Loviisan ydinvoimalaitoksen rekombinaattorijärjestelmän ja sen testauslaitteiston toimintakyvyn arviointi

Abstract

Diplomityön tavoitteena on Loviisan ydinvoimalaitoksen rekombinaattorijärjestelmän ja sen testauslaitteiston toimintakyvyn arviointi. Työssä toteutetaan data-analyysi rekombinaattoreiden sisältämien platinakatalyyttilevyjen koestustuloksista, levyjen altistuskoe TVO-yhteistyönä sekä aikasarjakoe levyjen likaantumisajan määrittämiseksi.

Loviisan voimalaitoksen rekombinaattorijärjestelmän tarkoituksena on poistaa vakavassa reaktorionnettomuudessa vapautuvaa vetyä katalyysireaktion avulla. Vety aiheuttaa suojarakennuksen sisällä palo- ja räjähdysriskin. Rekombinaattorilevyjen pinnalla platinakatalyytti saa vedyn reagoimaan hapen kanssa ja muodostamaan vesihöyryä ja lämpöä. Loviisan voimalaitoksella käytettyjen levyjen on havaittu myrkyttyvän, joka heikentää niiden vedynpoistokykyä. Levyjen toimintakunnon määrittämiseksi niitä koestetaan ja toimintakykyä palautetaan regeneroimalla niitä lämmitysuunissa. Tämä työ rakentaa kokonaisvaltaisempaa käsitystä rekombinaattorijärjestelmän toiminnasta ja tukee uuden laitteiston hankintaa.

Työn tulokset osoittavat: 1) levyjen kunto vaihtelee levy-yksilöiden välillä, 2) testien läpimenoprosentit laskivat merkittävästi vuoden 2017 jälkeen ja 3) Loviisa 2 -yksiköllä levyjen likaantumisnopeus on Loviisa 1:stä nopeampaa. TVO-yhteistyönä toteutetussa altistuskokeessa havaittiin, että Loviisan levyt likaantuivat 12 viikon aikana OL3:lla ja TVO:n levyissä näkyi myös pientä toimintakyvyn heikkenemistä Loviisan altistuksen jälkeen.

Loviisan levytulosten osalta merkittäväksi tekijäksi osoittautui se, onko levy uusi vai regeneroitu. Uudella levyllä likaantumisnopeus on huomattavasti alhaisempi kuin regeneroidulla levyllä. Tulosten perusteella Loviisan levyjen regenerointiprosessia tulisi tutkia lisää ja selvittää sen vaikutusta levyjen ikääntymiseen. Rekombinaattoreihin liittyvä haaste ei turvallisuusanalyysien perusteella vaikuta ydinturvallisuuteen, vaan on taloudellinen.

This master's thesis evaluates the passive autocatalytic recombiner system and testing equipment functionality at Loviisa nuclear power plant (NPP). The thesis consists of data analysis of test results, exposure test in collaboration with TVO, and time series test to investigate the exposure time required at Loviisa until recombiner plates are poisoned.

The recombiner system is used for hydrogen management in case of a severe accident. Hydrogen is mainly a reagent of zirconium cladding oxidisation and poses a risk of hydrogen burning or explosion. Hydrogen reacts with oxygen on the catalytic platinum plate surface forming steam and heat. At Loviisa NPP, the recombiner plates have been subject to faster than expected poisoning, which leads to lowered reaction rates. To tackle the potential effects of poisoned plates, they are regenerated in a heating oven, and their state is monitored through periodic testing. This thesis contributes to comprehensive understanding of the recombiner system, as well as supports the procurement of a new system.

Findings indicate the following: 1) significant variation between individual plates, 2) the percentage of passed tests decreased substantially after 2017, and 3) the degradation rate is faster at Loviisa 2 compared to Loviisa 1. Exposure tests done in collaboration with TVO revealed that the plates used at Loviisa NPP poisoned during 12-week exposure in Olkiluoto 3 containment, as well as that plates used at Olkiluoto 3 showed some levels of poisoning after exposure in Loviisa 1 and 2 containments. Findings show that the most significant factor regarding Loviisa NPP plates is whether the plate is new or regenerated. Rate of poisoning is significantly faster for regenerated plates, which leads to questions about regenerating process, and its effect on plate degradation. Ultimately, recombiner plate poisoning is not a nuclear safety problem, rather it's an economical challenge.