Glavni sistem za hlađenje napojne vode u nuklearnoj elektrani je rashladna barijera za nuklearnu sigurnost

Pozicioniranje jezgra i funkcionalna vrijednost glavnog sistema za hlađenje napojne vode
Proces konverzije energije nuklearne elektrane u suštini uključuje zagrijavanje rashladne tekućine u primarnom krugu kroz toplinsku energiju generiranu nuklearnom fisijom, a zatim prijenos toplinske energije do glavne napojne vode u sekundarnom krugu kroz generator pare, pretvarajući napojnu vodu u paru visokog{0}}pritiska za pogon parne turbine za proizvodnju energije. Osnovna funkcija glavnog sistema za hlađenje napojne vode je da obezbedi stabilan i kontrolisan rashladni medij za ovaj ciklus, uz postizanje razumnog odvođenja toplote i povrata. Njegova funkcionalna vrijednost se uglavnom ogleda u tri aspekta.

Prvo, osigurati hlađenje jezgra reaktora. Jezgra nuklearnog reaktora neprekidno oslobađa veliku količinu toplotne energije tokom nuklearne fisije. Ako se ne može pravovremeno izvoziti, to će dovesti do naglog porasta temperature jezgre i uzrokovati ozbiljne sigurnosne nesreće. Glavni sistem za hlađenje napojne vode kontinuirano isporučuje napojnu vodu za hlađenje u generator pare, apsorbira toplinu iz primarnog rashladnog sredstva i osigurava da se temperatura jezgre održava unutar sigurnog praga, formirajući važnu "prepreku za hlađenje" za sigurnost reaktora. Prema statistici IAEA, oko 12% neplaniranih zaustavljanja u nuklearnim elektranama povezano je sa kvarovima sistema napojne vode, što indirektno potvrđuje kritičnu sigurnosnu vrijednost glavnog sistema za hlađenje napojne vode.

Drugo, održavajte stabilnost ciklusa sekundarne petlje. Glavni sistem za hlađenje napojne vode treba precizno podesiti protok i temperaturu napojne vode prema promjenama u snazi ​​reaktora, osiguravajući stabilne parametre pare na izlazu iz generatora pare i obezbjeđujući kontinuiran i kvalifikovan izvor energije za turbinu. Tokom rada reaktora male snage{2}}, brzina protoka se ručno podešava pomoću glavnog kontrolnog ventila bajpasa napojne vode; Tokom rada velike snage, glavni ventil za regulaciju napojne vode automatski interveniše i dinamički se prilagođava prema termalnoj snazi ​​generatora pare, osiguravajući kontinuitet i stabilnost ciklusa sekundarne petlje.

Konačno, postići efikasno korišćenje energije. Glavni sistem za hlađenje napojne vode će prethodno zagrijati napojnu vodu tokom procesa hlađenja, povratiti otpadnu toplinu nakon kondenzacije pare, smanjiti gubitak energije i poboljšati toplinsku efikasnost nuklearne elektrane. Istovremeno, preciznom kontrolom parametara vodosnabdijevanja, smanjenjem habanja opreme i potrošnje energije, te pomaganjem nuklearnim elektranama da ostvare dugoročan-ekonomski rad, zadovoljava nisko-ugljične i efikasne potrebe za razvojem energije u skladu sa strategijom "dual carbon".

Arhitektura sastava i princip rada glavnog sistema za hlađenje napojne vode
Glavni sistem za hlađenje napojne vode nuklearne elektrane je integrirani i-kompleksni sistem visoke preciznosti, koji se uglavnom sastoji od glavne pumpe napojne vode, glavnog ventila za regulaciju napojne vode, opreme za predgrijavanje napojne vode, sistema cjevovoda, sistema za nadzor i upravljanje i pomoćne opreme. Komponente rade zajedno kako bi formirale zatvoreni-ciklus hlađenja, a njegov princip rada se vrti oko tri ključne karike "prilagođavanja parametara izmjene topline transporta napojne vode".

Osnovne komponente i njihove funkcije

• Glavna pumpa za napojnu vodu: Kao "snažno srce" sistema, odgovorna je za isporuku napojne vode visoke-čistoće koju obrađuje deaerator u generator pare pod visokim pritiskom. Njegovi radni uslovi su izuzetno teški, zahtijevaju dugotrajan-kontinuirani rad u okruženju visoke temperature (temperatura ulazne vode od oko 220 stepeni) i visokog pritiska (izlazni pritisak može doseći 8{8}}12 MPa). Projektni vijek trajanja obično nije manji od 40 godina, a postavljaju se izuzetno visoki zahtjevi za otpornost materijala na koroziju i zaptivanje konstrukcije. Trenutno, mainstream u Kini usvaja brze centrifugalne glavne pumpe za napojnu vodu, a neke napredne jedinice su usvojile integrirana rješenja regulacije brzine varijabilne frekvencije i inteligentnog nadzora. Neke jedinice su također opremljene pumpama za napojnu vodu na paru kako bi se osiguralo da se pomoćna para i dalje može osloniti na održavanje rada i poboljšati pouzdanost sistema u slučaju nestanka struje u cijelom postrojenju. Modularni sistem glavne grupe pumpi za napojnu vodu koju je razvio East China Electric Power Design Institute efikasno poboljšava operativnu pouzdanost sistema i efikasnost dizajna integracijom predpumpe, motora, hidrauličke spojnice i glavne pumpe.
• Glavni kontrolni ventil napojne vode: "centar protoka" sistema, koji radi paralelno sa glavnim kontrolnim ventilom zaobilaznice napojne vode, odgovoran za precizno podešavanje brzine protoka napojne vode na osnovu promjena u snazi ​​reaktora i statusu rada generatora pare. Njegov učinak je direktno povezan sa stabilnošću vodovodnog sistema. Ako dođe do kvara, to će uzrokovati fluktuacije u glavnom protoku napojne vode, što predstavlja prijetnju sigurnosti jedinice. Uobičajene greške uključuju istrošene i polomljene navoje koji povezuju stablo ventila i jezgro ventila, habanje od sudara na unutrašnjem zidu komponente kaveza ventila, abnormalne povratne informacije signala lokatora, itd., koje je potrebno riješiti kroz optimizaciju strukture i nadogradnju materijala.

Oprema za predgrijavanje napojne vode: uglavnom uključuje grijače visokog{0}}pritiska, koji se koriste za predgrijavanje glavne napojne vode koristeći otpadnu toplinu iz ekstrakcije parne turbine, povećavaju temperaturu napojne vode, smanjuju gubitak topline u generatoru pare i smanjuju termički stres opreme, čime se produžava vijek trajanja sistema. Nakon predgrijavanja, napojna voda ulazi u generator pare i može efikasnije apsorbirati toplinu iz primarnog kruga, poboljšavajući efikasnost proizvodnje pare.

 

Sistem za nadzor i kontrolu: Sastavljen od različitih senzora, kontrolera i aktuatora, prati ključne parametre kao što su protok vode, temperatura i pritisak u realnom{0}}vremenu i postiže precizno podešavanje parametara putem automatizovanog sistema upravljanja. Na primjer, praćenjem nivoa vode i temperature generatora pare, brzina glavne pumpe za napojnu vodu i otvaranje glavnog kontrolnog ventila napojne vode se automatski prilagođavaju kako bi se osiguralo da su radni parametri sistema uvijek unutar sigurnog raspona, uz postizanje upozorenja u stvarnom vremenu i hitnog odgovora na kvarove.

• Analiza toka posla

Radni proces glavnog sistema za hlađenje napojne vode može se podijeliti u četiri ključna koraka: prvi korak je da deaerator obavlja tretman deaeracije napojne vode, uklanja kisik i druge štetne plinove iz vode, sprječava koroziju cjevovoda i opreme i osigurava da čistoća napojne vode zadovoljava standarde nuklearnog kvaliteta; Drugi korak je unaprijed povećati ulazni tlak glavne pumpe kako bi se spriječila kavitacija. Zatim, glavna pumpa napojne vode vrši pritisak na tretiranu napojnu vodu i isporučuje je u grijač visokog{1}}visokog pritiska; Treći korak, grijač pod visokim-pritiskom koristi otpadnu toplinu izvučenu iz parne turbine za prethodno zagrijavanje napojne vode i podizanje temperature napojne vode do specificiranog raspona; Četvrti korak, prethodno zagrijana glavna napojna voda se transportuje do generatora pare kako bi apsorbirao toplinu iz primarnog rashladnog sredstva i pretvorio je u paru pod visokim-pritiskom. Ohlađena napojna voda zatim teče nazad kroz cirkulacijski sistem kako bi se završio ciklus hlađenja. Tokom čitavog procesa, sistem za praćenje i kontrolu je u potpunosti uključen, dinamički prilagođavajući radne parametre svake komponente na osnovu promjena u snazi ​​reaktora i statusu rada sistema kako bi se osigurao stabilan, siguran i efikasan ciklus.

Garancija sigurnosti i rukovanje greškama glavnog sistema za hlađenje napojne vode

Bezbedan rad glavnog sistema za hlađenje napojne vode u nuklearnim elektranama je važna garancija za sigurnost nuklearne energije. Zbog teškog radnog okruženja sistema, koji je dugo vremena izložen visokoj temperaturi, visokom pritisku i visokom zračenju, sklon je habanju komponenti, curenju, abnormalnostima u kontroli i drugim kvarovima. Stoga je neophodno uspostaviti čvrst sistem garancije sigurnosti kako bi se postiglo rano otkrivanje i uklanjanje kvarova.

• Sigurnosne mjere

Optimizacija materijala i strukture: Osnovne komponente su napravljene od specijalnih materijala visoke-čvrstoće, otpornosti na koroziju- i radijacije. Na primjer, radno kolo i zaptivka vratila glavne pumpe za napojnu vodu izrađeni su od ultra-niskougljičnog austenitnog nehrđajućeg čelika ili dupleks nerđajućeg čelika. Poziciona osovinica glavnog ventila za regulaciju napojne vode je napravljena od materijala Inconel750 visoke{5}}vrste, zamjenjujući tradicionalne materijale niske čvrstoće, kako bi se poboljšala otpornost na habanje i vijek trajanja komponenti. Istovremeno, optimizirajte strukturni dizajn komponenti kaveza ventila i jezgara ventila, usvojite prozore s malim rupama i optimizirajte njihov raspored prema krivulji protoka, poboljšajte preciznost regulacije i kapacitet protoka i smanjite vibracije i habanje komponenti.

Dizajn dvostruke redundancije: Ključna oprema sistema usvaja redundantnu konfiguraciju "jedan za upotrebu i jedan za rezervnu kopiju" ili "više za upotrebu i jedan za rezervnu kopiju". Na primjer, glavna pumpa napojne vode je obično opremljena sa 2-4 jedinice i odgovarajućim rezervnim pumpama kako bi se osiguralo da kada jedna oprema pokvari, rezervna oprema može brzo biti puštena u rad kako bi se izbjeglo gašenje sistema. U isto vrijeme, kontrolni sistem usvaja dizajn dvostruke redundancije kako bi se spriječilo da sistem izgubi kontrolu zbog kvara jedne kontrolne jedinice.

Inteligentno praćenje i rano upozorenje: Uz pomoć digitalnog blizanca, AI prediktivnog održavanja i drugih tehnologija, vrši se online praćenje statusa ključne opreme kao što su glavne pumpe za napojnu vodu i regulacioni ventili. Kroz analizu spektra vibracija, rekonstrukciju temperaturnog polja i druge metode, nenormalan rad opreme se bilježi u realnom vremenu, a upozorenja o kvarovima se izdaju unaprijed. Nakon usvajanja inteligentnog sistema za praćenje, prosječno vrijeme rada bez problema glavne pumpe za napojnu vodu povećano je sa 18000 sati za tradicionalne modele na preko 32000 sati, značajno smanjujući rizik od neplaniranih isključivanja.

Tehnološka nadogradnja i trend razvoja industrije glavnog sistema za hlađenje napojne vode
Uz kontinuiranu iteraciju tehnologije nuklearne energije i produbljivanje strategije "dvougljične", glavni sistem hlađenja napojne vode nuklearnih elektrana razvija se prema inteligenciji, efikasnosti i lokalizaciji. Tehnološka i industrijska nadogradnja napreduju sinhrono, pružajući snažniju podršku za siguran i efikasan rad nuklearne energije.

• Smjer tehničke nadogradnje

Inteligentna nadogradnja: Integracija tehnologija kao što su Internet stvari, veliki podaci i umjetna inteligencija za izgradnju inteligentnog sistema upravljanja u punom životnom ciklusu, postizanje{0}}praćenja operativnih parametara sistema u stvarnom vremenu, tačna dijagnoza kvarova i inteligentno planiranje rada i održavanja. Na primjer, korištenjem digitalne twin tehnologije za konstruiranje virtuelnog modela glavnog sistema za hlađenje napojne vode, simuliranjem radnog statusa sistema, predviđanjem rizika od kvarova unaprijed, optimizacijom planova rada i održavanja i smanjenjem troškova rada i održavanja.

Efikasna optimizacija: Optimizacijom sistemskih procesa, poboljšanjem strukture opreme i povećanjem termičke efikasnosti i operativne stabilnosti sistema. Na primjer, optimizacija dizajna radnog kola glavne pumpe napojne vode radi poboljšanja efikasnosti transporta i smanjenja potrošnje energije; Optimizirajte proces predgrijavanja dovoda vode, u potpunosti povratite otpadnu toplinu i dodatno poboljšajte efikasnost korištenja energije. Istovremeno, usvojena je tehnologija regulacije brzine konverzije frekvencije za dinamičko podešavanje brzine glavne pumpe napojne vode prema snazi ​​reaktora, postižući rad-uštede energije.

Promocija tehnologije bez curenja: usvajanje tipova pumpi bez curenja, kao što su magnetne pumpe i zaštićene pumpe za zamjenu tradicionalnih pumpi sa zaptivkom vratila, smanjujući rizik od curenja vode, poboljšavajući sigurnost sistema i zaštitu okoliša, dok smanjuju troškove održavanja opreme i prilagođavaju se teškim zahtjevima radnog okruženja nuklearnih elektrana.

• Trendovi razvoja industrije

Sa ubrzanjem odobrenja domaćih nuklearnih projekata i stalnim povećanjem broja jedinica u izgradnji, potražnja tržišta za opremom koja se odnosi na glavni sistem hlađenja napojne vode nastavlja da se oslobađa. Prema procjenama, od 2026. do 2030. očekuje se da će u Kini biti dodano 30-40 novih odobrenih nuklearnih elektrana, što odgovara potražnji za otprilike 120-160 novih nuklearnih pumpi za napojnu vodu. Veličina tržišta će se stalno povećavati. Proces lokalizacije nastavlja da se ubrzava, a stopa lokalizacije glavnih pumpi je premašila 90%. Državna preduzeća kao što su Shanghai Electric, Dongfang Electric i Harbin Electric Group dominiraju domaćim tržištem. Sa kompletnim proizvodnim sistemom i inženjerskim iskustvom, postepeno postižu domaću supstituciju vrhunskih proizvoda i smanjuju zavisnost od uvozne opreme.

U međuvremenu, sa napretkom malih modularnih reaktora (SMR) i demonstracionih projekata tehnologije nuklearne energije četvrte generacije, postepeno će se pojaviti potražnja za novom, efikasnom i kompaktnom glavnom opremom za hlađenje napojne vode, otvarajući nove mogućnosti rasta za industriju. Osim toga, u kontekstu ubrzanog izvoza nuklearne energije u okviru "Inicijative Pojas i put", domaća oprema povezana sa glavnim sistemom hlađenja napojne vode postupno će se kretati prema međunarodnom tržištu, poboljšavajući globalnu konkurentnost kineske opreme za nuklearnu energiju [6].

Glavni sistem za hlađenje napojne vode u nuklearnoj elektrani, kao "pregrada za hlađenje" za nuklearnu sigurnost, je jezgro ciklusa sekundarne petlje nuklearne energije. Njegov stabilan rad direktno je povezan sa sigurnim, efikasnim i niskim-ugljičnim radom nuklearne jedinice. Od optimizacije strukture osnovnih komponenti do nadogradnje inteligencije sistema, od preciznog rukovanja kvarovima do promocije domaće zamjene, svaki tehnološki proboj u glavnom sistemu za hlađenje napojne vode postavio je čvrst temelj za sigurnost nuklearne energije.
U kontekstu energetske tranzicije, uz kontinuirani razvoj tehnologije nuklearne energije, glavni sistem za hlađenje napojne vode nastavit će se kretati prema inteligentnijem, efikasnijem i sigurnijem smjeru, neprestano probijajući ključna tehnološka uska grla, poboljšavajući sistem jamstva sigurnosti, pružajući snažnu podršku visoko-kvalitetnom razvoju kineske nuklearne energetske industrije, postizanju cilja "dvostrukog sigurnog nuklearnog prijenosa čistog ugljika".