La válvula de bola del canal de combustible gastado es un componente crítico en los reactores de agua pesada, ya que funciona como barrera de presión y canal de descarga. Para abordar los problemas con la válvula de bola del canal de combustible gastado, se realizó un análisis de los modos de fallo, incluyendo el alto par de accionamiento y las fallas en las pruebas de fugas. Con base en este análisis, se propusieron acciones correctivas y mejoras para las tareas de mantenimiento preventivo y la gestión de repuestos. Estas medidas proporcionan una valiosa guía para la gestión y el mantenimiento de los equipos, garantizando el funcionamiento fiable del canal de combustible gastado en los reactores de agua pesada.
La unidad de 700.000 kWh de la planta de Qinsan está diseñada según el diseño del reactor de agua pesada de Canadá. Su característica principal es el reabastecimiento continuo sin necesidad de apagar el reactor. La válvula de bola del canal de combustible gastado, que comprende una válvula interior y una exterior, válvula de bolaSe instala en serie al final del canal de combustible gastado para facilitar su descarga. La válvula de bola del canal permanece cerrada al abrirse la compuerta subacuática o de aire, lo que garantiza la integridad del límite de presión de contención.
La válvula de bola del canal de combustible gastado, una válvula de 10,16 cm (4 pulgadas) fabricada por Velan, ha presentado problemas en los últimos años. Estos incluyen un mayor par motor, que impide el movimiento de la válvula, y fallos frecuentes en las pruebas de fugas. Como componente crítico en las centrales nucleares, la reducción de la fiabilidad supone riesgos significativos para las operaciones diarias de recarga de combustible y puede afectar gravemente la seguridad y estabilidad de la unidad. Según el Informe Final del Análisis de Seguridad, las pruebas de fugas de las válvulas de bola del canal de combustible gastado se realizan cada seis meses, y al menos una de las dos válvulas debe permanecer operativa. Si ambas fallan, se debe interrumpir inmediatamente la transmisión de combustible gastado y al menos una de ellas debe volver a funcionar en un plazo de ocho horas.
La válvula de bola para canal de combustible gastado está clasificada como de nivel 2 según las directrices de seguridad nuclear e incorpora un diseño de asiento metálico. Está diseñada para funcionar a una presión de 3,447 MPa, con una tasa de fuga inferior a 10 ml/min en las condiciones de diseño. La válvula consta de cuatro componentes principales: cuerpo, tapa, vástago y bola. El vástago incluye el vástago, la empaquetadura y el prensaestopas, mientras que la bola incluye la bola, el asiento y los componentes de sellado. En posición cerrada, la bola forma un sello metálico contra los asientos (09A y 09B) de las válvulas a ambos lados. Una junta de grafito (20A) entre el extremo del cuerpo y el asiento garantiza el sellado en el extremo de la bola, mientras que otra junta de grafito (20B) entre la bola y el asiento (09B) sella el lado del cuerpo. El sello del lado del cuerpo incluye el asiento (09B), el resorte de mariposa, el anillo de posicionamiento y la junta de grafito (20B). Se instala una junta de grafito en espiral entre el cuerpo de la válvula y la tapa, fijada con 12 pernos espaciados irregularmente y tuercas apretadas a 230 N·m. El vástago de accionamiento se conecta a la bola y cuenta con múltiples sellos flexibles de grafito, fijados por una tuerca prensaestopas.
Cuando el cuerpo de la válvula y la tapa se fijan mediante pernos, la precarga aplicada comprime el resorte de la mariposa. Esta fuerza se transfiere del asiento de la válvula a la bola y al asiento opuesto, creando un sello metal-metal entre la bola y los asientos. En la válvula de bola exterior, la bola se mueve debido a la fuerza combinada del resorte de la mariposa y la presión externa, comprimiendo las juntas de grafito (20A y 20B) para crear una superficie de sellado. En la válvula de bola interior, la bola se mueve contra la fuerza de recuperación del resorte, comprimiendo la junta de grafito para formar una superficie de sellado.
3. Disposición de elementos de mantenimiento preventivo y optimización de repuestos para la válvula de bola del canal de combustible gastado
(1) La identificación inicial y la programación de las tareas de mantenimiento preventivo de la válvula de bola del canal de combustible gastado se basan en las pautas descritas en el manual de mantenimiento (Tabla 2).
(2) Las medidas preventivas para las válvulas de bola del canal de combustible gastado se desarrollan con base en datos operativos y experiencias de centrales nucleares, recomendaciones del manual técnico del fabricante y las mejores prácticas de centrales nucleares internacionales. Estas medidas se basan en el "Manual general de modos y causas de fallo de equipos de válvulas neumáticas de pistón", que detalla los modos de fallo comunes y sus causas (Tabla 3).
(3) Sobre la base de estos principios, se ha perfeccionado la estrategia de mantenimiento preventivo de las válvulas de bola del canal de combustible gastado, como se detalla en la Tabla 4. La estrategia actualizada aborda los modos de falla típicos e incorpora conocimientos operativos prácticos.
Tabla 2 Formulación de proyecto de mantenimiento preventivo para válvulas de bola de combustible gastado
Proyecto | Contenido | Ciclo |
Inspección de la válvula de bola externa | Verifique la tuerca del vástago de la válvula, lubrique la caja de engranajes sin fin, verifique el actuador y los accesorios. | 2 años |
Revisión de la válvula de bola externa | Reemplace el sello del vástago de la válvula, la almohadilla de empuje, el asiento de la válvula y el sello del cuerpo de la válvula. | 10 años |
Revisión del cilindro de la válvula de bola externa | Desmontar el cilindro y la caja de engranajes sin fin y sus accesorios, reemplazar los sellos; reemplazar el sello del cilindro y engrasar. | 10 años |
Inspección del interruptor de límite de la válvula de bola | Verifique el interruptor de límite y asegúrese de que la acción del interruptor sea normal. | 2 años |
Tabla 3 Fallas comunes y causas relacionadas con la válvula de bola en el combustible gastado A continuación se muestra la tabla formateada para una mejor legibilidad:
Ubicación de la falla | Modo de falla | Causa de la falla |
Válvula de control de velocidad | Respuesta inconsistente | Desequilibrio |
Interruptor de viaje | Corrosión de la conexión del terminal del cable | Medio ambiente |
Tubería neumática | Fuga de conjunto | Vibración |
Solenoide | El sello del cilindro de la camisa del pistón pierde elasticidad | Envejecimiento |
Asiento de válvula | Desgaste y erosión | Carga de presión del asiento de la válvula insuficiente |
Núcleo de válvula | Acumulación de suciedad | Calidad del agua |
Núcleo de válvula | Desgaste y erosión | Carga de presión del asiento de la válvula insuficiente |
Tabla 4 Proyecto de optimización de la válvula de bola del canal de combustible gastado
Período | Inspección/Tarea | Descripción |
2 años | Inspección de la válvula de bola | Limpie la superficie de la válvula y la superficie del cabezal neumático y verifique la estanqueidad de los componentes. |
Verifique la estanqueidad de la tubería de suministro de aire. | ||
Verifique las fugas internas y externas de la válvula. | ||
Compruebe la estanqueidad de los siguientes pernos de la válvula: pernos entre la válvula de bola interior y el canal, pernos entre la válvula de bola interior y la válvula de bola exterior, pernos de fijación entre el cuerpo de la válvula y el mecanismo de accionamiento de la válvula de bola interior, pernos de fijación entre el cuerpo de la válvula y el mecanismo de accionamiento de la válvula de bola interior, pernos de fijación entre el cuerpo de la válvula y el mecanismo de accionamiento de la válvula de bola exterior, pernos del mecanismo de accionamiento de la válvula de bola exterior | ||
Prueba de acción de la válvula para confirmar que la indicación de la posición de la válvula es correcta y que no hay obstrucciones en el funcionamiento de la válvula en el sitio. | ||
8 años | Desmontaje y revisión de la válvula de bola | Verifique el sello del vástago de la válvula, reemplace el sello del vástago de la válvula, desarme el cilindro y la caja de engranajes sin fin y sus accesorios, reemplace los sellos, lubrique y ensamble, y pruebe y ajuste todo el conjunto. |
Desmontar y revisar la red de la bola; verificar la superficie esférica; verificar la superficie del vástago de la válvula y su rectitud; verificar los pernos de la brida; reemplazar el sello del vástago de la válvula, la almohadilla de empuje, el asiento de la válvula, el sello del cuerpo de la válvula y otras partes internas. | ||
Desmontaje y revisión del sello del cilindro de gas | Reemplace el sello del cilindro y la grasa del cilindro; verifique el sellado del cilindro de gas. |
(1) La adquisición de un conjunto completo de repuestos para la válvula de bola y el mecanismo de accionamiento es crucial. Esto garantiza que, en caso de una falla importante de la válvula de bola del canal de combustible gastado, al menos una de las dos válvulas pueda volver a funcionar en un plazo de ocho horas, minimizando así el tiempo de inactividad y evitando el cierre de la planta.
(2) Se ha logrado la localización de la bola y el asiento de la válvula. Esta localización ofrece tres ventajas significativas: 1) Dominio de la tecnología de fabricación nacional para la válvula de bola del canal de combustible gastado, lo que reduce la dependencia del soporte del fabricante original; 2) Menores costos de adquisición, lo que se traduce en ahorros en los gastos operativos de la planta; 3) Plazos de entrega más rápidos gracias al abastecimiento local.
(3) Se ofrecen juntas de grafito puro personalizadas de diferentes espesores para aplicaciones de válvulas de bola. Estas juntas se pueden seleccionar durante la revisión de las válvulas, lo que garantiza que las piezas de repuesto se mantengan en óptimas condiciones y listas para su uso inmediato cuando se necesiten.
Durante la revisión de la válvula de bola del canal de combustible gastado, se definieron las especificaciones de adquisición de los componentes de la válvula, las inspecciones de redondez, los requisitos de reparación y las normas aplicables. Además, se establecieron el método de apriete de los pernos de la brida y las especificaciones de torque para las inspecciones preventivas realizadas en línea. Asimismo, se revisó el diseño de la junta de grafito y se definieron sus dimensiones de instalación. Durante más de dos años, no se reportaron fallas operativas, lo que confirma la eficacia del análisis y las acciones correctivas descritas en este documento. La optimización de los procedimientos de mantenimiento garantiza la monitorización y el control continuos del estado del equipo, manteniendo la válvula de bola del canal de combustible gastado en óptimas condiciones y contribuyendo a la operación segura y estable de la central.
