Nükleer Enerji Santralini Çalıştırmak
Bir nükleer reaktörü çalıştırma becerisini kazanmak, bir uçağı uçurma becerisini kazanmaya benzer. Uçak pilotlarının çoğunluğu, kalkış ve iniş yapma konusunda hızla yeterlilik kazanır. Özellikle büyük yolcu uçakları için önemli ölçüde zaman ve çaba gerektiren süreç, beklenmedik sorunları etkili bir şekilde ele alacak bilgi ve becerilerin kazanılmasıdır. Nükleer reaktör söz konusu olduğunda da durum bundan pek farklı değildir.
Nükleer santraller, çalışmasını kolaylaştıracak çok sayıda otomatik cihazla donatılmıştır. Reaktörler de, önemli bir olay durumunda kapatma prosedürlerini başlatmak ve diğer ihtiyati tedbirleri uygulamak için güvenilebilecek güvenilir izleme sistemleriyle donatılmıştır.
Operatör, tesisin operasyonlarının denetlenmesinde, mümkün olduğunca proaktif olarak sorunların önlenmesinde, olaylara anında müdahale edilmesinde ve bunların çevre üzerindeki potansiyel etkilerinin azaltılmasında çok önemli bir rol oynar.
Bir nükleer enerji tesisinin ömrü boyunca birçok olayın meydana gelmesi muhtemeldir. En yaygın sonuçlardan biri elektrik şebekesinin bozulmasıdır.
İçerik Tablosu:
1. Şebeke Gücü Düşerse Ne Olur?
Basit bir görevle başlayalım. Beklenmedik bir şekilde ve önceden herhangi bir belirti olmaksızın elektrik şebekesiyle bağlantınız kesildiğinde reaktörünüzü tutarlı ve maksimum güç seviyesinde çalıştırdığınızı bir hayal edin.
Bu olayın nedeni ne olabilir?
Bir fırtına belirli enerji nakil hatlarına zarar vermiş olabilir mi ya da önemli bir trafo merkezinde yangın çıkmış olabilir mi? Ya da belki de yakın zamanda bir savaşta gördüğümüz gibi ana elektrik trafo merkezi bombalanmış da olabilir. Bölgenizdeki yeterli sayıda kılavuz hattı (ENH) bu sorunlardan etkileniyorsa, şebeke bağlantınızı aniden kaybedebilirsiniz.
Şebeke arızası olasılığı nedir?
Karakteristiklerdeki çeşitlilik, farklı tesis türleri arasında oldukça çeşitlidir. Bazı bireyler hayatları boyunca kesintisiz uzaktan bağlantıyı sürdürmeyi başarırken, bazıları ise ortalama birkaç yılda bir bu tür olaylar yaşamaktadır. Tesisinizin şebeke frekansındaki azalmayı değerlendirirken dikkate alınması gereken iki önemli faktör, ülkenizin şebeke sisteminin genel güvenilirliği ve nükleer istasyonun bağlı olduğu elektrik hatlarının mesafesidir.
Sebebi ne olabilir?
Bir elektrik hattının uzunluğu ile elektrik arızası olasılığı arasında önemli bir korelasyon vardır; daha uzun hatların bu tür sorunlara daha yatkın olduğu görülmektedir. Tesisi birkaç on yıl işlettikten sonra operatörler muhtemelen şebeke frekansındaki yerel dalgalanmaları doğru bir şekilde anlayacaktır.
Kontrol odasına girdiklerinde karşılaşakları ilk manzaralar, türbin ve reaktörün kapandığını gösteren alarmlar ve göstergelerdir. Operatörler bunun sıradan bir reaktör gezisi olmadığını derhal anlamalıdır…
Elektrik kesintisi ve türbinin kapanması durumunda tesis, devasa pompaların motorlarına güç sağlamak için gerekli yüksek voltajlı elektriği sağlayamayacaktır ve bu iyi bir durum değildir.
Şekil 1 – Nükleer Santral Kontrol Odası
Spesifik nükleer santral tasarımına dayanarak, operatörün aşağıdaki nedenlerden dolayı elektrik gücü kaybı yaşadığını tahmin etmek mantıklıdır:
Deniz suyunu tesisin türbin kondansatörlerine ileten sirkülasyonlu su pompaları
Tipik olarak buhar jeneratörlerine buhar sağlayan primer besleme suyu pompaları
Reaktör soğutucu pompaları (bir nükleer reaktörde soğutucuyu sirküle etmek için kullanılan cihazlar)
Deniz suyu pompalarının arızalanması durumunda türbin kondansatörlerindeki vakum hızla bozulacaktır. Başlangıçta operatör, kısa bir süre sonra bu cihazlara buhar verebilir. Ancak yeterli miktarda vakum kaybedildikten sonra bu artık mümkün olmayacaktır.
Sonuç olarak, yapılabilecek tek eylem, ana buhar hatlarında bulunan, güçle çalışan tahliye vanalarını kullanarak buharı atmosfere salmak olacaktır.
Ana besleme suyu pompalarının kaybı önemli bir sorun gibi görünse de aşırı derecede problemli değildir. Reaktörün kapatılması devam eden zincirleme reaksiyonu durdurdu, dolayısıyla operatörün yalnızca çekirdekteki bozunma ısısının uzaklaştırılmasını yönetmesi gerekti.
Bu ısı birkaç megawatt'a ulaşsa da, reaktörün toplam üretiminin yalnızca küçük bir kısmını oluşturuyor.
Şekil 2 – Basınçlı Su Reaktörü (PWR) primer devre soğutma döngüsü
Daha küçük yardımcı besleme suyu pompaları, etkili yönetim için buhar jeneratörlerine yeterli besleme suyu sağlama kapasitesine sahiptir.
Reaktör soğutma sıvısı pompalarında neler olur? Reaktör soğutma sıvısı pompaları büyük elektrik motorlarıyla donatılmıştır, bu da elektrik şebekesi arızası sırasında çalışmalarını sürdürmeyi pratik hale getirmez. Her reaktör soğutma sıvısı pompası bir volanla donatılmıştır; bu, ani bir durma yerine kısa bir süre içinde kademeli bir yavaşlama sağlar.
Suyun çekirdekten akışını kolaylaştırmak ve reaktörün kapanması sırasında bile soğutmasını sürdürmek için bu mekanizmalara bağlı değil miyiz? Tipik olarak durum böyledir. Ancak elektrik şebekesinin arızalanması durumunda bu geçerli bir seçim değildir.
Bunun yerine fizik ilkelerine güvenmeniz gerekecek.
2. Primer Devre Etrafında Doğal Dolaşım
Reaktör soğutucu pompaları yavaşlayıp durdukça, çekirdek içindeki su sirkülasyon hızı azalır. Süreç devam ettikçe bozunmayla üretilen ve her kilogram suya aktarılan ısı miktarı artacak ve bu da daha yüksek bir sıcaklık farkına neden olacaktır (Thot - Tcold).
Sonuç olarak, devre dışı bırakılan reaktörün çekirdeğinin üst kısmındaki su, reaktör soğutma sıvısı pompalarının hala çalışır durumda olduğu senaryoya kıyasla daha sıcak olacaktır. Buhar jeneratörü tüplerindeki sıcak suyun yoğunluğunun soğuk suya göre daha düşük olması, soğuk suyun tüplerden aşağı inerek daha sıcak suyun yerini almasına neden olur.
Birincil devrenin mimarisi bu amaç için çok uygundur; çünkü yüksek sıcaklık reaktörünün daha düşük bir seviyeye yerleştirilmesini ve daha soğuk buhar jeneratörlerinin daha yüksek kotlara yerleştirilmesini içerir.
Şekil 3 – Reaktörün düzenli çalışması, suyun primer döngüde devridaim yapması
Ayrıca reaktörün üst kısmından başlayarak sıcak bacaklardan geçerek buhar jeneratörlerinin tüplerine ulaşan ve daha sonra çapraz ve soğuk bacaklar üzerinden reaktörün alt kısmına dönen açık ve engelsiz bir yol bulunmaktadır.
Birincil devre etrafındaki su akışı, pompaların (buhar jeneratörlerinin sekonder tarafına benzer şekilde) kullanılması yerine yalnızca sıcaklık ve yoğunluk eşitsizlikleriyle yönlendirildiğinden 'doğal dolaşım' olarak adlandırılır.
Çekirdek boyunca sıcaklık gradyanı arttıkça, artan yoğunluk değişimlerinden dolayı doğal sirkülasyon akışı da artar. Sonuçta, soğutucunun doğal akışı önemli bir büyüklüğe ulaşacak ve reaktörden tüm termal enerjiyi (ısı) etkili bir şekilde çekip sıcaklık artışının durmasına neden olacaktır.
Genellikle, bir Basınçlı Su Reaktörü, Şekil 4'te gösterildiği gibi, tam güçte gözlemlenenin yaklaşık yarısı kadar bir sıcaklık farkı göstererek, bir şebeke arızasını takiben 15 dakikadan daha kısa bir zaman dilimi içerisinde bu duruma ulaşacaktır.
Şekil 4 – Doğal Dolaşım
Bunların hiçbirini düzenlemeye gerek yok; Fizik yasaları, birincil devrenin doğal olarak kendi denge durumuna ulaşacağını belirtir. Üstelik çürüme ısısı azaldıkça sizin herhangi bir müdahalenize gerek kalmadan doğal dolaşım da azalacaktır. Thot'un düşüşünün ilk aşamaları Şekil 4'te görülebilir.
Bu etkinlik sırasında tutarlı bir düşük sıcaklığı (Tsoğuk) koruyan faktörleri merak ediyor olabilirsiniz.
Buhar, Basınçla Çalışan Tahliye Valfleri aracılığıyla serbest bırakılıyor. Buhar boşaltma, buhar jeneratörlerindeki buhar basıncını sabit tutar. Bu, buhar jeneratörü kaynama eğrisi üzerinde sıkışıp kaldığından sıcaklığı sabitler ve bu da Tcold'u düzeltir..
3. Aküler ve Yedek Dizel Jeneratörler
Yedek güç dikkate alınmalıdır. Evinizde muhtemelen yedek güç konusunda fazla bir şey yoktur. Ancak dahili pilli herhangi bir elektrikli ekipmanınız varsa, bunlar elektrik kesintisi durumunda çalışmaya devam edecek (veya en azından saati tutacaktır). Özellikle uzak bir bölgede ikamet etmediğiniz sürece, genellikle bir yedek jeneratör elinizde değildir.
Bir nükleer santralin çok farklı bir yedek güç ihtiyacı vardır. Şebeke kesintisi durumunda nükleer santralin enstrümantasyonunu, bilgisayarlarını, kontrollerini ve koruma sistemlerini kaybetmek istemezsiniz, bu nedenle sürekli olarak düşük voltajlı elektrik sağlamak için elinizde bol miktarda büyük pil bulundurmanız gerekir.
Sorun, pillerin sınırlı bir ömre sahip olması ve yardımcı besleme suyu pompaları ve Kimyasal ve Hacim Kontrol Sistemi tarafından reaktör soğutucusunu enjekte etmek ve sirküle etmek ve contayı kontrol etmek için kullanılan pompalar gibi bazı pompalara güç sağlamak için açıkça daha yüksek voltaj kaynaklarının gerekli olmasıdır. Bunun anlamı, çok sayıda büyük yedek jeneratöre ihtiyacımız olduğudur.
Basınçlı su reaktörleri genellikle dizel jeneratörler kullanır, ancak bazı birimler gaz türbinlerini (jet motorları) da kullanır. Basınçlı su reaktörlerini görmek yaygındır. Tipik konfigürasyon, her biri 5-10 MW elektrik gücü üretebilen dört büyük “Temel Dizel Jeneratörden” oluşur. Şekil 5 bunun bir örneğini göstermektedir.
Bu çok gibi görünebilir, ancak daha büyük bir kusur için çok sayıda ekipmana güç vermek zorunda olduklarını göreceksiniz.
Figure 5 – Nükleer santraldeki temel dizel ve jeneratör
Ancak bir reaktörde soğutucu pompasını başlatmak yeterli değildir. Dört dizel jeneratör – neden?
Bu yöntem diğer güvenlik önlemleriyle karşılaştırılabilir. Başlangıçta dört dizel jeneratörünüz varsa, birini bakım için çıkarabilir ve diğeri çalışmazsa durumu yine de halledebilirsiniz. Bu önemlidir çünkü güvenlik durumunuzun herhangi bir arızayı (şebeke kaybı dahil) yalnızca bir veya iki çalışır durumdaki jeneratörle halledebileceğinizi göstermesi gerekir.
4. Pompaları Çalıştırma
Şebeke kesildiğinde çok hızlı ve otomatik olarak gerçekleşmesini beklediğiniz bir şeyin olduğu dizel jeneratörler çalışmaya başladığında, pillerinizi şarjlı tutmanıza ve orta büyüklükteki jeneratörlerin bir kısmını çalıştırmanıza izin verecek elektrik gücüne erişebileceksiniz. yardımcı besleme suyu pompaları ve Kimyasal ve Hacim Kontrol Sistemi pompaları gibi pompalar.
Öte yandan, bu makinelerin hepsini aynı anda çalıştıramazsınız çünkü bunu yapmak dizelin çalışmasının durmasına neden olur.
Bunun yerine, bu otomatik sistemlerin, dizel motorun durmadan tepki verebilmesini sağlamak için motor üzerindeki elektrik yüklerini birkaç dakika boyunca sıralaması gerekecektir.
Buhar, pompalara güç sağlamak için kullanılabilecek ek bir yöntemdir. Şu anda üretilen buharın tamamı çevreye salınıyor. Çok fazla buhar var. Alternatif olarak operatör, buharın bir kısmını pompaların çalıştırılmasından sorumlu olan daha küçük türbinlere yönlendirebilir. Bunlardan birkaçı Basınçlı Su Reaktöründe mevcuttur; bunlardan bazıları yardımcı besleme suyu pompaları için çeşitli tasarımlar olarak hizmet verirken diğerleri, reaktörün soğutucu pompa contaları için çeşitli enjeksiyon suyu kaynakları olarak hizmet eder.
Buharla çalışan bu pompalar, çalışabilmeleri için dizel jeneratör beslemesine ihtiyaç duymamaları nedeniyle önemlidir. Sonuç olarak, şebeke kaybı durumunda tesisin dizel jeneratörlerinden hiçbiri çalışmasa bile bunlara erişilebilecek. Buharla çalışan pompaların genellikle önemli miktarda bakım gerektirdiği gerçeğinin ışığında, bazı reaktör tasarımcılarının bunları tercih etmediğini belirtmek önemlidir.
Bu tasarımcılar için alternatif, bir reaktörü daha fazla sayıda dizel jeneratörle donatmak olabilir; bunlardan bazıları farklı tasarımlara göre inşa edilmiştir. Bu, tek bir sorunun tüm dizel jeneratörlerinizi aynı anda etkilememesini sağlayacaktır.
Şekil 6 – An example of the auxiliary feedwater system
5. Şebeke Kaybından Kurtulmak
Şebekeden elektrik gelmiyorsa Basınçlı Su Reaktörünün çalıştırılması mümkün değildir. Dizel jeneratörler bağlanabilse bile, reaktör soğutma sıvısı pompasını çalıştırmaya çalışmak bile bunların çalışmaz hale gelmesine neden olacaktı. Reaktör Koruma Sisteminizin alarmı sıfırlamanıza izin vermesi için dört reaktör soğutma sıvısı pompasının hepsinin çalışır durumda olması gerekir.
Bu, şebeke kaynaklarının yardımı olmadan faaliyetlerine devam edebilen bazı kömür ve benzin istasyonlarının aksine, "kara başlatma" seçeneğiniz olmadığı anlamına gelir.
Bu nedenle operatör, şebekenin başka kişiler tarafından tesise iade edilmesini beklemek zorunda kalacağı için bölgedeki şebekenin yeniden başlatılmasına yardımcı olamayacaktır. Büyük miktarda akaryakıt (dizel jeneratörler için) ve suyun (yardımcı besleme suyu pompaları için) bulunması, bu özel durum dikkate alındığında iyi bir argümandır.
Operatörün, şebeke tekrar kurulduğunda istasyonunuzun elektrik sistemini saha dışındaki beslemeye kolayca yeniden bağlayabileceğine inanması mümkündür. Gerçekte bu, tüm tesis yüklerini çalışan bir dizel jeneratöre bağlama çabasıyla karşılaştırılabilecek bir ikilemle sonuçlanacaktır.
Şekil 7 – Nihai performans testi için reaktör soğutma sıvısı pompası motor kurulumu
Operatör, tesis sistemindeki tüm ekipmanları aynı anda çalıştırmaya çalıştığında akımın çok yüksek olacağını keşfedecektir. Sonuç olarak, motoru durdurmak yerine büyük olasılıkla bir sigortayı (veya daha karmaşık bir tür elektriksel korumayı) attıracaktır. Operatörün yapabileceği tek seçenek, istasyondaki en yüksek gerilime sahip elektrik panolarından başlamak ve ardından bu panolardan çıkan her şeyin bağlantısını kesmektir.
Operatör bu adımı tamamladıktan sonra bu panelleri güvenli bir şekilde şebekeye bağlayabilecek ve ardından giden devrelere teker teker yeniden katılabilecek. Bir panoya yeniden enerji vermeye çalıştığınızda, en düşük gerilime sahip ekipman ve panolara kadar bu prosedürü tekrarlaması gerekecektir.
Bu hızlı bir süreç olmayacak; Her şeyin yeniden çalışır duruma gelmesi büyük olasılıkla yirmi dört saat alacaktır. Bundan sonra fabrikadaki reaktörü ateşlemeyi düşünebilecek.
Doküman: | |
Format: | |
Boyut: | 3.45 MB |
Sayfa | 648 |
İndirme: |
