Post tecnico No.1: Tutto il giro dell'acqua a Fukushima

Ai potenziali lettori: questo post fa parte di una serie di scritti che raccolgono delle considerazioni tecniche postate sul blog unico-lab, in merito a svariati aspetti dell'incidente della centrale di Fukushima 1. La pubblicazione su giappopazzie viene fatta solo per comodita' di rielaborazione e per avere un backup delle quattro riflessioni raffazzonate che l'autore ha messo assieme in questo periodo e che, tutto sommato, vale la pena di rendere di pubblico dominio. Capisco che molti vorrebbero il ritorno al vecchio regime di post, ma al momento vi chiedo di pazientare (tranquilli, che almeno Luca da Osaka non vi dimentica).

Grazie per la comprensione.
mamoru

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Della stessa serie:
Post tecnico No.2: Quanta acqua ci sta nel contimento di un reattore di Fukushima?
Post Tecnico No.4: approfondimento sulla struttura del R3



prima pubblicazione 20 aprile 2011 (revisione del 23 aprile 2011)


Nota:
le planimetrie mostrate in seguito sono state ricostruite dall'autore, mediante una sorta di "patchwork", a partire da vari report ufficiali, rilasciati negli scorsi anni della TEPCO in concomitanza ad interventi di manutenzione e/o verifiche strutturali del comportamento degli edifici in caso di sisma. Sono stati presi tutti gli accorgimenti per eliminare eventuali deformazioni e rappresentazioni fuori scala dovute alla digitalizzazione degli originali all'atto della pubblicazione.
I progetti originali della centrale e dei singoli reattori non ci sono (ovviamente) disponibili, tuttavia i disegni trovati all'interno dei documenti reperiti sono concordi nel riportare molte dimensioni dei locali e, indirettamente, ci hanno permesso di avere svariate informazioni che ci tornano utili per fare i conti in tasca alla TEPCO ed avere un crosscheck indipendente dei dati da essa dichiarati.
Faccio inoltre notare che non sono specializzato in ingegneria nucleare pertanto potrebbero essere presenti nel testo delle inesattezze.


Introduzione originale di toto (unico-lab )

Quella dell'acqua contaminata è una delle più urgenti questioni che gli operatori TEPCO devono affrontare nel tentativo di rimettere sotto la situazione della centrale di Fukushima. Di acqua contaminata ce ne è veramente tanta: nei locali interrati degli edifici con le turbine, nelle gallerie tecniche che collegano i vari edifici per non parlare della possibilità ancora non completamente da escludere che ci sia acqua anche nei locali dei reattori ancora poco esplorati.
Lo scopo di questo post è quello di presentare alcune planimetrie che mamoru ci ha gentilmente commentato e tradotto dal giapponese e anche fatto più di qualche conto per stimare i volumi che l'acqua potrebbe aver inondato.


Analisi

Partiamo da una planimetria della parte delle centrale più vicina al mare e che copre i reattori dall'uno al quattro (da qui in avanti definiti con R1, R2, R3 e R4) .

Fig.1 planimetria generale R1~R4 - Centrale di Fukushima 1

La planimetria qui sopra (fig.1) e' basata su quanto rilasciato da TEPCO all'inizio del mese di aprile, per identificare la posizione del pozzetto lesionato che riversava a mare l'acqua proveniente dal R2.
Le evidenziazioni originali comprendono i canali tecnici segnati con tratto grosso in verde chiaro e con tratto fine in rosa fino al pozzetto individuato dalla cerchiatura tratteggiata in rosso.

A questa planimetria generale abbiamo sovrapposto, scalandola proporzionalmente, quella dell'intero complesso del reattore 3 ( locali turbina T/B e locale reattore R/B).
Osservando la conformazione e la posizione delle tubazioni di mandata dell'acqua di mare (indicate in verde scuro come "condotte intake acqua di mare") verso i condensatori dalle turbine, si nota una discreta somiglianza tra R2 e il R3 in termini di geometria e di posizione relativa rispetto al complesso dell'edificio turbine: questo potrebbe indicare una forte similitudine costruttiva e conseguentemente un possibile riutilizzo della stessa configurazione progettuale durante la rispettiva costruzione.

Sul R3 e' stata sovrapposta la planimetria del R/B e del T/B numero 3 ricavata dai documenti sopramenzionati: le proporzioni ed i confini degli edifici risultano compatibili e possiamo pertanto procedere.

La zona circondata di giallo e' disponibile qui sotto in dettaglio: si tratta del R3, ribadiamo che non è assolutamente detto che R2 e R4 siano uguali a R3, ma è lecito pensare che non siano molto differenti almeno per quanto riguarda le occupazioni volumetriche.
Nella planimetria e relativa sezione laterale trovate evidenziate le differenti elevazioni dell'edificio ed alcune quote ricavate direttamente dai disegni originali ed indirettamente mediante misurazioni e calcoli. E' inoltre disponibile una corrispondenza indicativa tra lo schema di funzionamento ed i componenti veri e propri displocati sull'impianto.
Trovate anche una rappresentazione in scala dell'autore per rendervi conto delle dimensioni dei manufatti.

Fig.2 planimetria e sezioni E-O N-S del R3 

Schema di funzionamento R2 - Centrale di Fukushima 1

Da notare come il complesso dei reattori da 1 a 4 sia posto su una altura a OP+10000 che significa 10000 mm (10 metri) sopra il piano di riferimento che, nel caso di Fukushima 1, e' stato posto in corrispondenza della superficie del mare in quiete. Ne consegue che i locali interrati non sono necessariamente ad un livello negativo e lo si vede bene dalla figura qui sotto riportata.

Fig.3 Dinamica dello tsunami su R1~R4 (elevazioni edifici) - Centrale di Fukushima 1

Al fine del calcolo dell'acqua presente in R2, da una analisi della planimetria di fig.2 possiamo definire 3 zone:
a) la camera di soppressione (S/P ossia la “ciambella azzurra”) appoggiata a OP -2060;
b) una zona (evidenziata in giallo)  posta a OP+1900 sulla quale sono alloggiati molti macchinari e servizi tecnici compresi i tristemente famosi gruppi elettrogeni diesel messi fuori uso dallo tsunami;
c) due zone (in verde chiaro) a OP -300: quella relativa alla sala quadri tra R3 e R4 (probabilmente in un'altra posizione nel complesso di edifici tra R1 e R2) e quella sotto ai condensatori in uscita dalla turbina.

La seconda zona del punto c) risulta essere una fossa “sprofondata” a OP -300 (detta "condenser pit") che potrebbe essere stata riempita completamente dall’acqua fino a OP+1900 (il pavimento della zona in giallo) per un totale immerso di 2200 mm; oltre questa elevazione il volume di acqua potrebbe essere presente sull’intera superficie del piano interrato (a meno della presenza di compartimenti stagni), nonche’ in pozzetti, cunicoli o cisterne interrate di servizio.
Per poter completare l'ipotesi di calcolo (sempre ipotizzando che i T/B di R2 e R3 siano basati sullo stesso layout) occorre aggiungere l’ormai quasi certo allagamento dell’ultimo piano interrato del R/B (OP -2060) causato dal probabile danneggiamento della S/P del R2 durante gli sfiati di emergenza dello scorso mese che causarono il crollo vistosto della struttura di copertura per R1, R3 e R4

Per ricavare il possibile livello effettivo all'interno del T/B del R2, occorre tornare al di fuori dai locali, verso il mare. Nel disegno tecnico seguente (fig.4,5) vediamo la sezione laterale e le elevazioni del pozzetto del R2 da cui fuoriusciva acqua altamente contaminata all'inizio del mese di aprile: l'immagine (fonte Tepco) ci dice che la superficie del liquido del pozzetto era all'incirca a OP+3000.

 

Fig.4 Pozzetto R2 e canalizzazioni con perdita acqua - Centrale di Fukushima 1

 

 

Fig.5 Intervento di arresto della perdita su pozzetto R2 - Centrale di Fukushima 1

Questo valore si e’ modificato nel corso del tempo ed lo possiamo stimare, al 20 aprile 2011, a  +3200 circa, ovvero 80cm dal bordo superiore del pozzetto stesso.
Su questa base possiamo calcolare il volume di acqua complessivo nel R2 (sottratta una ipotetica percentuale di volume di murature e macchinari non occupabile dall’acqua):

R2	Totale			m³	22.100
1	Fossa condensatori da OP-300 a OP+1900	m²	1.430	m³	3.146
2	Piano interrato da OP+1900 a OP+3200	m²	6.650	m³	8.645
2.1	5% Pieni su 2	m²	-333	m³	-432
3	S/P da OP-2060 a OP+3200	m²	2.520	m³	13.255
3.1	Pieno centrale S/P Ø23.5 m	m²	-434	m³	-2.195
3.2	Altri pieni 2,5% su 3	m²	-63	m³	-319

Ne risultano 22.000 m3 (tonnellate) di acqua piu’ eventuali cunicoli esterni, pozzetti e altre volumetrie sommerse difficilmente individuabili sui disegni in nostro possesso. Senza contare le condotte dell'acqua di mare ed i relativi cunicoli interrati in cui potrebbe trafilare acqua dalla condenser pit del T/B. Tale valore e’ compatibile con la stima di 25.000 tonnellate fatta da Tepco.


La dinamica di accumulo che possiamo ipotizzare e’ questa: da una falla apertasi nella S/P si riversa alla base dell’edificio reattore R2 una parte dell’acqua fatta circolare nelle tubazioni che entrano ed escono dal dry well (probabilmente a causa di rotture singole o multiple). Questa parte dell'interrato dell'edificio reattore potrebbe essere sommersa da 5 metri di acqua che, in qualche modo, si sono infiltrati nella parete di cemento che la separa dall’interrato del locale turbine.
 Il perche' vi sia un flusso di acqua costante potrebbe essere spiegato con una tubazione o un complesso di tubazioni danneggiate che causano un travaso di acqua dal Reactor Pressure Vessel (RPV in cui e' contenute le barre di combustibile) all'interno del Dry Well (D/W, il contenimento esterno che ingloba il RPV) e da qui alla S/P e successivamente l’acqua si e’ infiltrata nel T/B e si e' poi fatta strada fino al mare travasandosi e spostandosi attraverso delle canalizzazioni e dei pozzetti interrati utilizzati normalmente per il passaggio di cavi elettrici e altre tubazioni di servizio, oltre che attraverso i canali interrati delle condotte di mandata dell'acqua di mare.

Nell'impossibilità di rimuove completamente l'acqua e di turare la falla, TEPCO sta pensando di installare un sistema di raffreddamento nuovo con scambiatori di calore e pompe all'esterno dei locali turbine e una serie di filtri per far ri-circolare l'acqua che esce dalla vasca di soppressione in un circuito chiuso (vedi immagine).








Per il momento, nell'attesa che vengano installate queste nuove attrezzature bisogna trasferire l'acqua dai locali tecnici a sistemi per il loro stoccaggio temporaneo, come ad esempio l'impianto di trattamento acque della centrale (30.000 t), i serbatoi provvisori (27.000 t) e successivamente la chiatta megafloat (10.000 t). Mettendo insieme tutta questa acqua contaminata, TEPCO dice di avere necessità movimentare e di stoccare 67.500 t. 

Questo era il piano di trasferimento iniziale:

 

Questo il piu' recente:
 

Inoltre dal giorno 11 aprile e' cominciato il dispiegamento delle "Silt fence", delle barriere marine che dovrebbero essere in gradi di mitigare la dispersione in acqua di inquinanti radioattivi.
La loro collocazione e' illustrata dalla fotografia aerea sotto riportata.

Displocazione delle Silt fence

Inoltre il personale in centrale provvede a dispersione periodica di zeolite di fronte alle bocche di presa dell'acqua dei quattro reattori. Chiaramente non si tratta di soluzioni, bensi' di interventi di contenimento.

In prospettiva futura Areva, la multinazionale francese dell'energia (nonche' attuale partner e fornitore di combustibile MOX per il Giappone), si e' aggiudicata l'appalto per il trattamento delle acque contaminate e la costruzione di un impianto di depurazione direttamente on-site.

Come segnalato da alcuni lettori e' stata pubblicata la notizia (qui ad esempio) di un ricercatore giapponese che, in collaborazione con una azienda che si occupa di depurazione, avrebbe sviluppato un particolare composto in grado di velocizzare la depurazione delle acque da Iodio e Cesio.
Tuttavia il prodotto pare essere una variante dei comuni flocculanti utilizzati nel trattamento delle acque industriali, sistema che, probabilmente, utilizzera' anche Areva.

In pratica (e molto a grandi linee visto che conosco l'argomento solo per "convivenza" professionale) nel trattamento delle acque industriali, dopo aver neutralizzato il neutralizzabile e catturato con le colonne di resine a scambio ionico, lo scopo e' quello di aggregare gli inquinanti in una sorta di "fiocchi" mediante degli additivi chiamati flocculanti e di farli precipitare in grossi recipienti in modo da separarli dall'acqua "pulita", questo processo (decantazione) viene ripetuto in un secondo contenitore (ispessitore) e i "fanghi" sul fondo di questultimo vengono pompati in una filtropressa che, compattandoli, ne estrae l'acqua ancora presente. Cio' che resta e' una "cake", ossia una mattonella di fango industriale semicompatta che va poi smaltita in apposite discariche.
Se si vuole ottenere una maggiore purezza si possono aggiungere degli evaporatori al processo.

Questi impianti li si utilizza comunemente anche per i processi industriali con scarichi piuttosto pesanti come nel settore delle galvaniche (cianuro, arsenico, cromo) e dei trattamenti superficiali in genere; in paesi come la Federazione Russa, che ha dei limiti di scarico industriale molto ristretti (rispetto all'Italia impongono di scaricare quasi acqua potabile), si utilizza anche il cosiddetto "scarico zero".

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