سیستم خنک کننده آب تغذیه اصلی یک نیروگاه هسته ای یک مانع خنک کننده برای ایمنی هسته ای است

موقعیت هسته و ارزش عملکردی سیستم خنک کننده اصلی آب تغذیه
فرآیند تبدیل انرژی یک نیروگاه هسته ای اساساً شامل گرم کردن مایع خنک کننده در مدار اولیه از طریق انرژی حرارتی تولید شده توسط شکافت هسته ای، و سپس انتقال انرژی حرارتی به آب تغذیه اصلی در مدار ثانویه از طریق یک مولد بخار، تبدیل آب تغذیه به بخار با فشار بالا برای به حرکت درآوردن توربین بخار برای تولید برق است. عملکرد اصلی سیستم خنک کننده آب تغذیه اصلی، ارائه یک محیط خنک کننده پایدار و قابل کنترل برای این چرخه، در عین دستیابی به اتلاف و بازیابی حرارت معقول است. ارزش عملکردی آن عمدتاً در سه جنبه منعکس می شود.

ابتدا از خنک شدن هسته راکتور اطمینان حاصل کنید. هسته یک راکتور هسته ای به طور مداوم مقدار زیادی انرژی گرمایی در طول شکافت هسته ای آزاد می کند. اگر نتوان آن را به موقع صادر کرد، منجر به افزایش ناگهانی دمای هسته و بروز حوادث ایمنی جدی می شود. سیستم خنک کننده آب تغذیه اصلی به طور مداوم آب تغذیه خنک کننده را به مولد بخار می رساند، گرما را از خنک کننده اولیه جذب می کند و تضمین می کند که دمای هسته در یک آستانه ایمن حفظ می شود و یک "سد خنک کننده" مهم برای ایمنی راکتور را تشکیل می دهد. طبق آمار آژانس بین‌المللی انرژی اتمی، تقریباً 12 درصد از تعطیلی‌های برنامه‌ریزی نشده در نیروگاه‌های هسته‌ای مربوط به خرابی سیستم آب تغذیه است که به طور غیرمستقیم ارزش ایمنی حیاتی سیستم خنک‌کننده اصلی آب تغذیه را تأیید می‌کند.

ثانیاً، ثبات چرخه حلقه ثانویه را حفظ کنید. سیستم خنک کننده آب تغذیه اصلی نیاز به تنظیم دقیق نرخ جریان و دما آب تغذیه با توجه به تغییرات در قدرت راکتور دارد و از پارامترهای بخار پایدار در خروجی مولد بخار اطمینان حاصل می کند و منبع تغذیه مداوم و واجد شرایط را برای توربین فراهم می کند. در طول کارکرد راکتور با توان کم-، نرخ جریان به صورت دستی توسط شیر کنترل اصلی بای پس آب تغذیه تنظیم می شود. در حین کار با قدرت بالا، شیر اصلی تنظیم کننده آب تغذیه به طور خودکار مداخله می کند و به صورت دینامیکی با توجه به توان حرارتی مولد بخار تنظیم می شود و تداوم و پایداری چرخه حلقه ثانویه را تضمین می کند.

در نهایت، دستیابی به استفاده بهینه از انرژی. سیستم خنک‌کننده اصلی آب تغذیه، آب تغذیه را در طول فرآیند خنک‌سازی از قبل گرم می‌کند، گرمای تلف شده را پس از تراکم بخار بازیابی می‌کند، اتلاف انرژی را کاهش می‌دهد و راندمان حرارتی واحد انرژی هسته‌ای را بهبود می‌بخشد. در عین حال، با کنترل دقیق پارامترهای تامین آب، کاهش فرسودگی تجهیزات و مصرف انرژی، و کمک به واحدهای انرژی هسته‌ای برای دستیابی به عملکرد اقتصادی بلندمدت، نیازهای توسعه انرژی کم-و کارآمد را تحت استراتژی "کربن دوگانه" برآورده می‌کند.

معماری ترکیب و اصل کار سیستم خنک کننده اصلی آب تغذیه
سیستم خنک‌کننده آب تغذیه اصلی یک نیروگاه هسته‌ای یک سیستم پیچیده-یکپارچه و با دقت بالا است که عمدتاً از پمپ آب تغذیه اصلی، شیر اصلی تنظیم آب تغذیه، تجهیزات پیش گرمایش آب تغذیه، سیستم خط لوله، سیستم نظارت و کنترل و تجهیزات کمکی تشکیل شده است. اجزاء با هم کار می کنند تا یک چرخه خنک کننده حلقه بسته را تشکیل دهند، و اصل کار آن حول سه پیوند اصلی "تنظیم پارامتر تبادل حرارتی انتقال آب تغذیه" می چرخد.

اجزای اصلی و عملکرد آنها

• پمپ آب تغذیه اصلی: به عنوان «قلب نیرو» سیستم، مسئول رساندن{0}}آب تغذیه با خلوص بالا پردازش شده توسط هواگیر به ژنراتور بخار در فشار بالا است. شرایط عملیاتی آن بسیار سخت است و به کارکرد مداوم طولانی مدت در دمای بالا (دمای آب ورودی حدود 220 درجه) و فشار بالا (فشار خروجی می تواند به 8-12 مگاپاسکال برسد) نیاز دارد. عمر طراحی معمولاً کمتر از 40 سال نیست و الزامات بسیار بالایی برای مقاومت در برابر خوردگی مواد و آب بندی ساختاری اعمال می شود. در حال حاضر، جریان اصلی در چین از پمپ های آب تغذیه اصلی گریز از مرکز با سرعت بالا استفاده می کند و برخی از واحدهای پیشرفته راه حل های یکپارچه تنظیم سرعت فرکانس متغیر و نظارت هوشمند را اتخاذ کرده اند. برخی از واحدها همچنین به پمپ‌های آب تغذیه با بخار مجهز شده‌اند تا اطمینان حاصل شود که بخار کمکی همچنان می‌تواند برای حفظ عملکرد و بهبود قابلیت اطمینان سیستم در صورت قطع برق در کل نیروگاه استفاده شود. سیستم مدولار گروه پمپ آب تغذیه اصلی که توسط موسسه طراحی نیروی برق شرقی چین توسعه یافته است، به طور موثر قابلیت اطمینان عملیاتی و کارایی طراحی سیستم را با یکپارچه سازی پیش پمپ، موتور، کوپلر هیدرولیک و پمپ اصلی بهبود می بخشد.
• شیر کنترل اصلی آب تغذیه: "مرکز جریان" سیستم، به موازات شیر ​​کنترل اصلی عبور آب تغذیه کار می کند و وظیفه تنظیم دقیق نرخ جریان آب تغذیه بر اساس تغییرات در قدرت راکتور و وضعیت عملکرد مولد بخار را بر عهده دارد. عملکرد آن ارتباط مستقیمی با پایداری سیستم تامین آب دارد. در صورت بروز خطا، نوساناتی در دبی آب تغذیه اصلی ایجاد می شود و ایمنی دستگاه را به خطر می اندازد. عیوب متداول شامل رزوه های فرسوده و شکسته متصل کننده میل سوپاپ و هسته سوپاپ، سایش ناشی از برخورد دیواره داخلی قطعه قفس سوپاپ، بازخورد غیرعادی سیگنال های مکان یاب و غیره است که باید از طریق بهینه سازی ساختاری و ارتقاء مواد برطرف شوند.

تجهیزات پیش‌گرم‌کننده آب تغذیه: عمدتاً شامل-گرم‌کن‌هایی با فشار بالا می‌شود که برای پیش‌گرم کردن آب تغذیه اصلی با استفاده از گرمای اتلاف حاصل از استخراج توربین بخار، افزایش دمای آب تغذیه، کاهش تلفات حرارتی در مولد بخار، و کاهش تنش حرارتی تجهیزات و در نتیجه افزایش طول عمر سیستم استفاده می‌شوند. پس از پیش گرم شدن، آب تغذیه وارد مولد بخار می شود و می تواند گرما را از مدار اولیه به طور موثرتری جذب کند و راندمان تولید بخار را بهبود بخشد.

 

سیستم نظارت و کنترل: متشکل از حسگرها، کنترل‌کننده‌ها و محرک‌های مختلف، پارامترهای کلیدی مانند سرعت جریان آب، دما و فشار را در زمان واقعی نظارت می‌کند و تنظیمات دقیق پارامتر را از طریق یک سیستم کنترل خودکار انجام می‌دهد. به عنوان مثال، با نظارت بر سطح آب و دمای مولد بخار، سرعت پمپ آب تغذیه اصلی و باز شدن شیر اصلی کنترل آب تغذیه به طور خودکار تنظیم می شود تا اطمینان حاصل شود که پارامترهای عملیاتی سیستم همیشه در محدوده ایمن قرار دارند و در عین حال-هشدار زمانی واقعی و پاسخ اضطراری خطاها به دست می آید.

• تجزیه و تحلیل گردش کار

فرآیند کار سیستم خنک کننده آب تغذیه اصلی را می توان به چهار مرحله کلیدی تقسیم کرد: مرحله اول این است که هواگیر تصفیه هوا را بر روی آب تغذیه انجام می دهد، اکسیژن و سایر گازهای مضر را از آب خارج می کند، از خوردگی خط لوله و تجهیزات جلوگیری می کند و اطمینان حاصل می کند که خلوص آب تغذیه مطابق با استانداردهای درجه هسته ای است. مرحله دوم افزایش فشار ورودی پمپ اصلی برای جلوگیری از کاویتاسیون است. سپس، پمپ آب تغذیه اصلی، آب تغذیه تصفیه شده را تحت فشار قرار می دهد و آن را به بخاری-پر فشار می رساند. مرحله سوم، بخاری{2}}فشار بالا از گرمای اتلاف استخراج شده از توربین بخار برای پیش گرم کردن آب تغذیه و افزایش دمای آب تغذیه تا محدوده مشخص شده استفاده می کند. مرحله چهارم، آب تغذیه اصلی از قبل گرم شده به مولد بخار منتقل می شود تا گرمای خنک کننده اولیه را جذب کند و آن را به بخار با فشار{3} بالا تبدیل کند. سپس آب تغذیه خنک شده از طریق سیستم گردش خون برای تکمیل چرخه خنک کننده جریان می یابد. در طول کل فرآیند، سیستم نظارت و کنترل به طور کامل درگیر است و به صورت پویا پارامترهای عملیاتی هر جزء را بر اساس تغییرات در قدرت راکتور و وضعیت عملکرد سیستم تنظیم می کند تا از چرخه پایدار، ایمن و کارآمد اطمینان حاصل شود.

ضمانت ایمنی و رسیدگی به خطای سیستم خنک کننده اصلی آب تغذیه

عملکرد ایمن سیستم خنک کننده اصلی آب تغذیه در نیروگاه های هسته ای تضمین مهمی برای ایمنی انرژی هسته ای است. با توجه به شرایط سخت عملیاتی سیستم که برای مدت طولانی در معرض دمای بالا، فشار بالا و تابش زیاد قرار دارد، مستعد سایش قطعات، نشتی، اختلالات کنترلی و سایر خطاها است. بنابراین، ایجاد یک سیستم تضمین ایمنی سالم برای دستیابی به تشخیص زودهنگام و دفع عیوب ضروری است.

• اقدامات امنیتی

بهینه سازی مواد و سازه: اجزای هسته از مواد ویژه ای با استحکام{0}}بالا، مقاوم در برابر خوردگی- و مقاوم در برابر تشعشع ساخته شده اند. به عنوان مثال، پروانه و مهر و موم محور پمپ آب تغذیه اصلی از فولاد زنگ نزن آستنیتی فوق العاده کم کربن یا فولاد ضد زنگ دوبلکس ساخته شده است. پین موقعیت یابی شیر اصلی تنظیم کننده آب تغذیه از مواد-Inconel750 با استحکام بالا ساخته شده است که جایگزین مواد سنتی کم استحکام می شود تا مقاومت در برابر سایش و عمر مفید قطعات را بهبود بخشد. در عین حال، طراحی ساختاری اجزای قفس سوپاپ و هسته‌های سوپاپ را بهینه کنید، پنجره‌های سوراخ کوچک را اتخاذ کنید و ترتیب آنها را مطابق منحنی جریان بهینه کنید، دقت تنظیم و ظرفیت جریان را بهبود بخشید و لرزش و سایش اجزا را کاهش دهید.

طراحی افزونگی دوگانه: تجهیزات کلیدی سیستم از پیکربندی اضافی "یکی برای استفاده و دیگری برای پشتیبان گیری" یا "چندین برای استفاده و یکی برای پشتیبان گیری" استفاده می کند. به عنوان مثال، پمپ آب تغذیه اصلی معمولاً به 2-4 واحد و پمپ های پشتیبان مربوطه مجهز است تا اطمینان حاصل شود که در صورت خرابی یکی از تجهیزات، تجهیزات پشتیبان می توانند به سرعت به کار گرفته شوند تا از خاموش شدن سیستم جلوگیری شود. در همان زمان، سیستم کنترل یک طراحی افزونگی دوگانه را اتخاذ می کند تا از از دست دادن کنترل سیستم به دلیل خرابی یک واحد کنترل جلوگیری کند.

نظارت هوشمند و هشدار اولیه: با کمک دوقلو دیجیتال، تعمیر و نگهداری پیش‌بینی هوش مصنوعی و سایر فناوری‌ها، نظارت بر وضعیت آنلاین تجهیزات کلیدی مانند پمپ‌های آب تغذیه اصلی و شیرهای تنظیم انجام می‌شود. از طریق تجزیه و تحلیل طیف ارتعاش، بازسازی میدان دما و سایر روش‌ها، عملیات غیرعادی تجهیزات در زمان واقعی ضبط می‌شود و هشدارهای خطا از قبل صادر می‌شود. پس از اتخاذ یک سیستم نظارت هوشمند، میانگین زمان کارکرد بدون مشکل پمپ اصلی آب تغذیه از 18000 ساعت برای مدل های سنتی به بیش از 32000 ساعت افزایش یافته است که به طور قابل توجهی خطر خاموش شدن برنامه ریزی نشده را کاهش می دهد.

ارتقاء فن آوری و روند توسعه صنعت سیستم خنک کننده اصلی آب تغذیه
با تکرار مداوم فناوری انرژی هسته ای و تعمیق استراتژی "کربن دوگانه"، سیستم خنک کننده آب تغذیه اصلی نیروگاه های هسته ای به سمت هوشمندی، کارایی و بومی سازی در حال توسعه است. ارتقای فن آوری و ارتقای صنعتی به طور همزمان در حال پیشرفت هستند و پشتیبانی قوی تری برای عملیات ایمن و کارآمد انرژی هسته ای فراهم می کنند.

• جهت ارتقاء فنی

ارتقای هوشمند: ادغام فناوری‌هایی مانند اینترنت اشیا، داده‌های بزرگ و هوش مصنوعی برای ایجاد یک سیستم مدیریت هوشمند چرخه عمر کامل، دستیابی به{0}پایش واقعی پارامترهای عملیاتی سیستم، تشخیص دقیق خطا، و برنامه‌ریزی هوشمند عملیات و نگهداری. به عنوان مثال، با استفاده از فناوری دوقلوی دیجیتال برای ساخت مدل مجازی از سیستم خنک‌کننده اصلی آب تغذیه، شبیه‌سازی وضعیت عملکرد سیستم، پیش‌بینی خطرات خطا از قبل، بهینه‌سازی برنامه‌های عملیاتی و نگهداری و کاهش هزینه‌های بهره‌برداری و نگهداری.

بهینه سازی کارآمد: با بهینه سازی فرآیندهای سیستم، بهبود ساختار تجهیزات، و افزایش بازده حرارتی و پایداری عملیاتی سیستم. به عنوان مثال، بهینه سازی طراحی پروانه پمپ آب اصلی برای بهبود راندمان انتقال و کاهش مصرف انرژی. فرآیند پیش گرمایش تامین آب را بهینه کنید، گرمای هدر رفته را به طور کامل بازیابی کنید و بهره وری مصرف انرژی را بهبود بخشید. در عین حال، فناوری تنظیم سرعت تبدیل فرکانس برای تنظیم دینامیکی سرعت پمپ آب تغذیه اصلی با توجه به توان راکتور و دستیابی به عملکرد{2}}صرفه‌جویی در انرژی استفاده می‌شود.

ترویج فناوری بدون نشتی: اتخاذ انواع پمپ های بدون نشتی مانند پمپ های مغناطیسی و پمپ های محافظ برای جایگزینی پمپ های آب بندی محور سنتی، کاهش خطر نشت آب، بهبود ایمنی سیستم و حفاظت از محیط زیست، در عین حال کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری تجهیزات و انطباق با شرایط سخت محیطی عملیاتی نیروگاه های هسته ای.

• روند توسعه صنعت

با تسریع در تصویب پروژه های انرژی هسته ای داخلی و افزایش مداوم تعداد واحدهای در حال ساخت، تقاضای بازار برای تجهیزات مربوط به سیستم خنک کننده اصلی آب تغذیه همچنان آزاد می شود. بر اساس برآوردها، از سال 2026 تا 2030، انتظار می‌رود که 30-40 واحد انرژی هسته‌ای تأیید شده جدید در چین اضافه شود که مطابق با تقاضا برای تقریباً 120-160 پمپ آب تغذیه هسته‌ای جدید است. اندازه بازار به طور پیوسته افزایش خواهد یافت. روند محلی سازی به شتاب ادامه می دهد و نرخ محلی سازی پمپ های اصلی از 90٪ فراتر رفته است. شرکت های دولتی مانند شانگهای الکتریک، دانگ فانگ الکتریک و گروه هاربین الکتریک بر بازار داخلی تسلط دارند. آنها با داشتن سیستم کامل ساخت و تجربه مهندسی، به تدریج به جایگزینی داخلی محصولات پیشرفته و کاهش وابستگی به تجهیزات وارداتی می‌شوند.

در همین حال، با پیشرفت راکتورهای کوچک مدولار (SMR) و پروژه‌های نمایش فناوری انرژی هسته‌ای نسل چهارم، تقاضا برای تجهیزات خنک‌کننده آب اصلی جدید، کارآمد و فشرده به تدریج پدیدار خواهد شد و فرصت‌های رشد جدیدی را برای صنعت باز می‌کند. علاوه بر این، در زمینه صادرات تسریع شده انرژی هسته ای تحت "ابتکار کمربند و جاده"، تجهیزات مربوط به سیستم خنک کننده آب خوراک اصلی داخلی به تدریج به سمت بازار بین المللی حرکت می کند و رقابت جهانی تجهیزات انرژی هسته ای چین را بهبود می بخشد [6].

سیستم خنک کننده آب تغذیه اصلی یک نیروگاه هسته ای، به عنوان یک "سد خنک کننده" برای ایمنی هسته ای، مرکز اصلی چرخه حلقه ثانویه انرژی هسته ای است. عملکرد پایدار آن مستقیماً با عملکرد ایمن، کارآمد و کم کربن- واحد نیروگاه هسته ای مرتبط است. از بهینه سازی ساختار اجزای اصلی تا ارتقاء هوشمندی سیستم، از رسیدگی دقیق به خطا تا ترویج جایگزینی داخلی، هر پیشرفت تکنولوژیکی در سیستم خنک کننده آب تغذیه اصلی، پایه ای محکم برای ایمنی انرژی هسته ای ایجاد کرده است.
در زمینه انتقال انرژی، با توسعه مستمر فناوری انرژی هسته‌ای، سیستم خنک‌کننده آب تغذیه اصلی به سمت یک جهت هوشمندتر، کارآمدتر و ایمن‌تر حرکت می‌کند و دائماً از گلوگاه‌های کلیدی فناوری عبور می‌کند، سیستم تضمین ایمنی را بهبود می‌بخشد، پشتیبانی قوی برای توسعه با کیفیت بالا- صنعت انرژی هسته‌ای چین، دستیابی به "هدف حمل و نقل ایمن و حفاظت از انرژی هسته‌ای دوگانه".