CAP 9 LE PROVE SPERIMENTALI EFFETTUATE PER LA VALIDAZIONE DELLA PROCEDURA 9.1 OBBIETTIVI DELL’ATTIVITA’

CAP 9

LE PROVE SPERIMENTALI EFFETTUATE PER LA VALIDAZIONE DELLA

PROCEDURA

9.1

OBBIETTIVI DELL’ATTIVITA’

Al fine di valutare l’applicabilità dei risultati sperimentali ottenuti sono state eseguite prove in corrispondenza di tre componenti della linea appartenenti al sistema N11.

I componenti scelti fanno parte di quei componenti che all’interno della stazione di gestione dei materiali sono stati avviati verso l’unità di trattamento chimico PHADEC a causa della presenza di parti contaminate difficilmente rimuovibile con altri sistemi di decontaminazione disponibili presso il sito.

Le prove sono state seguite da una elaborazione dei dati ottenuti. L’attività interna dei singoli componenti è stata ricostruita tramite la modellizzazione con il codice di calcolo FLUENT, i risultati ottenuti sono stati confrontati con i dati sperimentali disponibili per la validazione del codice nella specifica applicazione studiata.

Complessivamente le fasi dell’analisi sono state le seguenti:

FASE 1

Analisi sperimentale:

1. Estrazione di campioni tramite taglio a freddo delle linee

2. Analisi metallografica tramite tecnica SEM dei campioni estratti al punto 2 3. Misura (conteggio totale) dei campioni prima del trattamento

4. Prima fase del trattamento del campione (Trattamento di 10 minuti) 5. Seconda fase del trattamento del campione (Trattamento di 10 minuti) 6. Terza fase del trattamento del campione (Trattamento di 20 minuti)

FASE 2

Analisi tramite codice di calcolo dei componenti e confronto dei dati ottenuti con il codice e quelli disponibili dalle misure punto 3 della FASE 1

FASE 3

Confronto dei dati di contaminazione superficiale ottenuti applicando le curve di decontaminazione sperimentali disponibili (determinate precedentemente) e i risultati sperimentali ricavati dal punto 4,5,6 della FASE 1

9.2

CARATTERIZZAZIONE DEI COMPONENTI ANALIZZATI

Di seguito sono riassunti le condizioni di esercizio durante il funzionamento dell’impianto per i vari componenti analizzati

MAC 13298 Descrizione Sistema di apparteneneza Condizioni di esercizio Temperatura di esercizio Pressione di esercizio Curva 90° N11 (Vapore primario da reattore) N11GG0011 Linea esercizio non continuo 280 37 MAC 14435 Descrizione Sistema di apparteneneza Condizioni di esercizio Temperatura di esercizio Pressione di esercizio Manifold di distribuzione vapore N11 (Vapore primario da reattore) N11GG0017 Linea esercizio non continuo 280 37 MAC 14054 Descrizione Sistema di apparteneneza Condizioni di esercizio Temperatura di esercizio Pressione di esercizio Otturatore valvola saracinesca N11 (Vapore primario da reattore) N11GG0023 Linea esercizio non continuo 280 37

Di seguito sono riportati alcune foto dei componenti analizzati

MAC 13298

MAC 14054

9.3

ATTIVITA’ SVOLTE SUI CAMPIONI

PREPARAZIONE DEL CAMPIONE

I campioni MAC 13298 e MAC 14435 sono stati caratterizzati tramite taglio rispettivamente di 4 e 6 sezioni. Tutti i tagli sono stati realizzati tramite procedura a freddo allo scopo di alterare al minimo lo stato delle superfici interne e quindi modificare al minimo le condizioni dell’ossido e la deposizione della contaminazione.

Ciascuna sezione è stata a sua volta divisa sempre mediante taglio a freddo in quattro settori con lo scopo di garantire la misurabilità (dimensioni del pozzetto per il conteggio) e valutare le differenze di deposizione radiale della contaminazione

Per quanto riguarda invece il componente MAC 14054 si è provveduto al conteggio diretto tramite rilevatore a scintillazione della contaminazione in corrispondenza dei vari settori. Considerato lo spessore dell’otturatore e le dimensioni dell’otturatore stesso le operazioni di taglio a freddo risultavano molto complesse ed onerose.

ANALISI METALLOGRAFICA

L’analisi metallografica è stata prodotta per tutti i settori estratti dai campioni MAC 13298 e MAC 14435. L’analisi metallografica è stata effettuata tramite tecniche di microscopia elettronica. E’ stata prodotta anche una analisi della composizione chimica dell’ossido contaminato. In allegato sono riportate nel dettaglio i risultati per tutte le sezioni indagate.

MAC 13298

A1-1

A1-2

A1-3

L’andamento della densità di attività superficiale è stato determinato tramite conteggi diretti in pozzetto con spettrometria gamma tramite scintillatore HpGe [scheda apparecchiatura impiegata in All. 9]. Allo scopo di poter disporre di un andamento dettagliato all’interno della curva si è provveduto al taglio di anelli di tubazione (numero quattro anelli complessivi dello spessore di circa 1 cm denominati rispettivamente A1,A2,A3,A4) e successivamente il singolo anello è stato suddiviso in quattro settori

9.4

RISULTATI OTTENUTI

A11 A12 A13 A14

se t t o r e so t t o p o st o a c o n t e g g i o SEZIONE A2 0,00E+00 2,00E+00 4,00E+00 6,00E+00 8,00E+00 1,00E+01

A21 A22 A23 A24

se t t or e so t t o st o a c o n t e g gi o

1

4

2

Sezione tubazione secondo la direzione del flusso e le condizioni di esercizio

A1

A2

A3

A4

3

SEZIONE A3 0,00E+00 5,00E+00 1,00E+01 1,50E+01 2,00E+01 A 31 A32 A 33 A34 se t t o r e so t t o p o st o a c o n t e g g i o SEZIONE A4 0,00E+00 1,00E+00 2,00E+00 3,00E+00 4,00E+00 5,00E+00 6,00E+00

A41 A42 A43 A44

settore sottoposto a conteggio

B

q

/c

m

2

I risultati sperimentali indicano che sulle sezioni subito a monte della curva e sulla stessa i dati di attività sono generalmente più elevati in corrispondenza delle zone inferiori (coincidenti con le posizioni più basse della linea nelle condizioni di esercizio)

Nella sezione di uscita rispetto al flusso la situazione invece risulta invertita e i valori di contaminazione maggiore si hanno sulla fascia esterna della curva e sulle aree superiori (coincidenti con le posizioni più basse della linea nelle condizioni di esercizio).

I valori di attività superficiale maggiore si hanno in corrispondenza della sezione della curva (A2) e in quella subito precedente (A3).

9.6

MODELLIZZAZIONE DELL’ATTIVITA’ TRAMITE CODICE DI CALCOLO

Previsione della deposizione sul CAMPIONE MAC13298

Dall’analisi qualitativa dei risultati è possibile notare come l’accrescimento modellato dal codice risulti concentrato nella zona della curva. In particolare sono abbastanza evidenti valori di deposizione significativi sulla parte inferiore sella curva stessa e enne zone immediatamente a monte della stessa secondo la direzione del flusso.

I RISULTATI DELL’ATTACCO CHIMICO

Di seguito si riportano gli andamenti dell’attività totale registrata sui singoli componenti dopo le varie fasi di attacco acido (previste per tutti i campioni n° 3 fasi di trattamento con tempi pari a 10’ ciascuna)

SEZIONE A1

tempo di trattamento (min)

A tt iv it à t o ta le ( B q ) A1 4-1 A1 1-2 A1 2-3 A1 3-4

SEZIONE A2

tempo di trattamento (min)

A tt iv it à t o ta le ( B q ) A2 4-1 A2 1-2 A2 2-3 A2 3-4 SEZIONE 3 0,00E+00 2,00E+00 4,00E+00 6,00E+00 8,00E+00 1,00E+01 1,20E+01 1,40E+01 1,60E+01 0 5 10 15 20 25 30 35

tempo di trattamento (min)

A tt iv it à t o ta le ( B q ) A3 4-1 A3 1-2 A3 2-3 A3 3-4

SEZIONE A4 0,00E+00 2,00E+00 4,00E+00 6,00E+00 0 5 10 15 20 25 30 35

tempo di trattamento (min)

A tt iv it à t o ta le ( B q ) A4 4-1 A4 1-2 A4 2-3 A4 3-4

Al fine di poter condurre dei confronti tra le varie curve di decontaminazione sperimentali prodotte è stata fatto un fit dei dati ottenuti con una curva del tipo:

bx

e

a

y

=

⋅

Il coefficiente a rappresenta una stima della contaminazione superficiale iniziale mentre il coefficiente b permette di individuare la capacità del bagno acido di rimuovere lo strato d’ossido e quindi la contaminazione della linea.

Nella tabella seguente sono riportati i coefficienti delle curve sperimentali ottenute:

a b A1 4-1 4,125 -0,0503 A1 1-2 5,5781 -0,1468 A1 2-3 0,406 -0,0901 A1 3-4 0,134 -0,0901 A2 4-1 5,4165 -0,1833 A2 1-2 3,813 -0,1235 A2 2-3 5,5285 -0,0765 A2 3-4 11,497 -0,1792 A3 4-1 0,342 -0,1328 A3 1-2 0,494 -0,1457 A3 2-3 19,034 -0,1708 A3 3-4 1,3245 -0,0785

A4 4-1 2,7966 -0,0398

A4 1-2 4,688 -0,0456

A4 2-3 5,1345 -0,0345

A4 3-4 1,239 -0,0124

Mediamente valori maggiori del coefficiente b sono concentrati in corrispondenza delle sezioni A2 e A3. Da una analisi qualitativa emerge anche il fatto che laddove si hanno vari di b maggiori si hanno anche valori di a superiori.

Ci sono alcuni casi ad esempio A2 2-3, A4 2-3 e A4 4-1 in cui a valori relativamente importanti di a corrispondono valori bassi di b.

Per quanto riguarda i tempi di decontaminazione i dati sperimentali evidenziano che valori di 30 minuti di trattamento sono sufficienti per il raggiungimento di valori di clearance per quasi tutti i campioni ad esclusione dei settori A4 4-1, A3 4-1, A2 2-3, A1 4-1.

CAMPIONE MAC 14435

Di seguito sono riportate le concentrazioni superficiali di attività misurate in corrispondenza dei

settori per ciascuna sezione analizzata.

SEZIONE B1

1

4

2

Sezione tubazione secondo la direzione del flusso e le condizioni di esercizio

B2

B3

B4

3

B1

SEZIONE B3 0,00E+00 2,00E-02 4,00E-02 6,00E-02 8,00E-02 1,00E-01 B 31 B32 B33 B 35 B 36 p o si z i o ne smear SEZIONE B4 0,00E+00 2,0 0E-02 4,0 0E-02 6,0 0E-02 8,0 0E-02 B 41 B 42 B 43 B 44 p o si z i o ne smear

L’analisi dei dati sperimentali mette in evidenza come dato più evidente il fatto che le

concentrazioni di attività maggiori si registrano in corrispondenza della zona di ingresso e per il

primo/secondo stacco nel verso del flusso. Dal punto di vista qualitativo è possibile apprezzare

valori maggiori di attività sulle parti inferiori della tubazione rispetto alle modalità di montaggio del

collettore.

ANALISI TRAMITE CODICE DI CALCOLO

Di seguito i risultati della previsione dei valori di densità di deposizione per secondo stimabili dalla applicazione del codice fluent

Previsione di contaminazione per il campione MAC 14435

L’analisi dei dati di previsione ottenuti evidenzia valori di concentrazione più elevate sia nella parte iniziale di ingresso del flusso che nella parte terminale. Dal confronto con i dati sperimentali è possibile notare che mentre per la parte di linea di ingresso del flusso i dati dal punto di vista qualitativo coincidono (anche dal codice emergono valori di attività più alti nelle zone inferiori della linea) non si hanno invece rispondenze per la parte terminale della linea in cui i dati non risultano confrontabili.

Di seguito si riportano gli andamenti dell’attività totale registrata sui singoli componenti dopo le varie fasi di attacco acido (previste per tutti i campioni n° 3 fasi di trattamento con tempi pari a 10’ ciascuna)

SEZIONE B1 0,00E+00 2,00E-01 4,00E-01 6,00E-01 8,00E-01 1,00E+00 0 5 10 15 20 25 30 35

tempo di trattamento (min)

A tt iv it à t o ta le ( B q ) B11 B12 B13 B14 SEZIONE B2 0,00E+00 2,00E+00 4,00E+00 6,00E+00 0 5 10 15 20 25 30 35

tempo di trattamento (min)

A tt iv it à t o ta le ( B q ) B21 B22 B23 B24 B25 B26 SEZIONE B3 0,00E+00 2,00E+00 4,00E+00 6,00E+00 8,00E+00 1,00E+01 0 5 10 15 20 25 30 35

tempo di trattamento (min)

A tt iv it à t o ta le ( B q ) B31 B32 B33 B34 B36

SEZIONE B4

0,00E+00 2,00E+00 4,00E+00

0 5 10 15 20 25 30 35

tempo di trattamento (min)

A tt iv it à t o ta le ( B q ) B41 B42 B43 B44

Al fine di poter condurre dei confronti tra le varie curve di decontaminazione sperimentali prodotte è stata fatto un fit dei dati ottenuti con una curva del tipo:

bx

e

a

y

₌

_⋅

Il coefficiente a rappresenta una stima della contaminazione superficiale iniziale mentre il coefficiente b permette di individuare la capacità del bagno acido di rimuovere lo strato d’ossido e quindi la contaminazione della linea.

Nella tabella seguente sono riportati i coefficienti delle curve sperimentali ottenute:

a b B11 3,15E-01 -1,23E-01 B12 1,20E+00 -2,00E-01 B13 1,01E-01 -8,17E-02 B14 9,30E-02 -7,45E-02 B21 1,20E+00 -1,19E-01 B22 3,30E-01 -3,51E-02 B23 2,10E+00 -6,66E-02 B24 6,50E-02 -3,70E-03 B25 4,35E+00 -1,12E+00 B26 1,52E+00 -2,01E+00 B31 1,00E+00 -1,68E-01 B32 1,04E+01 -7,07E-02

B33 3,53E-01 -1,40E-01 B34 6,21E-01 -1,48E-01 B36 4,03E-01 -1,32E-01 B41 2,90E+00 -6,25E-02 B42 7,99E-01 -9,79E-02 B43 1,21E+00 -4,57E-02 B44 1,34E+00 -9,58E-02 CAMPIONE MAC 14054

\

Piattello valvola ingresso flusso

S

1

2

3

4

5

6

7

8

Piattello valvola uscita flusso

G

1

2

3

4

5

6

7

8

Di seguito sono riportati i dati ottenuti dalle misure eseguite:

PIATTELLO ESTERNO INGRESSO FLUSSO

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

S1I S2I S3I S4I S5I S6I S7I S8I

settori di misura B q /c m 2

PIATTELLO INTERNO INGRESSO FLUSSO

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

S1E S2E S3E S4E S5E S6E S7E S8E

settori di m isura B q /c m 2

PIATTELLO ESTERNO USCITA FLUSSO

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

G1I G2I G3I G4I G5I G6I G7I G8I

settori di m isura B q /c m 2

PIATTELLO INTERNO USCITA FLUSSO 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

G1E G2E G3E G4E G5E G6E G7E G8E

settori di m isura B q /c m 2

ANALISI TRAMITE CODICE DI CALCOLO

Di seguito sono riportati i risultati ottenuti con la previsione della deposizione del codice

9.5

PRIME VALUTAZIONI DELLA RISPONDENZA DEI MODELLI PREDITTIVI

DEFINITI E I RISULTATI SPERIMENTALI OTTENUTI

Problematica legata alla valutazione della deposizione di attività

Di seguito per ciascun componente sono messe in luce quanto emerso a seguito del confronto

MAC 13298

Corrispondenza tra i dati sperimentali e i risultati del codice

La corrispondenza tra i dati previsti dal codice e quelli sperimentali ottenuti risulta almeno qualitativamente confrontabile. In parte sono confrontabili anche i risultati che individuano valori di concentrazione di attività più importanti su alcuni settori delle sezioni A2 e A3.

Decontaminazione

La decontaminazione dimostra che complessivamente a valori di contaminazione maggiori corrispondono capacità di attacco acido maggiore

Sono presenti settori in cui la capacità di attacco acido è ridotta e per il raggiungimento dei valori di clearance non sono sufficienti i tempi di 30 minuti di trattamento complessivo che invece sono sufficienti per tutti gli altri punti.

MAC 14435

Corrispondenza tra i dati sperimentali e i risultati del codice

L’analisi dei dati di previsione ottenuti evidenzia valori di concentrazione più elevate sia nella parte iniziale di ingresso del flusso che nella parte terminale. Dal confronto con i dati sperimentali è possibile notare che mentre per la parte di linea di ingresso del flusso i dati dal punto di vista qualitativo coincidono (anche dal codice emergono valori di attività più alti nelle zone inferiori della linea) non si hanno invece rispondenze per la parte terminale della linea in cui i dati non risultano confrontabili.

La decontaminazione dimostra che complessivamente a valori di contaminazione maggiori corrispondono capacità di attacco acido maggiore

Sono presenti settori in cui la capacità di attacco acido è ridotta e per il raggiungimento dei valori di clearance non sono sufficienti i tempi di 30 minuti di trattamento complessivo che invece sono sufficienti per tutti gli altri punti.

MAC 14054

Corrispondenza tra i dati sperimentali e i risultati del codice

Dalla analisi delle informazioni è possibile riconoscere come l’andamento dell’attività sul piattello valvola possa essere decritto come più importante nella parte superiore del piattello in corrispondenza del punto di collegamento all’asta di movimento della valvola, quindi subisca una riduzione nella parte centrale e un nuovo incremento in corrispondenza della parte inferiore del piattello.

Tale condizione è riscontrabile anche dalle previsioni del codice che dimostrano un andamento confrontabile in fig.1. La concentrazione di attività nella parte superiore rimane quantitativamente superiore a quella presente in corrispondenza della parte inferiore.

Decontaminazione

Il confronto è stato fatto considerando i tempi di attacco chimico necessari per il raggiungimento dei valori di clearance imposti pari a 1 Bq/cm2

Dai risultati ottenuti in corrispondenza del sistema vapore N11 i valori dei tempi di attacco potevano essere schematizzati come segue: