Az atomerőmű fő tápvíz-hűtőrendszere a nukleáris biztonság hűtési akadálya

A fő tápvíz hűtőrendszer mag elhelyezése és funkcionális értéke
Az atomerőmű energiaátalakítási folyamata lényegében abból áll, hogy a primer körben a hűtőközeget felmelegítik az atommaghasadás által termelt hőenergián keresztül, majd a hőenergiát a szekunder körben lévő fő tápvízbe továbbítják egy gőzfejlesztőn keresztül, a betáplált vizet nagynyomású gőzzé alakítva, hogy meghajtsák a gőzturbinát az energiatermeléshez. A fő tápvíz-hűtőrendszer alapvető funkciója, hogy stabil és szabályozható hűtőközeget biztosítson ehhez a ciklushoz, miközben ésszerű hőelvezetést és visszanyerést biztosít. Funkcionális értéke elsősorban három vonatkozásban tükröződik.

Először is biztosítsa a reaktormag hűtését. Az atomreaktor magja az atommaghasadás során folyamatosan nagy mennyiségű hőenergiát bocsát ki. Ha nem lehet időben exportálni, az a maghőmérséklet hirtelen emelkedéséhez vezet, és súlyos biztonsági baleseteket okoz. A fő tápvíz-hűtőrendszer folyamatosan szállítja a hűtő tápvizet a gőzfejlesztőhöz, elnyeli a hőt az elsődleges hűtőközegből, és biztosítja, hogy a maghőmérséklet egy biztonságos küszöbértéken belül maradjon, ami fontos "hűtési gátat" képez a reaktor biztonsága szempontjából. A NAÜ statisztikái szerint az atomerőművekben a nem tervezett leállások hozzávetőleg 12%-a a tápvízrendszer meghibásodásához kapcsolódik, ami közvetve megerősíti a tápvíz fő hűtőrendszer kritikus biztonsági értékét.

Másodszor, őrizze meg a másodlagos hurokciklus stabilitását. A fő tápvíz-hűtőrendszernek pontosan be kell állítania a tápvíz áramlási sebességét és hőmérsékletét a reaktor teljesítményének változásaihoz, biztosítva a stabil gőzparamétereket a gőzfejlesztő kimeneténél, és folyamatos és minősített áramforrást biztosítva a turbina számára. A reaktor kis teljesítményű{2}}üzeme közben az áramlási sebességet manuálisan állítja be a fő tápvíz bypass vezérlőszelep; Nagy teljesítményű-üzem közben a fő tápvíz-szabályozó szelep automatikusan beavatkozik, és dinamikusan igazodik a gőzfejlesztő hőteljesítményéhez, biztosítva a másodlagos hurokciklus folytonosságát és stabilitását.

Végül érje el az energia hatékony felhasználását. A fő tápvíz hűtőrendszer előmelegíti a tápvizet a hűtési folyamat során, visszanyeri a hulladékhőt a gőzkondenzáció után, csökkenti az energiaveszteséget és javítja az atomerőmű termikus hatásfokát. Ugyanakkor a vízellátási paraméterek pontos szabályozásával, a berendezések kopásának és energiafogyasztásának csökkentésével, valamint az atomerőművi blokkok hosszú távú-gazdaságos működésének elősegítésével kielégíti a „kettős széndioxid-kibocsátású” stratégia szerinti alacsony-karbon- és hatékony energiafejlesztési igényeket.

A fő tápvíz hűtőrendszer összetételi felépítése és működési elve
Az atomerőmű fő tápvíz-hűtőrendszere egy integrált és nagy pontosságú komplex rendszer, amely főként a fő tápvízszivattyúból, a fő tápvíz-szabályozó szelepből, a tápvíz-előmelegítő berendezésből, a csővezetékrendszerből, a felügyeleti és vezérlőrendszerből, valamint a segédberendezésekből áll. Az összetevők együtt dolgoznak egy zárt-hurkú hűtési ciklusban, és működési elve a „tápvíz szállítási hőcsere paramétereinek beállításának” három fő láncszeme körül forog.

Alapelemek és funkcióik

• Fő tápvíz-szivattyú: A rendszer „erőteljesítmény-szíveként” felelős a légtelenítő által feldolgozott, nagy tisztaságú{0}} tápvíz nagy nyomáson a gőzfejlesztőhöz való eljuttatásáért. Működési körülményei rendkívül zordak, hosszú távú folyamatos működést igényelnek magas hőmérsékleten (körülbelül 220 fokos belépő vízhőmérséklet) és nagy nyomáson (a kimeneti nyomás elérheti a 8-12 MPa-t is) környezetben. A tervezési élettartam általában nem kevesebb, mint 40 év, és rendkívül magas követelményeket támasztanak az anyagok korrózióállóságával és szerkezeti tömítésével szemben. Jelenleg Kínában a mainstream nagy sebességű centrifugális fő tápvízszivattyúkat alkalmaz, és néhány fejlett egység integrált megoldásokat alkalmaz a változó frekvenciájú sebességszabályozás és az intelligens felügyelet terén. Egyes egységek gőzhajtású tápvíz-szivattyúkkal is fel vannak szerelve annak biztosítására, hogy a segédgőz továbbra is megbízható legyen a működés fenntartása és a rendszer megbízhatóságának javítása érdekében az egész üzem áramkimaradása esetén. Az East China Electric Power Design Institute által kifejlesztett fő tápvízszivattyú-csoport moduláris rendszere hatékonyan javítja a rendszer működési megbízhatóságát és tervezési hatékonyságát az előszivattyú, a motor, a hidraulikus csatlakozó és a főszivattyú integrálásával.
• Fő tápvíz-szabályozó szelep: a rendszer "áramlási központja", amely párhuzamosan működik a fő tápvíz-megkerülő vezérlőszeleppel, felelős a tápvíz áramlási sebességének pontos beállításáért a reaktor teljesítményének és a gőzfejlesztő működési állapotának változásai alapján. Teljesítménye közvetlenül összefügg a vízellátó rendszer stabilitásával. Ha hiba lép fel, az ingadozásokat okoz a fő tápvíz áramlási sebességében, ami veszélyt jelent az egység biztonságára. A gyakori hibák közé tartozik a szelepszárat és a szelepmagot összekötő kopás és törött menet, a szelepkosár alkatrész belső falának ütközési kopása, a helymeghatározó jelek rendellenes visszacsatolása stb., amelyeket szerkezeti optimalizálással és anyagfelújítással kell megoldani.

Tápvíz-előmelegítő berendezés: főleg nagynyomású{0}}melegítőket tartalmaz, amelyek a fő tápvíz előmelegítésére szolgálnak a gőzturbinás extrakcióból származó hulladékhő felhasználásával, növelik a tápvíz hőmérsékletét, csökkentik a hőveszteséget a gőzfejlesztőben, valamint csökkentik a berendezés hőterhelését, meghosszabbítva ezzel a rendszer élettartamát. Az előmelegítés után a betáplált víz belép a gőzfejlesztőbe, és hatékonyabban képes felvenni a hőt a primer körből, javítva a gőztermelés hatékonyságát.

 

Felügyeleti és vezérlőrendszer: Különféle érzékelőkből, vezérlőkből és működtetőkből áll, valós időben figyeli a kulcsfontosságú paramétereket, például a víz áramlási sebességét, hőmérsékletét és nyomását, és egy automatizált vezérlőrendszeren keresztül precíz paraméterbeállítást ér el. Például a gőzfejlesztő vízszintjének és hőmérsékletének figyelésével a fő tápvíz-szivattyú fordulatszáma és a fő tápvíz-szabályozó szelep nyitása automatikusan beáll annak biztosítására, hogy a rendszer működési paraméterei mindig biztonságos tartományon belül legyenek, miközben valós idejű figyelmeztetést és vészhelyzeti reagálást biztosít a hibákra.

• Munkafolyamat-elemzés

A tápvíz fő hűtőrendszerének munkafolyamata négy fő lépésre osztható: az első lépésben a légtelenítő a tápvíz légtelenítő kezelését végzi, eltávolítja a vízből az oxigént és egyéb káros gázokat, megakadályozza a csővezetékek és berendezések korrózióját, valamint biztosítja, hogy a tápvíz tisztasága megfeleljen a nukleáris minőségű szabványoknak; A második lépés a főszivattyú bemeneti nyomásának előzetes növelése a kavitáció megelőzése érdekében. Ezután a fő tápvíz-szivattyú nyomás alá helyezi a kezelt tápvizet, és eljuttatja azt a nagynyomású{1}}fűtőhöz; Harmadik lépés, a nagynyomású fűtőberendezés a gőzturbinából kivont hulladékhőt használja fel a tápvíz előmelegítésére és a tápvíz hőmérsékletének a megadott tartományra emelésére; Negyedik lépés: az előmelegített fő tápvíz a gőzfejlesztőbe kerül, hogy elnyelje az elsődleges hűtőközeg hőjét, és nagynyomású gőzzé alakítsa. A lehűtött tápvíz ezután visszafolyik a keringtető rendszeren, hogy befejezze a hűtési ciklust. A teljes folyamatban a felügyeleti és vezérlőrendszer teljes körűen részt vesz, dinamikusan állítja be az egyes komponensek működési paramétereit a reaktor teljesítményének és a rendszer működési állapotának változásai alapján, hogy biztosítsa a stabil, biztonságos és hatékony ciklust.

A tápvíz fő hűtőrendszer biztonsági garanciája és hibakezelése

Az atomerőművekben a tápvíz fő hűtőrendszer biztonságos működése az atomenergia biztonságának fontos garanciája. A rendszer zord működési környezete miatt, amely hosszú ideig magas hőmérsékletnek, nagy nyomásnak és erős sugárzásnak van kitéve, hajlamos az alkatrészek kopására, szivárgására, szabályozási rendellenességekre és egyéb hibákra. Ezért szükséges egy megbízható biztonsági garanciarendszer kialakítása a hibák korai felismerése és megsemmisítése érdekében.

• Biztonsági intézkedések

Anyag- és szerkezetoptimalizálás: Az alapelemek nagy -szilárdságú, korrózióálló- és sugárzásálló speciális anyagokból készülnek. Például a fő tápvízszivattyú járókereke és tengelytömítése ultra-alacsony széntartalmú ausztenites rozsdamentes acélból vagy duplex rozsdamentes acélból készül. A fő tápvíz-szabályozó szelep pozicionáló csapja nagy szilárdságú Inconel750 anyagból készült, amely a hagyományos alacsony szilárdságú anyagokat helyettesíti, hogy javítsa az alkatrészek kopásállóságát és élettartamát. Ezzel egyidejűleg optimalizálja a szelepkosár alkatrészek és szelepmagok szerkezeti felépítését, alkalmazzon kis lyukablakokat, és optimalizálja elrendezésüket az áramlási görbe szerint, javítja a szabályozási pontosságot és az áramlási kapacitást, valamint csökkenti az alkatrészek vibrációját és kopását.

Kettős redundancia kialakítás: A rendszer kulcsfontosságú berendezései redundáns konfigurációt alkalmaznak: "egy a használathoz és egy biztonsági mentéshez" vagy "több használathoz és egy biztonsági mentéshez". Például a fő tápvízszivattyú általában 2-4 egységgel és a megfelelő tartalék szivattyúkkal van felszerelve annak biztosítására, hogy egy berendezés meghibásodása esetén a tartalék berendezés gyorsan üzembe helyezhető a rendszer leállásának elkerülése érdekében. Ugyanakkor a vezérlőrendszer kettős redundanciát alkalmaz, hogy megakadályozza, hogy a rendszer elveszítse az irányítást egyetlen vezérlőegység meghibásodása miatt.

Intelligens felügyelet és korai figyelmeztetés: A digitális iker, mesterséges intelligencia prediktív karbantartási és egyéb technológiák segítségével a kulcsfontosságú berendezések, például a fő tápvízszivattyúk és szabályozószelepek online állapotfigyelése történik. A rezgésspektrum-elemzés, a hőmérsékletmező-rekonstrukció és más módszerek révén valós időben rögzítik a berendezések rendellenes működését, és előzetesen hibajelzéseket adnak ki. Az intelligens felügyeleti rendszer bevezetése után a fő tápvízszivattyú átlagos hibamentes működési ideje a hagyományos modellek 18 000 órájáról több mint 32 000 órára nőtt, jelentősen csökkentve a nem tervezett leállások kockázatát.

A fő tápvíz-hűtőrendszer technológiai korszerűsítése és ipari fejlesztési trendje
Az atomenergia-technológia folyamatos iterációjával és a „kettős szén-dioxid” stratégia elmélyülésével az atomerőművek fő tápvíz-hűtési rendszere az intelligencia, a hatékonyság és a lokalizáció felé fejlődik. A technológiai korszerűsítés és az ipari korszerűsítés szinkronban halad előre, erősebben támogatva az atomenergia biztonságos és hatékony működését.

• Műszaki korszerűsítési irány

Intelligens frissítés: Az olyan technológiák integrálása, mint a tárgyak internete, a nagy adatok és a mesterséges intelligencia egy teljes életciklusra kiterjedő intelligens felügyeleti rendszer felépítéséhez, a rendszer működési paramétereinek valós idejű-figyelésének, a pontos hibadiagnosztikának, valamint az intelligens működési és karbantartási ütemezésnek a megvalósításához. Például a digitális ikertechnológia segítségével a fő tápvíz-hűtési rendszer virtuális modelljének megalkotására, a rendszer működési állapotának szimulálására, a hibakockázatok előrejelzésére, az üzemeltetési és karbantartási tervek optimalizálására, valamint az üzemeltetési és karbantartási költségek csökkentésére.

Hatékony optimalizálás: A rendszerfolyamatok optimalizálásával, a berendezés szerkezetének javításával, valamint a rendszer hőhatékonyságának és működési stabilitásának növelésével. Például a fő tápvízszivattyú járókerék kialakításának optimalizálása a szállítási hatékonyság javítása és az energiafogyasztás csökkentése érdekében; Optimalizálja a vízellátás előmelegítési folyamatát, teljes mértékben visszanyerje a hulladékhőt, és tovább javítsa az energiafelhasználás hatékonyságát. Ezzel egyidejűleg a frekvenciakonverziós sebességszabályozási technológiát alkalmazzák a fő tápvíz-szivattyú fordulatszámának dinamikus beállítására a reaktor teljesítményének megfelelően, így energiatakarékos működés érhető el.

Szivárgásmentes technológia népszerűsítése: Szivárgásmentes szivattyútípusok, például mágneses szivattyúk és árnyékolt szivattyúk alkalmazása a hagyományos tengelytömítésű szivattyúk helyett, csökkentve a vízszivárgás kockázatát, javítva a rendszer biztonságát és a környezetvédelmet, miközben csökkentik a berendezések karbantartási költségeit, és alkalmazkodva az atomerőművek szigorú üzemi környezeti követelményeihez.

• Iparági fejlődési trendek

A hazai nukleáris beruházások engedélyezésének felgyorsulásával és az építés alatt álló blokkok számának folyamatos növekedésével a fő tápvíz-hűtési rendszerhez kapcsolódó berendezések iránti piaci igény továbbra is felszabadul. Becslések szerint 2026-tól 2030-ig várhatóan 30{10}}40 új engedélyezett atomerőművi blokkal bővül Kínában, ami körülbelül 120-160 új nukleáris tápvíz-szivattyú iránti igénynek felel meg. A piac mérete folyamatosan növekszik. A lokalizációs folyamat tovább gyorsul, a főszivattyúk lokalizációs aránya meghaladta a 90%-ot. Az állami tulajdonú vállalatok, mint például a Shanghai Electric, a Dongfang Electric és a Harbin Electric Group uralják a hazai piacot. Komplett gyártási rendszerrel és mérnöki tapasztalattal fokozatosan érik el a high-end termékek hazai helyettesítését és csökkentik az importált berendezésektől való függést.

Eközben a kis moduláris reaktorok (SMR) és a negyedik generációs atomenergia-technológiai demonstrációs projektek előrehaladásával fokozatosan megjelenik az új, hatékony és kompakt fő tápvízhűtő berendezések iránti kereslet, ami új növekedési lehetőségeket nyit meg az ipar számára. Ezen túlmenően, az „öv és út kezdeményezés” keretében felgyorsult atomenergia-exporttal összefüggésben a hazai fő tápvíz-hűtési rendszerrel kapcsolatos berendezések fokozatosan a nemzetközi piac felé mozdulnak el, javítva a kínai atomenergia-berendezések globális versenyképességét [6].

Az atomerőmű fő tápvíz-hűtőrendszere, mint a nukleáris biztonság "hűtési gátja", az atomenergia másodlagos hurok ciklusának központi csomópontja. Stabil működése közvetlenül kapcsolódik az atomerőművi blokk biztonságos, hatékony és alacsony szén-dioxid-kibocsátású{1}}üzeméhez. Az alapelemek szerkezetének optimalizálásától a rendszer intelligenciájának fejlesztéséig, a precíz hibakezeléstől a hazai helyettesítés elősegítéséig a fő tápvíz-hűtési rendszer minden technológiai áttörése szilárd alapot teremtett az atomenergia biztonságához.
Az energetikai átalakulással összefüggésben, az atomenergia technológia folyamatos fejlesztésével a fő tápvíz-hűtőrendszer továbbra is egy intelligensebb, hatékonyabb és biztonságosabb irány felé halad, folyamatosan áttöri a kulcsfontosságú technológiai szűk keresztmetszeteket, fejleszti a biztonsági garanciális rendszert, erőteljesen támogatja a kínai atomenergia-ipar magas színvonalú-minőségi fejlődését, a „kettős szén-dioxid-kibocsátás” cél elérését, a biztonságos szállítás minden szintjén.