تبريد محرك مضخة مياه التغذية الرئيسي في محطة الطاقة النووية
آلية التسخين ومخاطر محركات مضخات مياه التغذية الرئيسية في محطات الطاقة النووية
تكون محركات مضخات مياه التغذية الرئيسية في محطات الطاقة النووية في الغالب ذات سعة كبيرة-، ومحركات غير متزامنة أو متزامنة عالية القدرة-. ينبع توليد الحرارة في المقام الأول من التأثيرات المجمعة للفقد الكهربائي والخسائر الميكانيكية والعوامل البيئية. آلية التسخين معقدة، والحرارة تتراكم بسرعة. إذا لم يتم التبريد في الوقت المناسب، فسوف يسبب مخاطر متعددة للمعدات والأنظمة.
آلية التدفئة الأساسية
1. تسخين الفقد الكهربائي: هذا هو المصدر الرئيسي لتوليد حرارة المحرك، بما في ذلك فقد النحاس من ملف الجزء الثابت، وفقد الحديد الأساسي، والفقد الإضافي. عندما يتم تنشيط ملفات الجزء الثابت، فإن التيار المار عبر الموصلات يولد حرارة جول، أي فقدان النحاس. ويرتبط حجم هذه الخسائر بشكل إيجابي مع مربع التيار ومقاومة الموصل. تحت تأثير المجال المغناطيسي المتناوب، يولد القلب خسائر التباطؤ وخسائر التيار الدوامي، أي خسائر الحديد، والتي ترتبط بشكل أساسي بالمادة الأساسية، وقوة المجال المغناطيسي، والتردد. علاوة على ذلك، فإن التوافقيات الناتجة عن محولات التردد أو الأحمال غير الخطية يمكن أن تزيد من فقدان المحرك الإضافي، مما يزيد من تفاقم توليد الحرارة.
2. توليد الحرارة بالفقد الميكانيكي: أثناء تشغيل المحرك، يتم توليد الفقد الميكانيكي وتحويله إلى حرارة بسبب احتكاك فجوة الهواء بين العضو الدوار والجزء الثابت، واحتكاك دوران المحمل، ومقاومة دوران المروحة. يؤدي تآكل المحامل أو التشحيم السيئ أو التثبيت غير الصحيح إلى زيادة الاحتكاك الميكانيكي بشكل كبير، مما يؤدي إلى توليد حرارة إضافية ويصبح السبب الرئيسي لفقد الحرارة الميكانيكي.
3. العوامل البيئية المجمعة: تقع معظم مضخات مياه التغذية الرئيسية في محطات الطاقة النووية في غرف نزع الهواء بالمبنى الرئيسي في الجزيرة التقليدية. في بعض السيناريوهات، تكون درجة الحرارة المحيطة مرتفعة، وتكون المساحة مغلقة نسبيًا مع تهوية محدودة. وفي الوقت نفسه، قد تحتوي بيئة تشغيل محطات الطاقة النووية على ملوثات مثل الغبار وبخار الماء، والتي تلتصق بسهولة بالسطح أو داخل المحرك، مما يسد قنوات تبديد الحرارة ويزيد من إعاقة تبديد الحرارة، وبالتالي زيادة درجة حرارة تشغيل المحرك.
مخاطر درجة الحرارة الزائدة عندما تتجاوز درجة حرارة المحرك الحد المقدر، سيكون لها سلسلة من التأثيرات السلبية على أداء المعدات وسلامة النظام: أولاً، تلحق الضرر بأداء العزل للمحرك. تعمل درجات الحرارة المرتفعة على تسريع شيخوخة المواد العازلة وتفحيمها، مما يقلل من مقاومة العزل وحتى يتسبب في حدوث دوائر قصيرة متعرجة وأخطاء التأريض، مما يؤدي مباشرة إلى إيقاف تشغيل المحرك. ثانيا، يؤثر على الأداء الميكانيكي للمحرك. تتسبب درجات الحرارة المرتفعة في التمدد الحراري وتشوه المكونات مثل الجزء الثابت والدوار للمحرك، مما يؤدي إلى وجود فجوات هوائية غير متساوية، وانخفاض دقة التركيب الميكانيكي، وزيادة الاهتزاز والضوضاء، وفي الحالات الشديدة، التشويش الميكانيكي. ثالثا، يقلل من كفاءة تشغيل المحرك. تؤدي زيادة درجة الحرارة إلى زيادة مقاومة الموصل وفقدان النحاس، مع تقليل نفاذية القلب وزيادة فقدان الحديد، مما يؤدي إلى زيادة استهلاك طاقة المحرك وانخفاض الكفاءة. رابعا، يؤدي إلى فشل متتالية. سيؤدي الفشل في إيقاف تشغيل محرك مضخة مياه التغذية الرئيسي إلى انقطاع نظام مياه التغذية الرئيسي، مما يؤثر على التشغيل العادي لمولد البخار. إذا لم تتمكن المضخة الاحتياطية من العمل في الوقت المناسب، فقد يتسبب ذلك في قيام وحدة الطاقة النووية بتقليل الحمل أو حتى إيقافها بشكل عاجل، مما يؤدي إلى خسائر اقتصادية كبيرة ومخاطر تتعلق بالسلامة.
طرق التبريد والخصائص التقنية لمحركات مضخات مياه التغذية الرئيسية في محطات الطاقة النووية
بالنظر إلى متطلبات مستوى الأمان، وظروف التشغيل، والتخطيط المكاني لمحطات الطاقة النووية، يجب أن تلبي طريقة التبريد لمحركات مضخات مياه التغذية الرئيسية المتطلبات الأساسية مثل تبديد الحرارة بكفاءة، والتشغيل الموثوق، والصيانة المريحة، والقدرة على التكيف مع البيئة النووية. حاليًا، تنقسم طرق التبريد الشائعة الاستخدام لمحركات مضخات مياه التغذية الرئيسية في محطات الطاقة النووية إلى فئتين: تبريد الهواء والتبريد السائل. تتميز طرق التبريد المختلفة بتصميمات هيكلية مختلفة، وكفاءات تبديد الحرارة، والسيناريوهات القابلة للتطبيق. في التطبيقات العملية، يجب أن يتم الاختيار المعقول بناءً على عوامل مثل قوة المحرك وبيئة التشغيل.
1. طريقة تبريد الهواء يستخدم تبريد الهواء الهواء كوسيلة لتبديد الحرارة، مما يزيل الحرارة الناتجة عن المحرك من خلال تدفق الهواء. إنها تتميز بمزايا مثل الهيكل البسيط، الصيانة المريحة، وعدم وجود خطر التسرب. إنها مناسبة لمحركات مضخات مياه التغذية الرئيسية ذات الطاقة المنخفضة-إلى-متوسطة الطاقة في البيئات ذات درجات الحرارة المحيطة المنخفضة، وقد تم استخدامها على نطاق واسع في وحدات محطات الطاقة النووية المبكرة وبعض محركات مضخات مياه التغذية المساعدة. اعتمادا على طريقة تدفق الهواء، يمكن تقسيمها إلى تبريد التهوية الطبيعية والتبريد بالتهوية القسرية.
يعتمد تبريد التهوية الطبيعية على تبديد الحرارة الخاص بالمحرك والحمل الحراري الطبيعي للهواء المحيط لتحقيق تبديد الحرارة. عادةً ما يتم تصميم غلاف المحرك بهيكل المشتت الحراري لزيادة مساحة تبديد الحرارة. يتم توصيل الحرارة إلى الهواء من خلال المشتت الحراري، ويتكون الحمل الحراري الطبيعي من خلال اختلاف كثافة الهواء لإكمال التبادل الحراري. لا تتطلب هذه الطريقة معدات طاقة إضافية، ولها تكاليف تشغيل وصيانة منخفضة، ولا تسبب تلوثًا ضوضائيًا. ومع ذلك، فإن كفاءة تبديد الحرارة منخفضة نسبيًا وتتأثر بشكل كبير بدرجة الحرارة المحيطة وظروف التهوية. إنه غير مناسب لمحركات مضخات مياه التغذية الرئيسية التي تولد -طاقة عالية، أو-حرارة عالية-، كما أنه مناسب فقط للمحركات المساعدة منخفضة الطاقة أو المحركات الاحتياطية.
يستخدم التبريد بالتهوية القسرية مروحة تبريد مثبتة في الجزء الخلفي من المحرك لإجبار تدفق الهواء على الجزء الثابت والدوار والأسطح الأساسية، مما يؤدي إلى تسريع تبديد الحرارة. كفاءة تبديد الحرارة أعلى بكثير من التبريد بالتهوية الطبيعية ومناسبة لمحركات مضخات مياه التغذية الرئيسية ذات القدرة المتوسطة. بناءً على طريقة تدوير هواء التبريد، يمكن تقسيمها إلى أنظمة مفتوحة ومغلقة: تقوم التهوية القسرية المفتوحة بسحب الهواء المحيط مباشرة إلى المحرك، وتبديده بعد التبريد، ومن ثم إخراجه. إنه ذو هيكل بسيط وكفاءة عالية في تبديد الحرارة، ولكنه عرضة لتلوث الغبار البيئي وبخار الماء، مما يتطلب التنظيف المنتظم لفلتر الهواء. تستخدم التهوية القسرية المغلقة دوران الهواء الداخلي، وتبريد الهواء الدائر من خلال مبرد خارجي قبل -دخوله مرة أخرى إلى المحرك، مما يمنع الملوثات البيئية من دخول المحرك. إنها مناسبة لبيئات محطات الطاقة النووية ذات الغبار والرطوبة العالية، لكن هيكلها معقد نسبيًا، ويتطلب صيانة نظام التبريد والتدوير.
2. التبريد السائل
يستخدم التبريد السائل سوائل مثل الماء والزيت كوسيلة لتبديد الحرارة. من خلال الاستفادة من السعة الحرارية النوعية العالية وكفاءة تبديد الحرارة العالية للسوائل، يتم نقل الحرارة بعيدًا عن المحرك من خلال دوران السائل. إنها مناسبة لتوليد الطاقة العالية-والحرارة العالية--لمحركات مضخات مياه التغذية الرئيسية في محطات الطاقة النووية وهي حاليًا طريقة التبريد السائدة. يعتبر تبريد المياه المغلقة بالكامل هو الأكثر استخدامًا على نطاق واسع، وتستخدم محركات مضخة مياه التغذية الرئيسية في المرحلة الأولى من مشروع محطة الطاقة النووية Haiyang طريقة التبريد هذه.
نظام التبريد بالماء -: باستخدام الماء منزوع الأيونات أو عامل معالجة مياه التبريد الخاص كوسيط، يتم تقسيمه إلى أشكال تبريد داخلية وتبريد خارجي. تستخدم أنظمة التبريد الداخلية أنابيب مياه التبريد المثبتة داخل ملفات الجزء الثابت والدوار للمحرك، مما يسمح لمياه التبريد بالتدفق عبر الملفات وإزالة الحرارة الناتجة عن الملفات مباشرة. وينتج عن ذلك كفاءة عالية للغاية في تبديد الحرارة ومناسب للمحركات ذات السعة الكبيرة-والقوة العالية-. من ناحية أخرى، تستخدم أنظمة التبريد الخارجية سترة تبريد على غلاف المحرك. يتدفق ماء التبريد من خلال سترة التبريد ويتبادل الحرارة مع غلاف المحرك، مما يؤدي إلى إزالة الحرارة بشكل غير مباشر. هذا النظام بسيط نسبيًا في الهيكل وسهل الصيانة، لكن كفاءة تبديد الحرارة أقل قليلاً من كفاءة أنظمة التبريد الداخلية.
عادةً ما يرتبط نظام تبريد المياه لمحرك مضخة مياه التغذية الرئيسي في محطة الطاقة النووية بنظام مياه تبريد معدات محطة الطاقة. يتم توصيل مدخل ومخرج مياه التبريد بنظام مياه تبريد معدات محطة توليد الطاقة عبر فلنجات، مما يشكل حلقة دوران مغلقة-. يشتمل النظام على مضخة تبريد معززة، ومرشح، ووحدة مراقبة درجة الحرارة، ووحدة مراقبة التدفق. توفر مضخة التبريد المعززة الطاقة لتدفق مياه التبريد، ويمنع الفلتر الشوائب من انسداد أنابيب التبريد، وتقوم وحدة مراقبة درجة الحرارة بجمع درجة حرارة التبريد المتوسطة في الوقت الفعلي وتغذيها مرة أخرى إلى غرفة التحكم الرئيسية بمحطة الطاقة، مما يتيح الضبط التلقائي لنظام التبريد ويضمن بقاء درجة حرارة المحرك مستقرة ضمن النطاق المقنن.
3. نظام تبريد الزيت-: يستخدم هذا النظام زيت تبريد متخصص كوسيط، حيث يقوم بتدوير الزيت لإزالة الحرارة من المحرك مع توفير التشحيم أيضًا. إنها مناسبة للمحركات عالية السرعة-والمحركات ذات الأحمال العالية-. يتدفق زيت التبريد عبر اللفات والمحامل والمكونات الأخرى داخل المحرك، ويمتص الحرارة قبل دخوله إلى مبرد خارجي لتبادل الحرارة مع الهواء أو ماء التبريد. بعد التبريد، يتم إعادة تدوير الزيت. مزايا نظام التبريد بالزيت-تتمثل في تبديد الحرارة والتشحيم بشكل موحد، مما يوفر حماية فعالة للمحامل والمكونات الميكانيكية الأخرى. ومع ذلك، فإنه يتطلب استبدال الزيت بشكل منتظم، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف الصيانة وخطر تسرب الزيت. ولذلك، فإن تطبيقه في محركات مضخة مياه التغذية الرئيسية لمحطات الطاقة النووية محدود نسبيًا.
طريقة التبريد المركبة بالنسبة لمحركات مضخة مياه التغذية الرئيسية ذات الطاقة العالية للغاية وتوليد الحرارة بشكل كبير، فإن طريقة التبريد الواحدة غير كافية لتلبية متطلبات تبديد الحرارة. لذلك، عادةً ما يتم استخدام طرق التبريد المركبة، والتي تجمع بين تبريد الهواء والتبريد السائل، أو التبريد الداخلي مع التبريد الخارجي. على سبيل المثال، تستخدم ملفات الجزء الثابت تبريدًا داخليًا مبردًا بالماء-، وتستخدم ملفات العضو الدوار تبريد الهواء، ويستخدم القلب تبريدًا خارجيًا مبردًا بالماء-. من خلال تبديد الحرارة متعدد الأبعاد-، يتم ضمان بقاء درجة حرارة المحرك ثابتة ضمن الحدود المقدرة أثناء تشغيل التحميل الكامل-. توفر طرق التبريد المركبة كفاءة عالية في تبديد الحرارة وقدرة قوية على التكيف، ولكنها معقدة من الناحية الهيكلية، ولها تكاليف استثمارية عالية، ويصعب صيانتها. يتم استخدامها بشكل أساسي في محركات مضخات مياه التغذية الرئيسية من فئة ميجاوات-وما فوق وحدات الطاقة النووية.
يعد نظام التبريد لمحرك مضخة مياه التغذية الرئيسي في محطة الطاقة النووية مكونًا حاسمًا يضمن التشغيل الآمن والمستقر للوحدة. تؤثر كفاءتها في تبديد الحرارة وموثوقيتها التشغيلية بشكل مباشر على التشغيل العادي لنظام ضخ مياه التغذية الرئيسي، وبالتالي تؤثر على الدورة الحرارية لمحطة الطاقة النووية بأكملها وحواجز السلامة. مع تطور وحدات الطاقة النووية نحو قدرات أكبر ومعايير أعلى، تتزايد قوة محرك مضخة مياه التغذية الرئيسي باستمرار، مما يؤدي إلى زيادة توليد الحرارة ووضع متطلبات أعلى بشكل متزايد على تكنولوجيا التبريد.
خاتمة
يتم استخدام تبريد الهواء، والتبريد السائل، وطرق التبريد المدمجة على نطاق واسع في محركات مضخة مياه التغذية الرئيسية لمحطات الطاقة النووية. من خلال تحسين تصميم نظام التبريد، واختيار وسائط التبريد الفعالة، وتحسين تقنيات التحكم والمراقبة التلقائية، تم تحسين كفاءة وموثوقية نظام التبريد في تبديد الحرارة بشكل فعال، مما يلبي متطلبات التشغيل-على المدى الطويل لوحدات الطاقة النووية. وفي الوقت نفسه، مع التقدم المستمر لتكنولوجيا الطاقة النووية، أصبح الذكاء والكفاءة والتخضير اتجاهات تطوير تكنولوجيا التبريد. في المستقبل، سيتم إجراء المزيد من البحث والتطوير لتقنيات التبريد الفعالة والموفرة للطاقة-، مثل مواد التبريد المركبة الجديدة وأنظمة التبريد التكيفية الذكية، لتحقيق تحكم دقيق وتشغيل توفير الطاقة- لأنظمة التبريد. وفي الوقت نفسه، سيتم تعزيز التشغيل والصيانة الذكية لأنظمة التبريد. من خلال البيانات الضخمة وإنترنت الأشياء والتقنيات الأخرى، سيتم تحقيق المراقبة في الوقت الفعلي-والإنذار المبكر بالأخطاء والتشخيص الذكي لحالة تشغيل أنظمة التبريد، مما يؤدي إلى تحسين موثوقية أنظمة التبريد وكفاءة تشغيلها وصيانتها وتوفير ضمانات أقوى للتشغيل الآمن والفعال لمحطات الطاقة النووية.
