Hovedkjølesystemet til et kjernekraftverk er en kjølebarriere for kjernefysisk sikkerhet

Kjerneposisjoneringen og funksjonsverdien til hovedmatvannskjølesystemet
Energikonverteringsprosessen til et kjernekraftverk involverer i hovedsak oppvarming av kjølevæsken i primærkretsen gjennom den termiske energien som genereres av kjernefysisk fisjon, og deretter overføre den termiske energien til hovedmatevannet i sekundærkretsen gjennom en dampgenerator, og konvertere fødevannet til høytrykksdamp for å drive dampturbinen for kraftproduksjon. Kjernefunksjonen til hovedmatvannskjølesystemet er å gi et stabilt og kontrollerbart kjølemedium for denne syklusen, samtidig som det oppnås rimelig varmeavledning og gjenvinning. Dens funksjonelle verdi gjenspeiles hovedsakelig i tre aspekter.

Først må du sørge for avkjøling av reaktorkjernen. Kjernen i en atomreaktor frigjør kontinuerlig en stor mengde varmeenergi under kjernefysisk fisjon. Hvis det ikke kan eksporteres i tide, vil det føre til en plutselig økning i kjernetemperaturen og forårsake alvorlige sikkerhetsulykker. Hovedmatvannskjølesystemet leverer kontinuerlig kjølende fødevann til dampgeneratoren, absorberer varme fra primærkjølevæsken og sørger for at kjernetemperaturen holdes innenfor en sikker terskel, og danner en viktig "kjølebarriere" for reaktorsikkerheten. I følge IAEA-statistikk er omtrent 12 % av uplanlagte nedstengninger i kjernekraftverk relatert til feil i matevannsystemet, noe som indirekte bekrefter den kritiske sikkerhetsverdien til hovedmatvannskjølesystemet.

For det andre, opprettholde stabiliteten til den sekundære sløyfesyklusen. Hovedtilførselsvannkjølesystemet må justere matevannets strømningshastighet og temperatur nøyaktig i henhold til endringer i reaktoreffekt, sikre stabile dampparametere ved utløpet av dampgeneratoren og gi en kontinuerlig og kvalifisert strømkilde for turbinen. Under lav-drift av reaktoren justeres strømningshastigheten manuelt av hovedtilførselsvannets bypass-kontrollventil; Under drift med høy-effekt griper hovedmatevannsreguleringsventilen automatisk inn og justerer seg dynamisk i henhold til den termiske kraften til dampgeneratoren, og sikrer kontinuiteten og stabiliteten til den sekundære sløyfesyklusen.

Til slutt oppnå effektiv utnyttelse av energi. Hovedmatvannskjølesystemet vil forvarme fødevannet under kjøleprosessen, gjenvinne spillvarmen etter dampkondensering, redusere energitapet og forbedre den termiske effektiviteten til kjernekraftenheten. Samtidig, ved å kontrollere vannforsyningsparametrene nøyaktig, redusere utstyrsslitasje og energiforbruk, og hjelpe kjernekraftenheter med å oppnå langsiktig-økonomisk drift, oppfyller den lav- og effektiv energiutviklingsbehov under "dobbeltkarbon"-strategien.

Sammensetningsarkitekturen og arbeidsprinsippet til hovedmatvannskjølesystemet
Hovedmatvannskjølesystemet til et kjernekraftverk er et integrert og komplekst system med høy-presisjon, hovedsakelig sammensatt av hovedmatevannspumpen, hovedmatevannsreguleringsventilen, utstyr for forvarming av matevann, rørledningssystem, overvåkings- og kontrollsystem og tilleggsutstyr. Komponentene jobber sammen for å danne en lukket-sløyfekjølesyklus, og dens arbeidsprinsipp dreier seg om de tre kjerneleddene til "justering av varmevekslingsparameter for fødevannstransport".

Kjernekomponenter og deres funksjoner

• Hovedmatevannspumpe: Som "krafthjertet" i systemet er det ansvarlig for å levere høy-renhetsmatevann behandlet av avlufteren til dampgeneratoren ved høyt trykk. Driftsforholdene er ekstremt tøffe, og krever lang-kontinuerlig drift i miljøer med høy temperatur (inntaksvanntemperatur på ca. 220 grader) og høyt trykk (utløpstrykket kan nå 8-12 MPa). Designlevetiden er vanligvis ikke mindre enn 40 år, og det stilles ekstremt høye krav til materialets korrosjonsbestandighet og strukturelle tetting. For tiden tar hovedstrømmen i Kina i bruk høyhastighets sentrifugale hovedmatevannspumper, og noen avanserte enheter har tatt i bruk integrerte løsninger med variabel frekvenshastighetsregulering og intelligent overvåking. Noen enheter er også utstyrt med dampdrevne fødevannspumper for å sikre at hjelpedamp fortsatt kan stole på for å opprettholde driften og forbedre systemets pålitelighet i tilfelle strømbrudd i hele anlegget. Det modulære systemet til hovedmatevannspumpegruppen utviklet av East China Electric Power Design Institute forbedrer effektivt systemets driftssikkerhet og designeffektivitet ved å integrere forpumpen, motoren, den hydrauliske koplingen og hovedpumpen.
• Hovedtilførselsvannkontrollventil: systemets "strømningssenter", som arbeider parallelt med hovedtilførselsvannbypass-kontrollventilen, ansvarlig for nøyaktig justering av matevannets strømningshastighet basert på endringer i reaktoreffekt og dampgeneratordriftsstatus. Ytelsen er direkte relatert til stabiliteten til vannforsyningssystemet. Hvis det oppstår en feil, vil det forårsake svingninger i strømningshastigheten for hovedmatevannet, noe som utgjør en trussel mot enhetens sikkerhet. Vanlige feil inkluderer slitte og ødelagte gjenger som forbinder ventilstammen og ventilkjernen, kollisjonsslitasje på den indre veggen av ventilhuskomponenten, unormal tilbakemelding av lokaliseringssignaler, etc., som må løses gjennom strukturell optimalisering og materialoppgradering.

Matevannsforvarmingsutstyr: inkluderer hovedsakelig høytrykksvarmere, som brukes til å forvarme hovedmatevannet ved å bruke spillvarmen fra dampturbinekstraksjon, øke matevannstemperaturen, redusere varmetapet i dampgeneratoren og redusere utstyrets termiske stress, og dermed forlenge systemets levetid. Etter forvarming kommer tilførselsvannet inn i dampgeneratoren og kan mer effektivt absorbere varme fra primærkretsen, noe som forbedrer dampgenereringseffektiviteten.

 

Overvåkings- og kontrollsystem: Sammensatt av ulike sensorer, kontrollere og aktuatorer, overvåker den nøkkelparametere som vannstrømningshastighet, temperatur og trykk i sanntid,- og oppnår presis parameterjustering gjennom et automatisert kontrollsystem. For eksempel, ved å overvåke vannnivået og temperaturen til dampgeneratoren, justeres hastigheten til hovedmatevannspumpen og åpningen av hovedmatevannskontrollventilen automatisk for å sikre at systemets driftsparametere alltid er innenfor et sikkert område, samtidig som det oppnås sanntidsvarsel og nødreaksjon ved feil.

• Arbeidsflytanalyse

Arbeidsprosessen til hovedmatvannskjølesystemet kan deles inn i fire nøkkeltrinn: det første trinnet er at avlufteren utfører avluftingsbehandling på fødevannet, fjerner oksygen og andre skadelige gasser fra vannet, forhindrer korrosjon av rørledninger og utstyr, og sikrer at råvannets renhet oppfyller standarder for kjernefysisk kvalitet; Det andre trinnet er å øke innløpstrykket til hovedpumpen på forhånd for å forhindre kavitasjon. Deretter setter hovedmatevannspumpen det behandlede fødevannet under trykk og leverer det til høytrykksvarmeren. Trinn tre, høytrykksvarmeren bruker spillvarmen som trekkes ut fra dampturbinen til å forvarme fødevannet og øke matevannstemperaturen til det spesifiserte området; Trinn fire, det forvarmede hovedmatevannet transporteres til dampgeneratoren for å absorbere varmen fra primærkjølevæsken og konvertere den til høytrykksdamp. Det avkjølte matevannet strømmer deretter tilbake gjennom sirkulasjonssystemet for å fullføre kjølesyklusen. Gjennom hele prosessen er overvåkings- og kontrollsystemet fullt involvert, og dynamisk justerer driftsparametrene for hver komponent basert på endringer i reaktorkraft og systemdriftsstatus for å sikre stabil, sikker og effektiv syklus.

Sikkerhetsgaranti og feilhåndtering av hovedmatvannskjølesystemet

Sikker drift av hovedmatvannskjølesystemet i kjernekraftverk er en viktig garanti for kjernekraftsikkerhet. På grunn av det tøffe driftsmiljøet til systemet, som er utsatt for høy temperatur, høyt trykk og høy stråling i lang tid, er det utsatt for komponentslitasje, lekkasje, kontrollavvik og andre feil. Derfor er det nødvendig å etablere et forsvarlig sikkerhetsgarantisystem for å oppnå tidlig oppdagelse og avhending av feil.

• Sikkerhetstiltak

Material- og strukturoptimalisering: Kjernekomponentene er laget av høy-styrke, korrosjons-bestandig og strålingsbestandig spesialmateriale. For eksempel er løpehjulet og akseltetningen til hovedmatevannspumpen laget av austenittisk rustfritt stål med lavt karbon{3}} eller dupleks rustfritt stål. Plasseringstappen til hovedmatevannsreguleringsventilen er laget av høy-Inconel750-materiale, som erstatter tradisjonelle lavstyrkematerialer, for å forbedre slitestyrken og levetiden til komponentene. Optimaliser samtidig den strukturelle utformingen av ventilhuskomponenter og ventilkjerner, ta i bruk småhullsvinduer og optimer deres arrangement i henhold til strømningskurven, forbedre reguleringsnøyaktigheten og strømningskapasiteten, og reduser komponentvibrasjoner og slitasje.

Dobbel redundansdesign: Nøkkelutstyret til systemet bruker en redundant konfigurasjon av "en for bruk og en for sikkerhetskopiering" eller "flere for bruk og en for sikkerhetskopiering". For eksempel er hovedmatevannspumpen vanligvis utstyrt med 2-4 enheter og tilsvarende reservepumper for å sikre at når ett utstyr svikter, kan reserveutstyret raskt settes i drift for å unngå systemavbrudd. Samtidig vedtar kontrollsystemet en dobbel redundansdesign for å forhindre at systemet mister kontrollen på grunn av feil i en enkelt kontrollenhet.

Intelligent overvåking og tidlig varsling: Ved hjelp av digital tvilling, AI prediktivt vedlikehold og andre teknologier, utføres online statusovervåking av nøkkelutstyr som hovedmatevannspumper og reguleringsventiler. Gjennom vibrasjonsspektrumanalyse, temperaturfeltrekonstruksjon og andre metoder fanges unormal utstyrsdrift i sanntid, og feilvarsler utstedes på forhånd. Etter å ha tatt i bruk et intelligent overvåkingssystem, har den gjennomsnittlige problemfrie driftstiden for hovedmatningsvannpumpen økt fra 18 000 timer for tradisjonelle modeller til over 32 000 timer, noe som reduserer risikoen for uplanlagte driftsstanser betydelig.

Teknologisk oppgradering og industriutviklingstrend for hovedmatvannskjølesystemet
Med den kontinuerlige gjentakelsen av kjernekraftteknologi og utdypingen av "dobbeltkarbon"-strategien, utvikler hovedmatvannskjølesystemet til kjernekraftverk seg mot intelligens, effektivitet og lokalisering. Teknologisk oppgradering og industriell oppgradering går synkront frem, og gir sterkere støtte for sikker og effektiv drift av kjernekraft.

• Teknisk oppgraderingsretning

Intelligent oppgradering: Integrering av teknologier som tingenes internett, big data og kunstig intelligens for å bygge et intelligent administrasjonssystem med full livssyklus, for å oppnå sann-tidsovervåking av systemdriftsparametere, nøyaktig feildiagnose og intelligent drift- og vedlikeholdsplanlegging. For eksempel ved å bruke digital tvillingteknologi for å konstruere en virtuell modell av hovedmatvannskjølesystemet, simulere systemets driftsstatus, forutsi feilrisiko på forhånd, optimalisere drift- og vedlikeholdsplaner og redusere drifts- og vedlikeholdskostnader.

Effektiv optimalisering: Ved å optimalisere systemprosesser, forbedre utstyrsstrukturen og forbedre systemets termiske effektivitet og driftsstabilitet. For eksempel optimalisering av pumpehjuldesignet til hovedmatevannspumpen for å forbedre transporteffektiviteten og redusere energiforbruket; Optimaliser forvarmingsprosessen for vannforsyning, gjenvinn spillvarme fullt ut og forbedre energiutnyttelseseffektiviteten ytterligere. Samtidig er teknologi for frekvensomforming av hastighetsregulering tatt i bruk for å dynamisk justere hastigheten til hovedmatevannspumpen i henhold til reaktoreffekten, og oppnå energisparende drift.

Markedsføring av lekkasjefri teknologi: Ved å ta i bruk lekkasjefrie pumpetyper som magnetiske pumper og skjermede pumper for å erstatte tradisjonelle akseltetningspumper, redusere risikoen for vannlekkasje, forbedre systemsikkerhet og miljøvern, samtidig som vedlikeholdskostnader for utstyr reduseres, og tilpasse seg de harde driftsmiljøkravene til kjernekraftverk.

• Bransjeutviklingstrender

Med akselerasjonen av innenlandske atomkraftprosjektgodkjenninger og den jevne økningen i antall enheter under bygging, fortsetter markedets etterspørsel etter utstyr relatert til hovedmatvannskjølesystemet å bli frigitt. I følge estimater, fra 2026 til 2030, forventes det at 30-40 nye godkjente kjernekraftenheter vil bli lagt til i Kina, tilsvarende et behov for omtrent 120-160 nye kjernefysiske fødevannspumper. Markedsstørrelsen vil øke jevnt og trutt. Lokaliseringsprosessen fortsetter å akselerere, og lokaliseringshastigheten til hovedpumper har oversteget 90 %. Statseide foretak som Shanghai Electric, Dongfang Electric og Harbin Electric Group dominerer hjemmemarkedet. Med et komplett produksjonssystem og ingeniørerfaring oppnår de gradvis innenlandsk substitusjon av avanserte produkter og reduserer avhengigheten av importert utstyr.

I mellomtiden, med utviklingen av små modulære reaktorer (SMR-er) og fjerde generasjons demonstrasjonsprosjekter for kjernekraftteknologi, vil etterspørselen etter nytt, effektivt og kompakt hovedmatvannskjøleutstyr gradvis dukke opp, noe som åpner for nye vekstmuligheter for industrien. I tillegg, i sammenheng med den akselererte eksporten av kjernekraft under "the Belt and Road Initiative", vil det innenlandske hovedmatvannskjølesystemet gradvis bevege seg mot det internasjonale markedet, og forbedre den globale konkurranseevnen til Kinas kjernekraftutstyr [6].

Det viktigste matvannskjølesystemet til et kjernekraftverk, som en "kjølebarriere" for kjernefysisk sikkerhet, er kjernenav i kjernekraftens sekundære sløyfesyklus. Dens stabile drift er direkte relatert til sikker, effektiv og lav-karbondrift av kjernekraftenheten. Fra å optimalisere strukturen til kjernekomponenter til å oppgradere systemets intelligens, fra presis feilhåndtering til å fremme hjemmesubstitusjon, har hvert teknologisk gjennombrudd i hovedmatvannskjølesystemet lagt et solid grunnlag for kjernekraftsikkerhet.
I sammenheng med energiomstilling, med den kontinuerlige utviklingen av kjernekraftteknologi, vil hovedmatvannskjølesystemet fortsette å bevege seg mot en mer intelligent, effektiv og sikker retning, stadig bryte gjennom viktige teknologiske flaskehalser, forbedre sikkerhetsgarantisystemet, gi sterk støtte til høy-kvalitetsutviklingen av Kinas kjernekraftindustri, oppnå "den doble karbonsikkerheten for transport og sikkerhet" nivå.