Curso Académico: Mejora de la disponibilidad del sistema de alimentación de agua auxiliar de un reactor de agua a presión Mejora de la disponibilidad del sistema de alimentación de agua auxiliar de un reactor de agua a presión RESUMEN El presente trabajo tiene como objetivo la realización del diseño de un modelo probabilista para el cálculo de la disponibilidad del sistema de alimentación de agua auxiliar (AAA) de un reactor de agua a presión y establecer los criterios que mejoren dicha disponibilidad. Para llevar a cabo este cometido se emplea el software Isograph Reliability Workbench que permite realizar este modelado probabilista mediante la construcción del Árbol de Fallos del sistema AAA, del cual es posible obtener la indisponibilidad del sistema. Se realiza, a partir del estudio de las medidas de importancia Fussell-Vesely y Birnbaum, el análisis de sensibilidad de diferentes parámetros que influyen en el cálculo final de la disponibilidad del sistema como son los diferentes componentes que lo forman, los fallos de origen humano, los fallos de causa común entre componentes y el mantenimiento del sistema. Para finalizar se proponen una serie de medidas de mejora de los parámetros que afectan a la disponibilidad del sistema con el objeto de conseguir una mejora en la seguridad de las centrales nucleares. Palabras clave: reactor de agua a presión, sistema de alimentación de agua auxiliar, disponibilidad, Fussell-Vesely, Birnbaum, Árbol de Fallos. Mejora de la disponibilidad del sistema de alimentación de agua auxiliar de un reactor de agua a presión RESUM L’objectiu del present treball es la realització del diseny dún model probabilista per al cálcul de la disponibilitat del sistema d’alimentació d’aigua auxiliar (AAA) d’un reactor d’aigua a pressió y establir els criteris per a millorar aquesta disponibilitat. Per a dur a terme aquesta feïna s’utilitza el software Isograph Reliability Workbench el qual permiteix realitzar aquest modelat probabilista mitjançant la construcción de l’Àrbre d’Errors del sistema AAA, a partir del qual es posible obtindre l’indisponibilitat del sistema. Es realitza, a partir de l’estudi de les mesures d’importancia, l’anàlisi de sensibilitat de diferents paràmetres que influeixen en el càlcul final de la disponibilitat del sistema com son els diferents components que el formen, els errors d’orige humà, els errors de causa comú d’error entre components y el manteniment del sistema Finalment es proposen una serie de mesures de millora dels paràmetres que afecten a la disponibilitat del sistema AAA amb l’objectiu d’aconseguir una millora en la seguretat de les centrals nuclears. Paraules clau: reactor d’aigua a pressió, sistema d’alimentació d’aigua auxiliar, disponibilitat, Fussell- Vesely, Birnbaum, Àrbre d’Errors. Mejora de la disponibilidad del sistema de alimentación de agua auxiliar de un reactor de agua a presión ABSTRACT This document has the objective of design a probabilistic model to calculate the availability for auxiliary feedwater system from a pressurized water reactor (PWR). In addition, the project provides a criterion in order to improve the system’s availability. To achieve all these goals it is used the software Isograph Reliability Workbench because it allows creating the probabilistic model by means of the Fault Tree Analysis (FTA). When the availability is calculated from the Fault Tree, the importance measures are analyzed to classify in an importance order the parameters that have influence on the system’s availability. These parameters are the system components, human errors, maintainability errors and common cause faults. Finally, a series of measures to improve the parameters affecting system availability in order to achieve an improvement in the safety of nuclear power plants are proposed. Keywords: Pressurized water reactor, auxiliary feedwater system, availability, Fussell-Vesely, Birnbaum, Fault Tree Analysis. Mejora de la disponibilidad del sistema de alimentación de agua auxiliar de un reactor de agua a presión Mejora de la disponibilidad del sistema de alimentación de agua auxiliar de un reactor de agua a presión ÍNDICE DOCUMENTOS CONTENIDOS EN EL TRABAJO  Memoria  Presupuesto ÍNDICE DE LA MEMORIA 1. Introducción………………………………………………………………………………………………………………....2 1.1. La seguridad nuclear……………………………………………………………………………………………..2 1.2. Papel de las salvaguardias tecnológicas en la seguridad de centrales nucleares….3 2. Objetivo…………………………………………………………………………………………………………………….…..5 3. Descripción del sistema de alimentación de agua auxiliar (AAA)…………………………………..6 3.1. Funcionalidad y estructura…………………………………………………………………………………….6 3.2. Dependencia de sistemas soporte………………………………………………………………………..6 3.3. Trenes y elementos principales…………………………………………………………………………....7 3.4. Esquema del sistema AAA…………………………………………………………………………….……….8 4. Papel del sistema AAA en la seguridad de una central nuclear…………………………………….11 5. Metodología………………………………………………………………………………………………………………....13 5.1. El Análisis Probabilista de Riesgo (APR)……………………………………………………………....13 5.2. Modelos de disponibilidad de sistemas. El Árbol de Fallos………………………………….13 5.3. Modelos de disponibilidad de componentes………………………………………………………16 5.4. Tipos de indisponibilidad y modelo……………………………………………………………………..17 5.5. Medidas de importancia………………………………………………………………………………….....19 5.6. Software. Isograph Reliability Workbench…………………………………………………………..20 6. Modelo de disponibilidad del sistema de alimentación de agua auxiliar (AAA)……….…..21 6.1. Modelo de Árbol de Fallos del sistema………………………………………………………………..21 6.2. Modelo de Sucesos Básicos………………………………………………………………………………....21 6.3. Datos…………………………………………………………………………………………………………………….25 7. Análisis de disponibilidad del sistema AAA…………………………………………………………………….28 7.1. Indisponibilidad del sistema…………………………………………………………………………….…..28 7.2. Medida de importancia Fussell-Vesely…………………………………………………………………30 Mejora de la disponibilidad del sistema de alimentación de agua auxiliar de un reactor de agua a presión 7.3. Medida de importancia Birnbaum………………………………………………………………………..32 8. Propuestas de mejora…………………………………………………………………………………………………...35 9. Discusión de resultados………………………………………………………………………………………………….43 10. Bibliografía…………………………………………………………………………………………………………………….44 11. Anexo……………………………………………………………………………………………………………………………..I ÍNDICE DEL PRESUPUESTO 1. Introducción……………………………………………………………………………………………………………………..2 2. Presupuesto……………………………………………………………………………………………………………………..4 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Leyenda de los componentes del sistema. Fuente: Elaboración propia...…………………8 Tabla 2. Análisis de la medida de importancia a nivel de sistemas en una central nuclear. Fuente: S. Martorell, I. Martón, P. Martorell, S. Carlos, A.I. Sánchez, 2015…………………………..12 Tabla 3. Modelos de indisponibilidad de componentes. Fuente: Elaboración propia……………17 Tabla 4. Modelos de los sucesos básicos independientes. Fuente: Elaboración propia………..21 Tabla 5. Modelos de los sucesos básicos por error humano. Fuente: Elaboración propia…….24 Tabla 6. Modelos de los sucesos básicos por mantenimiento. Fuente: Elaboración propia….24 Tabla 7. Modelos de sucesos básicos por causa común de fallos. Fuente: Elaboración propia…………………………………………………………………………………………………………………………………..25 Tabla 8. Datos de los sucesos básicos independientes, por errores humanos y mantenimiento. Fuente: Elaboración propia……………………………………………………………………….26 Tabla 9. Datos de los sucesos básicos por causa común de fallo (CCF). Fuente: Elaboración propia…………………………………………………………………………………………………………………………………..27 Tabla 10. Indisponibilidad del sistema AAA. Fuente: Elaboración propia…………………………….29 Tabla 11. Resultados de la indisponibilidad del sistema por trenes y por tramos. Fuente: Elaboración propia……………………………………………………………………………………………………………….29 Tabla 12. Resultados del estudio de la medida Fussell-Vesely. Fuente: Elaboración propia………………………………………………………………………………………………………………………………....31 Tabla 13. Resultados del estudio de la medida de importancia Birnbaum. Fuente: Elaboración propia………………………………………………………………………………………………………………………………….33 Tabla 14. Datos de la turbobomba tras el cambio. Fuente: Elaboración propia………………….36 Mejora de la disponibilidad del sistema de alimentación de agua auxiliar de un reactor de agua a presión Tabla 15. Indisponibilidades con el cambio en la turbobomba. Fuente: Elaboración propia…………………………………………………………………………………………………………………………….…..36 Tabla 16. Indisponibilidades por trenes y por tramos una vez realizado en cambio en la turbobomba. Fuente: Elaboración propia………………………………………………………………………….36 Tabla 17. Datos de las válvulas de control tras el cambio. Fuente: Elaboración propia……..37 Tabla 18. Indisponibilidades tras el cambio en las válvulas de control. Fuente: Elaboración propia………………………………………………………………………………………………………………………………...37 Tabla 19. Indisponibilidades por trenes y por tramos una vez realizado en cambio en las válvulas de control. Fuente: Elaboración propia…………………………………………………………………37 Tabla 20. Indisponibilidades tras el cambio en el periodo entre pruebas de las MV. Fuente: Elaboración propia……………………………………………………………………………………………………………..38 Tabla 21. Indisponibilidades por trenes y por tramos una vez introducida la mejora en el periodo entre pruebas. Fuente: Elaboración propia………………………………………………………....39 Tabla 22. Resultados del estudio de la medida Fussell-Vesely tras la mejora. Fuente: Elaboración propia………………………………………………………………………………………………………………39 Tabla 23. Indisponibilidades tras introducir todas las medidas de mejora. Fuente: Elaboración propia………………………………………………………………………………………………………………………………...41 Tabla 24. Indisponibilidades por trenes y por tramos una vez introducidas todas las propuestas. Fuente: Elaboración propia…………………………………………………………………………….41 Tabla 25. Resultados del estudio de la medida Fussell-Vesely tras incorporar al sistema todas las mejoras. Fuente: Elaboración propia…………………………………………………………………………….41 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Esquema del sistema de alimentación de agua auxiliar. Fuente: Elaboración propia………………………………………………………………………………………………………………………………….10 Figura 2. Gráfica Qx-B de sistemas relevantes. Fuente: S. Martorell, I. Martón, P. Martorell, S. Carlos, A.I. Sánchez, 2015…………………………………………………………………………………………………...11 Figura 3. Símbolos empleados en la construcción del Árbol de fallos. Fuente: Aven, 1992…………………………………………………………………………………………………………………………………….15 Figura 4. Resultados del estudio Fussell-Vesely. Fuente: Elaboración propia…………………….30 Figura 5. Resultados del estudio de la medida Birnbaum. Fuente: Elaboración propia………32 Mejora de la disponibilidad del sistema de alimentación de agua auxiliar de un reactor de agua a presión