Основната система за охлаждане на захранваща вода на атомна електроцентрала е охлаждаща бариера за ядрената безопасност

Основното позициониране и функционалната стойност на основната система за охлаждане на захранващата вода
Процесът на преобразуване на енергията на атомна електроцентрала по същество включва нагряване на охлаждащата течност в първичната верига чрез топлинната енергия, генерирана от ядреното делене, и след това прехвърляне на топлинната енергия към основната захранваща вода във вторичната верига чрез парогенератор, превръщайки захранващата вода в пара с високо-налягане, за да задвижи парната турбина за производство на електроенергия. Основната функция на основната система за охлаждане на захранващата вода е да осигури стабилна и контролируема охлаждаща среда за този цикъл, като същевременно се постига разумно разсейване и възстановяване на топлината. Неговата функционална стойност се отразява главно в три аспекта.

Първо, осигурете охлаждането на активната зона на реактора. Ядрото на ядрен реактор непрекъснато освобождава голямо количество топлинна енергия по време на ядрено делене. Ако не може да бъде експортиран своевременно, това ще доведе до внезапно повишаване на температурата в сърцевината и ще причини сериозни инциденти, свързани с безопасността. Основната система за охлаждане на захранващата вода непрекъснато доставя охлаждаща захранваща вода към парогенератора, абсорбира топлина от първичния охлаждащ агент и гарантира, че температурата на сърцевината се поддържа в рамките на безопасен праг, образувайки важна "охлаждаща бариера" за безопасността на реактора. Според статистиката на МААЕ приблизително 12% от непланираните спирания на атомните електроцентрали са свързани с повреди на системата за захранваща вода, което косвено потвърждава критичната стойност на безопасност на основната система за охлаждане на захранващата вода.

Второ, поддържайте стабилността на вторичния цикъл. Основната система за охлаждане на захранващата вода трябва точно да регулира скоростта и температурата на потока на захранващата вода в съответствие с промените в мощността на реактора, осигурявайки стабилни параметри на парата на изхода на парогенератора и осигурявайки непрекъснат и квалифициран източник на енергия за турбината. По време на-работа на реактора с ниска мощност, скоростта на потока се регулира ръчно от главния байпасен клапан за захранваща вода; По време на работа с висока-мощност главният регулиращ клапан на захранващата вода автоматично се намесва и динамично се настройва според топлинната мощност на парогенератора, осигурявайки непрекъснатост и стабилност на цикъла на вторичния контур.

И накрая, постигнете ефективно използване на енергията. Основната система за охлаждане на захранващата вода ще подгрява предварително захранващата вода по време на процеса на охлаждане, ще възстановява отпадната топлина след кондензация на пара, ще намалява загубата на енергия и ще подобрява топлинната ефективност на ядрения енергиен блок. В същото време, чрез прецизно контролиране на параметрите на водоснабдяването, намаляване на износването на оборудването и потреблението на енергия и подпомагане на ядрените енергийни блокове да постигнат дългосрочна-икономична работа, той отговаря на нуждите от ниско-въглеродно и ефективно енергийно развитие съгласно стратегията за „двоен въглерод“.

Архитектурата на състава и принципът на работа на основната система за охлаждане на захранващата вода
Основната система за охлаждане на захранваща вода на атомна електроцентрала е интегрирана и високо{0}}прецизна сложна система, съставена главно от главна помпа за захранваща вода, главен регулиращ клапан за захранваща вода, оборудване за предварително нагряване на захранваща вода, тръбопроводна система, система за наблюдение и управление и спомагателно оборудване. Компонентите работят заедно, за да образуват затворен -цикличен цикъл на охлаждане и неговият принцип на работа се върти около трите основни връзки на „регулиране на параметъра за топлообмен на транспортиране на захранваща вода“.

Основни компоненти и техните функции

• Главна помпа за захранваща вода: Като „мощно сърце“ на системата, тя е отговорна за доставянето на високо-чиста захранваща вода, обработена от обезвъздушителя, към парогенератора при високо налягане. Неговите работни условия са изключително тежки, изискващи дългосрочна-продължителна работа при висока температура (температура на входящата вода от около 220 градуса) и високо налягане (изходното налягане може да достигне 8-12 MPa) среда. Проектният живот обикновено е не по-малко от 40 години и се поставят изключително високи изисквания за устойчивост на корозия на материала и структурно уплътнение. Понастоящем основното течение в Китай приема високоскоростни центробежни главни помпи за захранваща вода, а някои усъвършенствани устройства са приели интегрирани решения за регулиране на скоростта с променлива честота и интелигентно наблюдение. Някои модули също са оборудвани с помпи за захранваща вода, задвижвани от пара, за да се гарантира, че все още може да се разчита на спомагателна пара за поддържане на работата и подобряване на надеждността на системата в случай на прекъсване на захранването в цялата инсталация. Модулната система на основната група помпи за захранваща вода, разработена от East China Electric Power Design Institute, ефективно подобрява оперативната надеждност на системата и ефективността на дизайна чрез интегриране на предпомпа, мотор, хидравличен съединител и главна помпа.
• Главен контролен клапан за захранваща вода: "центърът на потока" на системата, работещ паралелно с главния байпасен контролен клапан за захранваща вода, отговорен за точното регулиране на дебита на захранващата вода въз основа на промените в мощността на реактора и работното състояние на парогенератора. Неговата производителност е пряко свързана със стабилността на водоснабдителната система. Ако възникне повреда, това ще причини колебания в дебита на основната захранваща вода, което представлява заплаха за безопасността на модула. Често срещаните неизправности включват износени и счупени резби, свързващи стеблото на клапана и сърцевината на клапана, износване при сблъсък на вътрешната стена на компонента на клетката на клапана, необичайна обратна връзка на сигналите на локатора и т.н., които трябва да бъдат решени чрез структурна оптимизация и надграждане на материала.

Оборудване за предварително загряване на захранващата вода: основно включва нагреватели с високо-налягане, които се използват за предварително загряване на основната захранваща вода, като се използва отпадъчната топлина от извличането на парна турбина, повишават температурата на захранващата вода, намаляват топлинните загуби в парогенератора и намаляват топлинния стрес на оборудването, като по този начин удължават експлоатационния живот на системата. След предварително загряване захранващата вода влиза в парогенератора и може по-ефективно да абсорбира топлината от първичната верига, подобрявайки ефективността на генерирането на пара.

 

Система за наблюдение и контрол: Съставена от различни сензори, контролери и изпълнителни механизми, тя следи ключови параметри като дебит на водата, температура и налягане в реално-време и постига прецизна настройка на параметрите чрез автоматизирана система за управление. Например, чрез наблюдение на нивото на водата и температурата на парогенератора, скоростта на главната помпа за захранваща вода и отварянето на главния контролен клапан на захранващата вода се регулират автоматично, за да се гарантира, че работните параметри на системата са винаги в безопасен диапазон, като същевременно се постига предупреждение в реално-време и спешна реакция при неизправности.

• Анализ на работния процес

Работният процес на основната система за охлаждане на захранващата вода може да бъде разделен на четири ключови стъпки: първата стъпка е, че деаераторът извършва обезвъздушаваща обработка на захранващата вода, премахвайки кислорода и други вредни газове от водата, предотвратявайки корозията на тръбопроводите и оборудването и гарантирайки, че чистотата на захранващата вода отговаря на стандартите за ядрено качество; Втората стъпка е предварително да се увеличи входното налягане на главната помпа, за да се предотврати кавитация. След това главната помпа за захранваща вода поставя под налягане обработената захранваща вода и я доставя към нагревателя за високо-налягане; Трета стъпка, нагревателят под високо{2}}налягане използва отпадъчната топлина, извлечена от парната турбина, за предварително загряване на захранващата вода и повишаване на температурата на захранващата вода до определения диапазон; Четвърта стъпка, предварително загрятата основна захранваща вода се транспортира до парогенератора, за да абсорбира топлината от първичния охладител и да я преобразува в пара под високо-налягане. След това охладената захранваща вода се връща обратно през циркулационната система, за да завърши цикъла на охлаждане. По време на целия процес системата за мониторинг и контрол е напълно включена, като динамично регулира работните параметри на всеки компонент въз основа на промените в мощността на реактора и състоянието на работа на системата, за да осигури стабилно, безопасно и ефективно цикличност.

Гаранция за безопасност и отстраняване на неизправности на основната система за охлаждане на захранващата вода

Безопасната работа на основната система за охлаждане на захранващата вода в атомните електроцентрали е важна гаранция за безопасността на ядрената енергия. Поради суровата работна среда на системата, която е изложена на висока температура, високо налягане и силна радиация за дълго време, тя е предразположена към износване на компоненти, течове, аномалии в управлението и други неизправности. Следователно е необходимо да се създаде стабилна система за гарантиране на безопасността, за да се постигне ранно откриване и отстраняване на неизправности.

• Мерки за сигурност

Материална и структурна оптимизация: Основните компоненти са изработени от специални материали с висока{0}}якост, устойчивост на-корозия и радиация. Например, работното колело и уплътнението на вала на главната помпа за захранваща вода са направени от ултра-нисковъглеродна аустенитна неръждаема стомана или дуплексна неръждаема стомана. Позициониращият щифт на главния регулиращ вентил за захранваща вода е направен от -материал Inconel750 с висока якост, заместващ традиционните материали с ниска якост, за подобряване на устойчивостта на износване и експлоатационния живот на компонентите. В същото време оптимизирайте структурния дизайн на компонентите на клапанните клетки и сърцевините на клапаните, приемете прозорци с малки отвори и оптимизирайте разположението им според кривата на потока, подобрете точността на регулиране и капацитета на потока и намалете вибрациите и износването на компонентите.

Дизайн с двойно резервиране: Ключовото оборудване на системата приема резервирана конфигурация на „един за използване и един за резервно копие“ или „множество за използване и едно за резервно копие“. Например, основната помпа за захранваща вода обикновено е оборудвана с 2-4 единици и съответните резервни помпи, за да се гарантира, че когато едно оборудване се повреди, резервното оборудване може бързо да бъде пуснато в експлоатация, за да се избегне спирането на системата. В същото време системата за управление приема дизайн с двойно резервиране, за да предотврати загубата на контрол на системата поради повреда на един контролен блок.

Интелигентен мониторинг и ранно предупреждение: С помощта на дигитален близнак, AI предсказуема поддръжка и други технологии се извършва онлайн мониторинг на състоянието на ключово оборудване като главни помпи за захранваща вода и регулиращи клапани. Чрез анализ на вибрационния спектър, реконструкция на температурното поле и други методи, ненормалната работа на оборудването се улавя в реално време и се издават предупреждения за неизправности предварително. След приемането на интелигентна система за мониторинг, средното време за безпроблемна работа на главната помпа за захранваща вода е увеличено от 18 000 часа за традиционните модели до над 32 000 часа, което значително намалява риска от непланирани спирания.

Технологична модернизация и тенденция за развитие на индустрията на основната система за охлаждане на захранващата вода
С непрекъснатото итериране на технологиите за ядрена енергия и задълбочаването на стратегията за "двоен въглерод", основната система за охлаждане на захранващата вода на атомните електроцентрали се развива към интелигентност, ефективност и локализация. Технологичната модернизация и индустриалната модернизация напредват синхронно, осигурявайки по-силна подкрепа за безопасното и ефективно функциониране на ядрената енергия.

• Насока за техническо надграждане

Интелигентно надграждане: Интегриране на технологии като Интернет на нещата, големи данни и изкуствен интелект за изграждане на интелигентна система за управление с пълен жизнен цикъл, постигане на мониторинг в реално-време на работните параметри на системата, точна диагностика на грешки и интелигентно планиране на работа и поддръжка. Например чрез използване на цифрова двойна технология за конструиране на виртуален модел на основната система за охлаждане на захранващата вода, симулиране на работния статус на системата, прогнозиране на рисковете от повреда предварително, оптимизиране на плановете за работа и поддръжка и намаляване на разходите за експлоатация и поддръжка.

Ефективна оптимизация: Чрез оптимизиране на системните процеси, подобряване на структурата на оборудването и повишаване на топлинната ефективност и операционната стабилност на системата. Например, оптимизиране на конструкцията на работното колело на главната помпа за захранваща вода за подобряване на ефективността на транспортиране и намаляване на потреблението на енергия; Оптимизирайте процеса на предварително загряване на водоснабдяването, напълно възстановете отпадната топлина и подобрете допълнително ефективността на използване на енергията. В същото време е възприета технология за регулиране на скоростта на преобразуване на честотата за динамично регулиране на скоростта на главната помпа за захранваща вода според мощността на реактора, постигайки енергоспестяваща работа.

Насърчаване на технология без течове: Възприемане на типове помпи без течове като магнитни помпи и екранирани помпи за замяна на традиционните помпи с уплътнение на вала, намаляване на риска от изтичане на вода, подобряване на безопасността на системата и опазване на околната среда, като същевременно се намаляват разходите за поддръжка на оборудването и адаптиране към изискванията на суровата работна среда на атомните електроцентрали.

• Тенденции в развитието на индустрията

С ускоряването на одобренията на местни проекти за ядрена енергия и постоянното увеличаване на броя на блоковете в процес на изграждане, пазарното търсене на оборудване, свързано с основната система за охлаждане на захранващата вода, продължава да се освобождава. Според прогнозите, от 2026 до 2030 г. се очаква в Китай да бъдат добавени 30-40 нови одобрени ядрени енергийни блока, което съответства на търсенето на приблизително 120-160 нови ядрени помпи за захранваща вода. Размерът на пазара непрекъснато ще нараства. Процесът на локализация продължава да се ускорява и степента на локализация на главните помпи надхвърли 90%. Държавни предприятия като Shanghai Electric, Dongfang Electric и Harbin Electric Group доминират на вътрешния пазар. С цялостна производствена система и инженерен опит, те постепенно постигат местно заместване на продукти от висок клас и намаляват зависимостта от вносно оборудване.

Междувременно, с напредването на малките модулни реактори (SMR) и демонстрационните проекти за ядрени енергийни технологии от четвърто поколение, търсенето на ново, ефективно и компактно основно оборудване за охлаждане на захранваща вода постепенно ще се появи, отваряйки нови възможности за растеж на индустрията. Освен това, в контекста на ускорения износ на ядрена енергия в рамките на инициативата „Един пояс, един път“, оборудването, свързано с вътрешната основна система за охлаждане на захранваща вода, постепенно ще се насочи към международния пазар, подобрявайки глобалната конкурентоспособност на оборудването за ядрена енергия в Китай [6].

Основната система за охлаждане на захранваща вода на атомна електроцентрала, като "охлаждаща бариера" за ядрена безопасност, е основният център на вторичния цикъл на ядрената енергия. Стабилната му работа е пряко свързана с безопасната, ефективна и ниско-въглеродна работа на атомния енергиен блок. От оптимизиране на структурата на основните компоненти до надграждане на интелигентността на системата, от прецизно справяне с грешките до насърчаване на домашно заместване, всеки технологичен пробив в основната система за охлаждане на захранващата вода постави солидна основа за безопасността на ядрената енергия.
В контекста на енергийния преход, с непрекъснатото развитие на технологиите за ядрена енергия, основната система за охлаждане на захранваща вода ще продължи да се движи към по-интелигентна, ефективна и безопасна посока, непрекъснато преодолявайки ключови технологични затруднения, подобрявайки системата за гарантиране на безопасността, осигурявайки силна подкрепа за високо-качественото развитие на ядрената енергийна индустрия на Китай, постигайки целта за „двоен въглерод“ и гарантирайки безопасното транспортиране на чиста ядрена енергия на всяко ниво.