39ª Reunión Anual de la SNE Reus (Tarragona) España, 25-27 septiembre 2013 FAMILIA SICOM “Capacidad de los equipos familia SICOM para inspeccionar elementos de combustible” Autores / Empresa: Alicia Sánchez Siguero / ENUSA – Antonio Sola / Tecnatom INTRODUCCIÓN Para controlar el estado en el que se encuentran los elementos de combustible (EE.CC.) después de haber estado operando en el núcleo de las centrales nucleares (CC.NN.), se han venido realizando inspecciones en los elementos y en las barras de combustible, que han servido como referencia para realizar diversos estudios. Los objetivos que se buscan con estas inspecciones, están relacionados con la mejora del comportamiento de las aleaciones utilizadas en las vainas de combustible, el control de la corrosión de dichas vainas debido al calor, la reducción de la transferencia de calor debida al oxido y con el soporte de las inspecciones visuales, vigilar la integridad física de los EE.CC. Desde mediados de los años 90 ENUSA y Tecnatom vienen colaborando en la realización de inspecciones de EE.CC. En un primer momento ambas empresas colaboraron en el desarrollo de un primer sistemas de inspección llamado SICOM 1, que tenía capacidad para realizar caracterización dimensional de los EE.CC. con inspecciones visuales (VT) y para medir capas de óxido de las varillas de la periferia de los EE.CC por corrientes inducidas (ET). Este equipo realizaba la inspección sin necesidad del soporte de la grúa de manejo de elementos, pero resultaba muy pesado, voluminoso y difícil de montar. El desarrollo de este primer sistema de inspección se llevó a cabo durante los años 1993 y 1994, y su validación se realizó en 1995 en Francia (Belleville 1) y España (Almaraz 2 y Vandellós II). A partir de ese mismo año comenzó la explotación comercial del equipo SICOM y ese momento se puede considerar el punto de partida de lo que después ha sido el desarrollo y posterior explotación de los equipos que forman la llamada familia SICOM. GESTIÓN FAMILIA SICOM Las características de gestión que ENUSA y Tecnatom acuerdan para desarrollar los proyectos y realizar su posterior explotación comercial, son las siguientes: ENUSA genera las especificaciones de los sistemas de inspección en base a requisitos técnicos de caracterización del combustible. En estas especificaciones, se incluyen los requerimientos generales que tendrán que tener los futuros equipos y los objetivos en cuanto a capacidades a demostrar finalmente en validación. TECNATOM ejecuta el diseño y fabricación de los equipos mecánicos, integrando sistemas de control y adquisición de datos propios, así como la aplicación de las técnicas de NDT. Pagina 1 39ª Reunión Anual de la SNE Reus (Tarragona) España, 25-27 septiembre 2013 FAMILIA SICOM ENUSA desarrolla las técnicas de inspección para sistemas de caracterización radiológica de elementos y de varillas de combustible. El proceso de validación de los nuevos sistemas se realiza conjuntamente, y en él se incluyen pruebas en blanco en CC.NN. con inspecciones de componentes reales. Para la mayoría de los sistemas, se fijan procesos de validaciones periódicos, cuya cadencia ya está fijada inicialmente en la especificación. En las campañas de inspección participan técnicos de ENUSA, liderando la manipulación y manejo de EE.CC., y técnicos de Tecnatom, que ejecutan la operación y mantenimiento de los sistemas de inspección. Tecnatom se encarga de emitir los informes finales de inspección y el departamento de ingeniería de ENUSA es el encargado de valorar los resultados de inspección obtenidos y de realizar los estudios oportunos que permitirán mejorar el rendimiento de los EE.CC. EQUIPOS FAMILIA SICOM SICOM COR En 1999 se lanza el desarrollo de un nuevo equipo para inspeccionar EE.CC. de centrales PWR, ligero, fácil de instalar. Este equipo tiene capacidad para: caracterizar dimensionalmente (huelgos entre cabezal superior y tapón superior de barras periféricas, separación entre barras periféricas, etc.) y verificar la integridad de elementos por VT; y medir la capa de óxido de las barras de combustible periféricas por ET. El SICOM COR se instala en los rack de la piscina de combustible y es mucho más ligero y fácil de montar que el antiguo equipo SICOM. Para realizar inspección de elementos requiere el soporte de la grúa, que además de mantener el elemento seguro, realiza su desplazamiento verticalmente. El equipo SICOM COR tiene implementados los siguientes componentes: Módulo de inspección ET con accionamiento neumático. Modulo ET con desplazamiento en el eje X codificado. Codificación axial (eje Z) mediante dos codificadores de movimiento resolver. Rodillos y dispositivos neumáticamente. Cámara REES de alta radiación. Patrones de calibrar de oxido para ET y placa centradores activados certificada para control dimensional VT (relación pixel/mm). Pagina 2 39ª Reunión Anual de la SNE Reus (Tarragona) España, 25-27 septiembre 2013 FAMILIA SICOM Módulo ET con sonda pancake trabajando en modo absoluto, que realiza la medida del espesor de la capa de oxido a través del efecto separación (lift-off). Frecuencia de trabajo 2-3 MHz e incertidumbre de medida ± 6. La verificación VT de la integridad de EE.CC consiste en verificar los: • Cabezales y Muelles • Tapones, Rejillas y Barras • Medida de la separación entre barras • Desplazamiento de las barras SICOM DIM Desarrollado y validado en el año 2000, con capacidad para caracterizar dimensionalmente elementos de combustible por medio de dispositivos LVDT (Linear Variable Differential Transformer). Sus componentes básicos son: un módulo de inspección con 12 sensores LVDT (3 por cara), una cámara, una mesa niveladora y la estructura soporte. En la parte inferior del conjunto se encuentra una pirámide que sirve como referencia dimensional de calibración. Con este equipo se realizan medidas de: • Longitud del EC completo • Ancho de rejillas • Pandeo del EC. rejilla por rejilla • Torsión de cada rejilla con respecto al cabezal inferior • Inclinación del cabezal superior con respecto al inferior Pagina 3 39ª Reunión Anual de la SNE Reus (Tarragona) España, 25-27 septiembre 2013 FAMILIA SICOM Característica Incertidumbre (mm) Inclinación ± 1.0 Longitud ± 0.5 Anchura rejillas de ± 0.2 Pandeo ± 0.4 Torsión ± 0.4 SICOM ROD Equipo desarrollado para inspeccionar barras de combustible de EE.CC. BWR y PWR durante el 2005. Se instala en los rack de combustible y sus componentes principales son los siguientes: • Sonda ET envolvente circular • Módulo de sensores LVDT’s • Sonda Pancake ET capa de oxido • Sonda Rotatoria ET • Codificar axial • Centradores • Cámara Las medidas e incertidumbres del equipo demostradas en validaciones periódicas son las siguientes: Diámetro exterior (LVDT) (± 10 µm) Espesor de la capa de oxido ET (± 6 µm) Detección y medida de degradaciones y defectos en la vaina ET (bobbin ± 3% & RPC ± 10% y ± 1 mm ) Para cada uno de los módulos y sondas de inspección se emplean patrones de calibración con valores conocidos que sirven de referencia de medida. Patrones de calibración montados en una barra patrón que durante la inspección se inspecciona de acuerdo a el procedimiento. Pagina 4 39ª Reunión Anual de la SNE Reus (Tarragona) España, 25-27 septiembre 2013 FAMILIA SICOM SICOM LIM Equipo diseñado para realizar limpieza de depósitos de crudo en las varillas periféricas de EE.CC. PWR. Se usó inicialmente en el 2007 en CN Vandellós II y se suele utilizar en inspecciones de EE.CC. en paralelo con el equipo SICOM COR. SICOM GAMMA NG FA Y SICOM GAMMA G FR Equipos desarrollados para caracterizar radiológicamente EE.CC. y barras de combustible irradiadas. EL SICOM NG FA dispone de detectores gamma y cámara de fisión, y el SICOM G FR solo de detectores gamma. Para estos sistemas las técnicas de inspección fueron desarrollas por ENUSA y los sistemas mecánicos fueron diseñados y fabricados por Tecnatom. Sistemas validados con elementos y barras reales. Capacidad de medida del SICOM NG FA de: • Grado de quemado • Tiempo de enfriamiento • Flujo neutrónico. Capacidad de medida del SICOM G FR. En región de pastillas: • Perfilometría axial de quemado, • Grado de enfriamiento • Longitud de columna de pastillas. En región de plenum: • Concentración de Kr 85 • Presión interna de barra. SICOM LEM Equipo diseñado para realizar medidas de la longitud de varillas de combustible con visión artificial, con una incertidumbre menor de 0,7 mm. Sistema validado y con primera campaña comercial en 2013. Sus componentes principales son la cámara de visión artificial y la cuna donde se inserta la barra a medir. Para calibrar el sistema se emplea una barra calibrada de longitud conocida. Sistema con generación automática de informes y registros de inspección. Pagina 5 39ª Reunión Anual de la SNE Reus (Tarragona) España, 25-27 septiembre 2013 FAMILIA SICOM SICOM UT Sistema desarrollado para detectar varillas fugadas por UT, durante el 2012 y validado con EE.CC. reales en 2013. Ensayo UT emisor/receptor. Detección de varilla fugada por atenuación del sonido provocada por la presencia de agua en interior de varilla. Sistema de adquisición de datos digital con evaluación automática y generación de informes. Grabación de inspecciones y tratamiento/reedición posterior de registros, sin necesidad de repetir la inspección. EXPERIENCIA ACUMULADA Las numerosas inspecciones realizadas con los equipos de la familia SICOM hasta la fecha dan unos datos acumulados de: 230 EE.CC para capa de oxido y 30 con proceso de limpieza previo 150 EE.CC. con inspecciones dimensionales VT 142 EE.CC. caracterizados dimensionalmente (SICOM DIM) 3100 barras inspecionadas para medir óxido 70 barras medidas en diámetros y 23 medidas en longitud 25 barras inspeccionada con sonda circular envolvente y 16 con sonda rotatoria Se han realizado inspecciones SICOM en las plantas nucleares de: Almaraz 1 y 2, Ascó 1 y 2, Vandellos II, Belleville 1 y 2, Trillo 1, Okilluoto 1, Forsmark 2 y 3, Garoña y Tihange 3. PROYECTOS FUTUROS • Adaptación sistema de SICOM LEN a CC.NN. BWR. • Desarrollo de un sistema de inspección para medir capa de oxido por ET en canales y en barras periféricas de EE.CC. BWR. Pagina 6