Caso 040: Corrosão-Erosão em Usina Nuclear / Virgínia-EUA (1986).

Em 9 de dezembro de 1986, em Surry County, no estado da Virgínia, nos EUA, uma curva de 90° de 18” do sistema secundário da Unidade Nº 2 da Surry Nuclear Power Plant, operada pela Virginia Electric Power Company, falhou catastroficamente matando quatro funcionários e ferindo gravemente mais duas pessoas. A curva estava posicionada a montante da bomba de água de alimentação gerador de vapor (linha de sucção).

A usina nuclear de Surry  iniciou sua operação em maio de 1973
e funcionou 76.600 horas antes do acidente.

O material da tubulação era de aço-carbono (ASTM A234) com uma espessura de parede de 0,5 polegadas (12,7 mm). A causa da falha foi indicada como corrosão-erosão.

CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO

A fratura da curva ocorre quando uma válvula da linha é fechada a jusante da bomba de alimentação de água para o gerador de vapor que por sua vez resfria a água vinda do reator nuclear. Esse fechamento é previsto para evitar o resfriamento excessivo do reator e, portanto a linha era projetada para resistir ao aumento de pressão nos trechos a jusante e a montante da bomba por alguns segundos até a liberação do fluxo excedente por uma linha de descarga para fora do sistema.

A INVESTIGAÇÃO

Logo após o acidente, o Surry Nuclear Power Plant colocou imediatamente em prática o Plano de Emergência e a comunicação de circunstâncias anormais foi emitida, colocando-a em estado de "Alerta" e acionando assim a Comissão Reguladora Nuclear dos EUA (NRC).

A NRC tomou a decisão de enviar uma equipe de inspeção para investigar o caso, paralelamente ao grupo de gerenciamento criado pela Virginia Electric Power Company encarregado de investigar a causa da ruptura e a segurança operacional.

A fim de tentar encontrar a causa da ruptura da curva, várias análises foram efetuadas:

• especificação do material;
• integridade do material;
• metalografia;
• condições de superfície interna da tubulação;  
• análise mecânica da fratura;
• espessura da parede de tubulação.

Uma vez que a perda de espessura pela erosão-corrosão era a principal suspeita pelo acidente, uma análise química da água do sistema secundário foi realizada.

CAUSA

A curva de aço carbono estava exposta a água pressurizada do sistema secundário de refrigeração do reator. A combinação da química do sistema de água com pH 8,8 à 9,2 foi considerada inadequada propiciando a corrosão do aço-carbono. Uma vez que uma liga de cobre foi utilizada no sistema, a proteção adequada à corrosão do aço-carbono não pode ser mantida sob um pH mais elevado.

Outro aspecto importante é que a curva fraturada não era objeto de inspeção periódica e nem acompanhada em paradas de manutenção, portanto, o acompanhamento de perda espessura não era realizado. Além disso, próximo à montante da curva de 90 °, onde ocorreu a ruptura, foi instalada indevidamente uma linha de derivação. Por este motivo, criou-se um escoamento turbulento incidindo diretamente na região da curva resultando na progressão severa da perda de espessura da parede, agravando o mecanismo de corrosão-erosão.

MEDIDAS PÓS-PERÍCIA DE INSPEÇÃO

Substituição da tubulação do sistema secundário na Unidade de Surry No.2 onde a inspeção feita pelas equipes de peritos detectou perda de espessura por corrosão-erosão, ou seja, a linha vinha sofrendo esse mecanismo de deterioração em outros trechos sem que a empresa tivesse conhecimento, devido a falta de inspeção;

A tubulação foi substituída de acordo com os seguintes critérios:

• A aprovação de aço inoxidável que tem uma resistência mais elevada corrosão do que o aço carbono;
• Adoção de tubulação de maior diâmetro, diminuído a velocidade do fluxo, a fim de reduzir desgaste da parede pela erosão.

LIÇÕES APRENDIDAS

1. Mesmo quando adicionado na água amoníaco e hidrazina para a prevenção de corrosão do aço carbono, devido uma velocidade de fluxo elevada a corrosão-erosão pode não ser evitada;
2. Na parte em que a velocidade do fluxo é maior, o desgaste da parede deve ser medido periodicamente e a tendência de adelgaçamento da parede tem de ser prevista (taxa de corrosão);
3. Considerar em casos extremos a seleção de um material com maior resistência à corrosão-erosão;
4. Substituir a tubulação por outra de maior diâmetro, a fim de diminuir a velocidade do fluxo;
5. Melhorar a disposição física (aprimorar o traçado) a fim de evitar a ocorrência de locais de alta velocidade de fluxo.

OBSERVAÇÕES IMPORTANTES

O projeto do sistema secundário do reator de água pressurizada foi baseado na concepção de equipamentos de turbina de uma usina térmica e não nucelar. Por esta razão, uma liga de cobre, foi adotada como o material para o tubo de permutador de calor (steam generator) que antecede a curva de aço de carbono.

Uma vez que o desgaste dos tubos do steam generator foi observado, utilizou-se o carbonato e o ácido fosfórico, no controle do AVT (ácidos voláteis totais) como tratamento de resistência à corrosão de modo a que ambos, o aço carbono e a liga de cobre fossem protegidos.

Porém ao que tudo indica a velocidade elevada do fluxo no sistema secundário foi a principal causa do desgaste da curva fraturada de aço carbono na usina de Surry County.

Geralmente inspeção por medição da espessura da tubulação é o modo mais eficaz de se controlar esse mecanismo de deterioração (corrosão-erosão), juntamente com o controle químico da água.

Podemos afirmar que, se um material que não tenha excelentes propriedades de resistência à corrosão é utilizado nos trechos da linha de velocidade de escoamento elevada, a corrosão-erosão irá ocorrer principalmente quando há mudança repentina de velocidade ou fluxo turbulento. Além disso, quando é observado desgaste severo na parede da tubulação, é prudente inquirir o modo de proteção corrosivo mais adequado no que diz respeito ao controle químico de água.

Seis das oito pessoas que estavam substituindo o isolamento térmico nas proximidades da curva fraturada foram afetadas pela água quente oriunda da tubulação. Quatro deles morreram, e dois deles sobreviveram apesar das queimaduras graves.

Apesar da gravidade do acidente, as consequências do mesmo, não causou nenhum dano ao reator nuclear.

Fonte:

Murakami, Hiroyoshi (Companhia de Energia Atômica do Japão).

Kobayashi, Hideo (Universidade Nacional de Yokohama).

Corrosão, Vicente Gentil, 2012.