Почему перезапуск атомной электростанции занимает так много времени?

Я слышал пару раз, что работающая атомная электростанция, которая была остановлена ​​(не в аварийной ситуации, например, для регулярной проверки), нуждается в более чем 24 часах (до 72 часов?), Чтобы снова заработать.

Почему это занимает так много времени?

Когда реактор выключен, ядро ​​вырабатывает гораздо меньше тепла, но оно все еще производит тепло с помощью механизма, известного как затухающее тепло . Тот факт, что ядро ​​вырабатывает меньше тепла, означает, что температура охлаждающей жидкости будет падать, но то, насколько эта температура падает, зависит от скорости выделения тепла. Это, в свою очередь, основано на истории эксплуатации или мощности, на которой работала установка до остановки. Это может быть большим для коммерческих электростанций, потому что они обычно работают на или очень близко к мощности, и энергетические компании переносят угольные или газовые установки вверх и вниз для модуляции энергосистемы. Тепловая мощность после дня составляет около половины процента от истории мощности, что для 500 МВт, работающей на мощности, означает, что тепловая мощность может быть 2,5 МВт.

Таким образом, если происходит кратковременное отключение, скорость тепловыделения при распаде настолько высока, что первичная установка остается горячей и, таким образом, они обычно могут запускаться довольно «быстро». Я говорю «быстро», потому что, хотя первичная (радиоактивная сторона) станции может быть еще горячей, вторичная паровая установка, вероятно, остыла. Для вторичных заводских запусков одной из больших проблем является образование влаги в трубопроводе. Это происходит, когда пар касается (относительно) холодной трубы. Влага на паровой установке может вызывать всевозможные ужасные вещи, но в первую очередь это происходит из-за гидравлического удара в трубопроводах и попадания влаги на лопасти турбины.

Для справки: я знаю это, потому что я был атомным бомбардировщиком. Во время моего пребывания на флоте самой страшной вещью, которую я когда-либо видел на корабле, была паровая труба, возможно, 18 дюймов в диаметре, буквально прыгающая на 2-3 дюйма с каждым ударом гидравлического удара, зная, что если труба потерпит неудачу, то все в engineroom, вероятно, будет приготовлен заживо. Имейте в виду, что в видео, приведенном выше, пар, вероятно, находится под атмосферным давлением или чуть выше атмосферного давления и имеет очень низкий расход, и все равно звучит, как кто-то бьет по этому радиатору молотком. Эта труба, вероятно, диаметром в дюйм или меньше.

Конденсат, который образуется, когда пар касается труб, «уносится» потоком пара через трубу. Пар толкает эту пробку воды с очень высокой скоростью, как молоток (отсюда и «гидравлический удар»), ломая лопасти турбины и повреждая трубопровод и особенно соединения труб.

Существуют устройства, называемые «ловушками для влаги» или « конденсатоотводчиками », которые удаляют влагу из системы во время нормальной работы, но объем конденсата, образующегося при холодном запуске установки, настолько велик, что ловушки для влаги не могут удерживаться. Это в сочетании с опасностью, создаваемой гидравлическим ударом и попаданием влаги в турбину, означает, что пар поступает на паровую установку очень, очень, очень медленно. Операторам установки приходится периодически ходить в паровые ловушки с ручным управлением, чтобы « сдуть » конденсат. (Примечание: паровая установка в этом видео ужасна, и я бы не стал там работать, но я слышу, как это звучит, когда я слышу грохочущий звук, который раздается, когда конденсат очищается и пар начинает выходить)

Итак, подведем итог: «быстрый» (24-часовой) запуск обычно ограничивается образованием влаги во вторичной паровой установке, вызванной контактом пара с холодными трубами.

Первичный запуск завода есть потенциал , чтобы занять намного больше времени. Большинство (все?) Реакторов в США - это реакторы с водой под давлением . Это означает, что, несмотря на то, что температура, при которой вода обычно кипит, в 2-3 раза (или больше!), На первичной установке достаточно давления, чтобы вода оставалась в жидком состоянии. Это большое давление, и трубопровод на основном заводе имеет очень толстые стенки, чтобы противостоять этому давлению.

Толстые стенки означают, что внутри трубы может быть "жарко", а снаружи - "холодно". Это относительные термины; все жарко

Прогревание основного растения - это проблема курицы и яйца. Основная задача здесь - обеспечить, чтобы в реакторе никогда не образовывался пар. Пар на самом деле очень хороший изолятор, а это означает , что, если он когда - либо делал вид в реакторе, вдруг не будет ничего , чтобы охладить топливо, поэтому было бы получить очень очень жарко очень быстро (читай: растопить).

Таким образом, вы должны поддерживать давление в системе достаточно высоко, чтобы в реакторе не образовывался пар. НО , если бы вы оказали такое большое давление на трубопровод, пока он был холодным, он сломался бы через механизм, называемый « хрупкое разрушение ». Это внезапный и катастрофический отказ, которого можно избежать, если трубопровод нагреется до такой степени, что он обладает некоторой пластичностью.

Итак, вам нужно нагреть трубопровод, но вы не можете получить его настолько горячим, чтобы он кипел. Таким образом, вы немного нагреваете его, затем немного увеличиваете давление, затем нагреваете, повышаете давление и т. Д.

Как правило, существуют паузы, известные как «пропитка», которые дают металлу время обвязки для выравнивания температуры. Это предотвращает накопление внутренних напряжений, потому что внутренняя часть трубы "горячая", а внешняя "холодная". Обычно замачивание занимает большую часть времени запуска - замачивание обычно составляет 12-24 часа.

Таким образом, вы нагреваетесь до температуры выдержки, затем обычно повышаете давление до промежуточного давления, нагреваете до другой точки выдержки, затем повышаете давление до более высокого промежуточного давления, затем нагреваете и повышаете давление вместе. Все это делается для того, чтобы оставаться в пределах предела разрушения, известного как «предел предотвращения хрупкого разрушения», который опять-таки должен гарантировать, что температурное давление, которому подвергается трубопровод, является таким, чтобы трубы не падали.

Таким образом, после того, как вы разогрели первичное растение, вы можете начать переводить вторичное растение в оперативный режим, так что обычно это 2 дня для первичного и затем еще один день для вторичного - это 72-часовой запуск.

Как уже упоминалось, тепло распада поддерживает основную установку горячей в течение длительного времени (до, может быть, месяца), поэтому, если вы не находитесь в длительном отключении, вы можете обычно запускать довольно «быстро», где «быстро» составляет около 24 часов. ,

Ксенон является результатом ядерной реакции и нейтронного яда. Если вы не дожидаетесь распада ксенона, он съедает слишком много нейтронов, и вы не можете критиковать. Они всегда говорят «не хватает тяги». Если у вас есть хорошее новое реактивное ядро, вы можете начать раньше. Если ядро ​​старое, вам придется долго ждать, пока распадется достаточное количество ксенона (и других ядов).

Завод, на котором я работал, стоил около миллиона долларов в день за отключение. Поверьте мне, если бы они могли начать как-нибудь раньше, они бы.

Ответ на самом деле сводится к двум факторам: безопасность и тестирование. Я собираюсь дать общее резюме этих двух вещей ниже, но реальный ответ довольно сложный.

Суть эксплуатации атомной станции вращается вокруг ядерной безопасности. Я не говорю о личной безопасности, которая входит в компетенцию Управления по безопасности и гигиене труда (OSHA), хотя это имеет некоторый фактор. Более того, это общая безопасность для общественности от радиологического события. Атомные станции спроектированы таким образом, чтобы риск такого события сводился к минимуму.

Когда завод включается, он подвергается различным режимам . Каждый режим имеет свой собственный набор критериев тестирования и приемки, которые должны быть соблюдены, прежде чем установка может быть повышена в режиме. Есть много систем, и эти вещи требуют времени. Системы, критически важные для ядерной безопасности, особенно тщательно изучаются.

Атомная станция станет полностью работоспособной только после того, как все системы пройдут испытания и установка будет безопасна для эксплуатации.

Они являются многими причинами того времени, которое требуется для запуска или возврата к работе на полной мощности на коммерческих атомных электростанциях. В США существует два основных типа установок: реакторы с кипящей водой (BWR) и реакторы с водой под давлением (PWR). Ответы будут отличаться в зависимости от типа реактора и даже какой версии типа. Общее объяснение, которое я не видел упомянутым, состоит в том, что все коммерческие атомные электростанции избегают изменений тепловой мощности> 15% в течение любого 4-часового периода. Это необходимо для защиты целостности топливной оболочки. Я проработал в коммерческой ядерной энергетике почти 20 лет - и ушел из нее более 20 лет - поэтому, возможно, они улучшили топливную оболочку, и это больше не проблема - но это было обязательным ограничением в мой день.

Чук почти дошел до конца. Но с точки зрения ответа на вопрос (теперь это то, что мне говорят), код ASME B & PV ограничивает скорость нагрева до 30 градусов Цельсия в час. Нормальные растения работают при температуре около 300 градусов по Цельсию. Это даст вам минимальную теоретическую скорость нагрева растения. Во-вторых, когда растение отключено, обнаруживается первая причина отключения и его устранение. Для нагрева второй стороны необходим пар, для которого запускаются вспомогательные котлы. Наконец, химия воды всего растения восстанавливается, и это требует времени.