Sistem Penyejukan Air Suapan Utama Loji Kuasa Nuklear Adalah Penghalang Penyejukan Untuk Keselamatan Nuklear

Kedudukan teras dan nilai fungsi sistem penyejukan air suapan utama
Proses penukaran tenaga loji janakuasa nuklear pada asasnya melibatkan pemanasan penyejuk dalam litar utama melalui tenaga haba yang dijana oleh pembelahan nuklear, dan kemudian memindahkan tenaga terma ke air suapan utama dalam litar sekunder melalui penjana stim, menukar air suapan kepada stim tekanan tinggi-untuk memacu turbin stim untuk penjanaan kuasa. Fungsi teras sistem penyejukan air suapan utama adalah untuk menyediakan medium penyejukan yang stabil dan terkawal untuk kitaran ini, sambil mencapai pelesapan dan pemulihan haba yang munasabah. Nilai fungsinya dicerminkan terutamanya dalam tiga aspek.

Pertama, pastikan penyejukan teras reaktor. Teras reaktor nuklear secara berterusan membebaskan sejumlah besar tenaga haba semasa pembelahan nuklear. Jika ia tidak dapat dieksport tepat pada masanya, ia akan membawa kepada peningkatan mendadak dalam suhu teras dan menyebabkan kemalangan keselamatan yang serius. Sistem penyejukan air suapan utama secara berterusan menghantar air suapan penyejuk kepada penjana stim, menyerap haba daripada penyejuk utama, dan memastikan suhu teras dikekalkan dalam ambang selamat, membentuk "penghalang penyejukan" yang penting untuk keselamatan reaktor. Menurut statistik IAEA, kira-kira 12% daripada penutupan tidak dirancang dalam loji kuasa nuklear adalah berkaitan dengan kegagalan sistem air suapan, yang secara tidak langsung mengesahkan nilai keselamatan kritikal sistem penyejukan air suapan utama.

Kedua, mengekalkan kestabilan kitaran gelung sekunder. Sistem penyejukan air suapan utama perlu melaraskan kadar aliran dan suhu air suapan dengan tepat mengikut perubahan dalam kuasa reaktor, memastikan parameter stim yang stabil di alur keluar penjana stim dan menyediakan sumber kuasa yang berterusan dan layak untuk turbin. Semasa pengendalian kuasa rendah-reaktor, kadar aliran dilaraskan secara manual oleh injap kawalan pintasan air suapan utama; Semasa operasi kuasa tinggi-, injap pengawal selia air suapan utama secara automatik campur tangan dan melaraskan secara dinamik mengikut kuasa terma penjana stim, memastikan kesinambungan dan kestabilan kitaran gelung sekunder.

Akhir sekali, capai penggunaan tenaga yang cekap. Sistem penyejukan air suapan utama akan memanaskan air suapan semasa proses penyejukan, memulihkan haba sisa selepas pemeluwapan wap, mengurangkan kehilangan tenaga, dan meningkatkan kecekapan terma unit kuasa nuklear. Pada masa yang sama, dengan mengawal parameter bekalan air dengan tepat, mengurangkan haus peralatan dan penggunaan tenaga serta membantu unit kuasa nuklear mencapai-operasi ekonomi jangka panjang, ia memenuhi keperluan pembangunan tenaga-karbon yang rendah dan cekap di bawah strategi "karbon dwi".

Seni bina komposisi dan prinsip kerja sistem penyejukan air suapan utama
Sistem penyejukan air suapan utama loji kuasa nuklear ialah sistem kompleks-kepersisan tinggi dan bersepadu, terutamanya terdiri daripada pam air suapan utama, injap pengawal selia air suapan utama, peralatan prapemanasan air suapan, sistem saluran paip, sistem pemantauan dan kawalan serta peralatan tambahan. Komponen berfungsi bersama untuk membentuk kitaran penyejukan-gelung tertutup dan prinsip kerjanya berkisar pada tiga pautan teras "pelarasan parameter pertukaran haba pengangkutan air suapan".

Komponen teras dan fungsinya

• Pam air suapan utama: Sebagai "jantung kuasa" sistem, ia bertanggungjawab untuk menghantar air suapan-ketulenan tinggi yang diproses oleh deaerator ke penjana stim pada tekanan tinggi. Keadaan pengendaliannya amat keras, memerlukan operasi berterusan-jangka panjang dalam suhu tinggi (suhu air masuk kira-kira 220 darjah ) dan persekitaran tekanan tinggi (tekanan alur keluar boleh mencapai 8-12 MPa). Hayat reka bentuk biasanya tidak kurang daripada 40 tahun, dan keperluan yang sangat tinggi diletakkan pada rintangan kakisan bahan dan pengedap struktur. Pada masa ini, arus perdana di China menggunakan pam air suapan utama emparan berkelajuan tinggi, dan beberapa unit termaju telah menerima pakai penyelesaian bersepadu bagi peraturan kelajuan frekuensi berubah-ubah dan pemantauan pintar. Sesetengah unit juga dilengkapi dengan pam air suapan dipacu wap untuk memastikan stim tambahan masih boleh dipercayai untuk mengekalkan operasi dan meningkatkan kebolehpercayaan sistem sekiranya berlaku gangguan bekalan elektrik di seluruh loji. Sistem modular kumpulan pam air suapan utama yang dibangunkan oleh Institut Reka Bentuk Kuasa Elektrik China Timur dengan berkesan meningkatkan kebolehpercayaan operasi sistem dan kecekapan reka bentuk dengan menyepadukan pra pam, motor, pengganding hidraulik dan pam utama.
• Injap kawalan air suapan utama: "pusat aliran" sistem, berfungsi selari dengan injap kawalan pintasan air suapan utama, bertanggungjawab untuk melaraskan kadar aliran air suapan dengan tepat berdasarkan perubahan dalam kuasa reaktor dan status operasi penjana stim. Prestasinya secara langsung berkaitan dengan kestabilan sistem bekalan air. Jika kerosakan berlaku, ia akan menyebabkan turun naik dalam kadar aliran air suapan utama, yang menimbulkan ancaman kepada keselamatan unit. Kerosakan biasa termasuk benang haus dan patah yang menyambungkan batang injap dan teras injap, haus perlanggaran pada dinding dalam komponen sangkar injap, maklum balas yang tidak normal bagi isyarat pencari, dsb., yang perlu diselesaikan melalui pengoptimuman struktur dan peningkatan bahan.

Peralatan prapemanasan air suapan: terutamanya termasuk pemanas-tekanan tinggi, yang digunakan untuk memanaskan air suapan utama menggunakan haba buangan daripada pengekstrakan turbin stim, meningkatkan suhu air suapan, mengurangkan kehilangan haba dalam penjana stim dan mengurangkan tekanan haba peralatan, dengan itu memanjangkan hayat perkhidmatan sistem. Selepas prapemanasan, air suapan memasuki penjana stim dan boleh menyerap haba dengan lebih cekap daripada litar utama, meningkatkan kecekapan penjanaan wap.

 

Sistem Pemantauan dan Kawalan: Terdiri daripada pelbagai penderia, pengawal dan penggerak, ia memantau parameter utama seperti kadar aliran air, suhu dan tekanan dalam masa nyata-dan mencapai pelarasan parameter yang tepat melalui sistem kawalan automatik. Contohnya, dengan memantau paras air dan suhu penjana stim, kelajuan pam air suapan utama dan pembukaan injap kawalan air suapan utama dilaraskan secara automatik untuk memastikan parameter pengendalian sistem sentiasa berada dalam julat yang selamat, sambil mencapai-amaran masa sebenar dan tindak balas kecemasan terhadap kerosakan.

• Analisis aliran kerja

Proses kerja sistem penyejukan air suapan utama boleh dibahagikan kepada empat langkah utama: langkah pertama ialah deaerator melakukan rawatan deaerasi pada air suapan, mengeluarkan oksigen dan gas berbahaya lain daripada air, menghalang saluran paip dan kakisan peralatan, dan memastikan ketulenan air suapan memenuhi piawaian gred nuklear; Langkah kedua ialah meningkatkan tekanan masuk pam utama terlebih dahulu untuk mengelakkan peronggaan. Kemudian, pam air suapan utama memberi tekanan kepada air suapan yang dirawat dan menghantarnya ke pemanas-tekanan tinggi; Langkah ketiga, pemanas-tekanan tinggi menggunakan haba buangan yang diekstrak daripada turbin stim untuk memanaskan air suapan dan menaikkan suhu air suapan kepada julat yang ditentukan; Langkah keempat, air suapan utama yang telah dipanaskan diangkut ke penjana stim untuk menyerap haba daripada penyejuk utama dan menukarnya kepada stim-tekanan tinggi. Air suapan yang disejukkan kemudiannya mengalir kembali melalui sistem peredaran untuk melengkapkan kitaran penyejukan. Sepanjang keseluruhan proses, sistem pemantauan dan kawalan terlibat sepenuhnya, melaraskan parameter operasi setiap komponen secara dinamik berdasarkan perubahan dalam kuasa reaktor dan status operasi sistem untuk memastikan kitaran yang stabil, selamat dan cekap.

Jaminan keselamatan dan pengendalian kerosakan sistem penyejukan air suapan utama

Operasi selamat sistem penyejukan air suapan utama dalam loji kuasa nuklear adalah jaminan penting untuk keselamatan tenaga nuklear. Oleh kerana persekitaran operasi sistem yang keras, yang terdedah kepada suhu tinggi, tekanan tinggi dan sinaran tinggi untuk masa yang lama, ia terdedah kepada haus komponen, kebocoran, keabnormalan kawalan dan kerosakan lain. Oleh itu, adalah perlu untuk mewujudkan sistem jaminan keselamatan yang kukuh untuk mencapai pengesanan awal dan pelupusan kerosakan.

• Langkah-langkah keselamatan

Pengoptimuman bahan dan struktur: Komponen teras diperbuat daripada bahan khas-kekuatan tinggi,{1}}tahan kakisan dan tahan sinaran. Contohnya, pendesak dan pengedap aci pam air suapan utama diperbuat daripada keluli tahan karat austenit ultra rendah karbon atau keluli tahan karat dupleks. Pin kedudukan injap pengawal selia air suapan utama diperbuat daripada bahan Inconel750 berkekuatan tinggi-tinggi, menggantikan bahan tradisional kekuatan rendah, untuk meningkatkan ketahanan haus dan hayat perkhidmatan komponen. Pada masa yang sama, mengoptimumkan reka bentuk struktur komponen sangkar injap dan teras injap, mengguna pakai tingkap lubang kecil dan mengoptimumkan susunannya mengikut lengkung aliran, meningkatkan ketepatan peraturan dan kapasiti aliran, dan mengurangkan getaran dan haus komponen.

Reka bentuk lebihan dwi: Peralatan utama sistem menggunakan konfigurasi berlebihan "satu untuk kegunaan dan satu untuk sandaran" atau "berbilang untuk kegunaan dan satu untuk sandaran". Sebagai contoh, pam air suapan utama biasanya dilengkapi dengan 2-4 unit dan pam sandaran yang sepadan untuk memastikan bahawa apabila satu peralatan gagal, peralatan sandaran boleh digunakan dengan cepat untuk mengelakkan penutupan sistem. Pada masa yang sama, sistem kawalan menggunakan reka bentuk dwi redundansi untuk mengelakkan sistem kehilangan kawalan akibat kegagalan unit kawalan tunggal.

Pemantauan pintar dan amaran awal: Dengan bantuan kembar digital, penyelenggaraan ramalan AI dan teknologi lain, pemantauan status dalam talian bagi peralatan utama seperti pam air suapan utama dan injap kawal selia dijalankan. Melalui analisis spektrum getaran, pembinaan semula medan suhu dan kaedah lain, operasi peralatan yang tidak normal ditangkap dalam masa nyata, dan amaran kerosakan dikeluarkan lebih awal. Selepas menggunakan sistem pemantauan pintar, purata masa operasi bebas masalah pam air suapan utama telah ditingkatkan daripada 18000 jam untuk model tradisional kepada lebih 32000 jam, dengan ketara mengurangkan risiko penutupan yang tidak dirancang.

Peningkatan teknologi dan trend pembangunan industri sistem penyejukan air suapan utama
Dengan lelaran berterusan teknologi tenaga nuklear dan pendalaman strategi "karbon dwi", sistem penyejukan air suapan utama loji kuasa nuklear sedang berkembang ke arah kecerdasan, kecekapan dan penyetempatan. Peningkatan teknologi dan peningkatan perindustrian berkembang secara serentak, memberikan sokongan yang lebih kukuh untuk operasi tenaga nuklear yang selamat dan cekap.

• Arah naik taraf teknikal

Peningkatan pintar: Mengintegrasikan teknologi seperti Internet Perkara, data besar dan kecerdasan buatan untuk membina sistem pengurusan pintar kitaran hayat penuh, mencapai-pemantauan masa sebenar bagi parameter pengendalian sistem, diagnosis kerosakan yang tepat dan penjadualan operasi dan penyelenggaraan pintar. Contohnya, dengan menggunakan teknologi berkembar digital untuk membina model maya sistem penyejukan air suapan utama, mensimulasikan status operasi sistem, meramalkan risiko kerosakan terlebih dahulu, mengoptimumkan rancangan operasi dan penyelenggaraan, serta mengurangkan kos operasi dan penyelenggaraan.

Pengoptimuman yang cekap: Dengan mengoptimumkan proses sistem, menambah baik struktur peralatan, dan meningkatkan kecekapan terma sistem dan kestabilan operasi. Sebagai contoh, mengoptimumkan reka bentuk pendesak pam air suapan utama untuk meningkatkan kecekapan penyampaian dan mengurangkan penggunaan tenaga; Optimumkan proses prapemanasan bekalan air, memulihkan haba sisa sepenuhnya, dan meningkatkan lagi kecekapan penggunaan tenaga. Pada masa yang sama, teknologi peraturan kelajuan penukaran frekuensi diguna pakai untuk melaraskan kelajuan pam air suapan utama secara dinamik mengikut kuasa reaktor, mencapai operasi penjimatan-tenaga.

Promosi teknologi bebas kebocoran: Mengguna pakai jenis pam bebas kebocoran seperti pam magnet dan pam berperisai untuk menggantikan pam pengedap aci tradisional, mengurangkan risiko kebocoran air, meningkatkan keselamatan sistem dan perlindungan alam sekitar, sambil mengurangkan kos penyelenggaraan peralatan, dan menyesuaikan diri dengan keperluan persekitaran operasi yang keras loji tenaga nuklear.

• Trend Pembangunan Industri

Dengan pecutan kelulusan projek tenaga nuklear domestik dan peningkatan berterusan dalam bilangan unit dalam pembinaan, permintaan pasaran untuk peralatan yang berkaitan dengan sistem penyejukan air suapan utama terus dikeluarkan. Mengikut anggaran, dari 2026 hingga 2030, dijangkakan 30-40 unit kuasa nuklear baharu yang diluluskan akan ditambah di China, sepadan dengan permintaan untuk lebih kurang 120-160 pam air suapan nuklear baharu. Saiz pasaran akan terus meningkat. Proses penyetempatan terus dipercepat, dan kadar penyetempatan pam utama telah melebihi 90%. Perusahaan milik negara seperti Shanghai Electric, Dongfang Electric dan Harbin Electric Group menguasai pasaran domestik. Dengan sistem pembuatan yang lengkap dan pengalaman kejuruteraan, mereka secara beransur-ansur mencapai penggantian domestik produk mewah dan mengurangkan pergantungan kepada peralatan yang diimport.

Sementara itu, dengan kemajuan reaktor modular kecil (SMR) dan projek demonstrasi teknologi tenaga nuklear generasi keempat, permintaan untuk peralatan penyejukan air suapan utama yang baharu, cekap dan padat akan muncul secara beransur-ansur, membuka peluang pertumbuhan baharu untuk industri. Di samping itu, dalam konteks eksport tenaga nuklear yang dipercepatkan di bawah "Inisiatif Belt and Road", peralatan berkaitan sistem penyejukan air suapan utama domestik akan beransur-ansur bergerak ke arah pasaran antarabangsa, meningkatkan daya saing global peralatan tenaga nuklear China [6].

Sistem penyejukan air suapan utama loji kuasa nuklear, sebagai "penghalang penyejukan" untuk keselamatan nuklear, ialah hab teras kitaran gelung sekunder kuasa nuklear. Pengendaliannya yang stabil berkaitan secara langsung dengan pengendalian karbon-yang selamat, cekap dan rendah bagi unit kuasa nuklear. Daripada mengoptimumkan struktur komponen teras kepada menaik taraf kecerdasan sistem, daripada pengendalian kerosakan yang tepat kepada menggalakkan penggantian domestik, setiap kejayaan teknologi dalam sistem penyejukan air suapan utama telah meletakkan asas yang kukuh untuk keselamatan tenaga nuklear.
Dalam konteks peralihan tenaga, dengan pembangunan berterusan teknologi tenaga nuklear, sistem penyejukan air suapan utama akan terus bergerak ke arah yang lebih pintar, cekap dan selamat, sentiasa menerobos kesesakan teknologi utama, menambah baik sistem jaminan keselamatan, memberikan sokongan kukuh untuk-pembangunan berkualiti tinggi bagi industri tenaga nuklear China, mencapai matlamat "tenaga nuklear berganda" pada setiap tahap keselamatan.