Et atomkraftværks vigtigste fødevandskølesystem er en kølebarriere for nuklear sikkerhed

Kerneplaceringen og funktionsværdien af ​​hovedfødevandskølesystemet
Energikonverteringsprocessen i et atomkraftværk involverer i det væsentlige opvarmning af kølevæsken i det primære kredsløb gennem den termiske energi, der genereres af nuklear fission, og derefter overføre den termiske energi til hovedfødevandet i det sekundære kredsløb gennem en dampgenerator, hvorved fødevandet omdannes til-højtryksdamp for at drive dampturbinen til elproduktion. Kernefunktionen i hovedfødevandskølesystemet er at give et stabilt og kontrollerbart kølemedium til denne cyklus, samtidig med at der opnås en rimelig varmeafledning og genvinding. Dens funktionelle værdi afspejles hovedsageligt i tre aspekter.

For det første skal du sørge for afkøling af reaktorkernen. Kernen i en atomreaktor frigiver kontinuerligt en stor mængde varmeenergi under kernefission. Hvis det ikke kan eksporteres rettidigt, vil det føre til en pludselig stigning i kernetemperaturen og forårsage alvorlige sikkerhedsulykker. Hovedfødevandskølesystemet leverer kontinuerligt kølende fødevand til dampgeneratoren, absorberer varme fra den primære kølevæske og sikrer, at kernetemperaturen holdes inden for en sikker tærskel, hvilket danner en vigtig "kølebarriere" for reaktorsikkerheden. Ifølge IAEA-statistikker er cirka 12 % af uplanlagte nedlukninger i atomkraftværker relateret til fejl i fødevandssystemet, hvilket indirekte bekræfter den kritiske sikkerhedsværdi af hovedfødevandskølesystemet.

For det andet skal du bevare stabiliteten af ​​den sekundære sløjfecyklus. Hovedfødevandskølesystemet skal nøjagtigt justere fødevandets strømningshastighed og temperatur i overensstemmelse med ændringer i reaktoreffekt, hvilket sikrer stabile dampparametre ved udgangen af ​​dampgeneratoren og giver en kontinuerlig og kvalificeret strømkilde til turbinen. Under lav-drift af reaktoren justeres strømningshastigheden manuelt af hovedfødevandets bypass-kontrolventil; Under høj-drift griber hovedfødevandsreguleringsventilen automatisk ind og justerer sig dynamisk i henhold til dampgeneratorens termiske effekt, hvilket sikrer kontinuiteten og stabiliteten af ​​den sekundære sløjfecyklus.

Endelig opnå en effektiv udnyttelse af energien. Hovedfødevandets kølesystem vil forvarme fødevandet under afkølingsprocessen, genvinde spildvarmen efter dampkondensering, reducere energitab og forbedre den termiske effektivitet af atomkraftenheden. På samme tid, ved nøjagtigt at kontrollere vandforsyningsparametrene, reducere udstyrsslitage og energiforbrug og hjælpe atomkraftenheder med at opnå langsigtet-økonomisk drift, opfylder det behovet for lav-kulstof og effektiv energiudvikling under strategien med "dobbelt kulstof".

Sammensætningsarkitekturen og arbejdsprincippet for hovedfødevandskølesystemet
Et atomkraftværks hovedfødevandskølesystem er et integreret og komplekst system med høj -præcision, hovedsageligt sammensat af hovedfødevandspumpen, hovedfødevandsreguleringsventilen, udstyr til forvarmning af fødevand, rørledningssystem, overvågnings- og kontrolsystem og hjælpeudstyr. Komponenterne arbejder sammen for at danne en lukket-sløjfe kølecyklus, og dets arbejdsprincip drejer sig om de tre kerneled i "justering af varmevekslingsparameter for fødevandstransport".

Kernekomponenter og deres funktioner

• Hovedfødevandspumpe: Som systemets "krafthjerte" er det ansvarligt for at levere høj-fødevand, der behandles af aflufteren, til dampgeneratoren ved højt tryk. Dens driftsbetingelser er ekstremt barske og kræver langvarig-kontinuerlig drift i miljøer med høj temperatur (indløbsvandtemperatur på ca. 220 grader) og højt tryk (udløbstryk kan nå 8-12 MPa). Designlevetiden er normalt ikke mindre end 40 år, og der stilles ekstremt høje krav til materialekorrosionsbestandighed og strukturel tætning. På nuværende tidspunkt vedtager mainstream i Kina højhastigheds centrifugale hovedfødevandspumper, og nogle avancerede enheder har vedtaget integrerede løsninger med variabel frekvenshastighedsregulering og intelligent overvågning. Nogle enheder er også udstyret med dampdrevne fødevandspumper for at sikre, at der stadig kan stoles på hjælpedamp til at opretholde driften og forbedre systemets pålidelighed i tilfælde af strømafbrydelse i hele anlægget. Det modulære system i hovedfødevandspumpegruppen udviklet af East China Electric Power Design Institute forbedrer effektivt systemets driftssikkerhed og designeffektivitet ved at integrere forpumpen, motoren, den hydrauliske kobling og hovedpumpen.
• Hovedfødevandskontrolventil: systemets "flowcenter", der arbejder parallelt med hovedfødevandsbypass-kontrolventilen, ansvarlig for nøjagtig justering af fødevandets strømningshastighed baseret på ændringer i reaktoreffekt og dampgeneratorens driftsstatus. Dens ydeevne er direkte relateret til vandforsyningssystemets stabilitet. Hvis der opstår en fejl, vil det forårsage fluktuationer i hovedfødevandets strømningshastighed, hvilket udgør en trussel mod enhedens sikkerhed. Almindelige fejl omfatter slidte og knækkede gevind, der forbinder ventilstammen og ventilkernen, kollisionsslid på indervæggen af ​​ventilhusets komponent, unormal feedback af lokaliseringssignaler osv., som skal løses gennem strukturel optimering og materialeopgradering.

Udstyr til forvarmning af fødevand: omfatter hovedsageligt højtryksvarmere, som bruges til at forvarme hovedfødevandet ved hjælp af spildvarmen fra dampturbineudvinding, øge fødevandstemperaturen, reducere varmetabet i dampgeneratoren og reducere udstyrets termiske belastning, hvilket forlænger systemets levetid. Efter forvarmning kommer fødevandet ind i dampgeneratoren og kan mere effektivt absorbere varme fra det primære kredsløb, hvilket forbedrer dampgenereringseffektiviteten.

 

Overvågnings- og kontrolsystem: Sammensat af forskellige sensorer, controllere og aktuatorer overvåger det nøgleparametre såsom vandflowhastighed, temperatur og tryk i realtid- og opnår præcis parameterjustering gennem et automatiseret kontrolsystem. For eksempel, ved at overvåge vandstanden og temperaturen på dampgeneratoren, justeres hastigheden af ​​hovedfødevandspumpen og åbningen af ​​hovedfødevandskontrolventilen automatisk for at sikre, at systemets driftsparametre altid er inden for et sikkert område, samtidig med at der opnås advarsel i realtid og nødberedskab ved fejl.

• Arbejdsgangsanalyse

Arbejdsprocessen for hovedfødevandskølesystemet kan opdeles i fire nøgletrin: det første trin er, at aflufteren udfører afluftningsbehandling på fødevandet, fjerner ilt og andre skadelige gasser fra vandet, forhindrer korrosion af rørledninger og udstyr og sikrer, at fødevandets renhed opfylder standarder for nuklear kvalitet; Det andet trin er at øge hovedpumpens indløbstryk på forhånd for at forhindre kavitation. Derefter sætter hovedfødevandspumpen det behandlede fødevand under tryk og leverer det til højtryksvarmeren. Trin tre, højtryksvarmeren bruger spildvarmen, der udvindes fra dampturbinen, til at forvarme fødevandet og hæve fødevandstemperaturen til det specificerede område; Trin fire, det forvarmede hovedfødevand transporteres til dampgeneratoren for at absorbere varmen fra den primære kølevæske og omdanne den til-højtryksdamp. Det afkølede fødevand strømmer derefter tilbage gennem cirkulationssystemet for at afslutte kølecyklussen. Gennem hele processen er overvågnings- og kontrolsystemet fuldt involveret, idet det dynamisk justerer driftsparametrene for hver komponent baseret på ændringer i reaktoreffekt og systemdriftsstatus for at sikre stabil, sikker og effektiv cykling.

Sikkerhedsgaranti og fejlhåndtering af hovedfødevandskølesystemet

Sikker drift af hovedfødevandskølesystemet i atomkraftværker er en vigtig garanti for atomkraftsikkerhed. På grund af systemets barske driftsmiljø, som er udsat for høj temperatur, højt tryk og høj stråling i lang tid, er det tilbøjeligt til komponentslid, lækage, kontrolabnormiteter og andre fejl. Derfor er det nødvendigt at etablere et forsvarligt sikkerhedsgarantisystem for at opnå tidlig opdagelse og bortskaffelse af fejl.

• Sikkerhedsforanstaltninger

Materiale- og strukturoptimering: Kernekomponenterne er lavet af høj-styrke, korrosions--resistente og strålingsbestandige specialmaterialer. For eksempel er pumpehjulet og akseltætningen på hovedfødevandspumpen lavet af ultra- austenitisk rustfrit stål med lavt kulstofindhold eller dupleks rustfrit stål. Positioneringsstiften på hovedfødevandsreguleringsventilen er lavet af Inconel750-materiale med høj-styrke, der erstatter traditionelle materialer med lav styrke, for at forbedre komponenternes slidstyrke og levetid. Optimer samtidig det strukturelle design af ventilhuskomponenter og ventilkerner, adopter vinduer med små huller og optimer deres arrangement i henhold til flowkurven, forbedre reguleringsnøjagtigheden og flowkapaciteten og reducere komponentvibrationer og slid.

Dobbelt redundansdesign: Systemets nøgleudstyr anvender en redundant konfiguration af "en til brug og en til backup" eller "flere til brug og en til backup". For eksempel er hovedfødevandspumpen normalt udstyret med 2-4 enheder og tilsvarende backup-pumper for at sikre, at når et udstyr svigter, kan backup-udstyret hurtigt sættes i drift for at undgå systemnedlukning. Samtidig vedtager kontrolsystemet et dobbelt redundansdesign for at forhindre, at systemet mister kontrollen på grund af fejl i en enkelt kontrolenhed.

Intelligent overvågning og tidlig advarsel: Ved hjælp af digital tvilling, forudsigelig AI-vedligeholdelse og andre teknologier udføres online statusovervågning af nøgleudstyr såsom hovedfødevandspumper og reguleringsventiler. Gennem vibrationsspektrumanalyse, temperaturfeltrekonstruktion og andre metoder fanges unormal udstyrsdrift i realtid, og fejladvarsler udsendes på forhånd. Efter at have vedtaget et intelligent overvågningssystem, er den gennemsnitlige problemfri driftstid for hovedfødevandspumpen blevet øget fra 18.000 timer for traditionelle modeller til over 32.000 timer, hvilket reducerer risikoen for uplanlagte nedlukninger markant.

Teknologisk opgradering og industriudviklingstrend af hovedfødevandskølesystemet
Med den kontinuerlige iteration af atomkraftteknologi og uddybningen af ​​"dual carbon"-strategien udvikler det vigtigste fødevandskølesystem for atomkraftværker sig mod intelligens, effektivitet og lokalisering. Teknologisk opgradering og industriel opgradering skrider frem synkront og giver stærkere støtte til sikker og effektiv drift af atomkraft.

• Teknisk opgraderingsretning

Intelligent opgradering: Integrering af teknologier som f.eks. tingenes internet, big data og kunstig intelligens for at opbygge et intelligent styringssystem i fuld livscyklus, der opnår real-tidsovervågning af systemdriftsparametre, nøjagtig fejldiagnose og intelligent drift- og vedligeholdelsesplanlægning. For eksempel ved at bruge digital tvillingteknologi til at konstruere en virtuel model af hovedfødevandskølesystemet, simulere systemets driftsstatus, forudsige fejlrisici på forhånd, optimere drift- og vedligeholdelsesplaner og reducere drifts- og vedligeholdelsesomkostninger.

Effektiv optimering: Ved at optimere systemprocesser, forbedre udstyrsstruktur og forbedre systemets termiske effektivitet og driftsstabilitet. For eksempel optimering af pumpehjulsdesignet af hovedfødevandspumpen for at forbedre transporteffektiviteten og reducere energiforbruget; Optimer forvarmningsprocessen for vandforsyning, genvind spildvarme fuldt ud og forbedre energiudnyttelseseffektiviteten yderligere. Samtidig er frekvensomdannelseshastighedsreguleringsteknologien vedtaget til dynamisk at justere hastigheden af ​​hovedfødevandspumpen i overensstemmelse med reaktoreffekten, hvilket opnår en energibesparende-drift.

Fremme af lækagefri teknologi: Vedtagelse af lækagefri pumpetyper såsom magnetiske pumper og afskærmede pumper til at erstatte traditionelle akseltætningspumper, reducere risikoen for vandlækage, forbedre systemsikkerheden og miljøbeskyttelsen, samtidig med at omkostningerne til vedligeholdelse af udstyr reduceres, og tilpasning til de skrappe driftsmiljøkrav for atomkraftværker.

• Brancheudviklingstendenser

Med accelerationen af ​​indenlandske atomkraftprojektgodkendelser og den konstante stigning i antallet af enheder under opførelse, bliver markedsefterspørgslen efter udstyr relateret til det primære fødevandskølesystem fortsat frigivet. Ifølge estimater forventes det fra 2026 til 2030, at der vil blive tilføjet 30-40 nye godkendte atomkraftenheder i Kina, svarende til en efterspørgsel på cirka 120-160 nye nukleare fødevandspumper. Markedsstørrelsen vil støt stige. Lokaliseringsprocessen fortsætter med at accelerere, og lokaliseringshastigheden for hovedpumper har oversteget 90 %. Statsejede virksomheder som Shanghai Electric, Dongfang Electric og Harbin Electric Group dominerer hjemmemarkedet. Med et komplet produktionssystem og ingeniørerfaring opnår de gradvist indenlandsk substitution af avancerede produkter og reducerer afhængigheden af ​​importeret udstyr.

I mellemtiden vil efterspørgslen efter nyt, effektivt og kompakt hovedfødevandskøleudstyr gradvist dukke op, hvilket åbner op for nye vækstmuligheder for industrien, med udviklingen af ​​små modulære reaktorer (SMR'er) og demonstrationsprojekter af fjerde generation af atomkraftteknologi. I forbindelse med den accelererede eksport af atomkraft under "Bælt- og vejinitiativet" vil det indenlandske hovedforsyningsvandkølesystemsudstyr desuden gradvist bevæge sig mod det internationale marked, hvilket forbedrer den globale konkurrenceevne for Kinas atomkraftudstyr [6].

Det vigtigste fødevandskølesystem i et atomkraftværk, som en "kølebarriere" for nuklear sikkerhed, er kernen i kernekraftens sekundære kredsløbscyklus. Dens stabile drift er direkte relateret til den sikre, effektive og lave-kulstofdrift af atomkraftenheden. Fra optimering af strukturen af ​​kernekomponenter til opgradering af systemets intelligens, fra præcis fejlhåndtering til fremme af erstatning i hjemmet, har ethvert teknologisk gennembrud i hovedfødevandskølesystemet lagt et solidt grundlag for kernekraftsikkerhed.
I forbindelse med energiomstilling, med den kontinuerlige udvikling af atomkraftteknologi, vil det primære fødevandskølesystem fortsætte med at bevæge sig i en mere intelligent, effektiv og sikker retning, konstant bryde gennem vigtige teknologiske flaskehalse, forbedre sikkerhedsgarantisystemet, yde stærk støtte til høj-kvalitetsudviklingen af Kinas atomkraftindustri, opnåelse af "den dobbelte kulstofsikrings- og transportsikkerhedsmål" niveau.