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Il Plex di Emblase - Enrico Garrone -
Sintesi dell’articolo pubblicato sul numero di Gennaio 2008 di NUCLEAR ENGINEERING INTERNATIONAL
Scritto da: Massimo Teglia, Sergio Orlandi ed Enrico Garrone
L’impianto nucleare di Embalse sta per essere sottoposto ad un’estensione della propria vita operativa di 25 anni.
Nucleoelectrica Argentina Sociedad Anonima, da cui l’acronimo NA-SA ed Ansaldo Nucleare hanno unito le forze per raggiungere questo obiettivo.
NA-SA, la compagnia elettrica argentina che gestisce la centrale nucleare CANDU di Embalse, sta rinnovando ed estendendo la vita operativa di Embalse, situata nella provincia di Cordoba, fino al 2035, provvedendo a un’estensione di vita dell’impianto (PLEX acronimo di Plant Life Extension) di 25 anni.
Il lavoro preliminare del progetto vero e proprio di estensione di vita è iniziato nel 2006 ed è stato portato avanti da AECL ed Ansaldo Nucleare, rispettivamente per quanto riguarda la parte nucleare e per i sistemi non-nucleari.
Ansaldo si sta occupando dei primi studi sui componenti e sui sistemi della parte non nucleare dell’impianto (BOP), quale parte di un programma generale di gestione della vita dell’impianto.
Inoltre, all’interno del programma PLEX, NA-SA ha assegnato un contratto ad Ansaldo per svolgere uno studio sul possibile dell’impianto attraverso il miglioramento dell’efficienza del ciclo termico.
Il progetto è organizzato in modo da ottenere una valutazione della vita residua dell’impianto avendo a disposizione per eventuali ispezioni e test le prossime due fermate programmate dell’impianto.
Con questo approccio sarà possibile ottenere le informazioni necessarie per l’estensione di vita senza avere fermate dedicate della centrale, evitando così ogni impatto sull’operatività della Centrale.
Preparazione
La prima fase del progetto di rinnovo e di estensione della vita della centrale di Embalse comprende tutte le attività preparatorie necessarie per definire scopo e costi del rinnovo e per fornire i dettagli per lo studio di fattibilità economica del progetto.
Parte preliminare sarà una prima indagine conoscitiva dell’impianto come parte di un programma generale di gestione della vita della centrale che stabilirà in modo sistematico gli eventi che possono portare ad un invecchiamento dei sistemi, delle strutture e dei componenti (di seguito identificati con l’acronimo SSCs).
Elementi principali del progetto sono:
• Verifica dell’invecchiamento
Stime sistematiche dell’invecchiamento dei SSCs o di gruppi di componenti con caratteristiche simili sono selezionate in base ad un processo di priorità.
Generalmente la stima dell’invecchiamento implica l’esame dei dati per accertare l’effetto del deterioramento dovuto all’età sui SSCs, stabilisce la loro condizione attuale e fornisce una diagnosi per il raggiungimento dell’età prevista e/o prolungarne il più possibile l’operatività attraverso opportune raccomandazioni.
Questo include:
1. Condition Assessment (CA): di solito riferita alle SSCs o a sistemi di supporto. La metodologia comporta uno studio generale del progetto, dalla produzione all’installazione, fino al funzionamento e manutenzione del sistema nella sua globalità.
2. Life Assessment e Residual Life Evaluation (LA & RLE): riguardano i componenti critici ed le strutture che è previsto non vadano sostituite durante il programma di normale manutenzione e che sono soggette a meccanismi di degradamento a lungo termine. La metodologia implica lo studio dettagliato del progetto originale, dalla produzione all’installazione, fino al funzionamento e manutenzione al livello di componente e dei suoi accessori.
• Realizzazione
Le conclusioni e le raccomandazioni che emergeranno dagli studi sull’invecchiamento serviranno come input alla centrale per la pianificazione degli interventi necessari al fine di ottenere il rinnovo della licenza.
Le attività preliminari descritte precedentemente sono necessarie per determinare quali tra gli SSCs selezionati si raccomanda di ispezionare, sostituire o riparare durante il refurbishment dell’impianto e quali invece durante le normali fermate per manutenzione. Esse inoltre consentiranno di avere una diagnosi continua durante il funzionamento degli SSCs al fine di raggiungere la vita di progetto dell’impianto ed arrivare all’estensione di vita operativa dopo il refurbishment.
La raccolta di queste informazioni servirà anche a suggerire adeguate azioni da aggiungere alla normale manutenzione per ovviare all’invecchiamento ed all’usura dei componenti.
Condition Assessment della parte BOP dell’impianto
L’approccio di Ansaldo Nucleare al progetto PLEX è diviso in due fasi:
• Fase 1: attività di ingegneria che consenta, attraverso visite ed ispezioni alla parte BOP dell’impianto, di valutarne le condizioni per assicurarne l’estensione di vita.
Fa parte di questa fase anche lo studio dedicato alla possibilità di aumento di potenza analizzando i diversi parametri operativi del ciclo termico e una ri-qualifica dei componenti esistenti dell’impianto soggetti a modifica dovuta all’aumento di potenza;
• Fase 2: Progettazione di dettaglio e costruttiva, fornitura, installazione di nuovi componenti che a seguito delle ispezioni e delle attività svolte durante la Fase 1 saranno state individuate come componenti da sostituire allo scopo di garantire all’impianto ulteriori 25 anni di attività.
Sono inclusi in questa fase anche i componenti da sostituire al fine di aumentare l’efficienza dell’impianto.
Seguendo l’approccio sopra descritto, un primo studio ingegneristico della Fase 1 è attualmente in corso con i seguenti obiettivi:
1. Valutazione della configurazione attuale del ciclo termico e dei sistemi di supporto, utilizzando le cosiddette Plant Cognitive walkdowns, visite di specialisti delle varie discipline in Centrale;
2. A seguito dei risultati delle Cognitive walkdowns, individuazione di tutti i sistemi che richiederanno ispezioni e controlli per poterne definire la vita residua; per tutti i sistemi che richiederanno ispezioni, verrà preparato un dettagliato piano di intervento da svolgersi durante le fermate programmate del 2007 e del 2008;
3. Al termine delle ispezioni, dei controlli non distruttivi e dei test operativi svolti durante le fermate, verrà prodotto un Rapporto Finale, e sarà suddiviso in due parti:
• Vita residua del BOP;
• Piano degli interventi necessari per raggiungere l’obiettivo dell’estensione di vita.
4. Valutazione del POTENZIALE incremento di potenza dell’impianto considerando le diverse aree del ciclo termico; la fattibilità delle
modifiche proposte per l’aumento di potenza verrà verificata durante le Cognitive Walkdowns.
Al completamento della Fase 1 con l’emissione del Rapporto Finale, le attività proseguiranno nella Fase 2 ed in particolare:
• Ingegneria, fornitura e assistenza al montaggio per i componenti da sostituire a causa dell’invecchiamento;
• Ingegneria, fornitura ed assistenza per la sostituzione dei componenti necessari per l’aumento di potenza della centrale;
• Pianificazione delle attività di ingegneria, fornitura ed installazione per valutare la fattibilità ed della sostituzione di alcuni componenti, se necessario, durante le fermate precedenti la fine della licenza attuale.
FASE 1: descrizione delle attività
Le attività in corso per la Fase 1 del PLEX sono le seguenti:
• Analisi dei sistemi del BOP nella configurazione attuale;
• Attività di verifica delle aree di possibile intervento per migliorare l’efficienza del ciclo termico ed aumentare la potenza dell’impianto.
Analisi dei sistemi del BOP
Prima parte di questa attività inizia dall’analisi della documentazione disponibile in Centrale utilizzando gli schemi di processo, le specifiche tecniche dei sistemi e dei componenti, i diversi documenti di layout e tutti i vari documenti necessari. In particolare, il lavoro verrà svolto tenendo conto dei seguenti aspetti:
a) Identificazione della configurazione dei sistemi che dovranno essere analizzati partendo dalla situazione attuale dell’impianto;
b) Identificazione dei componenti meccanici ed elettrici di cui dovrà essere pianificata un’ispezione per ottenere tutte le informazioni necessarie per poterne verificare l’invecchiamento;
c) Preparazione per ogni sistema della piping list e della associata classificazione di progetto al fine di pianificare le ispezioni ed i controlli per la verifica di invecchiamento;
d) Lista dei supporti da verificare durante le varie visite in campo;
e) Analisi del sistema di controllo della parte BOP dell’impianto.
Per ciascuno di questi punti, verrà preparata una check list attraverso la quale raccogliere le informazioni sulle condizioni di invecchiamento attuali.
Le informazioni raccolte dalle diverse dedicate check list sono:
• Informazioni generali: consistenza tra i documenti originali dell’impianto e la configurazione attuale, identificazione dei possibili transitori avvenuti nel corso della vita dell’impianto che possono aver avuto effetti sui componenti dell’impianto, identificazione degli eventuali eventi anomali esterni ed interni all’impianto che possono aver influenzato la vita residua, identificazione dei componenti e verifica della loro disponibilità sul mercato, verifica della disponibilità della documentazione di esercizio dell’impianto come, ad esempio, il registro di manutenzione periodica ed il registro delle ispezioni, contatto diretto con gli operatori dell’impianto per analizzare eventuali problemi riscontrati durante gli anni d’esercizio, analisi dei registri di esercizio per analizzare il grado di utilizzazione dei componenti, identificazione dei codici di riferimento utilizzati durante la costruzione dell’impianto e loro comparazione con gli standard attuali.
• Informazioni dettagliate da raccogliere attraverso indagini ed ispezioni: configurazione attuale degli SSCs e pianificazione delle ispezioni durante le due fermate dell’impianto a disposizione, invecchiamento degli SSCs, test non distruttivi per componenti meccanici e piping per valutarne l’usura e le condizioni attuali, verifiche specifiche da effettuare sui componenti elettrici, verifiche specifiche sulla parte del sistema di controllo della parte BOP dell’impianto.
In particolare per quanto riguarda il sistema di controllo, a seguito delle ispezioni, verrà valutata la possibilità di implementare un nuovo sistema, sviluppato a partire dall’esperienza maturata da Ansaldo durante la costruzione della seconda unità della centrale nucleare di Cernavoda, nella quale è stato installato, per il ciclo termico, il DCS, acronimo dall’inglese Distributed Control System.
Parallelamente allo svolgimento della Fase 1, verrà sviluppato ed emesso un documento che tratterà gli aspetti legati alla sicurezza correlati con l’estensione di vita di ogni sistema in carico ad Ansaldo.
Studio di fattibilità allo scopo di valutare il possibile aumento di potenza dell’impianto
Lo studio di fattibilità per l’incremento di EFFICIENZA del ciclo termico della centrale di Embalse è inserito nel progetto PLEX e ha come scopo l’individuazione delle possibili aree di intervento.
Lo studio considererà due casi principali:
1. Aumento di potenza associato al solo incremento di EFFICIENZA del ciclo termico, senza considerare alcuna modifica alla turbina;
2. Aumento di potenza associato alla lunghezza delle palette dell’ultimo stadio della turbina di bassa pressione o di modifiche al turbo gruppo nel suo complesso.
Per quanto riguarda il punto 1 verranno investigate le seguenti aree di intervento:
• EFFICIENZA del separatore di umidità
• Numero di preriscaldatori dell’acqua alimento
• Perdite di carico delle linee vapore
• Perdite di carico nelle valvole di ammissione vapore
• Vuoto del condensatore
• Aggiunta di un secondo surriscaldatore
• Drenaggi di turbina
• Pressione allo scarico della turbina di alta pressione
• EFFICIENZA del generatore elettrico
Stato del progetto
Ansaldo ha messo in campo un team dedicato di esperti delle varie discipline per portare a termine le ispezioni in campo, sia durante le fermate programmate sia durante il normale funzionamento dell’impianto, e la raccolta di dati storici dell’impianto, più in particolare di dati storici di ogni sistema.
In alcuni casi è stato coinvolto personale specializzato direttamente dei fornitori originali dei componenti.
Come primo risultato delle attività, è stata preparata una lista di sistemi ordinata per priorità di intervento, seguendo mettendo insieme diversi criteri che vanno dell’importanza del sistema al suo stato attuale, dalla complessità dei componenti alla loro reperibilità sul mercato.
Ispezioni previste per la fermata programmata del 2007
• Ispezione di alcune valvole del ciclo termico
• Ispezione di componenti elettrici
• Ispezione di supporti e componenti in linea sulle linee piping
• Ispezione alle pompe estrazione condensato e acqua alimento
• Ispezione ad alcuni componenti principali (separatori di umidità, scambiatori, condensatore, ecc)
• Misure di protezione galvanica
Studio riguardante l’aumento di potenza: stato delle attività
Gli scenari derivanti dalle possibili modifiche sono stati sviluppati e presentati a NA-SA.
Condiderando per ognuno l’impatto sulla configurazione del ciclo termico insieme con il relativo valore di aumento di potenza, sono stati definiti i seguenti scenari:
• Modifiche agli spillamenti di vapore che alimentano il 4° preriscaldatore
• Aggiunta di un 5° preriscaldatore di alta pressione alimentato da uno spillamento aggiuntivo sulla turbina di alta pressione
• Aggiunta di un secondo risurriscaldatore
• Aumento di EFFICIENZA del separatore-risurriscaldatore esistente
Inoltre è stato valutato per ogni scenario l’ulteriore incremento dovuto al cambiamento della lunghezza delle pale dell’ultimo stadio delle turbine di bassa pressione.
Conclusioni
Nel corso di questa prima fase del progetto la maggiore difficoltà che è stata incontrata è stata il gestire una quantità di dati così imponente.
A tale scopo è stato preparato un dedicato database per catalogare e archiviare tutti i documenti raccolti.
E’ stato inoltre dimostrato che l’ottima collaborazione tra Ansaldo e NA-SA è stata un fattore fondamentale per la buona riuscita del progetto e consentirà di raggiungere l’obiettivo dell’estensione di vita.