Bir Nükleer Santralin Ana Besleme Suyu Soğutma Sistemi Nükleer Güvenlik İçin Bir Soğutma Bariyeridir

Ana besleme suyu soğutma sisteminin çekirdek konumu ve işlevsel değeri
Bir nükleer enerji santralinin enerji dönüşüm süreci, temel olarak nükleer fisyon tarafından üretilen termal enerji yoluyla birincil devredeki soğutucunun ısıtılmasını ve ardından termal enerjinin bir buhar jeneratörü aracılığıyla ikincil devredeki ana besleme suyuna aktarılmasını, besleme suyunun enerji üretimi için buhar türbinini çalıştırmak üzere yüksek-basınçlı buhara dönüştürülmesini içerir. Ana besleme suyu soğutma sisteminin temel işlevi, bu döngü için istikrarlı ve kontrol edilebilir bir soğutma ortamı sağlarken makul ısı dağıtımı ve geri kazanımı sağlamaktır. İşlevsel değeri temel olarak üç açıdan yansıtılmaktadır.

Öncelikle reaktör çekirdeğinin soğutulmasını sağlayın. Bir nükleer reaktörün çekirdeği, nükleer fisyon sırasında sürekli olarak büyük miktarda ısı enerjisi açığa çıkarır. Zamanında ihraç edilememesi durumunda çekirdek sıcaklığının ani yükselmesine neden olacak ve ciddi güvenlik kazalarına neden olacaktır. Ana besleme suyu soğutma sistemi sürekli olarak soğutma besleme suyunu buhar jeneratörüne iletir, birincil soğutucudan ısıyı emer ve çekirdek sıcaklığının güvenli bir eşik dahilinde tutulmasını sağlayarak reaktör güvenliği için önemli bir "soğutma bariyeri" oluşturur. UAEA istatistiklerine göre, nükleer santrallerdeki plansız kapanmaların yaklaşık %12'si besleme suyu sistemi arızalarıyla ilgilidir ve bu da dolaylı olarak ana besleme suyu soğutma sisteminin kritik güvenlik değerini doğrulamaktadır.

İkinci olarak, ikincil döngü döngüsünün stabilitesini koruyun. Ana besleme suyu soğutma sisteminin, reaktör gücündeki değişikliklere göre besleme suyu akış hızını ve sıcaklığını doğru bir şekilde ayarlaması, buhar jeneratörü çıkışında sabit buhar parametreleri sağlaması ve türbin için sürekli ve kaliteli bir güç kaynağı sağlaması gerekir. Reaktörün düşük-güçte çalışması sırasında akış hızı, ana besleme suyu baypas kontrol vanası tarafından manuel olarak ayarlanır; Yüksek güçte çalışma sırasında, ana besleme suyu düzenleme vanası otomatik olarak müdahale eder ve buhar jeneratörünün termal gücüne göre dinamik olarak ayarlama yaparak ikincil döngü döngüsünün sürekliliğini ve stabilitesini sağlar.

Son olarak, enerjinin verimli kullanımını sağlayın. Ana besleme suyu soğutma sistemi, soğutma işlemi sırasında besleme suyunu ön ısıtacak, buhar yoğunlaşmasından sonra atık ısıyı geri kazanacak, enerji kaybını azaltacak ve nükleer güç ünitesinin termal verimliliğini artıracaktır. Aynı zamanda, su temini parametrelerini doğru bir şekilde kontrol ederek, ekipman aşınmasını ve enerji tüketimini azaltarak ve nükleer güç ünitelerinin uzun-vadeli ekonomik çalışmasına yardımcı olarak, "çift karbon" stratejisi kapsamında düşük-karbonlu ve verimli enerji geliştirme ihtiyaçlarını karşılamaktadır.

Ana besleme suyu soğutma sisteminin kompozisyon mimarisi ve çalışma prensibi
Bir nükleer enerji santralinin ana besleme suyu soğutma sistemi, temel olarak ana besleme suyu pompası, ana besleme suyu düzenleme vanası, besleme suyu ön ısıtma ekipmanı, boru hattı sistemi, izleme ve kontrol sistemi ve yardımcı ekipmandan oluşan entegre ve yüksek{0}}hassasiyete sahip karmaşık bir sistemdir. Bileşenler kapalı bir-döngü soğutma döngüsü oluşturmak için birlikte çalışır ve çalışma prensibi, "besleme suyu taşıma ısı değişim parametresi ayarının" üç temel bağlantısı etrafında döner.

Temel bileşenler ve işlevleri

• Ana besleme suyu pompası: Sistemin "güç kalbi" olarak, hava giderici tarafından işlenen yüksek-saflıktaki besleme suyunu yüksek basınçta buhar jeneratörüne iletmekten sorumludur. Çalışma koşulları son derece zorludur ve yüksek sıcaklık (giriş suyu sıcaklığı yaklaşık 220 derece) ve yüksek basınç (çıkış basıncı 8-12 MPa'ya ulaşabilir) ortamlarda uzun-süreli sürekli çalışma gerektirir. Tasarım ömrü genellikle 40 yıldan az değildir ve malzemenin korozyon direnci ve yapısal sızdırmazlık konusunda son derece yüksek gereksinimler vardır. Şu anda, Çin'deki ana akım yüksek hızlı santrifüj ana besleme suyu pompalarını benimsiyor ve bazı gelişmiş birimler, değişken frekans hız düzenlemesi ve akıllı izlemenin entegre çözümlerini benimsiyor. Bazı üniteler ayrıca, tesisin tamamında bir elektrik kesintisi durumunda çalışmayı sürdürmek ve sistem güvenilirliğini artırmak için yardımcı buhara güvenilebilmesini sağlamak amacıyla buharla çalışan besleme suyu pompalarıyla da donatılmıştır. Doğu Çin Elektrik Gücü Tasarım Enstitüsü tarafından geliştirilen ana besleme suyu pompası grubunun modüler sistemi, ön pompayı, motoru, hidrolik kaplini ve ana pompayı entegre ederek sistemin operasyonel güvenilirliğini ve tasarım verimliliğini etkili bir şekilde artırır.
• Ana besleme suyu kontrol vanası: sistemin ana besleme suyu bypass kontrol vanasıyla paralel çalışan "akış merkezi" olup, reaktör gücündeki ve buhar jeneratörü çalışma durumundaki değişikliklere bağlı olarak besleme suyu akış hızının doğru şekilde ayarlanmasından sorumludur. Performansı doğrudan su tedarik sisteminin stabilitesi ile ilgilidir. Bir arıza meydana gelirse, ana besleme suyu debisinde dalgalanmalara neden olacak ve ünitenin güvenliği için tehdit oluşturacaktır. Yaygın hatalar arasında valf gövdesi ile valf çekirdeğini birbirine bağlayan aşınmış ve kırık dişler, valf kafesi bileşeninin iç duvarındaki çarpışma aşınması, konumlayıcı sinyallerinin anormal geri bildirimi vb. yer alır ve bunların yapısal optimizasyon ve malzeme yükseltme yoluyla çözülmesi gerekir.

Besleme suyu ön ısıtma ekipmanı: temel olarak, buhar türbini ekstraksiyonundan kaynaklanan atık ısıyı kullanarak ana besleme suyunu ön ısıtmak, besleme suyu sıcaklığını artırmak, buhar jeneratöründeki ısı kaybını azaltmak ve ekipmanın termal stresini azaltarak sistemin hizmet ömrünü uzatmak için kullanılan yüksek-basınçlı ısıtıcıları içerir. Ön ısıtmanın ardından besleme suyu buhar jeneratörüne girer ve birincil devreden ısıyı daha verimli bir şekilde emerek buhar üretim verimliliğini artırır.

 

İzleme ve Kontrol Sistemi: Çeşitli sensörler, kontrolörler ve aktüatörlerden oluşan bu sistem, su akış hızı, sıcaklık ve basınç gibi temel parametreleri gerçek zamanlı olarak-izler ve otomatik kontrol sistemi aracılığıyla hassas parametre ayarlaması gerçekleştirir. Örneğin, buhar jeneratörünün su seviyesi ve sıcaklığı izlenerek, ana besleme suyu pompasının hızı ve ana besleme suyu kontrol vanasının açılması, sistemin çalışma parametrelerinin her zaman güvenli bir aralıkta olmasını sağlamak için otomatik olarak ayarlanır ve aynı zamanda gerçek-zamanlı uyarı ve arızalara acil müdahale sağlanır.

• İş akışı analizi

Ana besleme suyu soğutma sisteminin çalışma süreci dört temel adıma ayrılabilir: ilk adım, hava gidericinin besleme suyunda hava giderme işlemi gerçekleştirmesi, oksijeni ve diğer zararlı gazları sudan uzaklaştırması, boru hattı ve ekipman korozyonunu önlemesi ve besleme suyu saflığının nükleer sınıf standartlarını karşılamasını sağlamasıdır; İkinci adım, kavitasyonu önlemek için ana pompanın giriş basıncını önceden arttırmaktır. Daha sonra ana besleme suyu pompası, arıtılmış besleme suyunu basınçlandırır ve bunu yüksek-basınçlı ısıtıcıya iletir; Üçüncü adım, yüksek-basınçlı ısıtıcı, besleme suyunu ön ısıtmak ve besleme suyu sıcaklığını belirtilen aralığa yükseltmek için buhar türbininden alınan atık ısıyı kullanır; Dördüncü adım, önceden ısıtılmış ana besleme suyu, birincil soğutucudan ısının emilmesi ve bunu yüksek-basınçlı buhara dönüştürmek için buhar jeneratörüne taşınır. Soğutulan besleme suyu daha sonra soğutma döngüsünü tamamlamak için sirkülasyon sisteminden geri akar. Tüm süreç boyunca, izleme ve kontrol sistemi tamamen dahil olup, kararlı, güvenli ve verimli bir döngü sağlamak için reaktör gücündeki ve sistem çalışma durumundaki değişikliklere dayalı olarak her bir bileşenin çalışma parametrelerini dinamik olarak ayarlar.

Ana besleme suyu soğutma sisteminin güvenlik garantisi ve arıza yönetimi

Nükleer santrallerde ana besleme suyu soğutma sisteminin güvenli bir şekilde çalışması, nükleer enerji güvenliğinin önemli bir garantisidir. Uzun süre yüksek sıcaklığa, yüksek basınca ve yüksek radyasyona maruz kalan sistemin zorlu çalışma ortamı nedeniyle bileşen aşınması, sızıntı, kontrol anormallikleri ve diğer hatalara yatkındır. Bu nedenle arızaların erken tespiti ve giderilmesi için sağlam bir güvenlik garanti sisteminin kurulması gerekmektedir.

• Güvenlik önlemleri

Malzeme ve yapısal optimizasyon: Temel bileşenler yüksek-mukavemetli, korozyona-dirençli ve radyasyona dayanıklı özel malzemelerden yapılmıştır. Örneğin, ana besleme suyu pompasının pervanesi ve salmastrası ultra-düşük karbonlu östenitik paslanmaz çelikten veya dubleks paslanmaz çelikten yapılmıştır. Ana besleme suyu düzenleme vanasının konumlandırma pimi, bileşenlerin aşınma direncini ve servis ömrünü artırmak için geleneksel düşük mukavemetli malzemelerin yerine yüksek-mukavemetli Inconel750 malzemeden yapılmıştır. Aynı zamanda, valf kafesi bileşenlerinin ve valf çekirdeklerinin yapısal tasarımını optimize edin, küçük delikli pencereleri benimseyin ve bunların düzenini akış eğrisine göre optimize edin, düzenleme doğruluğunu ve akış kapasitesini iyileştirin ve bileşen titreşimini ve aşınmasını azaltın.

Çift yedeklilik tasarımı: Sistemin temel ekipmanı, "biri kullanım için, biri yedekleme için" veya "çoklu kullanım için ve bir tanesi yedekleme için" yedekli bir yapılandırmayı benimser. Örneğin, ana besleme suyu pompası genellikle 2-4 ünite ve karşılık gelen yedek pompalarla donatılarak, bir ekipman arızalandığında sistemin kapanmasını önlemek için yedek ekipmanın hızlı bir şekilde devreye alınabilmesini sağlar. Aynı zamanda kontrol sistemi, tek bir kontrol ünitesinin arızalanması nedeniyle sistemin kontrolü kaybetmesini önlemek için ikili yedeklilik tasarımını benimser.

Akıllı izleme ve erken uyarı: Dijital ikiz, yapay zeka öngörücü bakım ve diğer teknolojilerin yardımıyla, ana besleme suyu pompaları ve düzenleme vanaları gibi önemli ekipmanların çevrimiçi durum izlemesi gerçekleştirilir. Titreşim spektrumu analizi, sıcaklık alanının yeniden yapılandırılması ve diğer yöntemler aracılığıyla, anormal ekipman çalışması gerçek zamanlı olarak yakalanır ve arıza uyarıları önceden verilir. Akıllı bir izleme sisteminin benimsenmesinin ardından, ana besleme suyu pompasının ortalama sorunsuz çalışma süresi, geleneksel modeller için 18.000 saatten 32.000 saatin üzerine çıkarıldı; bu da plansız kapanma riskini önemli ölçüde azalttı.

Ana besleme suyu soğutma sisteminin teknolojik yükseltme ve endüstri geliştirme eğilimi
Nükleer enerji teknolojisinin sürekli yenilenmesi ve "çift karbon" stratejisinin derinleştirilmesiyle birlikte, nükleer santrallerin ana besleme suyu soğutma sistemi akıl, verimlilik ve yerelleştirmeye yönelik olarak gelişmektedir. Teknolojik iyileştirme ve endüstriyel iyileştirme eşzamanlı olarak ilerlemekte ve nükleer enerjinin güvenli ve verimli çalışması için daha güçlü bir destek sağlamaktadır.

• Teknik yükseltme yönü

Akıllı yükseltme: Tam yaşam döngüsüne sahip bir akıllı yönetim sistemi oluşturmak için Nesnelerin İnterneti, büyük veri ve yapay zeka gibi teknolojilerin entegre edilmesi, sistem işletim parametrelerinin gerçek zamanlı-izlenmesi, doğru hata teşhisi ve akıllı operasyon ve bakım planlamasının sağlanması. Örneğin, ana besleme suyu soğutma sisteminin sanal bir modelini oluşturmak için dijital ikiz teknolojisini kullanarak, sistemin çalışma durumunu simüle ederek, arıza risklerini önceden tahmin ederek, işletme ve bakım planlarını optimize ederek ve işletme ve bakım maliyetlerini azaltarak.

Verimli optimizasyon: Sistem süreçlerini optimize ederek, ekipman yapısını iyileştirerek ve sistemin termal verimliliğini ve operasyonel kararlılığını geliştirerek. Örneğin, taşıma verimliliğini artırmak ve enerji tüketimini azaltmak için ana besleme suyu pompasının pervane tasarımının optimize edilmesi; Su kaynağının ön ısıtma sürecini optimize edin, atık ısıyı tamamen geri kazanın ve enerji kullanım verimliliğini daha da artırın. Aynı zamanda, ana besleme suyu pompasının hızını reaktör gücüne göre dinamik olarak ayarlamak için frekans dönüşüm hızı düzenleme teknolojisi benimsenerek enerji-tasarruflu çalışma sağlanır.

Sızıntısız teknolojinin teşvik edilmesi: Geleneksel salmastralı pompaların yerine manyetik pompalar ve korumalı pompalar gibi sızdırmaz pompa türlerinin benimsenmesi, su sızıntısı riskinin azaltılması, sistem güvenliğinin ve çevre korumanın iyileştirilmesi, ekipman bakım maliyetlerinin azaltılması ve nükleer enerji santrallerinin zorlu çalışma ortamı gereksinimlerine uyum sağlanması.

• Endüstri Gelişim Trendleri

Yerli nükleer enerji proje onaylarının hızlanması ve inşaat halindeki ünite sayısındaki istikrarlı artışla birlikte, ana besleme suyu soğutma sistemi ile ilgili ekipmana yönelik piyasa talebi serbest kalmaya devam ediyor. Tahminlere göre, 2026'dan 2030'a kadar Çin'de 30-40 yeni onaylı nükleer güç ünitesinin eklenmesi bekleniyor; bu da yaklaşık 120-160 yeni nükleer besleme suyu pompası talebine karşılık geliyor. Pazar büyüklüğü giderek artacak. Yerlileştirme süreci hızlanarak devam ediyor ve ana pompaların yerlilik oranı %90'ı aştı. Shanghai Electric, Dongfang Electric ve Harbin Electric Group gibi devlete ait şirketler iç pazara hakim durumda. Eksiksiz bir üretim sistemi ve mühendislik deneyimiyle, ileri teknoloji ürünlerin yerli ikamesini kademeli olarak başarıyorlar ve ithal ekipmanlara olan bağımlılığı azaltıyorlar.

Bu arada, küçük modüler reaktörlerin (SMR'ler) ve dördüncü nesil nükleer enerji teknolojisi tanıtım projelerinin ilerlemesiyle birlikte, yeni, verimli ve kompakt ana besleme suyu soğutma ekipmanlarına olan talep yavaş yavaş ortaya çıkacak ve sektör için yeni büyüme fırsatlarının önünü açacak. Buna ek olarak, "Kuşak ve Yol Girişimi" kapsamında nükleer enerjinin hızlandırılmış ihracatı bağlamında, yerli ana besleme suyu soğutma sistemi ile ilgili ekipmanlar kademeli olarak uluslararası pazara doğru ilerleyecek ve Çin'in nükleer enerji ekipmanlarının küresel rekabet gücünü artıracaktır [6].

Bir nükleer enerji santralinin ana besleme suyu soğutma sistemi, nükleer güvenlik için bir "soğutma bariyeri" olarak, nükleer enerjinin ikincil döngü döngüsünün temel merkezidir. Kararlı çalışması, nükleer güç ünitesinin güvenli, verimli ve düşük-karbonlu çalışmasıyla doğrudan ilgilidir. Temel bileşenlerin yapısının optimize edilmesinden sistemin zekasının yükseltilmesine, hassas arıza yönetiminden yerli ikamenin teşvik edilmesine kadar, ana besleme suyu soğutma sistemindeki her teknolojik atılım, nükleer enerji güvenliği için sağlam bir temel oluşturmuştur.
Enerji geçişi bağlamında, nükleer enerji teknolojisinin sürekli gelişmesiyle birlikte, ana besleme suyu soğutma sistemi daha akıllı, verimli ve güvenli bir yöne doğru ilerlemeye devam edecek, sürekli olarak temel teknolojik darboğazları aşacak, güvenlik garanti sistemini geliştirecek, Çin'in nükleer enerji endüstrisinin yüksek-kaliteli gelişimi için güçlü destek sağlayacak, "çift karbon" hedefine ulaşacak ve temiz nükleer enerjinin her düzeyde güvenli bir şekilde taşınmasını güvence altına alacaktır.