Análisis de la implementación de un filtro tipo lecho de arena para el venteo de una central nuclear

Abstract

RESUMEN:

En el caso de un accidente grave en una planta de potencia nuclear, el venteo filtrado de la contención es una acción que puede utilizarse para proteger la contención y las instalaciones, mientras se trata de mitigar las emisiones de material radiactivo al medio ambiente. El accidente de la central nuclear de Fukushima Daiichi demostró que, en ausencia de alternativas para reducir la acumulación de presión de la contención (debido al vapor y la acumulación de gas incondensable durante un accidente), el venteo se convierte en una medida esencial de manejo de accidentes para la preservación de la integridad estructural de la contención. En este estudio se generó un modelo 3D de un dispositivo de filtrado para estimar la retención de aerosoles dentro del mismo, usando el paquete de software de fuente abierta OpenFOAM. El dispositivo de filtrado evaluado es del tipo lecho de arena y fue diseñado por Électricité de France. Se generaron modelos de cada zona del dispositivo de filtrado y mediante una serie de cálculos paramétricos, con el método de mecánica de fluidos computacional, se obtuvieron las características hidrodinámicas relevantes del dispositivo, tales como caídas de presión contra gasto másico, campos de presiones, velocidad y temperatura, entre otros, ante diferentes condiciones de operación. A partir de los datos obtenidos de la simulación, se realizaron de manera independiente los cálculos de eficiencia del lecho de arena, al considerar como variables la velocidad superficial del gas, el diámetro de arena y diferentes tamaños de partículas de aerosoles.

ABSTRACT:

In the case of a Severe Accident at a nuclear power plant, filtered venting from containment is one action that can be used to protect the containment itself and the whole facility, while trying to mitigate radioactivity releases to the environment. The Fukushima Daiichi NPP’s accident showed that, in the absence of alternatives to reduce the containment pressure build-up (due to steam and incondensable gas accumulation during an accident), venting becomes an essential accident management measure for the preservation of containment structural integrity. In this study, a 3D model of a filtering device was generated to estimate aerosol retention using the OpenFOAM open source software package. The filtration device evaluated is the sand-bed type and was designed by Électricité de France. Models of each zone of the filtered device were generated, and by a series of parametric calculations, with the computational fluid mechanics method, relevant hydrodynamic characteristics of the device were obtained, such as pressure drops against mass flow rate, pressure, velocity, and temperature fields, among others, at different operating conditions. Based on the data obtained from the simulation, sand-bed efficiency calculations were independently carried out, taking as variables the surface velocity of the gas, the sand diameter, and different sizes of aerosol particles.