Główny system chłodzenia wodą zasilającą elektrowni jądrowej stanowi barierę chłodzącą dla bezpieczeństwa jądrowego

Położenie rdzenia i wartość funkcjonalna głównego układu chłodzenia wody zasilającej
Proces konwersji energii w elektrowni jądrowej obejmuje zasadniczo podgrzewanie chłodziwa w obiegu pierwotnym za pomocą energii cieplnej wytwarzanej w wyniku rozszczepienia jądrowego, a następnie przekazywanie energii cieplnej do głównej wody zasilającej w obiegu wtórnym za pośrednictwem generatora pary, przekształcając wodę zasilającą w-parę pod wysokim ciśnieniem, która napędza turbinę parową do wytwarzania energii. Podstawową funkcją głównego układu chłodzenia wody zasilającej jest zapewnienie stabilnego i kontrolowanego czynnika chłodzącego w tym cyklu, przy jednoczesnym zapewnieniu rozsądnego rozpraszania i odzyskiwania ciepła. Jego wartość funkcjonalna wyraża się głównie w trzech aspektach.

Po pierwsze, należy zapewnić chłodzenie rdzenia reaktora. Rdzeń reaktora jądrowego w sposób ciągły uwalnia dużą ilość energii cieplnej podczas rozszczepienia jądrowego. Jeśli nie uda się go wyeksportować w odpowiednim czasie, doprowadzi to do nagłego wzrostu temperatury wnętrza i poważnych wypadków związanych z bezpieczeństwem. Główny układ chłodzenia wody zasilającej w sposób ciągły dostarcza wodę chłodzącą do wytwornicy pary, pochłania ciepło z chłodziwa pierwotnego i zapewnia utrzymanie temperatury rdzenia na bezpiecznym poziomie, tworząc ważną „barierę chłodzącą” dla bezpieczeństwa reaktora. Według statystyk MAEA, około 12% nieplanowanych przestojów w elektrowniach jądrowych ma związek z awariami systemów wody zasilającej, co pośrednio potwierdza krytyczną wartość bezpieczeństwa głównego systemu chłodzenia wody zasilającej.

Po drugie, utrzymuj stabilność cyklu pętli wtórnej. Główny układ chłodzenia wody zasilającej musi dokładnie regulować natężenie przepływu i temperaturę wody zasilającej w zależności od zmian mocy reaktora, zapewniając stabilne parametry pary na wylocie wytwornicy pary oraz zapewniając ciągłe i kwalifikowane źródło energii dla turbiny. Podczas pracy reaktora przy małej-mocy natężenie przepływu jest regulowane ręcznie za pomocą głównego zaworu sterującego obejścia wody zasilającej; Podczas pracy z dużą-mocą główny zawór regulacyjny wody zasilającej automatycznie interweniuje i dynamicznie dostosowuje się do mocy cieplnej wytwornicy pary, zapewniając ciągłość i stabilność cyklu pętli wtórnej.

Wreszcie, osiągnij efektywne wykorzystanie energii. Główny układ chłodzenia wody zasilającej będzie ją wstępnie podgrzewał podczas procesu chłodzenia, odzyskiwał ciepło odpadowe po kondensacji pary, zmniejszał straty energii i poprawiał sprawność cieplną bloku jądrowego. Jednocześnie, dokładnie kontrolując parametry zaopatrzenia w wodę, zmniejszając zużycie sprzętu i zużycie energii oraz pomagając elektrowniom jądrowym w osiągnięciu długoterminowej-ekonomicznej pracy, spełnia potrzeby w zakresie niskoemisyjnego-i wydajnego rozwoju energii w ramach strategii „dual carbon”.

Architektura składu i zasada działania głównego układu chłodzenia wody zasilającej
Główny system chłodzenia wody zasilającej elektrowni jądrowej to zintegrowany i-precyzyjny, złożony system, składający się głównie z głównej pompy wody zasilającej, głównego zaworu regulacyjnego wody zasilającej, urządzeń do wstępnego podgrzewania wody zasilającej, systemu rurociągów, systemu monitorowania i sterowania oraz sprzętu pomocniczego. Komponenty współpracują ze sobą, tworząc cykl chłodzenia-w zamkniętej pętli, a jego zasada działania opiera się na trzech głównych ogniwach: „regulacji parametrów wymiany ciepła w transporcie wody zasilającej”.

Podstawowe komponenty i ich funkcje

• Główna pompa wody zasilającej: jako „serce energetyczne” systemu odpowiada za dostarczanie-wody zasilającej o wysokiej czystości, przetworzonej przez odgazowywacz, do wytwornicy pary pod wysokim ciśnieniem. Jego warunki pracy są niezwykle trudne i wymagają-długoterminowej, ciągłej pracy w środowisku o wysokiej temperaturze (temperatura wody na wlocie około 220 stopni) i wysokim ciśnieniu (ciśnienie na wylocie może osiągnąć 8-12 MPa). Żywotność projektowa wynosi zwykle nie mniej niż 40 lat, a odporność materiału na korozję i uszczelnienie konstrukcyjne stawiane są niezwykle wysokie wymagania. Obecnie główny nurt w Chinach wykorzystuje szybkie odśrodkowe pompy wody zasilającej, a niektóre zaawansowane jednostki przyjęły zintegrowane rozwiązania w zakresie regulacji prędkości ze zmienną częstotliwością i inteligentnego monitorowania. Niektóre jednostki są również wyposażone w pompy wody zasilającej napędzane parą, aby zapewnić, że na parze pomocniczej można nadal polegać w celu utrzymania pracy i poprawy niezawodności systemu w przypadku przerwy w dostawie prądu w całej instalacji. System modułowy głównej grupy pomp wody zasilającej opracowany przez East China Electric Power Design Institute skutecznie poprawia niezawodność operacyjną systemu i wydajność projektową poprzez integrację pompy wstępnej, silnika, złącza hydraulicznego i pompy głównej.
• Główny zawór regulacyjny wody zasilającej: „ośrodek przepływowy” systemu, pracujący równolegle z głównym zaworem regulacyjnym obejściowym wody zasilającej, odpowiedzialny za dokładną regulację natężenia przepływu wody zasilającej w oparciu o zmiany mocy reaktora i stanu pracy wytwornicy pary. Jego działanie jest bezpośrednio związane ze stabilnością systemu zaopatrzenia w wodę. Jeśli wystąpi awaria, spowoduje to wahania w głównym natężeniu przepływu wody zasilającej, stwarzając zagrożenie dla bezpieczeństwa urządzenia. Typowe usterki obejmują zużyte i zerwane gwinty łączące trzpień zaworu z rdzeniem zaworu, zużycie kolizyjne wewnętrznej ścianki elementu klatki zaworu, nieprawidłowe sprzężenie zwrotne sygnałów lokalizatora itp., które należy rozwiązać poprzez optymalizację konstrukcyjną i ulepszenie materiałów.

Urządzenia do wstępnego podgrzewania wody zasilającej: obejmują głównie podgrzewacze-wysokociśnieniowe, które służą do wstępnego podgrzewania głównej wody zasilającej przy użyciu ciepła odpadowego z ekstrakcji turbiny parowej, podwyższania temperatury wody zasilającej, zmniejszania strat ciepła w generatorze pary i zmniejszania naprężeń termicznych sprzętu, wydłużając w ten sposób żywotność systemu. Po podgrzaniu woda zasilająca wpływa do generatora pary i może skuteczniej absorbować ciepło z obwodu pierwotnego, poprawiając wydajność wytwarzania pary.

 

System monitorowania i kontroli: składający się z różnych czujników, sterowników i siłowników, monitoruje kluczowe parametry, takie jak natężenie przepływu wody, temperaturę i ciśnienie, w czasie rzeczywistym-i umożliwia precyzyjną regulację parametrów za pomocą zautomatyzowanego systemu sterowania. Na przykład poprzez monitorowanie poziomu wody i temperatury wytwornicy pary, prędkość głównej pompy wody zasilającej i otwarcie głównego zaworu sterującego wodą zasilającą są automatycznie dostosowywane, aby zapewnić, że parametry operacyjne systemu zawsze mieszczą się w bezpiecznym zakresie, przy jednoczesnym zapewnieniu-ostrzeżenia w czasie rzeczywistym i reakcji awaryjnej w przypadku usterek.

• Analiza przepływu pracy

Proces pracy głównego układu chłodzenia wody zasilającej można podzielić na cztery kluczowe etapy: pierwszy etap polega na tym, że odgazowywacz przeprowadza obróbkę odpowietrzającą wodę zasilającą, usuwając z wody tlen i inne szkodliwe gazy, zapobiegając korozji rurociągów i urządzeń oraz zapewniając, że czystość wody zasilającej spełnia standardy klasy nuklearnej; Drugim krokiem jest wcześniejsze zwiększenie ciśnienia wlotowego pompy głównej, aby zapobiec kawitacji. Następnie główna pompa wody zasilającej tłoczy uzdatnioną wodę zasilającą pod ciśnieniem i dostarcza ją do podgrzewacza-wysokociśnieniowego; Krok trzeci: podgrzewacz-wysokociśnieniowy wykorzystuje ciepło odpadowe pobierane z turbiny parowej do wstępnego podgrzania wody zasilającej i podniesienia jej temperatury do określonego zakresu; Krok czwarty: wstępnie podgrzana główna woda zasilająca jest transportowana do generatora pary, aby pochłonąć ciepło z głównego chłodziwa i przekształcić je w parę-o wysokim ciśnieniu. Ochłodzona woda zasilająca przepływa następnie z powrotem przez system cyrkulacyjny, aby zakończyć cykl chłodzenia. W cały proces zaangażowany jest system monitorowania i sterowania, dynamicznie dostosowujący parametry operacyjne każdego komponentu w oparciu o zmiany mocy reaktora i stanu pracy systemu, aby zapewnić stabilną, bezpieczną i wydajną pracę cykliczną.

Gwarancja bezpieczeństwa i usuwanie usterek głównego układu chłodzenia wody zasilającej

Bezpieczna praca głównego układu chłodzenia wody zasilającej w elektrowniach jądrowych jest ważną gwarancją bezpieczeństwa energetyki jądrowej. Ze względu na trudne warunki pracy systemu, który przez długi czas jest narażony na działanie wysokiej temperatury, wysokiego ciśnienia i wysokiego promieniowania, jest on podatny na zużycie podzespołów, wycieki, nieprawidłowości w sterowaniu i inne usterki. Dlatego konieczne jest ustanowienie solidnego systemu gwarancji bezpieczeństwa, aby umożliwić wczesne wykrywanie i usuwanie usterek.

• Środki bezpieczeństwa

Optymalizacja materiałów i konstrukcji: główne komponenty są wykonane ze specjalnych materiałów o-wytrzymałości, odporności-na korozję i promieniowanie. Na przykład wirnik i uszczelnienie wału głównej pompy wody zasilającej są wykonane z austenitycznej stali nierdzewnej o ultra-niskiej zawartości węgla lub stali nierdzewnej typu duplex. Trzpień pozycjonujący głównego zaworu regulacyjnego wody zasilającej jest wykonany z-materiału Inconel750 o wysokiej wytrzymałości, który zastępuje tradycyjne materiały o niskiej wytrzymałości, aby poprawić odporność na zużycie i żywotność komponentów. Jednocześnie zoptymalizuj konstrukcję elementów klatki zaworowej i rdzeni zaworów, zastosuj okna z małymi otworami i zoptymalizuj ich rozmieszczenie zgodnie z krzywą przepływu, popraw dokładność regulacji i przepustowość oraz zmniejsz wibracje i zużycie komponentów.

Konstrukcja z podwójną redundancją: Kluczowe wyposażenie systemu przyjmuje konfigurację nadmiarową „jeden do użytku i jeden do tworzenia kopii zapasowych” lub „wiele do użytku i jeden do tworzenia kopii zapasowych”. Na przykład główna pompa wody zasilającej jest zwykle wyposażona w 2-4 jednostki i odpowiadające im pompy rezerwowe, aby zapewnić, że w przypadku awarii jednego urządzenia, sprzęt rezerwowy będzie mógł zostać szybko uruchomiony, aby uniknąć wyłączenia systemu. Jednocześnie w systemie sterowania zastosowano konstrukcję podwójnej redundancji, aby zapobiec utracie kontroli nad systemem z powodu awarii pojedynczej jednostki sterującej.

Inteligentne monitorowanie i wczesne ostrzeganie: za pomocą cyfrowego bliźniaka, konserwacji predykcyjnej AI i innych technologii monitorowane jest online stan kluczowych urządzeń, takich jak główne pompy wody zasilającej i zawory regulacyjne. Dzięki analizie widma drgań, rekonstrukcji pola temperatury i innym metodom nieprawidłowe działanie sprzętu jest rejestrowane w czasie rzeczywistym, a ostrzeżenia o usterkach są wysyłane z wyprzedzeniem. Dzięki zastosowaniu inteligentnego systemu monitorowania średni czas bezawaryjnej pracy głównej pompy wody zasilającej został zwiększony z 18 000 godzin dla modeli tradycyjnych do ponad 32 000 godzin, znacznie zmniejszając ryzyko nieplanowanych przestojów.

Modernizacja technologiczna i trend rozwoju przemysłu głównego układu chłodzenia wody zasilającej
Wraz z ciągłym udoskonalaniem technologii energetyki jądrowej i pogłębianiem strategii „podwójnego węgla”, główny system chłodzenia wody zasilającej elektrowni jądrowych rozwija się w kierunku inteligencji, wydajności i lokalizacji. Modernizacja technologiczna i modernizacja przemysłowa postępują synchronicznie, zapewniając silniejsze wsparcie dla bezpiecznego i wydajnego funkcjonowania energetyki jądrowej.

• Kierunek modernizacji technicznej

Inteligentna aktualizacja: integrowanie technologii, takich jak Internet rzeczy, duże zbiory danych i sztuczna inteligencja, w celu zbudowania inteligentnego systemu zarządzania obejmującego cały cykl życia, umożliwiającego monitorowanie-w czasie rzeczywistym parametrów operacyjnych systemu, dokładną diagnostykę usterek oraz inteligentne planowanie operacji i konserwacji. Na przykład poprzez wykorzystanie technologii cyfrowych bliźniaków do zbudowania wirtualnego modelu głównego systemu chłodzenia wody zasilającej, symulowania stanu operacyjnego systemu, przewidywania z wyprzedzeniem ryzyka usterek, optymalizacji planów eksploatacji i konserwacji oraz zmniejszania kosztów eksploatacji i konserwacji.

Efektywna optymalizacja: poprzez optymalizację procesów systemowych, poprawę struktury sprzętu oraz zwiększenie wydajności cieplnej systemu i stabilności operacyjnej. Na przykład optymalizacja konstrukcji wirnika głównej pompy wody zasilającej w celu poprawy wydajności transportu i zmniejszenia zużycia energii; Zoptymalizuj proces wstępnego podgrzewania wody, w pełni odzyskuj ciepło odpadowe i dalsza poprawa efektywności wykorzystania energii. Jednocześnie zastosowano technologię regulacji prędkości z konwersją częstotliwości, aby dynamicznie dostosowywać prędkość głównej pompy wody zasilającej w zależności od mocy reaktora, uzyskując-oszczędność energii.

Promowanie technologii pozbawionej wycieków: przyjęcie bezszczelnych typów pomp, takich jak pompy magnetyczne i pompy ekranowane, w celu zastąpienia tradycyjnych pomp z uszczelnieniem wału, zmniejszając ryzyko wycieku wody, poprawiając bezpieczeństwo systemu i ochronę środowiska, przy jednoczesnym obniżeniu kosztów konserwacji sprzętu i dostosowaniu do trudnych wymagań środowiskowych pracy elektrowni jądrowych.

• Trendy rozwoju branży

Wraz z przyspieszaniem uzyskiwania pozwoleń na projekty krajowej energetyki jądrowej oraz systematycznym wzrostem liczby bloków w budowie, zapotrzebowanie rynku na urządzenia związane z głównym systemem chłodzenia wody zasilającej stale rośnie. Według szacunków w latach 2026–2030 oczekuje się, że w Chinach powstanie 30-40 nowych zatwierdzonych bloków jądrowych, co odpowiada zapotrzebowaniu na około 120–160 nowych jądrowych pomp wody zasilającej. Wielkość rynku będzie stale rosnąć. Proces lokalizacji stale przyspiesza, a wskaźnik lokalizacji głównych pomp przekroczył 90%. Na rynku krajowym dominują przedsiębiorstwa państwowe, takie jak Shanghai Electric, Dongfang Electric i Harbin Electric Group. Dzięki kompletnemu systemowi produkcyjnemu i doświadczeniu inżynieryjnemu stopniowo osiągają krajową substytucję wysokiej klasy produktów i zmniejszają zależność od importowanego sprzętu.

Tymczasem wraz z rozwojem małych reaktorów modułowych (SMR) i projektami demonstracyjnymi technologii energetyki jądrowej czwartej generacji, stopniowo będzie pojawiać się zapotrzebowanie na nowe, wydajne i kompaktowe urządzenia do chłodzenia głównej wody zasilającej, otwierając nowe możliwości rozwoju dla branży. Ponadto, w kontekście przyspieszonego eksportu energii jądrowej w ramach „Inicjatywy Pasa i Szlaku”, krajowe urządzenia związane z głównymi systemami chłodzenia wody zasilającej będą stopniowo przesuwane w stronę rynku międzynarodowego, poprawiając globalną konkurencyjność chińskiego sprzętu energetyki jądrowej [6].

Główny system chłodzenia wody zasilającej elektrowni jądrowej, stanowiący „barierę chłodzącą” zapewniającą bezpieczeństwo jądrowe, stanowi główny węzeł cyklu pętli wtórnej energii jądrowej. Jego stabilna praca jest bezpośrednio powiązana z bezpieczną, wydajną i niskoemisyjną-pracą bloku jądrowego. Od optymalizacji struktury podstawowych komponentów po unowocześnienie inteligencji systemu, od precyzyjnego usuwania usterek po promowanie zamienników na potrzeby własne – każdy przełom technologiczny w głównym systemie chłodzenia wody zasilającej położył solidny fundament pod bezpieczeństwo energetyki jądrowej.
W kontekście transformacji energetycznej, wraz z ciągłym rozwojem technologii energetyki jądrowej, główny system chłodzenia wody zasilającej będzie w dalszym ciągu zmierzał w kierunku bardziej inteligentnego, wydajnego i bezpiecznego, stale pokonując kluczowe wąskie gardła technologiczne, ulepszając system gwarancji bezpieczeństwa, zapewniając silne wsparcie dla-jakościowego rozwoju chińskiego przemysłu energetyki jądrowej, osiągając cel „dwuemisyjnego” i zapewniając bezpieczny transport czystej energii jądrowej na każdym poziomie.