Чому для запуску атомної електростанції потрібно так багато часу?


18

Я декілька разів чув, що діючій атомній електростанції, яка була закрита (не в надзвичайних ситуаціях; наприклад, для чергової перевірки), потрібно більше 24 годин (до 72 годин?), Щоб знову почати працювати.

Чому це займає так довго?


Ідіть швидко, і вся справа бум.
щурячий вирод

5
Якщо вирішити це питання, так само справедливо запитати "Як вони здатні так швидко перезапустити атомну електростанцію?" Витратьте деякий час на роздуми про різні процеси та перевірки, які мають відбутися, щоб запустити реактор або будь-який генератор. Тоді зосередьте своє запитання, щоб задати щось більш конкретне в процесі запуску.

3
@ GlenH7 Якщо ви хочете розгорнути питання, сміливо почніть інше питання. Я не думаю, що мені потрібно міняти своє запитання, оскільки я отримав дві дуже приємні відповіді. Обидва сказали мені те, що я хотів знати.
Мартін Тома

2
Одне з зауваження, що це стосується перезавантаження електростанцій, це насправді досить швидко. Місцева електростанція (вугілля / газ), яку я потрапив на гастролі, говорить про те, що їм подобається мати цілий тиждень, щоб закрутити свої парові турбіни, даючи турбіні час нагріватися рівномірно, перш ніж вони починають фактично виробляти електроенергію. Таким чином вони зношують мінімум зносу.
Корт Аммон - Відновіть Моніку

Зауважте, що для перезапуску більшості великих систем дійсно потрібно дуже багато часу - типовий сталевий комбінат займає близько тижня (якщо він був належним чином відключений), великі парові локомотиви (актуально, оскільки сучасні електростанції також є паровими двигунами) займають кілька годин, а іноді і вимагають зовнішнє джерело пари для початку роботи (подібно до деяких сучасних реактивних літаків). Безпека, розмір сировини, складність парових двигунів, кількість взаємодіючих систем - все це надзвичайно важливо для атомної станції.
Луань

Відповіді:


36

Коли реактор зупинений ядро виробляє набагато менше тепла, але вони ж до цих пір проводять тепло за допомогою механізму , відомого як розпад тепла . Те, що серцевина виробляє менше тепла, означає, що температура теплоносія знизиться, але наскільки ця температура падає залежить від швидкості вироблення тепла. Це в свою чергу базується на історії експлуатації або потужності, з якою працювала установка до вимкнення. Це може бути великим для комерційних установок, оскільки вони, як правило, працюють на потужності або дуже близькій, а електроенергетичні компанії приводять вугілля або природний газовий завод вгору і вниз, щоб модулювати потужність мережі. Нагрівання через день складає близько половини відсотка історії енергії, що для 500 МВт, що працює на потужності, означає, що тепло розпадається може бути 2,5 МВт.

Отже, якщо короткочасне відключення, швидкість вироблення тепла, що розпадається, настільки висока, що первинна установка залишається гарячою, і тому вони можуть нормально запускатися досить швидко. Я кажу "швидко", оскільки, хоча основний (радіоактивний бік) рослини ще може бути гарячим, вторинна парова установка, ймовірно, застудилася. Для стартапів вторинних рослин одна з найбільших проблем - це утворення вологи в трубопроводах. Це відбувається, коли пара торкається (відносно) холодної труби. Волога в паровій установці може спричинити всілякі жахливі речі, але в першу чергу шкода виходить від молотка води в трубопроводах і пошкодження вологи лопаток турбіни.

Для запису: Я це знаю, тому що я був ВМС. На мій погляд у військово-морському флоті, найжахливішою річчю, якій я був свідком кожного корабля, була парова труба, можливо діаметром 18 дюймів, буквально стрибаючи 2-3 дюйми при кожному ударі водяним молотком, знаючи, що якщо труба вийде з ладу, то всі в машинний зал, мабуть, приготували б живим. Майте на увазі, що у відео, пов'язаному вище, пара, ймовірно, вище атмосферного тиску і дуже низький потік, і все ще звучить, як хтось б’є по радіатору молотком. Діаметр, мабуть, має дюйм або менше.

Конденсат, який утворюється, коли пара торкається трубопроводів, «потрапляє» в потік пари через трубу. Пар штовхає цю пробку води з дуже високою швидкістю, як молоток (звідси «водяний молоток»), ламаючи лопаті турбіни і пошкоджуючи трубопроводи і особливо трубопроводи.

Існують пристрої, які називаються "пастками для вологості" або " паровими пастками ", які виводять вологу з системи під час нормальної роботи, але об'єм конденсату, що утворюється при запуску холодних установок, настільки великий, що вологозберігаючі пастки не можуть залишатися. Це в поєднанні з небезпекою, що викликається водяним молотом і погіршенням вологи в турбіні, означає, що пар в парову установку надходить дуже, дуже, дуже повільно. Операторам заводу доводиться періодично ходити до парових пасток з ручним керуванням, щоб " продути " конденсат. (Зауважте: паровий завод у цьому відео - жахливий, і я б там не працював, але гарчить звук, який видає, коли конденсат очищається і пара починає виходити саме так, як я пам'ятаю, це звучить)

Отже, підсумовуючи зараз: "швидкий" (24-годинний) запуск, як правило, обмежений виробленням вологи на вторинній паровій установці, спричиненою парою, що контактує з холодними трубами.

Початок первинної рослини може зайняти багато, набагато більше часу. Більшість (усіх?) Реакторів у США є водяними реакторами під тиском . Це означає, що, незважаючи на те, що в 2-3 рази (або більше!) Температура, при якій нормально кипить вода, у первинному рослині є достатній тиск, щоб зберегти воду в рідкому вигляді. Це великий тиск, і трубопроводи в первинному заводі мають дуже товсті стінки, щоб протистояти цьому тиску.

Товсті стінки означають, що внутрішня частина труби може бути «гарячою», тоді як зовнішня труба «холодна». Це відносні терміни; все гаряче.

Прогрівання первинної рослини - проблема з куркою та яйцями. Першочерговим питанням є те, щоб в реакторі ніколи не утворювалася пара. Пар насправді дуже хороший ізолятор, а це означає , що, якщо він коли - небудь робив вигляд в реакторі, раптом не буде нічого , щоб охолодити паливо, тому було б отримати дуже дуже жарко дуже швидко (читай: розтопити).

Отже, ви повинні тримати систему під високим тиском, щоб у реакторі не утворювалася пара. АЛЕ , якщо б ти чинив такий сильний тиск на трубопроводі, поки він був холодним, він би розірвався за допомогою механізму, який називався " крихким переломом ". Це раптовий і катастрофічний збій, якого можна уникнути, якщо трубопровід нагріти до того, що він має деяку пластичність.

Отже, вам потрібно нагріти трубопроводи, але ви не можете нагріти його так, що він закипить. Так ти трохи нагріваєш його, потім трохи збільшуєш тиск, потім нагріваєш, тиснеш тощо.

Як правило, існують паузи, відомі як "замочування", які дають металу в трубопроводі час вирівнювання температури. Це запобігає накопиченню внутрішніх напруг, оскільки внутрішня частина труби "гаряча", а зовнішня - "холодна". Замочування зазвичай займає велику частину до більшості часу пуску - замочування, як правило, 12-24 години.

Отже, ви нагріваєтесь до точки замочування, потім, як правило, тисніть до проміжного тиску, нагріваєте до іншої точки замочування, потім збільшуєте тиск до більш високого проміжного тиску, потім нагрівайтесь і тисніть разом. Все це робиться для того, щоб залишатися під межами руйнування, відомими як "межа крихкого руйнування", що, знову ж таки, полягає у тому, щоб температурний тиск, яким піддаються трубопроводи, був таким, щоб труби не опадали.

Отже, після того, як ви прогріли первинну рослину, тоді ви можете почати виводити вторинну рослину в Інтернет, тому зазвичай це 2 дні для первинної, а потім ще один день для вторинної - це 72-годинний запуск.

Як уже згадувалося, тепло розпаду зберігає первинну рослину гарячою протягом тривалого часу (до, можливо, місяця), тому, якщо ви не перебуваєте в тривалому відключенні, зазвичай можна запустити досить "швидкий", де знову "швидке" становить близько 24 годин .


1
Близько 2/3 - PWR . Я завжди думав, що смішно, що рослини мають парові сушарки (саме через трохи суперечливу назву), але ви пояснюєте причину досить добре. Завжди цікаво почути від хлопця ВМС.
grfrazee

@grfrazee - Я був у військово-морському флоті, тому не знаю, що стосується комерційних / галузевих термінів, але на мою думку, сепаратор вологості - це пристрій для видалення конденсату з пари для досягнення високої якості пари (наприклад, між HP і LP турбіни або на парогенераторі), де паровий сушарка - це пристрій, що використовується для перегріву пари. Я не можу знайти нічого, що б це точно підтверджувало, але Вікіпедія згадує роздільники та сушарки, ніби це два різних пристрої, а пізніше згадується, що перегрівання відбувається в сушарці.
Чак

Ви, мабуть, праві. Я хлопець із структури, тому мені не зовсім доводиться нюхатись на механічні процеси.
grfrazee

+1. Я думав, що вода є хорошим теплоізолятором, хоча? Це набагато більше провідника, ніж пари?
Мехрдад

2
Q=мcΔТм=ρVQвода/Qпар=(ρc)вода/(ρc)пар. Питома теплоємність пари приблизно вдвічі менша від води, але густина пари становить приблизно 1/1000-ту води, тому вода проводить тепло приблизно на 2000x краще, ніж пара. Конвекція схожа, але, можливо, не така екстремальна.
Чак

12

Ксенон є результатом ядерної реакції та отрутою нейтронів. Якщо ви не чекаєте розпаду ксенону, він з'їдає занадто багато нейтронів, і ви не можете перейти до критичної ситуації. Вони завжди кажуть: "не вистачає стержнів, щоб тягнути". Якщо у вас є гарне нове реактивне ядро, ви можете розпочати роботу швидше. Якщо серцевина стара, вам доведеться довго чекати, перш ніж розкладеться достатня кількість ксенону (та інших отрут).

Завод, на якому я працював, коштував близько мільйона доларів на день за відключення. Повірте, якби вони могли почати щось раніше, вони би.


Я не сумнівався, що є технічні причини, щоб не почати швидше. Мені просто хотілося знати ці причини. Дякуємо, що додали ще один :-)
Мартін Тома

Ого, чудова відповідь! Можливо, якби основна конструкція реактора була б набагато ближче до критичності, але при нормальній роботі тільки внизу були б набагато менші стрижні? Тоді реактор можна було запустити навіть у отруєному нейтроном стані. Це може дати можливість ядерним реакторам слідувати навіть щоденному циклу споживання енергії. І все це у швидкому дизайні селекціонера! Оце Так! Я відчуваю, що незабаром прокинусь :-(
peterh - Відновіть Моніку

7

Відповідь дійсно зводиться до двох факторів: безпека та тестування. Я збираюся дати загальне резюме цих двох речей нижче, але реальна відповідь є досить складною.

Суть експлуатації АЕС обертається навколо ядерної безпеки. Я не говорю про особисту безпеку, яка є сферою управління охорони праці (OSHA), хоча це має певний фактор. Більше того, це загальна безпека для громадськості від радіологічної події. Атомні електростанції розроблені таким чином, щоб ризик такої події був максимально зведений до мінімуму.

По мірі того, як рослина підсилюється, вона зазнає різних режимів . Кожен режим має свій набір критеріїв тестування та прийняття, які повинні бути виконані, перш ніж завод може бути підвищений у режимі. Систем дуже багато, і на ці речі потрібен час. Системи, що мають важливе значення для ядерної безпеки, особливо мають великий контроль.

Атомна станція почне працювати повністю лише після того, як всі системи пройдуть свої випробування і станція буде безпечно працювати.


1

Вони є багатьма причинами часу, необхідного для запуску або повернення до повноцінної роботи енергії на комерційних атомних електростанціях. У США існує два основні типи установок - реактори киплячої води (BWR) та водяні реактори під тиском (PWR). Відповіді будуть відрізнятися залежно від типу реактора і навіть того, який варіант типу. Поширене пояснення, про яке я не бачив, - це те, що всі комерційні атомні електростанції уникають> 15% змін теплової потужності протягом будь-якого 4-годинного періоду. Це для захисту цілісності паливної оболонки. Я працював у комерційній атомній енергетиці майже 20 років - і був поза нею понад 20 років - тому, можливо, вони покращили оболонку палива, і це вже не проблема - але це було обов'язковим обмеженням у мої дні.


0

Чук майже довів його до кінця. Але з точки зору, щоб відповісти на питання, (тепер це саме те, про що мені кажуть) ASME код B&PV обмежує швидкість нагріву до 30 градусів Цельсія на годину. Звичайні рослини працюють при температурі близько 300 градусів. Це дасть вам мінімальну теоретичну швидкість нагрівання рослин. По-друге, при випалюванні рослини виявляється перша причина відключення та її виправлення. Для нагрівання вторинної сторони потрібен пар, для якого є запущені допоміжні котли. Нарешті, хімія води всіх рослин відновлюється, і це потребує часу.

Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.