, filtros y componentes), enfriadores de barras de fase
aislada, enfriadores del aceite de sellado,
enfriadores de la excitatriz.
Turbinas de Alta Presión (TAP). Como
consecuencia de la reducción de temperatura media del primario, que permite
acomodar la mayor potencia del reactor,
es preciso operar con una menor presión
de vapor a la salida del generador de
vapor, lo que unido a un aumento del
caudal, requería adecuar la admisión de
la TAP. De las alternativas existentes,
adaptación de la turbina actual o sustitución de la misma por un diseño mejorado,
se optó por esta última alternativa.
En la figura l puede observarse un
momento del montaje del nuevo rotor
de la turbina de alta presión.
El rotor de la nueva turbina de alta
presión es todo él de reacción con l5 filas
de alabes, incorporando nuevos alabes
3D móviles de mayor eficiencia y que
reducen las perdidas secundarias de las
primeras etapas.
La parte estacionaria de la nueva turbina de alta presión, está constituida
por un nuevo anillo de admisión, cilindro interno y dos coronas portapaletas
(una por cada flujo). El cilindro interior
soporta l4 etapas de álabes estacionarios (7 por cada flujo) y está diseñado
para las nuevas condiciones de presión
y temperatura del vapor de entrada a la
sección de admisión. Las coronas portapaletas soportan 7 etapas de álabes
estacionarios cada una.
Bombas de condensado y drenaje de
calentadores. El aumento de la potencia
nuclear requiere un incremento en la
transferencia de calor en los generadores
de vapor. Este incremento se produce
fundamentalmente aumentando un 9,5%
el caudal aportado por las turbo-bombas
de agua de alimentación principal (FW).
Con el objeto de mantener los márgenes
operativos tanto en las bombas como en
las válvulas de FW, las bombas seguirán
funcionando a la misma velocidad (4800
rpm), para mantenerse en la misma curva Q-TDH, y las válvulas en las mismas
aperturas equivalentes. La disminución
en el TDH de las bombas de FW asociada al aumento de caudal se compensa
con el aumento en la presión de aspiración de las mismas y una reducción en la
presión de los generadores de vapor.
El aumento de la presión de aspiración de las bombas de agua de alimentación y el incremento del 9,5% en el caudal se consigue mediante la sustitución
de las bombas de condensado (CD) y
de las de drenaje de calentadores (HD)
por unas nuevas bombas con curvas QTDH más altas.
Barras de Fase Aislada. Se ha modificado la refrigeración de las barras de
fase aislada desdoblando el circuito e
integrando en él el área de formación del
triángulo en los tramos situados entre
los tres transformadores monofásicos.
Además se ha instalado un nuevo
equipo de ventilación que garantiza la
operación correcta de las barras para
una intensidad máxima de 36 kA, superior a la máxima intensidad de generación prevista, y que incorpora un mayor
nivel de redundancia en sus componentes y de instrumentación, mejorando su
disponibilidad y operación.
Sistema de Refrigeración de Turbina
(TC). La principal función del sistema
de refrigeración del edificio de turbina
(TC) es disipar el calor residual de los
diversos componentes de la turbina y
del alternador que así lo requieren, además de suministrar refrigeración a otros
equipos de la planta secundaria, algunos
de ellos componentes del ciclo de turbina, y otros que suministran servicios al
mismo.
El aumento de potencia térmica de
la planta hasta 2947 Mwt unido a los
requisitos técnicos exigidos al alternador
y barras de fase aislada ha provocado
que la nueva carga térmica a extraer por
el sistema de agua de refrigeración de la
planta de turbina, TC, sea aproximadamente un 30% más elevada, por lo que,
para mantener las condiciones de refrigeración, ha sido necesario ampliar el sistema auxiliar TCA, así como la instalación
de un nuevo sistema auxiliar TCB.
Ambos sistemas auxiliares de refrigeración, consistente en torres de tiro
forzado refrigeran, cuando el sistema
original TC no sea suficiente, el agua
de bobinas, la excitatriz y las barras de
fase aislada (TCB), así como el sistema
ampliado de refrigeración actual de hidrógeno del alternador (TCA).
Figura 2. Vista Panorámica Torres de Refrigeración.
NUCLEAR ESPAÑA febrero 2011 15
MODERNIZACIÓN DE LAS CENTRALES NUCLEARES
En la figura 2 puede observarse una
vista general de los nuevos sistemas
de refrigeración auxiliar A y B (TCA/
TCB).
Válvulas de seguridad del presionador.
Los análisis de viabilidad del aumento
de potencia identificaron que algunos
accidentes requerían un rápido alivio de
la presión del presionador, superior a los
márgenes disponibles antes del aumento
de potencia. Para solucionar este aspecto, se requería la eliminación del sello de
agua existente en las válvulas de seguridad del presionador. Esto sólo se podía
conseguir cambiando el tipo de válvula,
es decir, adecuando los internos de las
mismas de manera que las válvulas fueran estancas bajo ambiente de vapor.
Adicionalmente se requería establecer
un drenaje continuo del sello de agua al
presionador.
PROCESO DE LICENCIAMIENTO
Para poder cumplir los objetivos del
proyecto de implantación del aumento de potencia en la Unidad l, en noviembre de 2009 y en la Unidad 2, en
noviembre de 20l0, era preciso solicitar
la autorización del Ministerio de Industria y Energía con tiempo suficiente
para facilitar su evaluación por el Consejo de Seguridad Nuclear.
Este importante hito de solicitud de
la autorización de aumento de potencia
se estableció el 3l de octubre de 2008,
por lo que toda la documentación asociada a la solicitud, debería estar finalizada con antelación.
Previamente a la solicitud oficial de
la autorización se realizaron por parte
de C.N. Almaraz diversas actividades
ante el Consejo de Seguridad Nuclear
como presentaciones y envío de documentación y se inició por parte de este
organismo la evaluación de documentación relativa a la nueva metodología
de análisis Astrum-Beloca y código
Gothic.
Cumpliendo el objetivo fijado, el 30
de octubre de 2008 se presentó ante
el Ministerio de Industria, Turismo y
Comercio la instancia de solicitud de
autorización del proyecto de aumento
de potencia.
La documentación presentada en solicitud de la autorización del proyecto
de aumento de potencia, de acuerdo
con el artículo 26 del Reglamento de
Instalaciones Nucleares Radiactivas
RINR, fue:
a. Descripción técnica de la modificación.
La descripción técnica del Proyecto
de Aumento de Potencia y la justificación del mismo se recogía en el Informe de Licenciamiento. Este informe se elaboró siguiendo la estructura
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y contenido de la guía RS-00l, Rev.0
Dic. 2003 “Review Standard for Extended Power Uprate” requerido por
la NRC, para este tipo de proyectos.
b. Análisis de seguridad.
c. Identificación de los documentos que
se verían afectados por la modificación, incluyendo el texto propuesto
para el Estudio Final de Seguridad y
las Especificaciones Técnicas de Funcionamiento.
Los documentos oficiales que se veían
afectados por el Proyecto de Aumento
de Potencia son:
– Estudio Final de Seguridad.
– Especificaciones Técnicas de Funcionamiento.
– La Autorización de Explotación para reflejar la nueva potencia térmica
de 2947 MWt.
d. Identificación de las pruebas previas
necesarias al reinicio de la explotación.
El Informe de Licenciamiento recogía, entre otros aspectos, la revisión
de la capacidad de todos los sistemas
importantes de la planta, incluidos sus
sistemas eléctricos, garantizando la capacidad de refrigeración de la misma y
manteniéndose los márgenes de seguridad para hacer frente a los distintos accidentes postulados en el Estudio Final
de Seguridad.
Básicamente, los análisis realizados
han cubierto las siguientes áreas:
— Determinación de los nuevos parámetros de operación con el aumento de
potencia.
— Realización de los análisis de accidentes para las nuevas condiciones de
la planta necesarios para licenciar el
aumento de potencia:
– Trabajos de diseño nuclear y termohidráulico.
– Accidentes con pérdida de refrigerante primario LOCA grande (LBLOCA).
– Accidentes con pérdida de refrigerante primario LOCA pequeño
(SB-LOCA).
– Accidentes No-LOCA.
– Transitorios previstos sin caída de
barras (ATWS).
– Evaluación consecuencias LOCA.
– Descarga de Masa y Energía (Roturas líneas de vapor, LOCA)
– Transitorios de presión y temperatura en contención.
– Análisis de consecuencias radiológicas.
— Evaluación del combustible.
— Evaluación del impacto en los sistemas primario y secundario.
— Evaluación del impacto en los componentes.
— Evaluación del impacto en programas
genéricos.
En todos los análisis anteriores se verificaban los márgenes de diseño e integridad del combustible.
Para la revisión de los análisis de accidentes se han incorporado las últimas
herramientas y códigos disponibles por
la industria, requiriéndose para ello la
apreciación favorable por parte del Consejo de Seguridad Nuclear.
El análisis del accidente de rotura
de una tubería del circuito primario
(LOCA), para las nuevas condiciones
de aumento de potencia, ha requerido la
utilización de una nueva metodología, al
no estar ya en uso la metodología utilizada para el análisis del accidente LOCA
vigente en C.N.Almaraz.
Se ha utilizado la metodología “BestEstimate” para LB-LOCA con tratamiento estadístico automatizado (Astrum), basado en una modelación del
NSSS con WCOBRA/TRAC y un código de barra Hotspot. Esta es la única
metodología que Westinghouse utiliza
en las actuales revisiones de análisis de
LB-LOCA, ya que permite cubrir cuestiones de seguridad no abordables por
los anteriores modelos de evaluación.
Astrum es una metodología suficientemente madura, licenciada por la NRC
en noviembre de 2004, y que cuenta con
un buen número de aplicaciones tanto
en EEUU como en Europa. Astrum supone la evolución hacia un tratamiento
estadístico mas avanzado de la metodología BE-LOCA de Westinghouse
aprobada por la NRC para plantas de 3
y 4 lazos en l996.
Por otra parte, el análisis de la presión y temperatura en la contención por
descarga de masa y energía en caso de
LOCA, o por rotura de una tubería de
vapor principal ha requerido la utilización de un nuevo código de análisis.
El código utilizado ha sido el código
Gothic y su aplicación ha requerido desarrollar el modelo de la contención de
Almaraz.
El código Gothic ha sido desarrollado
por Numerical Applications Incorporated (NAI) con financiación de Electric
Power Research Institute (EPRI) y está
aprobado por la NRC para su aplicación en los análisis de la contención.
Adicionalmente, sin relación directa
con el Proyecto de Aumento de Potencia, pero dentro de las actividades del
grupo del proyecto, se han llevado a
cabo las siguientes acciones: cálculo de
la potencia residual, determinación del
caudal mayorado del sistema de agua
de refrigeración de componentes, propuesta de modificación de la ETF, etc.,
derivadas de la reducción del límite de
la temperatura de la piscina de combustible gastado que ha pasado de 65o C a
60o C en cumplimiento con la R.G. l.l3
revisión 2, requerida en la Instrucción
Figura 3. Maniobra izado estator alternador.
Técnica Complementaria sobre Normativa de Aplicación Condicionada.
Por último, las Resoluciones del Ministerio de Industria, Turismo y Comercio, autorizando el Aumento de Potencia de C.N. Almaraz, se recibieron
los días l8 de diciembre de 2009 para
Unidad l, y 27 de diciembre de 20l0 para
Unidad 2.
Junto a la autorización, el Ministerio
estableció una serie de condiciones entre las que se encontraba la ejecución del
programa de pruebas comprometido en
el Informe de licenciamiento, tras cuya
realización, C.N. Almaraz retornaría
a la operación con la máxima potencia
anteriormente autorizada, hasta que
fueran apreciados favorablemente los
resultados del mencionado Plan de
Pruebas por el CSN.
Dicha apreciación favorable se recibió el día l5 de abril de 20l0, para la
Unidad l, tras lo cual pudo operar a
la nueva potencia autorizada de 2947
MWt.
ACTIVIDADES DE MONTAJE
El montaje de esta U-2, si bien ha considerado las lecciones aprendidas durante
la ejecución de la U-l, tenía una mayor
complejidad por la distinta disposición
de los componentes a sustituir. Debido
a la configuración del Edificio de Turbinas, el conjunto turbogrupo se dispone
de sur a norte con la disposición del alternador y sistemas asociados en la parte
sur del edificio en cada unidad, mientras
que los muelles de salida de piezas se
disponen en la zona sur en la Unidad l y
en la zona norte de la Unidad 2.
Lo anterior requiere que mientras que
en la Unidad l el movimiento del estator
no requería elevarlo sobre ningún componente, en la Unidad 2 debía salvar los
conjuntos de las turbinas de baja y alta
presión realizando un mayor
recorrido. Adicionalmente
los equipos asociados a los
sistemas auxiliares del alternador (skids) así como las
bombas de condensado se
localizan en la zona central
del edificio lo que dificultaba la retirada
de los equipos a sustituir y la entrada de
los nuevos equipos.
Dado que el puente grúa de turbina
tiene una capacidad de l80 Tm y el estator tiene un peso de aproximado de 455
Tm, ha sido requerido instalar un pórtico grúa provisional con posibilidad de
giro del estator de manera que pudiera
descender el estator desde la planta de
maniobras a la zona del muelle sobre la
plataforma.
Dadas las características de la estructura del edificio de turbina, ha sido necesario disponer de un sistema de vigas
para transmitir cargas solo a la cabeza
de pilares de estructura del edificio, con
un peso total de elementos instalados
para maniobras de 400 Tm, de manera
que la carga máxima esperada en apoyos durante la maniobra fuera de 288
Tm, valor este monitorizado durante la
maniobra y confirmado mediante galgas
extensiométricas.
Las características del pórtico instalado han sido: Altura desde planta de
maniobras l37l2 mm, distancia entre ejes
de vigas de deslizamiento ll450 mm, desplazamiento 42660 mm. La maniobra
de sustitución de patas requerida para
permitir el giro del estator incrementaba
la luz del pórtico en 3450 mm, con un
desplazamiento de 9750 mm hasta hueco de muelle y descenso total de la carga
de l8600 mm.
Tanto la extracción del estator viejo
como de introducción del estator nuevo,
fueron maniobras de gran precisión que
Figura 4. Montaje bomba de condensado.
tuvieron una duración de 26 y 20 horas
respectivamente. En la figura 3 puede
verse un momento del inicio de la maniobra del giro del estator nuevo una
vez sobre la planta de maniobras con el
fin de orientar éste hacia la posición requerida para su localización final sobre
el pedestal.
Como se ha indicado anteriormente
también las maniobras para la extracción de las bombas de condensado e
introducción de las nuevas tuvieron su
complejidad principalmente en la parte
correspondiente a la extracción de las
antiguas cubas de las bombas.
Durante los trabajos previos para los
análisis de montabilidad de estas bombas
se verificó que el espacio libre (l00 mm)
entre la cuba y el hueco del pozo estaba
hormigonado en toda su longitud de
l0209 mm. Esto requirió extraer primeramente la cuba que hubo que ir cortando en trozos de unos 3-4 metros teniendo que descender los operarios por un
hueco de diámetro l300 mm hasta una
profundidad de l 0209 mm. Para ello
hubo que disponerse de unos pórticos y
medios auxiliares de elevación, respiración y ventilación del hueco.
Tras el corte y extracción de las cubas, se procedió a la demolición de la
zona hormigonada del hueco que permitiera posteriormente la introducción
de las nuevas cubas requeridas para las
nuevas bombas con una longitud también de l0290 mm. Para este trabajo
NUCLEAR ESPAÑA febrero 2011 17
MODERNIZACIÓN DE LAS CENTRALES NUCLEARES
de demolición y retirada del mortero
existente de l00 mm de espesor en
toda la pared del hueco fue necesario
instalar una estructura metálica que
permitiera el acceso simultaneo a los
3 pozos de las bombas de condensado y la extracción de los escombros
mediante cestas en las que descendían los operarios. Este pórtico de
dimensiones 8500mm x 5 l 08mm x
3200 mm permitía unas cargas de 800
Kg. vertical y 2l5 kg. horizontal más
las cargas de frenado impuestas por la
maniobra.
En la figura 4 pueden verse las dimensiones de la bomba de condensado y un momento de la maniobra de
introducción de la misma.
Como consecuencia de las nuevas
características de las bombas y sus
motores, lógicamente de mayores dimensiones que los actuales, se realizo
un estudio de montabilidad de los
motores que requirió el desplazamiento de una serie de tuberías y bandejas
siendo requerido el desplazamiento
de unos 600 cables.
Como se ha indicado anteriormente, debido a la ubicación de los skid
correspondientes a los nuevos sistemas
auxiliares del alternador, fue necesaria
la instalación de un pórtico grúa de
7500 Kg. en los huecos de acceso de las
bombas de drenaje de calentadores por
el que se introdujeron y extrajeron los
componentes del sistema de refrigeración del agua de bobinas.
Adicionalmente fue necesario abrir un
hueco de 4000 x 3000 mm en la pared
este del edificio de turbinas habilitando
un acceso para la extracción e introducción de los componentes del sistema
de aceite de sellado así como de los escombros de los pozos de las bombas de
condensado.
Como consecuencia de la nueva ubicación de la unidad de refrigeración de
las barras de fase aislada, fue requerida la eliminación de la antigua unidad
ubicada en el interior del edificio y la
instalación de una nueva unidad en el
exterior del edificio de turbina con la
modificación de los correspondientes
conductos de refrigeración de barras
tanto en la zona del generador como en
la nueva zona de formación del triangulo. En la figura 5 puede verse la nueva
ubicación de la unidad de refrigeración
como de la estructura soporte de los
conductos.
Por ultimo cabe destacar que, adicionalmente a las grandes maniobras descritas en los apartados anteriores, dentro del alcance de cambios realizados se
ha modernizado el sistema de control de
drenajes de calentadores así como una
mejora en el control, supervisión y monitorización de parámetros asociados a los
18 NUCLEAR ESPAÑA febrero 2011
Figura 5. Vista de los nuevos equipos de
ventilación de Barras de Fase Aislada.
nuevos sistemas de refrigeración de turbinas y de los componentes instalados
incorporándose sistemas de monitorización de vibraciones de los equipos mas
importantes. Con el fin de dar una idea
del alcance tanto en montaje de instrumentación como de cableado de señales
realizado indicar que se ha requerido
alinear mas de l000 señales entre señales
cableadas y comunicadas, lo que da una
idea además del trabajo requerido del
nivel de supervisión que se ha dotado a
los nuevos equipos y sistemas.
PROGRAMA DE PRUEBAS.
SECUENCIA DE ARRANQUE
El Programa de Pruebas del Proyecto
de Aumento de Potencia tiene como objetivo demostrar que el comportamiento
de las estructuras, sistemas y componentes sigue siendo satisfactorio en las
condiciones de aumento de potencia.
En particular, para asegurar que,
• Se controla adecuadamente la subida
de potencia hasta las condiciones del
aumento de potencia.
• Se puede operar la planta en las condiciones del aumento de potencia de
acuerdo con las bases de diseño sin
poner en peligro la seguridad y salud
del público.
• Las modificaciones de diseño asociadas al Proyecto de Aumento de Potencia se han implantado correctamente.
Para lograr el objetivo anterior se desarrolló un Programa de Pruebas com-
puesto por la suma de las pruebas de
vigilancia de la secuencia de subida
de potencia, incluyendo transitorios,
las asociadas a MD y evaluaciones
analíticas de transitorios, que aseguran que la planta puede operar de
forma segura en las nuevas condiciones de potencia.
El Programa de Pruebas de CNA
está basado en el l0CFR50, Apéndice B, criterio XI, y los requisitos
específicos para la definición del programa de pruebas del aumento de
potencia están descritos en la Regulatory Guide l.68 “Initial test programs for water-cooled Nuclear Power
Plants” Rev.3, y en el NUREG-0800,
SRP l4.2.l, “Generic Guidelines for
Extended Power Uprate Testing
Programs” (Rev.0 diciembre 2002) y
se pretendía verificar que:
• Los equipos y sistemas de la planta operan dentro de los límites de
diseño.
• Los límites de seguridad del núcleo
se mantienen dentro de los márgenes esperados.
• El control de nivel de agua de los
GV es estable con margen suficiente para absorber transitorios
previstos.
• Los sistemas de control del reactor
están dentro de límites aceptables.
• Los drenajes de los calentadores de
agua de alimentación y MSR y el control de nivel son estables.
• La capacidad del steam-dump es la
adecuada para hacer frente a los cambios de carga.
• Los niveles de radiación en los sistemas son aceptables y estables.
• Las condiciones ambientales son
aceptables.
En la secuencia de arranque de la
Unidad l cabe destacar los siguientes
transitorios:
a. Enfriamiento brusco del secundario (apertura de la válvula de
bypass de los calentadores de baja presión y disparo de las dos
bombas de HD).
b. Enfriamiento por apertura de
la válvula de atemperación de la
bomba de HD.
c. Disparo de una turbobomba de
agua de alimentación.
d. Rechazo de carga del l0% y subida de potencia en rampa del 5%.
e. Rechazo de carga del 50%.
Adicionalmente a las pruebas físicas
anteriores, C.N.Almaraz ha analizado
la respuesta dinámica de la planta con el
código Relap5 para la simulación termohidráulica y automática best-estimate.
El modelo de simulación de Almaraz
con Relap5/Mod3 (numérico) + NPA
(gráfico), denominado Analizador de
Planta de Almaraz (APA) ha sido vali-
Figura 6: APA - Representación Gráfica del Primario.
dado frente a numerosos transitorios
reales de planta y es el modelo de generación de transitorios de validación
del Simulador de Alcance Total (SAT)
para entrenamiento de operadores.
Las simulaciones de las pruebas se
han realizado en condiciones realistas
del arranque del Ciclo 2l de Almaraz
l . Las simulaciones predictivas “pretest” han ayudado en la preparación y
evaluación de las pruebas, mientras las
pequeñas mejoras de simulación tras
la realización de las pruebas, análisis
“post-test”, han completado la validación de la respuesta dinámica del APA
en las condiciones de aumento de potencia. En las figuras 6 y 7 se incluyen
ejemplos del diseño grafico del modelo
realizado.
Adicionalmente, se han simulado con
el APA una matriz de transitorios que
cubren todos los tipos identificados
en el Standard Review Plan , SRP §
l 4.2. l , como potencialmente impactados por un aumento de potencia como
el de C.N. Almaraz. Esta recopilación
de escenarios, denominada Manual de
Dinámica de Planta de C.N. Almaraz,
ha permitido comprobar la correcta
respuesta esperada de la central tras el
aumento de potencia, y evitar la realización de pruebas adicionales.
Figura 7: APA - Representación Gráfica del Sistema de Condensado (CD).
LA EXPERIENCIA DE LA UNIDAD 1
COMO APRENDIZAJE EN LA U-2
Tal y como se ha indicado anteriormente la complejidad del montaje y de las
maniobras a realizar en esta Unidad 2
ha sido muy superior al de la Unidad l,
lo que ha requerido no solo aplicar las
lecciones aprendidas del montaje de la
Unidad l sino también realizar específicos análisis de montabilidad y resolución de interferencias en esta Unidad 2.
La mayor altura de la estructura pórtico
requerida, la mayor longitud de vigas carril con su interferencia con los actuales
separadores recalentadores de vapor así
como la necesidad de salvar las carcasas
de las turbinas de baja presión, ha requerido la eliminación de gran numero de
interferencias y su posterior remontaje.
Lo anterior ha requerido establecer
un equipo de trabajo integrado por personal de gran experiencia de la planta
tanto propio como contratado, que realizara los diferentes estudios de montabilidad integrando todas las actividades
de montaje de los grandes equipos realizadas por los contratistas principales
con la secuencia de trabajos propios de
la recarga, coordinándose todas las actividades requeridas con las áreas de
ejecución, operación y prevención de la
planta.
En la programación de actividades
tanto en la fase de diseño como en la fase de montaje se ha seguido el concepto
de programación de cadena crítica.
Como consecuencia de la implantación de los cambios en la Unidad l y de
los resultados de las pruebas realizadas durante la secuencia de arranque y
transitorios dinámicos de la Unidad l,
se realizaron reuniones específicas de
lecciones aprendidas y de mejoras a implantar en la Unidad 2.
Del seguimiento de los parámetros
operativos de los nuevos sistemas, se
han incorporado una serie de modificaciones tendentes a mejorar el control en el sistema de drenaje de calentadores, mejorar el comportamiento
de las válvulas de control del agua de
alimentación, la atemperación de la
aspiración de las bombas de drenaje de
calentadores, etc.
Cabe destacar entre las mejoras realizadas la solución dada al comportamiento vibratorio de algunos componentes, que si bien podrían considerarse
aceptables excedían el nivel admitido
por la especificación técnica en la recepción de equipos nuevos. Interesante ha
sido el proceso seguido para la determinación de la causa que provocaba una
respuesta de la bomba de condensado
Figura 8: Equipo de coordinación de actividades de montaje, pruebas y puesta en marcha.
NUCLEAR ESPAÑA febrero 2011 19
MODERNIZACIÓN DE LAS CENTRALES NUCLEARES
en la frecuencia en torno a los 8Hz. Los
análisis de los espectros de vibraciones
así como de los modelos específicos
desarrollados condujeron a la determinación de que la causa de la vibración
medida no venia del sistema sino que
era propio de la bomba, concluyéndose
que era debido a los vórtices que se
producían en la campana de aspiración del propio impulsor. El diseño e
instalación de unas rejillas antivortices
ha permitido disminuir la excitación y
el nivel de vibración en esta frecuencia
pasando de picos de vibración total de
l2 mm/sg 0-p a 2 mm/sg 0-p.
También el proceso y solución adoptado en las nuevas bombas de refrigeración del sistema auxiliar de refrigeración TCB para el agua de bobinas,
excitatriz y refrigeración de barras de
fase aislada, consistente en un reforzamiento de la caja del cojinete y del soporte del mismo a la bancada ha permitido reducir los niveles de vibración de
l2 mm/sg 0-p y 4 mm/sg 0-p en dirección horizontal y vertical a unos niveles
de vibración de 2,5 mm/sg 0-p y l mm/sg
0-p respectivamente.
El grado de equilibrado obtenido en
fábrica en los componentes nuevos así
como el grado de alineamiento realizado durante el montaje en Planta, ha
permitido realizar un rodaje y acoplamiento del turbogrupo con unos niveles muy bajos de vibraciones, estando
operando actualmente con una potencia del l00% en niveles de vibraciones
en los cojinetes l a 8 de entre l0 y 20
micras, y en el cojinete ultimo de la excitatriz en torno a las 50 micras.
Por ultimo indicar que de las pruebas de garantía que se han realizado en
los distintos niveles de potencia programados, con generación y absorción de
reactiva han confirmado la capacidad
requerida por la especificación técnica
y los márgenes y flexibilidad operativa
requerida por el nuevo marco regulador.
CONCLUSIONES
El proyecto de aumento de potencia
en Almaraz l y 2 se ha realizado dentro
del programa previamente establecido,
con unos costes acordes con el presupuesto aprobado, y con un grado de
calidad tanto en la especificación de
los equipos como en el diseño y en la
ejecución excelente. Esto se ha puesto
de manifiesto en las pruebas realizadas
tanto a los equipos como a los sistemas
durante la secuencia de arranque, verificándose la correcta respuesta dinámica
de la planta en los transitorios.
Los cambios en las condiciones de
operación y diseño de recargas, junto
con la actualización de los métodos
analíticos utilizados en el Análisis de
Accidentes han permitido mantener los
márgenes de seguridad aumentando la
potencia del reactor.
El mantenimiento de los márgenes
operativos, objetivo perseguido por las
modificaciones de diseño individuales,
y calculados de forma conjunta con el
Analizador de Planta de Almaraz, se
ha confirmado mediante las pruebas de
dinámica de planta.
Ha sido éste un proyecto complejo,
en el que se han introducido un gran
número de cambios y se ha realizado
una revisión completa de la central,
en el que ha participado además de
importantes organizaciones externas,
un elevado número de profesionales de
CNAT a las que, desde aquí, deseo expresar mi agradecimiento y satisfacción
tras cuatro años de trabajo conjunto,
de cuyo resultado podemos sentirnos
todos orgullosos.