Tại sao phải mất một thời gian dài để khởi động lại một nhà máy điện hạt nhân?


17

Tôi đã nghe một vài lần rằng một nhà máy điện hạt nhân đang hoạt động đã ngừng hoạt động (không khẩn cấp; ví dụ để kiểm tra thường xuyên) cần hơn 24 giờ (tối đa 72 giờ?) Để hoạt động trở lại.

Tại sao nó mất nhiều thời gian?


Đi nhanh và toàn bộ sự việc bùng nổ.
ratchet freak

5
Xoay quanh câu hỏi đó, thật hợp lệ khi hỏi "Làm thế nào họ có thể khởi động lại một nhà máy điện hạt nhân nhanh như vậy?" Dành thời gian suy nghĩ về các quy trình và kiểm tra khác nhau phải diễn ra để khởi động lò phản ứng hoặc bất kỳ máy phát điện nào. Sau đó tập trung câu hỏi của bạn để hỏi về một cái gì đó cụ thể hơn trong quá trình khởi động.

3
@ GlenH7 Nếu bạn muốn chuyển câu hỏi, hãy bắt đầu một câu hỏi khác. Tôi không nghĩ rằng tôi phải thay đổi câu hỏi của mình vì tôi đã có hai câu trả lời rất hay. Cả hai nói với tôi những gì tôi muốn biết.
Martin Thoma

2
Một điều đáng chú ý là khi khởi động lại các nhà máy điện, điều đó thực sự khá nhanh. Một nhà máy điện địa phương (than / gas) tôi đã tham quan cho thấy họ muốn có cả tuần để quay tua-bin hơi nước, cho thời gian tua-bin nóng lên đều trước khi chúng thực sự phát điện. Họ giữ mặc đến mức tối thiểu theo cách đó.
Cort Ammon - Phục hồi lại

Lưu ý rằng hầu hết các hệ thống lớn thực sự mất rất nhiều thời gian để khởi động lại - một nhà máy thép thông thường mất khoảng một tuần (nếu nó được tắt đúng cách), đầu máy hơi nước lớn (có liên quan vì các nhà máy điện hiện đại cũng là động cơ hơi nước) mất vài giờ và đôi khi cần một nguồn hơi nước bên ngoài để bắt đầu (tương tự như một số máy bay phản lực hiện đại). An toàn, kích thước thô, độ phức tạp của động cơ hơi nước, số lượng hệ thống tương tác - tất cả đều cực kỳ quan trọng trong một nhà máy hạt nhân.
Luaan

Câu trả lời:


36

Khi một lò phản ứng đang ngừng hoạt động cốt lõi tạo ra ít hơn nhiều nhiệt, nhưng họ làm vẫn sản xuất nhiệt thông qua một cơ chế được gọi là phân rã nhiệt . Thực tế là lõi sản xuất ít nhiệt hơn có nghĩa là nhiệt độ chất làm mát sẽ giảm, nhưng nhiệt độ giảm xuống bao xa phụ thuộc vào tốc độ sinh nhiệt phân rã. Điều này lần lượt dựa trên lịch sử hoạt động, hoặc sức mạnh mà nhà máy đã hoạt động trước khi tắt máy. Điều này có thể lớn đối với các nhà máy thương mại, bởi vì họ thường hoạt động với công suất rất gần và các công ty điện lực đưa các nhà máy than hoặc khí tự nhiên lên xuống để điều chỉnh công suất lưới điện. Nhiệt phân rã sau một ngày là khoảng một nửa phần trăm của lịch sử điện, trong đó, đối với một nhà máy 500 MW hoạt động với công suất, có nghĩa là nhiệt phân rã có thể là 2,5 MW.

Vì vậy, nếu tắt máy một thời gian ngắn, tốc độ sinh nhiệt phân rã cao đến mức nhà máy chính vẫn nóng và do đó chúng thường có thể khởi động khá "nhanh". Tôi nói "nhanh chóng" bởi vì, trong khi phần chính (bên phóng xạ) của nhà máy vẫn có thể nóng, nhà máy hơi nước thứ cấp có thể sẽ bị lạnh. Đối với các nhà máy khởi nghiệp thứ cấp, một trong những mối quan tâm lớn là sự hình thành độ ẩm trong đường ống. Điều này xảy ra khi hơi chạm vào ống lạnh (tương đối). Độ ẩm trong nhà máy hơi nước có thể gây ra tất cả các loại điều khủng khiếp, nhưng chủ yếu là thiệt hại đến từ búa nước trong đường ống và độ ẩm của các cánh tuabin.

Đối với hồ sơ: Tôi biết điều này bởi vì tôi là một nuke Navy. Trong thời gian ở Hải quân, điều đáng sợ nhất mà tôi từng chứng kiến ​​trên tàu là một ống hơi, đường kính có thể là 18 inch, nhảy theo nghĩa đen 2-3 inch với mỗi cú đập nước, biết rằng nếu đường ống bị hỏng thì mọi người trong đó engineroom có ​​thể sẽ được nấu sống. Hãy nhớ rằng, trong video được liên kết ở trên, hơi nước có khả năng ở hoặc ngay trên áp suất khí quyển và lưu lượng rất thấp và nó vẫn nghe như tiếng ai đó đập vào bộ tản nhiệt đó bằng búa. Đường ống đó có thể là một inch hoặc ít hơn đường kính.

Nước ngưng hình thành khi hơi chạm vào đường ống bị "cuốn" vào dòng hơi qua ống. Hơi nước đẩy nút nước này ở tốc độ rất cao, giống như một cái búa (do đó là "búa nước"), phá vỡ các cánh tuabin và làm hỏng đường ống và đặc biệt là các khớp nối ống.

Có những thiết bị gọi là "bẫy ẩm" hoặc " bẫy hơi " loại bỏ độ ẩm khỏi hệ thống trong quá trình hoạt động bình thường, nhưng khối lượng ngưng tụ hình thành khi khởi động nhà máy lạnh nhiều đến nỗi bẫy ẩm không thể theo kịp. Điều này, kết hợp với sự nguy hiểm do búa nước và sự ẩm ướt trong tuabin có nghĩa là hơi nước được đưa vào nhà máy hơi nước rất, rất, rất chậm. Các nhà điều hành nhà máy phải định kỳ đi xung quanh các bẫy hơi vận hành bằng tay để " thổi bay " nước ngưng. (Lưu ý: nhà máy hơi nước trong video đó rất khủng khiếp và tôi sẽ không làm việc ở đó, nhưng âm thanh gầm gừ phát ra khi ngưng tụ và hơi nước bắt đầu thoát ra chính xác là cách tôi nhớ nó phát ra)

Vì vậy, để tóm tắt cho đến bây giờ: khởi động "nhanh" (24 giờ) thường bị giới hạn bởi việc tạo độ ẩm trong nhà máy hơi nước thứ cấp, gây ra bởi hơi nước tiếp xúc với đường ống lạnh.

Khởi đầu nhà máy chính có tiềm năng mất nhiều thời gian hơn. Hầu hết (tất cả?) Lò phản ứng ở Mỹ là lò phản ứng nước áp lực . Điều này có nghĩa là, mặc dù ở nhiệt độ gấp 2-3 lần (hoặc hơn!) Nhiệt độ mà nước thường sôi, vẫn có đủ áp suất trong nhà máy chính để giữ nước ở dạng lỏng. Đây là rất nhiều áp lực, và đường ống trong nhà máy chính có những bức tường rất dày để chịu được áp lực đó.

Các bức tường dày có nghĩa là có khả năng bên trong đường ống bị "nóng" trong khi bên ngoài đường ống "lạnh". Đây là những điều khoản tương đối; mọi thứ đều nóng

Làm nóng nhà máy chính là vấn đề trứng gà. Mối quan tâm chính ở đây là đảm bảo rằng không có hơi nước hình thành trong lò phản ứng. Hơi nước thực sự là một tốt cách điện khá, có nghĩa là, nếu nó bao giờ đã hình thành trong các lò phản ứng, đột nhiên sẽ không có gì để làm mát nhiên liệu, vì vậy nó sẽ nhận được rất rất nóng rất nhanh chóng (đọc: tan).

Vì vậy, bạn phải giữ cho hệ thống được điều áp đủ cao để hơi nước không hình thành trong lò phản ứng. NHƯNG , nếu bạn đặt áp lực lớn lên đường ống trong khi trời lạnh, nó sẽ bị gãy, thông qua một cơ chế gọi là " gãy giòn ". Đây là một thất bại bất ngờ và thảm khốc có thể tránh được nếu đường ống được làm nóng đến mức nó có một số độ dẻo.

Vì vậy, bạn cần làm nóng đường ống lên, nhưng bạn không thể làm nó nóng đến mức nó sôi. Vì vậy, bạn làm nóng nó một chút, sau đó tăng áp lực một chút, sau đó làm nóng, tạo áp lực, v.v.

Thông thường có những khoảng dừng được gọi là "ngâm", giúp kim loại trong thời gian đường ống cân bằng nhiệt độ. Điều này ngăn chặn các căng thẳng bên trong tích tụ vì bên trong đường ống "nóng" và bên ngoài là "lạnh". Việc ngâm thường chiếm một phần lớn trong phần lớn thời gian khởi động - ngâm thường là 12-24 giờ.

Vì vậy, bạn làm nóng đến điểm ngâm, sau đó thường áp suất đến áp suất trung gian, đốt nóng đến điểm ngâm khác, sau đó tăng áp suất lên áp suất trung gian cao hơn, sau đó gia nhiệt và tạo áp suất với nhau. Tất cả điều này được thực hiện để duy trì dưới các giới hạn gãy được gọi là "giới hạn ngăn ngừa gãy giòn", một lần nữa, là để đảm bảo rằng áp suất nhiệt độ của đường ống phải chịu để các ống không bị rơi ra.

Vì vậy, một khi bạn đã làm nóng nhà máy chính, thì bạn có thể bắt đầu đưa nhà máy thứ cấp lên mạng, vì vậy thường là 2 ngày cho nhà máy chính và sau đó là một ngày khác cho nhà máy phụ - đây là thời gian khởi động 72 giờ.

Như đã đề cập, nhiệt phân hủy giữ cho cây nguyên sinh nóng trong một thời gian dài (có thể là một tháng), vì vậy trừ khi bạn bị cúp điện kéo dài, bạn thường có thể khởi động khá "nhanh", trong đó một lần nữa "nhanh" là khoảng 24 giờ .


1
Khoảng 2/3 là PWR . Tôi luôn nghĩ thật buồn cười khi các nhà máy có máy sấy hơi nước (chỉ vì cái tên hơi mâu thuẫn), nhưng bạn giải thích lý do khá rõ. Luôn luôn thú vị để nghe từ một anh chàng hải quân nuke.
grfrazee

@grfrazee - Tôi đã ở trong Hải quân, vì vậy tôi không biết các thuật ngữ thương mại / công nghiệp là gì, nhưng trong tâm trí tôi, máy tách ẩm là một thiết bị để loại bỏ nước ngưng từ hơi nước để đạt được hơi nước chất lượng cao (như giữa HP và LP Tua bin hoặc tại máy tạo hơi nước), trong đó máy sấy hơi nước là thiết bị được sử dụng để làm nóng hơi nước. Tôi không thể tìm thấy bất cứ điều gì xác nhận chính xác điều này, nhưng Wikipedia đề cập đến máy phân tách và máy sấy như thể chúng là hai thiết bị riêng biệt và sau đó đề cập đến việc quá nhiệt xảy ra trong máy sấy.
Chuck

Bạn có thể đúng. Tôi là một anh chàng cấu trúc, vì vậy tôi không hoàn toàn cố gắng để xử lý các quy trình cơ học.
grfrazee

+1. Tôi nghĩ rằng nước là một chất cách nhiệt tốt, mặc dù? Là nó nhiều hơn một dây dẫn hơn hơi nước?
Mehrdad

2
Q=mcΔTm=ρVQwater/Qsteam=(ρc)water/(ρc)steam. Nhiệt dung riêng của hơi nước bằng khoảng một nửa so với nước, nhưng mật độ của hơi nước chỉ bằng 1/1000 nước, do đó nước dẫn nhiệt tốt hơn khoảng 2000 lần so với hơi nước. Đối lưu là tương tự, nhưng có thể không phải là cực đoan.
Chuck

12

Xenon là kết quả của phản ứng hạt nhân và chất độc neutron. Nếu bạn không đợi xenon phân rã, nó sẽ ăn quá nhiều neutron và bạn không thể phê phán. Họ luôn nói "không có đủ thanh để kéo." Nếu bạn có một lõi phản ứng mới tốt đẹp, bạn có thể bắt đầu sớm hơn. Nếu lõi đã cũ, bạn sẽ phải chờ một thời gian dài trước khi phân hủy đủ (và các chất độc khác).

Nhà máy tôi từng làm việc với chi phí khoảng một triệu đô la mỗi ngày cho một lần mất điện. Hãy tin tôi, nếu họ có thể bắt đầu sớm hơn, họ sẽ làm.


Tôi không nghi ngờ rằng có những lý do kỹ thuật để không bắt đầu nhanh hơn. Tôi chỉ đơn giản muốn biết những lý do đó. Cảm ơn bạn đã thêm một cái khác :-)
Martin Thoma

Wow, câu trả lời tuyệt vời! Có lẽ nếu thiết kế lò phản ứng cơ bản sẽ gần với mức độ quan trọng hơn, nhưng trong công việc bình thường, chỉ có những thanh nhỏ hơn nhiều sẽ được kéo xuống? Sau đó lò phản ứng có thể được khởi động ngay cả ở trạng thái nhiễm độc neutron. Nó có thể làm cho các lò phản ứng hạt nhân có thể theo ngay cả chu trình tiêu thụ năng lượng hàng ngày. Và tất cả trong một thiết kế nhà lai tạo nhanh! Ồ Tôi cảm thấy mình sẽ sớm thức dậy :-(
peterh nói rằng phục hồi Monica

7

Câu trả lời thực sự nắm rõ hai yếu tố: an toàn và thử nghiệm. Tôi sẽ đưa ra một bản tóm tắt chung về hai điều dưới đây, nhưng câu trả lời thực sự khá phức tạp.

Mấu chốt của hoạt động của nhà máy hạt nhân xoay quanh vấn đề an toàn hạt nhân. Tôi không nói về an toàn cá nhân, đó là nội dung của Cục Quản lý An toàn và Sức khỏe Nghề nghiệp (OSHA), mặc dù điều đó có một số yếu tố. Hơn nữa, đây là an toàn chung cho công chúng chống lại một sự kiện X quang. Các nhà máy hạt nhân được thiết kế sao cho nguy cơ của một sự kiện như vậy được giảm thiểu đến mức có thể.

Khi một nhà máy tăng sức mạnh, nó trải qua các chế độ khác nhau . Mỗi Chế độ có một bộ tiêu chí thử nghiệm và chấp nhận riêng phải được đáp ứng trước khi nhà máy có thể được nâng cao hơn nữa trong Chế độ. Có rất nhiều hệ thống, và những thứ này cần có thời gian. Các hệ thống quan trọng đối với an toàn hạt nhân đặc biệt là có sự giám sát lớn.

Một nhà máy hạt nhân sẽ chỉ hoạt động đầy đủ khi tất cả các hệ thống vượt qua các thử nghiệm của họ và nhà máy này an toàn để chạy.


1

Chúng có nhiều lý do cho thời gian cần thiết để khởi động hoặc trở lại hoạt động toàn bộ năng lượng trong các nhà máy điện hạt nhân thương mại. Ở Mỹ có hai loại thực vật chính là Lò phản ứng đun sôi nước (BWR) và Lò phản ứng nước áp lực (PWR). Câu trả lời sẽ khác nhau tùy theo loại lò phản ứng và thậm chí phiên bản của loại. Một lời giải thích phổ biến mà tôi không thấy được đề cập là tất cả các nhà máy điện hạt nhân thương mại đều tránh thực hiện thay đổi nhiệt điện> 15% trong bất kỳ khoảng thời gian 4 giờ nào. Điều này là để bảo vệ tính toàn vẹn của tấm nhiên liệu. Tôi đã làm việc trong ngành điện hạt nhân thương mại trong gần 20 năm - và đã rời khỏi nó hơn 20 năm - vì vậy có lẽ họ đã cải thiện lớp bọc nhiên liệu và đây không còn là vấn đề nữa - nhưng đó là một hạn chế bắt buộc trong thời của tôi.


0

Chuk gần như đã hoàn thành nó. Nhưng từ quan điểm để trả lời câu hỏi, (bây giờ đó là những gì tôi được nói) Mã ASME B & PV hạn chế tốc độ sưởi ấm đến 30 độ C. mỗi giờ. Cây bình thường hoạt động ở khoảng 300 độ C. Điều này sẽ cung cấp cho bạn tốc độ tăng nhiệt lý thuyết tối thiểu của nhà máy. Thứ hai, khi một nhà máy bị vấp, nguyên nhân đầu tiên của chuyến đi được tìm thấy và sự khắc phục của nó. Để làm nóng mặt thứ hai, cần có hơi nước để có các nồi hơi phụ được khởi động. Cuối cùng, hóa học nước của tất cả các nhà máy được phục hồi và điều này cần có thời gian.

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.