Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Генераторная станция Форт-Сент-Врейн

Электростанция Fort Saint Vrain - это электростанция, работающая на природном газе , расположенная недалеко от города Платтевилл на севере Колорадо в США . В настоящее время его мощность составляет чуть менее 1000 МВт, и он принадлежит и управляется Xcel Energy , преемником основателя завода, Public Service Company of Colorado. В таком виде он появился в сети в 1996 году.

Изначально объект строился как атомная электростанция . С 1979 по 1989 год он работал как атомная электростанция. [1]

Исторический обзор [ править ]

Генераторная станция Fort Saint Vrain была построена как первая и единственная атомная электростанция в Колорадо , которая работала с 1979 по 1989 год. [1] Это был один из двух высокотемпературных газоохлаждаемых ( HTGR ) энергетических реакторов в Соединенных Штатах. Первичный охлаждающая жидкость гелий переданы тепла к системе вторичной охлаждающей воды для привода парогенераторов . Топливо реактора представляло собой комбинацию микросфер делящегося урана и плодородного тория, диспергированных в призматической графитовой матрице. Выходная электрическая мощность реактора составляла 330 МВт (330 МВт эл. ), Вырабатываемая за счет тепловой мощности 842 МВт (842 МВт тепл. ).[1]

Электростанция HTGR в Форт-Сент-Врайне была предложена в марте 1965 года, и ее заявка была подана в Комиссию по атомной энергии в октябре 1966 года. Строительство началось в сентябре 1968 года. [1] Конструкция HTGR была более безопасной, чем типичные конструкции с кипящей водой того времени, которые имели стальные армированные предварительно напряженные бетонные купольные конструкции. Требовалась только защитная оболочка со стальным каркасом, в то время как активная зона реактора частично находилась внутри предварительно напряженного бетонного корпуса реактора под давлением (PCRV). Стоимость строительства достигла 200 миллионов долларов, или примерно 0,60 доллара за установленный ватт. Первоначальные испытания начались в 1972 году, а первая коммерческая энергия была распределена в июле 1979 года [1].

Завод был технически успешным, особенно ближе к концу срока эксплуатации, но стал коммерческим разочарованием для его владельца. Будучи одной из первых коммерческих конструкций HTGR, установка была проверкой концепции для нескольких передовых технологий, но имела ряд проблем на ранних этапах внедрения, которые требовали дорогостоящих исправлений. Проблемы с обслуживанием усугубили эти и другие проблемы.

Уникальные особенности дизайна [ править ]

Пол заправки топливом на электростанции Форт-Сент-Врейн

HTGR Fort St. Vrain был значительно более эффективным, чем современные легководные реакторы, достигая теплового КПД 39-40%, что превосходно для электростанции с паровым циклом. Работа конструкции HTGR может быть легко ослаблена, чтобы соответствовать потребляемой нагрузке электрической мощности , вместо того, чтобы постоянно генерировать мощность, указанную на паспортной табличке. Реактор также был сравнительно экономичным с максимальным тепловым выгоранием 90 000 МВт-сут (по сравнению с легководными реакторами с выгоранием 10 000-40, концепция будущего. Однако возникшие проблемы, приведшие к его отладке, привели к его ранняя кончина.

Опыт работы [ править ]

Многие проблемы возникли на ранних этапах эксплуатации HTGR Fort St. Vrain. Хотя эти проблемы никогда не представляли угрозы для предприятия или общественной безопасности, значительная нагрузка была оказана на персонал, оборудование и объекты, и дальнейшая эксплуатация выглядела неэкономичной для владельца завода. Большинство прошлых проблем было решено со значительными расходами, и завод начал работать на коммерчески жизнеспособном уровне, когда экономический спад и история завода вынудили владельца закрыть его, даже если он еще не подошел к концу. расчетный срок службы.

В Форт-Сент-Врейн возникли три основные категории проблем: во-первых, проблемы с проникновением воды и коррозией; во-вторых, проблемы с электрической системой; и в-третьих, общие проблемы с оборудованием.

Проблемы с проникновением воды и коррозией (гелиевые циркуляторы) [ править ]

Схема PCRV (слева) и циркулятора гелия (справа) реактора Fort St. Vrain

Самая большая проблема форта Сент-Врейн была связана с циркуляционным насосом гелия . Меньшие молекулы гелия требовали очень плотных уплотнений, чтобы предотвратить утечку газа. Некоторые уплотнения включали движущиеся поверхности, а для содержания гелия использовалась конструкция подшипника с водяной смазкой. Была предусмотрена система очистки газа для удаления загрязняющих веществ, в том числе воды, из гелиевой системы. Проблемы конструкции привели к слишком большому количеству воды в гелиевой системе, что привело к коррозии.

Конструкторы предназначались для того, чтобы водяные форсунки поддерживали давление в подшипниках примерно равное давлению газа в системе. На практике давление газа менялось больше, чем ожидалось, что позволяло избыточному количеству воды уходить в циркуляционный насос.

Производительность системы очистки газа не учитывала избыток воды из подшипников и предполагала, что высокотемпературные реакции в графитовой активной зоне реактора уменьшат влияние остаточной воды в гелии, исходя из пористости типичного графита активной зоны. Графит, использованный для строительства ядра Форт-Сент-Врейн, был более высокого качества и менее пористым, и поэтому не имел такой большой площади поверхности, чтобы эти реакции могли происходить. [2]

Хотя безопасность системы не была нарушена, во всех системах реактора часто возникали проблемы из-за воды и коррозии. На чиллерах в системе газоочистки образуется лед, снижающий их эффективность. Когда выход реактора был выключен и система остыла, вода конденсировалась на оборудовании и инструментах внутри гелиевой системы. Приводы управляющих стержней заржавели, и быстрые отключения не работали должным образом. Резервная система отключения, которая выпускала борированные графитовые шарики в активную зону в случае ожидаемого переходного процесса без SCRAM (ATWS), иногда была недоступна, потому что вода выщелачивала бор с образованием борной кислоты, которая размягчала графитовые шарики и заставляла их слипаться. вместе. Стальные «арматуры» внутри PCRV подверглись коррозии из-за осаждения хлоридов и были ослаблены.Пятна ржавчины мигрировали в охлаждающую жидкость и осели в критически важном оборудовании, включая приводы управляющих стержней. Утечки парогенератора также произошли из-за коррозии.[2]

Конструктивные проблемы, которые привели к коррозии, были частично виной регуляторов , которые были в значительной степени сосредоточены на химических реакциях пара с высокосортным графитом сердечника и влиянии на систему очистки газа. Высказывалось мнение, что меморандумы из Роквилла, штат Мэриленд,потреблялись чрезмерные инженерные ресурсы, и в результате были упущены из виду другие конструктивные соображения. Часть вины за проблемы с коррозией также лежала на владельце FSV, а также на его эксплуатации и процедурах технического обслуживания. Например, аварийные сигналы влажности генерировали предупреждения в течение нескольких месяцев в критических частях завода, но они не рассматривались как неисправные. Персонал, направленный позже для удаления якобы неисправных датчиков влажности для ремонта, обнаружил, что датчики влажности не были неисправными, и иногда при снятии устройств с их фитингов выделялось значительное количество воды.

Наконец, проектировщики станции разделили ответственность за то, чтобы система газоочистки не рассчитывалась с учетом избытка воды в гелиевой системе, поскольку они должны были предвидеть возможность проникновения избыточной воды. Они признали это задним числом: «Циркуляционные насосы FSV« соответствовали всем проектным спецификациям », однако подшипники, уплотнения и опорные системы для подшипников с водяной смазкой вызвали много проблем. сложность работы системы. Эти уникальные конструктивные особенности привели к попаданию воды в активную зону, что является основной причиной плохой готовности станции ». [3]

Проблемы с электрической системой [ править ]

Схема работы высокотемпературного газового реактора Fort St. Vrain

Электрическая система завода неоднократно подвергалась сомнению, и решения часто были дорогостоящими. Трансформаторы испытали неисправности. Резервные генераторы иногда не включались при активации, а в других случаях во время работы возникали проблемы с побочным каналом, что не позволяло им генерировать электроэнергию. Отказ резервного питания также привел к некоторым проблемам проникновения влаги, по-разному нарушая логику систем впрыска воды в подшипники и логику отключения гелиевого циркуляционного насоса. Отказы трансформаторов и последующий отказ резервного питания произошли по крайней мере в одном случае из-за проникновения влаги в электрические кабели и последующего замыкания на землю, когда установка работала на малой мощности для удаления воды из-за предыдущих проблем с проникновением влаги. Считается, что эта электрическая неисправность привела к дальнейшему проникновению влаги.[2]

Общие проблемы с удобствами [ править ]

Подрядчики объектов несколько раз высказывали опасения по поводу безопасности. В одном из наиболее серьезных инцидентов персонал подрядчика повредил гидравлические агрегаты, что привело к разбрызгиванию гидравлической жидкости по тросам управления реактором. Затем эта же бригада выполнила сварочные работы с оборудованием, расположенным над тросами управления. Горячий шлак упал на материал, в котором находилась гидравлическая жидкость.и зажег его вместе с жидкостью на тросах управления. Пожар затронул кабели в течение пяти минут, и было повреждено 16 основных кабелей управления. Тогда персонал подрядчика не проинформировал персонал станции о ситуации, и реактор проработал несколько часов в таком состоянии. В другом случае персонал подрядчика, использующий неправильно заземленные сварочные аппараты, отключил цепи нейтронной защиты, что привело к аварийному отключению всего завода. [2]

Операционное улучшение и закрытие [ править ]

Из-за проблем с коррозией, вызванной водой, и проблем с электричеством, остановки производства были обычным явлением. В результате Общественная обслуживающая компания Колорадо начала сомневаться в экономической целесообразности продолжения коммерческой эксплуатации. Повышение эффективности наблюдалось в 1987–1989 гг., Что свидетельствует о том, что некоторые проблемы были решены вне системы, но государственную службу не удалось убедить. В 1989 году государственная служба сообщила, что завод рассматривался для закрытия. Позже в том же году было обнаружено, что критическая часть реактора имеет длительную коррозию и требует замены. Стоимость замены была сочтена чрезмерной, и завод был остановлен. Вывод из эксплуатации и удаление топлива были завершены к 1992 году. Таким образом, Форт Сент-Врайн стал первым ядерным реактором промышленного масштаба в США, который был выведен из эксплуатации. [4]

Анализ [ править ]

Уроки, извлеченные в Форт-Сент-Врейн, привели к тому, что в более поздних конструкциях реакторов типа HTGR были приняты различные стратегии для решения возникающих там проблем. В более поздних конструкциях HTGR, как правило, исключаются крупные единицы активной зоны (в пользу более компактных модульных блоков), избегаются бетонные реакторы высокого давления (в пользу проверенных сосудов высокого давления реакторов из углеродистой или легированной стали) и, как правило, избегают паровых циклов. без промежуточного контура на безводной основе между активной зоной и парогенераторами. Другие, такие как атомный двигатель Адамса (с использованием азота), Romawa Nereus (с использованием гелия) и General Atomics GT-MHR(с использованием гелия) способствовали максимально возможному упрощению концепции высокотемпературного газоохлаждаемого реактора, вплоть до практически реактора и газовой турбины, соединенных вместе с реактором с использованием безопасной по размерам активной зоны без воды, используемой в дизайн завода. Однако GT-MHR достаточно большой, чтобы иметь систему отвода остаточного тепла с использованием конвекционного воздуха.

Концепция реактора форта Сент-Врайн пережила возрождение в виде реактора Антарес компании AREVA. Это модульный реактор с высокотемпературным охлаждением гелием, поэтому он концептуально аналогичен реактору в Форт-Сент-Врейн. INL одобрил реактор AREVA Allegro в качестве выбранной атомной электростанции следующего поколения (NGNP), которая будет развернута в качестве прототипа к 2021 году [5].

Повторное использование в качестве установки для сжигания энергии [ править ]

После вывода из эксплуатации реактора Форт Сент-Врайн был преобразован в установку для сжигания. Первая турбина, работающая на природном газе, была установлена ​​в 1996 году. Еще две турбины были установлены к 2001 году. Парогенераторы с рекуперацией тепла (HRSG) позволяют станции работать в режиме комбинированного цикла , в котором используется отработанное тепло, регенерированное из выхлопных газов турбины внутреннего сгорания для создания второй ступени пара, способной приводить в действие исходную паровую турбину и генератор объекта . По состоянию на 2011 год паспортная генерирующая мощность станции составляет 965 МВт. [4]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e "МАГАТЭ - Детали реактора - Форт Сен-Врейн" . МАГАТЭ. 2013-04-13 . Проверено 14 апреля 2013 .
  2. ^ а б в г Моисей, DL; Лэннинг, WD (13 мая 1985 г.). «Анализ и оценка недавнего опыта эксплуатации HTGR форта Сен-Врайн». Совещание специалистов по безопасности и анализу аварий для газоохлаждаемых реакторов . Вена, Австрия; Ок-Ридж, Теннесси, США; Роквилл, Мэриленд, США: Международное агентство по атомной энергии; Национальная лаборатория Окриджа; Комиссия по ядерному регулированию США. ОСТИ 5535126 . 
  3. ^ Program Staff, Project 4250 (март 1988). «MHTGR: Новый производственный реактор, краткое изложение опыта» . GA-A-19152 . Сан-Диего, Калифорния, Соединенные Штаты Америки: General Atomics , Inc., стр. 59 (2–40) . Проверено 5 ноября 2009 .
  4. ^ a b Xcel Energy (26 марта 2011 г.). "Станция Форт-Сент-Врайн" . Колорадо, США. Архивировано из оригинала на 2010-12-26 . Проверено 26 марта 2011 .
  5. ^ "INL одобряет дизайн Allegro" .

Внешние ссылки [ править ]

  • История форта Сен-Врейн
  • Форт Сен-Врен - База данных INSC
  • Форт Сент-Врейн - веб-сайт Xcel Energy
  • Fort St. Vrain HTGR (чертеж)

Координаты : 40 ° 14′40 ″ с.ш., 104 ° 52′27 ″ з.д. / 40,24444 ° с.ш.104,87417 ° з. / 40.24444; -104,87417