El sistema principal de refrigeració d'aigua d'alimentació d'una central nuclear és una barrera de refrigeració per a la seguretat nuclear

El posicionament bàsic i el valor funcional del sistema de refrigeració d'aigua d'alimentació principal
El procés de conversió d'energia d'una central nuclear consisteix bàsicament a escalfar el refrigerant del circuit primari mitjançant l'energia tèrmica generada per la fissió nuclear i després transferir l'energia tèrmica a l'aigua d'alimentació principal del circuit secundari mitjançant un generador de vapor, convertint l'aigua d'alimentació en vapor d'alta -pressió per impulsar la turbina de vapor per generar energia. La funció principal del sistema de refrigeració de l'aigua d'alimentació principal és proporcionar un mitjà de refrigeració estable i controlable per a aquest cicle, alhora que s'aconsegueix una dissipació i recuperació de calor raonables. El seu valor funcional es reflecteix principalment en tres aspectes.

En primer lloc, assegureu-vos el refredament del nucli del reactor. El nucli d'un reactor nuclear allibera contínuament una gran quantitat d'energia tèrmica durant la fissió nuclear. Si no es pot exportar de manera oportuna, provocarà un augment sobtat de la temperatura central i provocarà greus accidents de seguretat. El sistema de refrigeració de l'aigua d'alimentació principal proporciona contínuament aigua d'alimentació de refrigeració al generador de vapor, absorbeix la calor del refrigerant primari i assegura que la temperatura central es mantingui dins d'un llindar segur, formant una important "barrera de refrigeració" per a la seguretat del reactor. Segons les estadístiques de l'OIEA, aproximadament el 12% de les parades no planificades a les centrals nuclears estan relacionades amb fallades del sistema d'aigua d'alimentació, la qual cosa confirma indirectament el valor crític de seguretat del sistema de refrigeració principal de l'aigua d'alimentació.

En segon lloc, mantenir l'estabilitat del cicle de bucle secundari. El sistema de refrigeració principal de l'aigua d'alimentació ha d'ajustar amb precisió el cabal i la temperatura de l'aigua d'alimentació segons els canvis en la potència del reactor, assegurant paràmetres de vapor estables a la sortida del generador de vapor i proporcionant una font d'energia contínua i qualificada per a la turbina. Durant l'operació de baixa potència-del reactor, el cabal s'ajusta manualment mitjançant la vàlvula de control de derivació de l'aigua d'alimentació principal; Durant el funcionament d'alta-potència, la vàlvula reguladora de l'aigua d'alimentació principal intervé automàticament i s'ajusta dinàmicament segons la potència tèrmica del generador de vapor, assegurant la continuïtat i l'estabilitat del cicle de bucle secundari.

Finalment, aconseguir una utilització eficient de l'energia. El sistema de refrigeració principal de l'aigua d'alimentació preescalfarà l'aigua d'alimentació durant el procés de refrigeració, recuperarà la calor residual després de la condensació de vapor, reduirà la pèrdua d'energia i millorarà l'eficiència tèrmica de la unitat d'energia nuclear. Al mateix temps, controlant amb precisió els paràmetres de subministrament d'aigua, reduint el desgast dels equips i el consum d'energia i ajudant les unitats nuclears a aconseguir un funcionament econòmic a llarg termini-, satisfà les necessitats de desenvolupament energètic eficient i baix-en carboni sota l'estratègia de "doble carboni".

L'arquitectura de la composició i el principi de funcionament del sistema principal de refrigeració d'aigua d'alimentació
El principal sistema de refrigeració d'aigua d'alimentació d'una central nuclear és un sistema integrat i d'alta{0}}precisió complex, format principalment per la bomba principal d'aigua d'alimentació, la vàlvula principal de regulació de l'aigua d'alimentació, l'equip de preescalfament de l'aigua d'alimentació, el sistema de canonades, el sistema de monitorització i control i l'equip auxiliar. Els components treballen junts per formar un cicle de refrigeració de bucle tancat-, i el seu principi de funcionament gira al voltant dels tres enllaços bàsics de "l'ajust dels paràmetres d'intercanvi de calor del transport d'aigua d'alimentació".

Components bàsics i les seves funcions

• Bomba principal d'aigua d'alimentació: com a "cor de potència" del sistema, és responsable de subministrar aigua d'alimentació d'alta{0}}puresa processada pel desaireador al generador de vapor a alta pressió. Les seves condicions de funcionament són extremadament dures, i requereixen un funcionament continu a llarg termini -en ambients d'alta temperatura (temperatura d'entrada de l'aigua d'uns 220 graus) i alta pressió (la pressió de sortida pot arribar als 8-12 MPa). La vida útil del disseny no sol ser inferior a 40 anys i es fan requisits extremadament alts sobre la resistència a la corrosió del material i el segellat estructural. Actualment, el corrent principal a la Xina adopta bombes centrífugues d'aigua d'alimentació principal d'alta velocitat, i algunes unitats avançades han adoptat solucions integrades de regulació de velocitat de freqüència variable i monitorització intel·ligent. Algunes unitats també estan equipades amb bombes d'aigua d'alimentació accionades per vapor per garantir que encara es pot confiar en el vapor auxiliar per mantenir el funcionament i millorar la fiabilitat del sistema en cas d'interrupció del subministrament elèctric a tota la planta. El sistema modular del grup principal de bombes d'aigua d'alimentació desenvolupat per East China Electric Power Design Institute millora eficaçment la fiabilitat operativa i l'eficiència del disseny del sistema integrant la bomba prèvia, el motor, l'acoblament hidràulic i la bomba principal.
• Vàlvula de control de l'aigua d'alimentació principal: el "centre de flux" del sistema, que funciona en paral·lel amb la vàlvula de control de derivació de l'aigua d'alimentació principal, responsable d'ajustar amb precisió el cabal d'aigua d'alimentació en funció dels canvis en la potència del reactor i l'estat de funcionament del generador de vapor. El seu rendiment està directament relacionat amb l'estabilitat del sistema de subministrament d'aigua. Si es produeix una fallada, provocarà fluctuacions en el cabal d'aigua d'alimentació principal, cosa que suposarà una amenaça per a la seguretat de la unitat. Els errors comuns inclouen fils desgastats i trencats que connecten la tija de la vàlvula i el nucli de la vàlvula, el desgast per col·lisió a la paret interior del component de la gàbia de la vàlvula, la retroalimentació anormal dels senyals de localització, etc., que s'han de resoldre mitjançant l'optimització estructural i la millora del material.

Equips de preescalfament d'aigua d'alimentació: inclouen principalment escalfadors d'alta pressió-, que s'utilitzen per preescalfar l'aigua d'alimentació principal utilitzant la calor residual de l'extracció de la turbina de vapor, augmentar la temperatura de l'aigua d'alimentació, reduir la pèrdua de calor al generador de vapor i reduir l'estrès tèrmic de l'equip, allargant així la vida útil del sistema. Després del preescalfament, l'aigua d'alimentació entra al generador de vapor i pot absorbir de manera més eficient la calor del circuit primari, millorant l'eficiència de generació de vapor.

 

Sistema de monitorització i control: compost per diversos sensors, controladors i actuadors, supervisa paràmetres clau com ara el cabal d'aigua, la temperatura i la pressió en temps real-, i aconsegueix un ajust precís dels paràmetres mitjançant un sistema de control automatitzat. Per exemple, mitjançant el control del nivell d'aigua i la temperatura del generador de vapor, la velocitat de la bomba principal d'aigua d'alimentació i l'obertura de la vàlvula de control de l'aigua d'alimentació principal s'ajusten automàticament per garantir que els paràmetres de funcionament del sistema estiguin sempre dins d'un rang segur, alhora que s'aconsegueix un avís en -en temps real i una resposta d'emergència de fallades.

• Anàlisi del flux de treball

El procés de treball del sistema de refrigeració de l'aigua d'alimentació principal es pot dividir en quatre passos clau: el primer pas és que el desaireador realitzi un tractament de desaireació a l'aigua d'alimentació, elimina l'oxigen i altres gasos nocius de l'aigua, evita la corrosió de canonades i equips i assegura que la puresa de l'aigua d'alimentació compleix els estàndards de grau nuclear; El segon pas és augmentar la pressió d'entrada de la bomba principal amb antelació per evitar la cavitació. A continuació, la bomba principal d'aigua d'alimentació pressiona l'aigua d'alimentació tractada i la lliura a l'escalfador d'alta pressió-; El tercer pas, l'escalfador d'alta pressió-utilitza la calor residual extreta de la turbina de vapor per preescalfar l'aigua d'alimentació i augmentar la temperatura de l'aigua d'alimentació fins al rang especificat; Pas quatre, l'aigua d'alimentació principal preescalfada es transporta al generador de vapor per absorbir la calor del refrigerant primari i convertir-la en vapor d'alta-pressió. L'aigua d'alimentació refredada torna després a través del sistema de circulació per completar el cicle de refrigeració. Durant tot el procés, el sistema de monitorització i control està totalment implicat, ajustant dinàmicament els paràmetres de funcionament de cada component en funció dels canvis en la potència del reactor i l'estat de funcionament del sistema per garantir un cicle estable, segur i eficient.

Garantia de seguretat i tractament d'avaries del sistema principal de refrigeració de l'aigua d'alimentació

El funcionament segur del sistema principal de refrigeració de l'aigua d'alimentació a les centrals nuclears és una garantia important per a la seguretat de l'energia nuclear. A causa del dur entorn operatiu del sistema, que està exposat a alta temperatura, alta pressió i alta radiació durant molt de temps, és propens al desgast dels components, fuites, anomalies de control i altres errors. Per tant, és necessari establir un sistema de garantia de seguretat sòlid per aconseguir la detecció i eliminació precoç de les avaries.

• Mesures de seguretat

Optimització de materials i estructura: els components bàsics estan fets de materials especials d'alta -resistència, resistents a la corrosió- i resistents a la radiació. Per exemple, l'impulsor i el segell de l'eix de la bomba principal d'aigua d'alimentació estan fets d'acer inoxidable austenític de carboni ultra-o acer inoxidable dúplex. El passador de posicionament de la vàlvula reguladora de l'aigua d'alimentació principal està fet de material Inconel750 d'alta -resistència, substituint els materials tradicionals de baixa resistència, per millorar la resistència al desgast i la vida útil dels components. Al mateix temps, optimitzeu el disseny estructural dels components de la gàbia de la vàlvula i els nuclis de la vàlvula, adopteu finestres de forats petits i optimitzeu la seva disposició segons la corba de flux, milloreu la precisió de la regulació i la capacitat de flux i reduïu la vibració i el desgast dels components.

Disseny de doble redundància: l'equip clau del sistema adopta una configuració redundant de "un per utilitzar i un de còpia de seguretat" o "múltiple per utilitzar i un de còpia de seguretat". Per exemple, la bomba principal d'aigua d'alimentació normalment està equipada amb 2-4 unitats i les bombes de seguretat corresponents per assegurar-se que quan falla un equip, l'equip de còpia de seguretat es pugui posar en funcionament ràpidament per evitar l'aturada del sistema. Al mateix temps, el sistema de control adopta un disseny de doble redundància per evitar que el sistema perdi el control a causa de la fallada d'una única unitat de control.

Supervisió intel·ligent i alerta primerenca: amb l'ajuda del bessó digital, el manteniment predictiu d'IA i altres tecnologies, es realitza un seguiment de l'estat en línia d'equips clau, com ara les bombes principals d'aigua d'alimentació i les vàlvules reguladores. Mitjançant l'anàlisi de l'espectre de vibracions, la reconstrucció del camp de temperatura i altres mètodes, el funcionament anormal de l'equip es captura en temps real i s'emeten avisos d'error amb antelació. Després d'adoptar un sistema de control intel·ligent, el temps mitjà de funcionament sense problemes de la bomba principal d'aigua d'alimentació s'ha incrementat de 18.000 hores per als models tradicionals a més de 32.000 hores, reduint significativament el risc d'aturades no planificades.

Actualització tecnològica i tendència de desenvolupament de la indústria del sistema principal de refrigeració d'aigua d'alimentació
Amb la contínua iteració de la tecnologia d'energia nuclear i l'aprofundiment de l'estratègia de "doble carboni", el principal sistema de refrigeració d'aigua d'alimentació de les centrals nuclears s'està desenvolupant cap a la intel·ligència, l'eficiència i la localització. L'actualització tecnològica i l'actualització industrial avancen de manera sincrònica, proporcionant un suport més fort per al funcionament segur i eficient de l'energia nuclear.

• Direcció d'actualització tècnica

Actualització intel·ligent: integració de tecnologies com l'Internet de les coses, el big data i la intel·ligència artificial per crear un sistema de gestió intel·ligent del cicle de vida complet, aconseguint un seguiment-en temps real dels paràmetres operatius del sistema, un diagnòstic precís d'errors i una programació intel·ligent d'operacions i manteniment. Per exemple, utilitzant la tecnologia digital bessona per construir un model virtual del sistema de refrigeració de l'aigua d'alimentació principal, simulant l'estat de funcionament del sistema, predint els riscos d'avaria amb antelació, optimitzant els plans d'operació i manteniment i reduint els costos d'operació i manteniment.

Optimització eficient: optimitzant els processos del sistema, millorant l'estructura dels equips i millorant l'eficiència tèrmica del sistema i l'estabilitat operativa. Per exemple, optimitzar el disseny de l'impulsor de la bomba principal d'aigua d'alimentació per millorar l'eficiència del transport i reduir el consum d'energia; Optimitzeu el procés de preescalfament del subministrament d'aigua, recupereu completament la calor residual i milloreu encara més l'eficiència d'utilització de l'energia. Al mateix temps, s'adopta la tecnologia de regulació de la velocitat de conversió de freqüència per ajustar dinàmicament la velocitat de la bomba principal d'aigua d'alimentació segons la potència del reactor, aconseguint un funcionament d'estalvi d'energia-.

Promoció de la tecnologia sense fuites: Adopció de tipus de bombes sense fuites, com ara bombes magnètiques i bombes blindades per substituir les bombes tradicionals de segellat d'eix, reduint el risc de fuites d'aigua, millorant la seguretat del sistema i la protecció del medi ambient, reduint els costos de manteniment dels equips i adaptant-se als durs requisits de l'entorn operatiu de les centrals nuclears.

• Tendències de desenvolupament de la indústria

Amb l'acceleració de les aprovacions de projectes d'energia nuclear domèstica i l'augment constant del nombre d'unitats en construcció, la demanda del mercat d'equips relacionats amb el sistema de refrigeració de l'aigua d'alimentació principal es continua alliberant. Segons les estimacions, del 2026 al 2030, s'espera que s'afegiran 30-40 noves unitats nuclears aprovades a la Xina, el que correspon a una demanda d'aproximadament 120-160 bombes d'aigua d'alimentació nuclear noves. La mida del mercat augmentarà constantment. El procés de localització continua accelerant-se i la taxa de localització de les bombes principals ha superat el 90%. Empreses de propietat estatal com Shanghai Electric, Dongfang Electric i Harbin Electric Group dominen el mercat nacional. Amb un sistema de fabricació complet i experiència en enginyeria, estan aconseguint gradualment la substitució nacional de productes de gamma alta i reduint la dependència dels equips importats.

Mentrestant, amb l'avenç dels petits reactors modulars (SMR) i els projectes de demostració de tecnologia d'energia nuclear de quarta generació, la demanda d'equips de refrigeració d'aigua d'alimentació principal nous, eficients i compactes sorgirà gradualment, obrint noves oportunitats de creixement per a la indústria. A més, en el context de l'exportació accelerada d'energia nuclear en virtut de la "Iniciativa de la Franja i la Ruta", l'equip principal relacionat amb el sistema de refrigeració d'aigua d'alimentació domèstica es mourà gradualment cap al mercat internacional, millorant la competitivitat global dels equips d'energia nuclear de la Xina [6].

El principal sistema de refrigeració de l'aigua d'alimentació d'una central nuclear, com a "barrera de refrigeració" per a la seguretat nuclear, és el centre central del cicle secundari de l'energia nuclear. El seu funcionament estable està directament relacionat amb el funcionament segur, eficient i baix-de carboni de la unitat nuclear. Des de l'optimització de l'estructura dels components bàsics fins a l'actualització de la intel·ligència del sistema, des de la gestió precisa de les fallades fins a la promoció de la substitució domèstica, cada avenç tecnològic en el sistema de refrigeració principal d'aigua d'alimentació ha establert una base sòlida per a la seguretat de l'energia nuclear.
En el context de la transició energètica, amb el desenvolupament continu de la tecnologia de l'energia nuclear, el principal sistema de refrigeració de l'aigua d'alimentació continuarà avançant cap a una direcció més intel·ligent, eficient i segura, trencant constantment els colls d'ampolla tecnològics clau, millorant el sistema de garantia de seguretat, donant un fort suport al desenvolupament d'alta -qualitat de la indústria de l'energia nuclear de la Xina, aconseguint l'objectiu de "doble protecció del carboni" i la seguretat del transport d'energia nuclear a tots els nivells.