Sistemul principal de răcire cu apă de alimentare al unei centrale nucleare este o barieră de răcire pentru siguranța nucleară
Poziționarea centrală și valoarea funcțională a sistemului principal de răcire cu apă de alimentare
Procesul de conversie a energiei unei centrale nucleare implică în esență încălzirea lichidului de răcire din circuitul primar prin energia termică generată de fisiunea nucleară și apoi transferul energiei termice către apa de alimentare principală din circuitul secundar printr-un generator de abur, transformând apa de alimentare în abur de{0}}înaltă presiune pentru a antrena turbina cu abur pentru generarea de energie. Funcția de bază a sistemului principal de răcire a apei de alimentare este de a oferi un mediu de răcire stabil și controlabil pentru acest ciclu, obținând în același timp o disipare și o recuperare rezonabilă a căldurii. Valoarea sa funcțională se reflectă în principal în trei aspecte.
În primul rând, asigurați răcirea miezului reactorului. Miezul unui reactor nuclear eliberează continuu o cantitate mare de energie termică în timpul fisiunii nucleare. Dacă nu poate fi exportat în timp util, va duce la o creștere bruscă a temperaturii centrale și va provoca accidente grave de siguranță. Sistemul principal de răcire a apei de alimentare furnizează în mod continuu apă de răcire către generatorul de abur, absoarbe căldura din lichidul de răcire primar și asigură menținerea temperaturii centrale într-un prag sigur, formând o „barieră de răcire” importantă pentru siguranța reactorului. Potrivit statisticilor AIEA, aproximativ 12% dintre opririle neplanificate ale centralelor nucleare sunt legate de defecțiuni ale sistemului de alimentare cu apă, ceea ce confirmă indirect valoarea critică de siguranță a sistemului principal de răcire cu apă de alimentare.
În al doilea rând, mențineți stabilitatea ciclului de buclă secundară. Sistemul principal de răcire a apei de alimentare trebuie să ajusteze cu precizie debitul și temperatura apei de alimentare în funcție de modificările puterii reactorului, asigurând parametri stabili ai aburului la ieșirea generatorului de abur și oferind o sursă de energie continuă și calificată pentru turbină. În timpul funcționării cu putere redusă-a reactorului, debitul este reglat manual de supapa principală de control de derivație a apei de alimentare; În timpul funcționării cu putere mare-, supapa principală de reglare a apei de alimentare intervine automat și se reglează dinamic în funcție de puterea termică a generatorului de abur, asigurând continuitatea și stabilitatea ciclului de buclă secundară.
În cele din urmă, obțineți o utilizare eficientă a energiei. Sistemul principal de răcire a apei de alimentare va preîncălzi apa de alimentare în timpul procesului de răcire, va recupera căldura reziduală după condensarea aburului, va reduce pierderile de energie și va îmbunătăți eficiența termică a unității nucleare. În același timp, controlând cu precizie parametrii de alimentare cu apă, reducând uzura echipamentelor și consumul de energie și ajutând unitățile nucleare să obțină o funcționare economică pe termen lung-, aceasta răspunde nevoilor de dezvoltare energetică eficientă și cu emisii scăzute de-carbon în cadrul strategiei „dual carbon”.
Arhitectura compoziției și principiul de funcționare a sistemului principal de răcire cu apă de alimentare
Sistemul principal de răcire a apei de alimentare al unei centrale nucleare este un sistem complex integrat și de{0}}înaltă precizie, compus în principal din pompa principală de alimentare cu apă, supapă principală de reglare a apei de alimentare, echipament de preîncălzire a apei de alimentare, sistem de conducte, sistem de monitorizare și control și echipamente auxiliare. Componentele lucrează împreună pentru a forma un ciclu de răcire cu buclă închisă-, iar principiul său de funcționare se învârte în jurul celor trei verigi principale ale „ajustării parametrilor schimbului de căldură pentru transportul apei de alimentare”.
Componentele de bază și funcțiile acestora
- Pompă principală de alimentare cu apă: ca „inima de putere” a sistemului, aceasta este responsabilă pentru furnizarea apei de alimentare cu puritate ridicată-procesată de dezaerator către generatorul de abur la presiune înaltă. Condițiile sale de funcționare sunt extrem de dure, necesitând funcționare continuă pe termen lung-în medii cu temperatură ridicată (temperatura de intrare a apei de aproximativ 220 de grade) și presiune ridicată (presiunea de ieșire poate atinge 8-12 MPa). Durata de viață de proiectare este de obicei nu mai mică de 40 de ani, iar cerințele extrem de ridicate sunt impuse privind rezistența la coroziune a materialului și etanșarea structurală. În prezent, curentul principal din China adoptă pompe principale centrifuge de mare viteză pentru apă de alimentare, iar unele unități avansate au adoptat soluții integrate de reglare a vitezei de frecvență variabilă și monitorizare inteligentă. Unele unități sunt, de asemenea, echipate cu pompe de apă de alimentare acționate cu abur, pentru a se asigura că aburul auxiliar poate fi încă bazat pentru a menține funcționarea și pentru a îmbunătăți fiabilitatea sistemului în cazul unei întreruperi de curent în întreaga instalație. Sistemul modular al grupului principal de pompe de apă de alimentare dezvoltat de East China Electric Power Design Institute îmbunătățește eficient fiabilitatea operațională și eficiența de proiectare a sistemului prin integrarea pre-pompa, motorul, cuplajul hidraulic și pompa principală.
- Supapa principală de control al apei de alimentare: „centrul de curgere” al sistemului, care funcționează în paralel cu supapa principală de control al apei de alimentare, responsabilă pentru reglarea cu precizie a debitului apei de alimentare pe baza modificărilor puterii reactorului și a stării de funcționare a generatorului de abur. Performanța sa este direct legată de stabilitatea sistemului de alimentare cu apă. Dacă apare o defecțiune, aceasta va provoca fluctuații ale debitului principal al apei de alimentare, punând în pericol siguranța unității. Defecțiunile obișnuite includ fire uzate și rupte care conectează tija supapei și miezul supapei, uzura prin coliziune pe peretele interior al componentei cuștii supapei, feedback anormal al semnalelor de localizare etc., care trebuie rezolvate prin optimizarea structurală și îmbunătățirea materialului.
Echipamente de preîncălzire a apei de alimentare: includ în principal încălzitoare cu presiune înaltă-, care sunt utilizate pentru a preîncălzi apa principală de alimentare folosind căldura reziduală de la extracția turbinei cu abur, pentru a crește temperatura apei de alimentare, pentru a reduce pierderile de căldură în generatorul de abur și pentru a reduce stresul termic al echipamentului, prelungind astfel durata de viață a sistemului. După preîncălzire, apa de alimentare intră în generatorul de abur și poate absorbi mai eficient căldura din circuitul primar, îmbunătățind eficiența generării de abur.
Sistem de monitorizare și control: compus din diverși senzori, controlere și dispozitive de acționare, monitorizează parametri-cheie precum debitul apei, temperatura și presiunea în timp real-și realizează o ajustare precisă a parametrilor printr-un sistem de control automat. De exemplu, prin monitorizarea nivelului apei și a temperaturii generatorului de abur, viteza pompei principale de alimentare cu apă și deschiderea supapei principale de control a apei de alimentare sunt ajustate automat pentru a se asigura că parametrii de funcționare a sistemului sunt întotdeauna într-un interval sigur, obținând în același timp avertizare-în timp real și răspuns de urgență la defecțiuni.
- Analiza fluxului de lucru
Procesul de lucru al sistemului principal de răcire a apei de alimentare poate fi împărțit în patru pași cheie: primul pas este ca dezaeratorul să efectueze un tratament de dezaerare a apei de alimentare, eliminând oxigenul și alte gaze nocive din apă, prevenind coroziunea conductelor și a echipamentelor și asigurându-se că puritatea apei de alimentare îndeplinește standardele de calitate nucleară; Al doilea pas este creșterea presiunii de admisie a pompei principale în avans pentru a preveni cavitația. Apoi, pompa principală de apă de alimentare presurizează apa de alimentare tratată și o livrează la încălzitorul de înaltă presiune-; Pasul trei, încălzitorul de-înaltă presiune utilizează căldura reziduală extrasă din turbina cu abur pentru a preîncălzi apa de alimentare și pentru a crește temperatura apei de alimentare la intervalul specificat; Pasul patru, apa de alimentare principală preîncălzită este transportată la generatorul de abur pentru a absorbi căldura din lichidul de răcire primar și pentru a o transforma în abur de-înaltă presiune. Apa de alimentare răcită curge apoi înapoi prin sistemul de circulație pentru a finaliza ciclul de răcire. De-a lungul întregului proces, sistemul de monitorizare și control este pe deplin implicat, ajustând dinamic parametrii de funcționare ai fiecărei componente în funcție de modificările puterii reactorului și ale stării de funcționare a sistemului pentru a asigura cicluri stabile, sigure și eficiente.
Garanția de siguranță și tratarea defecțiunilor sistemului principal de răcire a apei de alimentare
Funcționarea în siguranță a sistemului principal de răcire a apei de alimentare din centralele nucleare este o garanție importantă pentru siguranța energiei nucleare. Datorită mediului de operare dur al sistemului, care este expus la temperaturi ridicate, presiune ridicată și radiații ridicate pentru o lungă perioadă de timp, este predispus la uzura componentelor, scurgeri, anomalii de control și alte defecte. Prin urmare, este necesar să se stabilească un sistem solid de garantare a siguranței pentru a realiza detectarea timpurie și eliminarea defecțiunilor.
- Măsuri de securitate
Optimizare materială și structurală: componentele de bază sunt fabricate din materiale speciale de înaltă-rezistență, rezistente la coroziune-și rezistente la radiații. De exemplu, rotorul și etanșarea arborelui pompei principale de alimentare cu apă sunt realizate din oțel inoxidabil austenitic cu conținut ultra-de carbon austenitic sau oțel inoxidabil duplex. Știftul de poziționare al supapei principale de reglare a apei de alimentare este fabricat din material-Inconel750 de înaltă rezistență, înlocuind materialele tradiționale cu rezistență redusă, pentru a îmbunătăți rezistența la uzură și durata de viață a componentelor. În același timp, optimizați proiectarea structurală a componentelor cuștii supapelor și a miezurilor supapelor, adoptați ferestre cu orificii mici și optimizați aranjarea acestora în funcție de curba de curgere, îmbunătățiți precizia de reglare și capacitatea de curgere și reduceți vibrația și uzura componentelor.
Design cu dublă redundanță: echipamentul cheie al sistemului adoptă o configurație redundantă de „unul pentru utilizare și unul pentru backup” sau „multiplu pentru utilizare și unul pentru backup”. De exemplu, pompa principală de alimentare cu apă este de obicei echipată cu 2-4 unități și pompe de rezervă corespunzătoare pentru a se asigura că atunci când un echipament defectează, echipamentul de rezervă poate fi pus rapid în funcțiune pentru a evita oprirea sistemului. În același timp, sistemul de control adoptă un design cu redundanță dublă pentru a preveni pierderea controlului sistemului din cauza defecțiunii unei singure unități de control.
Monitorizare inteligentă și avertizare timpurie: Cu ajutorul geamănului digital, întreținere predictivă AI și alte tehnologii, se realizează monitorizarea online a stării echipamentelor cheie, cum ar fi pompele principale de apă de alimentare și supapele de reglare. Prin analiza spectrului de vibrații, reconstrucția câmpului de temperatură și alte metode, funcționarea anormală a echipamentului este capturată în timp real și avertismentele de defecțiune sunt emise în avans. După adoptarea unui sistem inteligent de monitorizare, timpul mediu de funcționare fără probleme a pompei principale de alimentare cu apă a fost crescut de la 18000 de ore pentru modelele tradiționale la peste 32000 de ore, reducând semnificativ riscul de opriri neplanificate.
Actualizare tehnologică și tendință de dezvoltare a industriei a sistemului principal de răcire cu apă de alimentare
Odată cu iterarea continuă a tehnologiei energiei nucleare și aprofundarea strategiei „dual carbon”, principalul sistem de răcire cu apă de alimentare al centralelor nucleare se dezvoltă spre inteligență, eficiență și localizare. Modernizarea tehnologică și modernizarea industrială avansează sincron, oferind un sprijin mai puternic pentru funcționarea sigură și eficientă a energiei nucleare.
- Direcția de actualizare tehnică
Actualizare inteligentă: integrarea tehnologiilor precum Internetul obiectelor, big data și inteligența artificială pentru a construi un sistem de management inteligent al ciclului de viață complet, realizând monitorizarea-în timp real a parametrilor de funcționare a sistemului, diagnosticarea precisă a defecțiunilor și programarea inteligentă a funcționării și întreținerii. De exemplu, prin utilizarea tehnologiei duble digitale pentru a construi un model virtual al sistemului principal de răcire cu apă de alimentare, simulând starea de funcționare a sistemului, anticipând riscurile de defecțiuni în avans, optimizarea planurilor de operare și întreținere și reducerea costurilor de operare și întreținere.
Optimizare eficientă: prin optimizarea proceselor sistemului, îmbunătățirea structurii echipamentelor și îmbunătățirea eficienței termice a sistemului și a stabilității operaționale. De exemplu, optimizarea designului rotorului pompei principale de alimentare cu apă pentru a îmbunătăți eficiența transportului și a reduce consumul de energie; Optimizați procesul de preîncălzire al alimentării cu apă, recuperați complet căldura reziduală și îmbunătățiți în continuare eficiența utilizării energiei. În același timp, tehnologia de reglare a vitezei de conversie a frecvenței este adoptată pentru a regla dinamic viteza pompei principale de alimentare cu apă în funcție de puterea reactorului, realizând o funcționare cu economie de energie-.
Promovarea tehnologiei fără scurgeri: adoptarea unor tipuri de pompe fără scurgeri, cum ar fi pompele magnetice și pompele ecranate, pentru a înlocui pompele tradiționale de etanșare a arborelui, reducând riscul scurgerilor de apă, îmbunătățind siguranța sistemului și protecția mediului, reducând în același timp costurile de întreținere a echipamentelor și adaptându-se la cerințele dure ale mediului de operare ale centralelor nucleare.
- Tendințe de dezvoltare a industriei
Odată cu accelerarea aprobărilor de proiecte interne de energie nucleară și creșterea constantă a numărului de unități în construcție, cererea pieței pentru echipamente aferente sistemului principal de răcire cu apă de alimentare continuă să fie eliberată. Potrivit estimărilor, din 2026 până în 2030, este de așteptat ca 30-40 de noi unități nucleare aprobate să fie adăugate în China, ceea ce corespunde unei cereri pentru aproximativ 120-160 de noi pompe nucleare de alimentare cu apă. Dimensiunea pieței va crește constant. Procesul de localizare continuă să se accelereze, iar rata de localizare a pompelor principale a depășit 90%. Întreprinderile de stat precum Shanghai Electric, Dongfang Electric și Harbin Electric Group domină piața internă. Cu un sistem complet de producție și experiență în inginerie, ei realizează treptat înlocuirea internă a produselor de ultimă generație și reducerea dependenței de echipamentele importate.
Între timp, odată cu avansarea reactoarelor modulare mici (SMR) și a proiectelor demonstrative de tehnologie nucleară de generația a patra, cererea pentru echipamente principale de răcire a apei de alimentare noi, eficiente și compacte va apărea treptat, deschizând noi oportunități de creștere pentru industrie. În plus, în contextul exportului accelerat de energie nucleară în cadrul „Inițiativei Belt and Road”, echipamentele aferente sistemului de răcire a apei de alimentare principale interne se vor deplasa treptat către piața internațională, îmbunătățind competitivitatea globală a echipamentelor nucleare din China [6].
Sistemul principal de răcire cu apă de alimentare al unei centrale nucleare, ca „barieră de răcire” pentru siguranța nucleară, este centrul central al ciclului buclei secundare a energiei nucleare. Funcționarea sa stabilă este direct legată de funcționarea sigură, eficientă și cu emisii reduse de carbon-a unității nucleare. De la optimizarea structurii componentelor de bază până la îmbunătățirea inteligenței sistemului, de la tratarea precisă a defecțiunilor până la promovarea înlocuirii interne, fiecare progres tehnologic în sistemul principal de răcire cu apă de alimentare a pus o bază solidă pentru siguranța energiei nucleare.
În contextul tranziției energetice, odată cu dezvoltarea continuă a tehnologiei energiei nucleare, principalul sistem de răcire a apei de alimentare va continua să se îndrepte către o direcție mai inteligentă, eficientă și mai sigură, depășind în mod constant blocajele tehnologice cheie, îmbunătățind sistemul de garantare a siguranței, oferind un sprijin puternic pentru dezvoltarea-de înaltă calitate a industriei energetice nucleare din China, atingând obiectivul „dublu de protecție a carbonului” și siguranța transportului de energie nucleară la fiecare nivel.
