El programa de pruebas en servicio de operación y mantenimiento de ASME garantiza la preparación operativa de los componentes nucleares

Originalmente incluido en el Código de calderas y recipientes a presión de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME), hoy el estándar de Operación y Mantenimiento de Plantas de Energía Nuclear para pruebas en servicio de bombas, válvulas y ciertas restricciones dinámicas (amortiguadores) se sostiene por sí solo. Entre otras cosas, el programa de pruebas en servicio detecta y monitorea la disponibilidad y degradación de la función de seguridad de las válvulas para plantas nucleares existentes y nuevas construcciones.

La Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME) es una de las organizaciones de desarrollo de estándares más antiguas de los EE. UU. Sin embargo, su trabajo se extiende mucho más allá de los estados. Tiene oficinas en Beijing, China; Bruselas, Belgica; y Nueva Delhi, India. Su misión declarada es: “Servir a diversas comunidades globales mediante el avance, la difusión y la aplicación del conocimiento de ingeniería para mejorar la calidad de vida; y comunicar el entusiasmo de la ingeniería”.

ASME proporciona códigos específicos de operaciones y mantenimiento (OM) para realizar inspecciones y pruebas previas al servicio y en servicio para muchos de los componentes utilizados en diseños de reactores nucleares nuevos y existentes. Entre los años 1960 y 1980, muchos de los requisitos de las pruebas en servicio (IST) estaban incorporados en el Código ASME de calderas y recipientes a presión, Sección XI, que trataba principalmente de exámenes estandarizados de inspección en servicio (ISI) de componentes y soldaduras en lugar de pruebas funcionales de componentes.

El Comité de Estándares OM de ASME fue creado para desarrollar el estándar de Operación y Mantenimiento de Plantas de Energía Nuclear (Código OM) de ASME, separando los requisitos de “bombas y válvulas” de la Sección XI para mejorar la eficiencia al desarrollar y refinar los requisitos y criterios de aceptación de IST. Los requisitos del Código OM se aplican a:

■ Bombas y válvulas que deben realizar una función específica para apagar un reactor a la condición de parada segura, mantener la condición de parada segura o mitigar las consecuencias de un accidente.

■ Dispositivos de alivio de presión que protegen sistemas o partes de sistemas que realizan una o más de las tres funciones identificadas anteriormente.

■ Restricciones dinámicas (amortiguadores) utilizadas en sistemas que realizan una o más de las tres funciones identificadas anteriormente (Figura 1).

El propósito de IST es detectar y monitorear la degradación en componentes designados como sistemas y componentes ASME Clase 1, 2 o 3. La Clase 1 (Grupo de calidad A) incluye sistemas y componentes que contienen refrigerante del reactor y que forman el límite de presión del refrigerante del reactor. Artículos como válvulas de seguridad del reactor, válvulas de aislamiento de límite de presión del refrigerante del reactor y válvulas de bloqueo de alivio accionadas eléctricamente encajan en la categoría Clase 1. Los artículos de Clase 2 (Grupo de Calidad B) son sistemas y componentes que no pertenecen al Grupo de Calidad A y que son importantes para la seguridad, como enfriamiento de emergencia del núcleo, parada del reactor y sistemas de eliminación de calor residual. Los sistemas y componentes de Clase 3 (Grupo de calidad C) son importantes para la seguridad, pero no están designados como Clase 1 o 2. Algunos ejemplos incluyen sistemas de soporte de generadores diésel y bombas de agua de servicio y de agua de refrigeración de componentes.

IST proporciona una garantía razonable de que los componentes relacionados con la seguridad realizarán su función de seguridad cuando se activen. El proceso permite a las empresas de servicios públicos identificar sistemáticamente problemas y tomar medidas para reparar o reemplazar componentes relacionados con la seguridad, si están degradados. IST no pretende determinar la operatividad de los componentes. Más bien, las pruebas de vigilancia de las Especificaciones Técnicas (TS) tienen como objetivo verificar que los componentes y sistemas sean operables y lo hayan sido desde la última prueba TS. El objetivo de IST es brindar confianza de que el componente seguirá funcionando hasta la próxima prueba de TS.

El Código OM se divide en tres divisiones. La División 1, “Código OM: Sección IST”, que es el tema central de este artículo, se divide en seis subsecciones. Las subsecciones son:

■ Subsección ISTA, “Requisitos generales”

■ Subsección ISTB, “Pruebas en servicio de bombas en centrales eléctricas con reactores de agua ligera: plantas anteriores al año 2000”

■ Subsección ISTC, “Pruebas en servicio de válvulas en centrales nucleares con reactores de agua ligera”

■ Subsección ISTD, “Examen y prueba previos y en servicio de restricciones dinámicas (amortiguadores) en plantas de energía nuclear con reactores de agua ligera”

■ Subsección ISTE, “Pruebas en servicio basadas en riesgos de componentes en plantas de energía nuclear con reactores de agua ligera”

■ Subsección ISTF, “Pruebas en servicio de bombas en centrales nucleares con reactores de agua ligera: plantas posteriores al año 2000”

Hay cinco apéndices obligatorios y 12 no obligatorios. Los apéndices obligatorios son:

■ Apéndice I, “Pruebas en servicio de dispositivos de alivio de presión en centrales nucleares con reactores de agua ligera”

■ Apéndice II, “Programa de monitoreo del estado de la válvula de retención”

■ Apéndice III, “Pruebas previas al servicio y durante el servicio de conjuntos de válvulas accionadas por motores eléctricos activos en centrales eléctricas de reactores de agua ligera”

■ Apéndice IV, “Reservado para pruebas de válvulas operadas neumáticamente”

■ Apéndice V, “Programa de prueba de verificación periódica de la bomba”

Los apéndices no obligatorios son:

■ Apéndice A, “Preparación de planes de prueba”

■ Apéndice B, “Elementos de la lista de verificación del examen de sujeción dinámica”

■ Apéndice C, “Información operativa y de diseño de restricción dinámica”

■ Apéndice D, “Comparación de planes de muestreo para pruebas en servicio de restricciones dinámicas”

■ Apéndice E, “Diagramas de flujo para planes de prueba de amortiguadores del 10 % y 37”

■ Apéndice F, “Métodos de monitoreo de la vida útil de restricciones dinámicas (amortiguadores)”

■ Apéndice G, “Aplicación de la tabla ISTD-4252-1, Examen visual del amortiguador”

■ Apéndice H, “Parámetros y métodos de prueba”

■ Apéndice J, “Prueba de la válvula de retención después del reensamblaje de la válvula”

■ Apéndice K, “Lista de muestra de consideraciones deterministas de componentes”

■ Apéndice L, “Pautas de aceptación”

■ Apéndice M, “Guía de diseño para sistemas de centrales nucleares y pruebas de componentes”

Los Códigos ASME son estándares de consenso voluntario desarrollados por los participantes, que incluyen la Comisión Reguladora Nuclear (NRC) y los titulares de licencias. Si la NRC cree que existe una preocupación técnica o regulatoria significativa que puede abordarse mediante una edición o adenda del Código ASME aprobada, en lugar de desarrollar su propia norma, la NRC aprobará o condicionará (determinará el grado de cumplimiento) la edición o adenda del Código ASME. adiciones "por referencia".

Las partes de la norma que no sean adoptadas o condicionalmente aceptables deberán justificarse. Esto coincide con la política de la NRC de mantener la seguridad de las plantas nucleares y al mismo tiempo hacer que las actividades de la NRC sean efectivas y eficientes.

Las condiciones de la NRC están incluidas en el Título 10 del Código de Regulaciones Federales Parte 50.55a (10 CFR 50.55a) "Códigos y normas". Tras la incorporación por referencia del Código ASME en 50.55a, las disposiciones son requisitos legalmente vinculantes de la NRC (Figura 2).

A partir del 17 de agosto de 2017, la NRC modificó sus regulaciones para incorporar por referencia la Edición de 2009, la Adenda de 2011 y la Edición de 2012 de la División 1 del Código ASME OM, con condiciones sobre su uso; la edición de 1983 a la edición de 1994, la edición de 2008 y las adiciones 2009-1a a la edición de 2008 de los Requisitos de garantía de calidad ASME NQA-1 para aplicaciones de instalaciones nucleares, con condiciones sobre su uso; y Caso del Código OM OMN-20, “Frecuencia de pruebas en servicio”.

Los casos de código (CC) aclaran la intención del Código ASME existente o proporcionan requisitos alternativos y están destinados a incorporarse al Código en una fecha posterior. La NRC puede respaldar un CC en la Guía regulatoria (RG) 1.192, “Aceptabilidad de casos del Código de operación y mantenimiento, Código ASME OM” con o sin condiciones (como solicitudes de alivio). Alternativamente, la NRC puede desaprobar las CC en RG 1.193, “Casos del Código ASME no aprobados para su uso”.

En el caso del CC OMN-20, incorpora el uso de “períodos de gracia” al Código OM. El CC permite una ventana de ±25 % para una frecuencia de prueba de hasta dos años y ±6 meses para frecuencias de prueba superiores a 2 años. Es importante señalar que el CC aún no ha sido aprobado en la RG 1.192 y el licenciatario no deberá incorporar el período de gracia al cronograma normal de pruebas.

En julio de 2006, el Comité del Código ASME aprobó eliminar las fechas de vencimiento de los CC. Cualquier CC publicada que no haya sido anulada y que tenga una fecha de vencimiento posterior a julio de 2006, no está vencida y puede continuar utilizándose.

Una válvula motorizada (MOV) es una combinación de dos dispositivos separados. Tiene un conjunto de válvula, un dispositivo mecánico para optimizar una función de control de fluido deseada, como aislamiento o estrangulamiento, y un actuador, un dispositivo eléctrico-mecánico utilizado para posicionar el conjunto de válvula desde una ubicación remota (Figura 3).

Los sistemas de tuberías de una planta nuclear típica incluyen cientos de MOV, muchos de los cuales están relacionados con la seguridad, es decir, la seguridad de la planta depende de la capacidad de la válvula para funcionar en las condiciones severas previstas durante el diseño de la planta. Se requieren válvulas de seguridad para evitar liberaciones catastróficas.

Uno de los principales cambios en las pruebas ISTC tradicionales para MOV es el uso de información sobre riesgos y pruebas de diagnóstico para ampliar o eliminar los requisitos para la verificación de la indicación de posición de la válvula del Código OM y los requisitos de tiempo de carrera. En muchos casos, esto proporciona una reducción significativa de la carga basada en la condición conocida del MOV y del actuador, en lugar de simplemente un tiempo de carrera y una prueba de ejercicio.

La División 1, Apéndice III obligatorio, “Pruebas previas al servicio y durante el servicio de conjuntos de válvulas accionadas por motores eléctricos activos en centrales eléctricas de reactores de agua ligera”, contiene requisitos para proporcionar un método de prueba más completo para MOV que el proporcionado por la Subsección ISTC. Se requiere que se siga el Apéndice Obligatorio en su totalidad para garantizar el cumplimiento del Código ASME OM para probar MOV. Los requisitos generales y específicos para las pruebas y los criterios de aceptación se proporcionan en el apéndice, así como las frecuencias y la determinación de las frecuencias de las pruebas, utilizando métodos basados ​​en el riesgo. El beneficio de implementar el Apéndice III es que proporciona un conocimiento detallado del MOV y la condición del actuador mediante el uso de métodos de prueba de diagnóstico, actividades de mantenimiento preventivo y un buen desempeño continuo, para extender los intervalos de examen/prueba a una periodicidad significativa.

Fallos de MOV. Actas de la conferencia del informe técnico de la NRC NUREG/CP-0152, vol. 9, “Actas del Duodécimo Simposio NRC/ASME sobre Válvulas, Bombas y Pruebas en Servicio”, informó en 2014 que la “falla de contactos” contribuyó a la mayoría de las fallas de MOV durante un período de cinco años. Las fallas de contacto incluyeron el interruptor de torsión, el interruptor de límite, el relé del contactor del centro de control de motores (MCC) y los contactos de la celda del disyuntor del MCC. Las piezas fallidas más frecuentes fueron:

■ Contactos: 80

■ Contactor—12

■ Fusible—10

■ Rotor del interruptor de límite—10

■ Bobinas—10

■ Cableado—8

■ Terminación eléctrica (terminal/conector)—8

■ Disco—7

■ Interruptor—7

■ Engranajes—7

Existen requisitos mínimos enumerados en el Código OM con respecto a las pruebas y exámenes, y el titular de la licencia tiene cierta flexibilidad en la determinación de los requisitos de examen y pruebas necesarios para garantizar la preparación operativa de MOV.

Pruebas en servicio. IST comenzará cuando se requiera que el MOV cumpla su función requerida y se llevará a cabo en las condiciones en las que se encuentra para evaluar los cambios en el margen funcional del MOV, es decir, el incremento por el cual la capacidad disponible de un MOV excede la capacidad requerida para operar el MOV. bajo condiciones base de diseño. No se requieren pruebas tal como se encontraron antes de las actividades de mantenimiento si el MOV no debe someterse a un IST. Si las actividades de mantenimiento se programan simultáneamente con la IST de un MOV, entonces la IST se realizará en las condiciones en que se encontró y antes de la actividad de mantenimiento.

Estático versus dinámico. El programa IST incluye una combinación de pruebas de rendimiento MOV estáticas y dinámicas y puede modificarse cuando lo justifique una evaluación de ingeniería de los datos de prueba. Sin embargo, no se requieren pruebas de rendimiento dinámico de MOV para ciertos tipos de válvulas (como válvulas de bola, de tapón y de diafragma), con una experiencia operativa aceptable.

Intervalo de prueba. El intervalo IST, de acuerdo con el Apéndice III, incluye cálculos para determinar los márgenes funcionales de MOV que tienen en cuenta la posible degradación relacionada con el rendimiento. Aunque las actividades de mantenimiento pueden afectar los intervalos IST, se deben establecer de manera que el margen funcional MOV no disminuya por debajo de los criterios de aceptación. Si no existen datos suficientes para determinar el intervalo IST de acuerdo con el Apéndice III, entonces se realizará MOV IST cada dos ciclos de reabastecimiento de combustible o tres años, lo que sea más largo, hasta que existan datos suficientes, de un MOV o grupo de MOV aplicable, para justificar un IST más largo. intervalo. Asimismo, el intervalo máximo de IST no excederá los 10 años.

Requisitos normales de ejercicio. Todos los MOV comprendidos en el ámbito del Apéndice III se ejercitarán en ciclo completo al menos una vez por ciclo de reabastecimiento de combustible (máximo de 24 meses). La operación de ciclo completo como resultado de las operaciones normales de la planta u otros requisitos del código puede considerarse un ejercicio del MOV, si está documentado. Además, si no es práctico ejercitar la carrera completa de un MOV durante la operación de la planta o el apagado en frío, se deberá realizar durante la parada de reabastecimiento de combustible de la planta.

Se considerarán requisitos de ejercicio adicionales o más frecuentes para los MOV en cualquiera de las siguientes categorías:

■ MOV con importancia de alto riesgo.

■ MOV con condiciones ambientales adversas o duras.

■ MOV con características anormales, como condiciones operativas, de diseño o de mantenimiento.

Reemplazo, Reparación o Mantenimiento. Cuando una MOV o su sistema de control sea reemplazada, reparada o sometida a mantenimiento que pueda afectar el desempeño de la válvula, se deberán determinar nuevos valores IST, o se deberán confirmar los valores IST previamente establecidos, antes de que la MOV vuelva a ponerse en servicio. Si el MOV no fue retirado del servicio, los valores IST se determinarán o confirmarán inmediatamente. Esta prueba tiene como objetivo demostrar que los parámetros de rendimiento, que podrían verse afectados por el reemplazo, la reparación o el mantenimiento, están dentro de límites aceptables. Se identificarán y analizarán las desviaciones entre los valores IST anteriores y nuevos. La verificación de que los nuevos valores representan un funcionamiento aceptable se documentará de acuerdo con la Sección III-9000, "Registros e informes".

Agrupamiento. Esto reduce el costo y la carga asociados con los requisitos de pruebas y exámenes especificados en la Subsección ISTC. La agrupación de MOV deberá justificarse mediante una evaluación de ingeniería, técnicas de prueba alternativas o ambas. Por ejemplo, los MOV con operadores de motor y válvulas idénticos o similares, y con condiciones de servicio de planta similares, pueden agruparse según la verificación de la base de diseño y los resultados de las pruebas previas al servicio.

Criterios de aceptación. La disponibilidad operativa de cada MOV dentro del alcance del Apéndice III se basará en la cantidad mínima que la capacidad de salida disponible del actuador debe exceder los requisitos operativos de la válvula. Por ejemplo, se pueden utilizar empuje, par u otros parámetros de ingeniería medidos y correlacionados con el empuje o el par para establecer los criterios de aceptación. Si el margen funcional determinado según el Apéndice III no cumple con los criterios de aceptación, el MOV será declarado inoperable.

Casos de código MOV. Los MOV CC aplicables son OMN-1, “Reglas alternativas para pruebas previas al servicio y en servicio de conjuntos de válvulas activas operadas por motor eléctrico en plantas de energía de reactores de agua ligera” y OMN-11, “Pruebas basadas en riesgos para válvulas operadas por motor”.

Varias actividades están en marcha o se están evaluando para su desarrollo, incluidos cambios en los códigos ASME OM existentes. Los ejemplos incluyen la adición del Apéndice IV obligatorio para válvulas operadas por aire, similar al Apéndice III obligatorio del ISTC para MOV; apéndices adicionales para abordar otros tipos de válvulas motorizadas; y la ampliación del Código OM más allá de los reactores de agua ligera a fin de abordar diseños de reactores nuevos y avanzados que se estén construyendo o propuestos para el desarrollo del diseño, como los reactores pasivos, los reactores de agua pesada, los reactores modulares pequeños, los reactores de metal líquido y los reactores de alta temperatura. Reactores refrigerados por gas.

Con respecto a los reactores posteriores al año 2000, una de las principales diferencias entre la Subsección ISTF y la Subsección ISTB es que las soluciones alternativas proporcionadas en la ISTB ya no se permiten para la construcción de nuevos reactores. Por ejemplo, el titular de la licencia debe probar las bombas en condiciones de flujo total de acuerdo con el diseño de la bomba/sistema para satisfacer los criterios del Código ASME OM. ISTF también eliminó los permisos para pruebas de bombas para pruebas de “flujo de recirculación mínimo”.

El Código ASME OM debe estar a la vanguardia del desarrollo y diseño de estos nuevos tipos de reactores para garantizar que los métodos de prueba, los requisitos y la periodicidad de las pruebas/exámenes se consideren para proporcionar un método completo y rentable para detectar y monitorear OM. Degradación de componentes de código. ■

—James M. Hylko ([email protected]) se especializa en cuestiones de seguridad, calidad y gestión de emergencias y es un colaborador frecuente de POWER, y Ronald C. Lippy ([email protected]) es gerente senior de programas de ingeniería en True North Consulting en Montrose, Colorado, presidente del Comité de Normas OM de ASME y ex presidente del Grupo de Trabajo del Comité OM de Nuevos Reactores de ASME. Las opiniones y el contenido expresados ​​en este artículo son los de los autores y no reflejan necesariamente los de ASME.

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