domenica 1 maggio 2011

Post Tecnico No.4: approfondimento sulla struttura del R3 (upd 02)

Ai potenziali lettori: questo post fa parte di una serie di scritti che raccolgono delle considerazioni tecniche postate in 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.1: Tutto il giro dell'acqua a Fukushima
Post tecnico No.2: Quanta acqua ci sta nel contimento di un reattore di Fukushima?

prima pubblicazione del 1 maggio 2011 
prima correzione refusi e aggiunte nuove  illustrazioni 4 maggio 2011
aggiunta di nuove fotografie in fondo al post del 9 maggio 2011

Nota:
Il modello mostrato nel post e' stato ricostruito a partire da vari report ufficiali, rilasciati negli scorsi anni della TEPCO. I layout interni si riferiscono alle principali opere in cemento armato di cui si e' trovata traccia in vecchie analisi strutturali dell'edificio R3 della centrale di Fukushima 1.
Non si debbono pertanto ritenere come fedeli rappresentazioni della costruzione reale, bensi' come una "best guess" derivata dalla lettura dei dati in nostro possesso; le rappresentazioni grafiche sono in scala e l'errore di rappresentazione e' probabilmente sotto al 5%. Trattandosi di illustrazioni tratte da schemi di scarso dettaglio tecnico, mancano pertanto compartimentazioni, scale, porte e aperture di servizio.

Del relativo locale turbine (T/B 3) si e' gia' discusso in un post precedente.

Nota provvisoria:
Il post e' numerato 4 poiche' il 3 e', al momento, ancora in lavorazione. =)

Analisi

Di seguito riportiamo le principali caratteristiche del R3.


Generalita' impianto
Potenza elettrica
MW
784
Inizio costruzione
10-1970
Entrata in servizio
03-1976
Tipologia reattore
BWR
Sistema di contenimento
MARK I
Principale contractor
Toshiba (東芝)
Manufatti di produzione domestica (jp)
%
91
Reattore
Potenza termica
MW
2381
Numero assembly combustibile
No.
548
Lunghezza assembly combustibile
m
circa 4,47
Barre di controllo
No.
137
Diametro RPV
m
circa 5,6
Lunghezza RPV
m
circa 22
Massa RPV
t
500
Altezza contenimento
m
circa 34
Diametro tratta cilindrica contenimento
m
circa 11
Diametro zona sferica contenimento
m
circa 20
Quantita' acqua in S/P
t
2980
Turbina
Velocita' di rotazione
rpm
1500
Temperatura vapore in ingresso
°C
282
Pressione relativa vapore
kg/cm2
66,8

L'edificio del R3 (analogamente agli altri 5 presenti sul sito) si compone di 5 piani e, come da standard giapponese, il primo piano e' indicato come 1F (niente piano terra per intenderci).
 
 Rappresentazione schematica in trasparenza del R3


Le elevazioni tra parentesi si riferiscono al pavimento di ciascun piano rispetto al piano di riferimento (il camminamento fuori dai reattori R1~R4 e' tra i +9000 e +10000).

B1F (OP-2.060)
Il piano piu' basso del R/B del R3 si trova sotto il livello del terreno di circa 12 metri, si tratta di quello piu' grande del complesso del reattore a causa degli impianti in esso contenuti: l'intero toro della suppression pool e' all'incirca al centro del piano, circondata da una muratura di spessore 1,5 metri, irrobustita da quattro pareti oblique di spessore 1 metro che conferiscono alla sala una forma ottagonale. Il piano poggia su un mat in calcestruzzo di circa 4,5 metri di spessore.



Altre utenze di rilievo presenti sul piano sono:
- No.4 pompe del circuito RHR (Residual Heat Removal) ed i relativi scambiatori di calore
- No.1 (quantita' da confermare) pompa del circuito HPCI (High Pressure Coolant Injection)


1F (OP +10.200)
Si tratta del primo piano fuori terra del R/B del R3. E' presente una apertura dal lato opposto al T/B che si protude verso l'esterno dell'edificio, mentre evidenziata in rosso abbiamo la sala da cui le tubazioni che escono dal RPV convogliano il vapore verso il T/B.
Le pareti perimetrali sono di circa 1.300 mm di spessore.



2F (OP +18.700)
Il soffitto di questo piano e' all'incirca alla stessa altezza di quello del vicino T/B, esattamente sopra la sala di passaggio delle tubazioni del vapore del 1F, c'e' una sala che viene utilizzata per le operazioni di sfiato in caso di sovrappressione.



3F (OP +26.900)
Da questo livello la struttura inizia a circoscriversi considerevolmente attorno al D/W e si comincia a vedere il fondo della piscina (evidenziato in verde) in cui vengono poste le barre di combustibile tolte dal reattore.



Il piano ha pareti perimetrali da 900 a 1.100 mm di spessore, mentre notiamo che la zona della piscina del combustibile e' posta all'interno dell'edificio, distanziata di circa 3 metri dall'interno dei muri esterni, e' dotata di pareti da 1.400 a 1.850 mm

4F (OP +32.300)
Come visto con il precedente piano, anche qui possiamo osservare lo sviluppo della struttura di contenimento della piscina delle combustibile (sempre in verde) e della vasca utilizzata per l'allagamento del D/W durante le operazioni di movimentazione delle barre a reattore fermo.



Lo spessore delle pareti perimetrali scende a 600 mm, mentre si notano ulteriori rinforzi alle due estremita' opposte del D/W con spessori analoghi al piano inferiore.
Nell'immagine, per praticita' di illustrazione, non compare il "tappo" in calcestruzzo che chiude superiormente il D/W, proteggendo la sommita' del reattore.

5F (OP +39.920)
Si tratta del piano tecnico sul quale vengono fatte le operazioni di carico/scarico nel RPV.
Dovrebbe essere dotato di un macchinario per il cambio del combustibile che viaggia su rotaie e permette il trasferimento dal RPV alle piscine durante i fermi impianto.


(nota a cura di Toto - Unico-lab)

Il cambio combustibile è fatto integralmente sott'acqua, per nessuna ragione le barre vengono tolte dall'acqua durante il refueling. Le barre sono accorpate in assembly che hanno un gancio sopra dopo vengono arpionate. Tutta la parte superiore del PCV viene allagata, vengono aperte delle parti mobili che mettono in comunicazione la piscina con il PCV e attraverso un meccanismo a due porte le barre vengono trasferite dal RPV alla piscina. Il piano tecnico viene utilizzato per appoggiare il tappo del PCV e quello dell'RPV. A seconda dell'attivazione del tappo dell'RPV gli operatori decidono se immergerlo o meno nella piscina di servizio il cui scopo è più che altro di schermatura e non tanto di raffreddamento.



Il 5F sul R4 si presenta secondo lo schema riportato qui sotto (scusate la grafica striminzita):

In alto vista  in pianta in basso sezione laterale 5F R4 (schema semplificato)

Nel caso riportato in figura (R4), dopo l'allagamento della parte superiore del D/W  le barre vengono trasferite attraverso un canale profondo 8 metri all'interno della piscina del combustibile esausto, che e' ancora piu' profonda rispetto al pavimento del 5F, cio' sembra concordare con l'assemblaggio delle planimetrie di R3 che danno circa 13 metri di profondita' da pavimento 5F al fondo della vasca del combustibile.

CRF (OP +47.820) - "Crane Floor"
Non e' un vero e proprio piano, bensi' il livello appena sopra al 5F, a cui sono posti i binari di scorrimento del carroponte a servizio del locale reattore. In questa area tutte le pareti laterali hanno uno spessore di 300 mm.



Le strutture di rinforzo del sottotetto sono indicative, in quanto mancano dati sull'esatta conformazione delle capriate e delle ulteriori strutture di irrigidimento della struttura.

RF (OP +55.720) - "Roof"
Il tetto dell'edificio completa la costruzione.

Qui di seguito trovate riassunte le principali dimensioni dell'edificio e l'altezza indicativa dei diversi piani. Nella vista in pianta potete osservare la posizione del centro del RPV, spostata verso il T/B (direzione mare se guardate le fotografie).

Principali dimensioni e ingombri R/B 3 (in mm salvo diversamente specificato)

Il confronto con lo stato attuale
Dopo questa introduzione alla conformazione dei vari piani del R3 andiamo a visionare una fotografia scattata in loco che ritrae la situazione attuale dell'edificio.


Comparazione R3 con strutture R2 e R4, apparente ammanco di almeno due piani (CRF e F5)
La sovrapposizione di R3 su R2 e' funzionale alla proiezione dei piani sull'altro edificio

Andiamo ora a sovrapporre alcune immagini virtuali alle strutture reali:

1) Vista dall'alto R3 e R4 lungo la verticale


In giallo il coperchio del D/W in "posizione di lavoro" e alla sua sinistra in verde la piscina del combustibile che, stando alle planimetrie, si estenderebbe in profondita' da 5F a 3F. Trovate R4 a sinistra e R3 a destra, per il primo si suppone che il layout del locale reattore sia comparabile a quello del secondo.

2) Vista frontale presa in volo

 Fotografia aerea R3

Sovrapposizione approssimativa modello e fotografia R3.

 Qui e' piuttosto difficile sovrapporre correttamente le due immagini. Le due costruzioni in cemento sul fronte destro dell'edificio non fanno fede in quanto sono solo dei riferimenti grafici, poiche' non vi era indicazione alcuna delle loro misure nei disegni della centrale esaminati.
A prima vista sembrerebbe che R3 abbia subito il collasso completo di CRF, F5 e parzialmente anche di F4 (le solette potrebbero avere sezione diversa nello stesso piano e pertanto ci potrebbero essere stati dei crolli localizzati). Spostandosi verso il lato T/B, sembrerebbe che li' la struttura abbia resistito meglio: proprio in quella zona ci sono le pareti in calcestruzzo ad alto spessore a sostegno del D/W, mentre anteriormente all'edificio ci sono piu' "vuoti", probabilmente maggiormente esposti a cedimenti.
Tuttavia questa e' solo una ipotesi all'interno di una serie di considerazioni personali, fatte con pochissimi elementi concreti.

Alcune nuove fotografie scattate sul posto e uppate via Flickr ci mostrano alcuni dettagli di R3 e R4 (link qui). Su questa fotografia del R4 vediamo bene sia il carroponte di servizio sul CFR (la struttura di acciaio grigiastro larga quanto l'edificio) che l'attrezzatura di refuelling (in verde chiaro).

R4 vista lato S: carroponte di servizio (la "trave" grigia in alto) 
e l'attrezzatura di refuelling (verde chiaro appena sotto a dx)



R4 vista lato S: zoomata dalla precedente angolazione

Una struttura similare al carroponte di R4 la troviamo anche in questa foto di R3, in pratica si vede l'estremita' di quella che potrebbe essere un carroponte bitrave caduto dal CRF sul 5F in quanto si e' trovato privo di uno dei binari di appoggio. Nella fotografia si vedono, in basso, i pilastri con la caratteristica protusione su cui solitamente si appoggiano le travi coi binari di scorrimento delle gru a ponte. Sono capovolti rispetto alla loro posizione normale in quanto si sono tranciati e si sono ribaltati verso esterno dell'edificio.

R3 vista lato W:pilastri del CRF tranciati e a testa in giu' (in basso)
carroponte di servizio (?) in alto al centro.

La caduta pare avvenuta all'incirca a cavallo della posizione del reattore, in pratica il carroponte di servizio starebbe facendo da "tetto" ad almeno meta' del tappo in cemento che copre l'imbocco del D/W del R3. Il che non e' detto che sia un male.

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24 commenti:

  1. Un lavoro impeccabile! Ottima ricostruzione, complimentissimi!

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  2. wow!! complimenti, mi piace un casino!

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  3. bellissimo lavoro mamoru

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  4. Lavoro insuperabile!!!

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  5. Ragazzi, vi seguo (Giappo Pazzie e unico-lab) dall'inizio di questo incidente.

    Ho capito, anche se già lo sospettavo, quanto le fonti di informazione pubblica (giornali e tv in primis) non valgano veramente nulla.

    Complicemnti, complimenti ed ancora complimenti!!!!

    Paolo

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  6. Ottimo lavoro! Grazie, Mamoru

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  7. Sti cazzi! Ora però mi servono le ripetizioni! Meritereste una laurea honoris causa :-)

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  8. Complimenti vivissimi. Grazie assai ;)

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  9. Giappone sparito dai radar:
    Siccome i nostri proverbiali giornalai ormai non parlano più ne di Fukushima ne del terremoto (dopo averci paventato una apocalisse globale nucleare), volevo chiedere a Luca un post di riassunto di come stanno evolvendo le cose.
    Si lo so sono troppo pigro per andarmi a cercare le notizie in giro

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  10. Su un forum che visito è stata postata questa.
    http://enenews.com/japan-prime-minister-to-study-setting-up-alternative-capital-away-from-tokyo

    Ho cercato la notizia originale, dato che citano NHK, ma non sono riuscita a trovarla (forse semplicemente perché non ho saputo trovarla).
    E' fondata o è la solita notizia falsa o esagerata come tante ne circolano ultimamente?

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  11. @Sami e @Bea

    Per la Capitale alternativa, penso sia logico che si deve sempre pensare a cosa fare se succede qualcosa. Esempio Gozilla distrugge Tokyo.

    Per Sami: Se non ci fosse stato il problema della centrale adesso si parlerebbe che il Giappone ha ripristinato il 90% dei binari danneggiati, i porti si stanno riaprendo. piano piano tutti stanno avendo una casa provvisoria (di quelle leggere prefabbricate) che malgrado i disastri le fabbriche stanno riaprendo. e che i turisti ritornano.

    MA

    Il mondo ha memorizzato Hiroshima e la guerra fredda.
    Quindi benche dal punto di vista di saluta non c'e' nulla di preoccupante.
    Le centrali nucleari rimangono chiuse, qualcuno vorrebbe chiudere anche quelle aperte.
    La paura continua, I turisti disertano le esportazioni languono. Si spendera' sicuramente piu' per togliere un microsievert che per fare case ai terremotati.
    Niente piu' speranze di un mondo basato sull'elettricita' senza petrolio, futiristico, dall'energia infinita,. Penso che il Giappone con il suo guaio ci fara' tornare ad un secolo di petrolio carissimo e scarsezza elettrica.
    Gli italiani scelsero questa strada nel 1984, ma il Giappone non ha una svizzera e una francia con le centrali nucleari.
    e spianare le montagne di tutto il giappone per mettere pannelli solari mi sembra irrealizzabile
    Le auto elettriche che volevano fare come le alimenteranno?\

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  12. Niente piu' speranze di un mondo basato sull'elettricita' senza petrolio, futuristico, dall'energia infinita,,,,

    veramente questa idea è già morta per conto suo da un punto di vista meramente tecnico/economico, e quello che è successo in Giappone contribuirà alla sua giusta fine

    già oggi le centrali nucleari costano tanto da renderle quasi antieconomiche, tant'è che solo con forti finanziamenti statali (o forti interessi militari e/o popoli beoti) si riesce ancora a farne, ma renderle sicure anche per accidenti come terremoti, blackout, maremoti, alluvioni, terroristi (tipo quelli che hanno beccato ieri in UK) le renderà così costose che più nessuno che non sia cerebroleso o sporco affarista come Sarkò le vorrà/potrà più costruire

    fra l'altro, la Francia che è uno dei paesi mondiali più nuclearizzati è pure un forte importatore di petrolio, quindi gran belinata pensare che il nucleare liberi dal petrolio

    per quanto riguarda l'idea che i pannelli in Giappone non si possono fare perché montagnoso, è una vera stupidaggine, indegna si scienziati come voi
    ;-)))

    i pannelli solari non danno il loro massimo rendimento stando in orizzontale, ma inclinati di 30-40° o più come per esempio in questo luogo "discretamente" montagnoso
    http://www.neuemonterosahuette.ch/

    CP

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  13. e questa qui in riva all'oceano al posto delle puzzolentissime centrali nucleari ci sta benissimo
    http://magturbine.com/
    fra l'altro usa +o- la stessa tecnologie dello Shinkansen

    con il vantaggio che se si guasta al max fa come i binari danneggiati e i porti che nominate sopra: giustamente in pochi mesi si rimettono a posto

    CP

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  14. errata corrige:
    il JR-Maglev non lo Shinkansen

    CP

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  15. tutto questo ambaradam per 784kW?
    in realtà dovrebbero essere MW.
    Per il resto ottimo lavoro, complimenti!
    Roberto

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  16. @Roberto
    LOL, grazie della segnalazione.
    Ho corretto anche la potenza termica.

    Il problema e' sempre quello che i dati originali sono in decimigliaia di kW (万kW) e allora mi pongo l'alternativa di:
    1- moltiplicare per 10 e mettere MW
    2- moltiplicare per 10000 e lasciare kW

    e va a finire che mi scordo di fare la la conversione. XD

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  17. per CP
    se il Giappone volesse usare solo il solare, dovrebbe pannellare tutta la superfice.
    tagliando tutti gli alberi, le coltivazioni e vivendo sotto terra.
    Il solare e' un gioco per piccole cose. Se costasse poco al limite sulle case e sui capanonni. si potrebbe recuperare un po.
    Il Vento va gia' meglio. ma per 1000 terawatt sono uguali a 100mila delle pale piu' potenti mai fatte (infatti quelle finanziate da google in Washington sono da 2MW non da 10MW)
    al costo di dieci milione a pala ci vorrebbero
    1000 miliardi ossia come 400 centrali nucleari al massimo costo.
    ma al giappone ne servirebbero solo 40.
    L'impatto sarebbere senz'altro minore di 100mila pale piu' impianti


    Forse in cento anni mettendo sulle montagne le pale, cento al mese, una ogni 50 metri, potrebbero sostituire il tutto.


    ma spianare le montagne non penso proprio per mettere solare

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  18. Torno ad avvisare per l'n-esima volta che ANCHE questo post non e' fatto per disquisire sulle politiche energetiche, sulla free energy e balle varie...

    Pertanto: cartellino giallo e da qui in avanti parte il ban-hammer. =)

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  19. Bravo, eccelenti modelli. Ci o provato anch'io (con il POV-Ray) ma mi mancano ancora molti dettagli:

    http://www.ic.unicamp.br/~stolfi/EXPORT/projects/fukushima/povray/out/fig_un1_building_cut_NW.png
    http://www.ic.unicamp.br/~stolfi/EXPORT/projects/fukushima/povray/out/fig_un4_skinless_NW.png

    Credo che la forma della piscina per combustibile usato (SFP) è un poco diversa da quello che si vede di sopra. Nelo sbozzo che ho trovato (da TEPCO), il lato nord del SFP é rettilineo. Il canale fra il SFP e il reattore é molto stretto (un metro o meno) e spostato un paio di metri a ovest rispetto all' asse del reattore.

    La piscina opposta, nel lato nord, è usata durante lo carico e scarico di combustibile per posare lo "steam separator and dryer". Questo è un insieme di tubi e lamine che normalmente è dentro al reattore, sopra il combustibile, e serve a separare il vapore dall'acqua liquida. Essendo radiattivo, deve essere tenuto sott'acqua. Il canale che porta a questa piscina è largo quasi quanto la piscina stessa. È chuso con una pila di blocchi di cemento, incastrati nei due lati del canale, curvi nel lato sud e ritti nel lato nord.

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  20. Ciao Jorge e grazie,

    mi aspettavo differenze del genere, perche' quelli rappresentati sono i cementi armati principali che hanno usato per le verifiche antisismiche. Tutte le altre murature secondarie non compaiono e penso che ci siano altre cose da correggere tipo lo spessore della parete attorno al D/W nella zona di cambio di forma.

    Le sezioni dell'edificio da cui sono partito sono fatte per ogni piano e sembrano essere in scala e coerenti tra loro, se ti interessa di posso dire il pdf Tepco di riferimento, il link non ce l'ho piu' purtroppo.

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  21. Bravo pour cet excellent travail !
    J'avais moi-même essayé de faire le plan des réacteurs 3 et 4, en particulier en analysant l'état des façades des bâtiments. Voyez ici pour le réacteur 3 :
    http://fukushima.over-blog.fr/article-reacteur-3-de-fukushima-dai-ichi-la-piscine-de-stockage-de-combustible-est-eventree-73433998.html

    et ici pour le réacteur 4 : http://fukushima.over-blog.fr/article-fukushima-dai-ichi-plan-du-reacteur-n-4-73588154.html

    J'ai aussi fait un résumé des données disponibles sur les 6 réacteurs de Fukushima Daiichi qui pourraient peut-être vous intéresser : http://fukushima.over-blog.fr/article-centrale-nucleaire-de-fukushima-daiichi-toutes-les-donnees-sur-les-reacteurs-et-les-combustibles-74272123.html
    Dans le plan du réacteur 3, il y a une erreur, la "piscine" éventrée semble être autre chose qu'une piscine, mais quoi ?

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  22. Hello, your blog seems very interesting even though I cannot read Italian.
    Now the reactor 4 is our concern. Dr. Gunderson said that if the building 4 would collapse, people in Tokyo should evacuate immediately. Nr. 4 didn't have combustibles at the time of accident according to Tepco, but there is a wast-fuel pool from which, we think, the smokes are coming out. Nr 4 is emitting more and more smokes and more often since 14 June.
    http://www.liveleak.com/view?i=cb0_1308152006 (14/06)
    http://www.youtube.com/user/fuku1live#p/u/11/Oawvthv2OW8 (18/06)
    http://www.youtube.com/user/fuku1live#p/u/40/aKLJSzoFGpw (21/06)

    Then I saw this video of 23 May. Watch the close-up to the Nr.4, after 4 minutes 39 seconds. It looks to me that the smoke is coming out from the bottom of the building, not from the pool. You know the structure of the reactor, so please tell me from where the smoke comes out. There is no news about it in Japan. The media is already dead!
    http://www.youtube.com/watch?v=izwAJmdQGrg&feature=player_embedded

    Sincerely, Kasumi
    http://www.youtube.com/watch?v=izwAJmdQGrg&feature=player_embedded

    RispondiElimina

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