آشنايي با فرآيند عملياتي شدن نيروگاه اتمي بوشهر

واضح آرشیو وب فارسی:فارس: آشنايي با فرآيند عملياتي شدن نيروگاه اتمي بوشهر
خبرگزاري فارس:عليرغم پيچيدگي فناوري يك نيروگاه هسته‌اي از نوع نيروگاه بوشهر فرآيند توليد انرژي الكتريكي در نيروگاه هسته‌اي را مي‌توان به سه مرحله كاملاً مجزا تقسيم كرد كه در سه مدار مستقل شامل مدار اول، مدار دوم و مدار خنك كننده انجام مي‌پذيرد.

فرآيند عملياتي نيروگاه اتمي بوشهر به سه مرحله تقسيم مي‌شود كه مراحل عملكرد آن به شرح زير است:

* مدار اول

شكافت اورانيوم غني شده در راكتور منبع توليد انرژي به صورت گرمايي است. اين انرژي گرمايي توسط آب مدار اول كه در يك مسير بسته (چهار حلقه) جريان دارد به مولدهاي بخار منتقل مي‌شود. مولد بخار يك مبدل حرارتي است كه آب مدار اول درون لوله‌هاي U شكل فولادي آن جريان دارد و آب مدار دوم در يك سيكل كاملاً مجزا با گردش در اطراف اين لوله‌ها، ضمن برداشت حرارت به بخار تبديل مي‌شود. آب مدار اول پس از خروج از مولد بخار توسط پمپ مدار اول براي برداشت مجدد گرما به راكتور بازگردانده مي‌شود.

* مدار دوم

در مدار دوم، بخار توليد شده در مولد بخار به توربين هدايت شده و در آن جا به انرژي مكانيكي تبديل مي‌شود (چرخش توربين به طور مستقيم ژنراتور نيروگاه را به حركت درآورده كه منجر به توليد انرژي الكتريكي مي‌شود). سپس بخار خروجي از توربين به وسيله كندانسور به آب تبديل شده و مجدداً براي تكميل و تكرار اين چرخه به مولد بخار بازگردانده مي‌شود.

* مدار خنك كننده

براي چگالش بخار خروجي از توربين، آب دريا به عنوان خنك كننده، در يك مدار كاملاً مجزا از مدار دوم توسط پمپ هاي سيركولاسيون به كندانسور هدايت مي‌شود و پس از برداشت گرما از طريق يك كانال روباز به طول 400 متر و به دنبال آن چهار تونل 1200 متري در زير بستر دريا در عمق 7 متري به دريا باز مي‌گردد.
نقش اصلي راكتور در نيروگاه هسته‌اي توليد انرژي گرمايي است. فرآيندي كه در اين راكتور سبب توليد گرما مي شود شكافت هسته‌اي نام دارد. شكافت، فرآيندي است كه در طي آن يك هسته اتم سنگين به دو يا چند هسته كوچك‌تر تبديل مي‌شود و ضمن اين عمل مقداري انرژي به صورت گرما و تابش ساطع مي‌گردد.
در نيروگاه هسته‌اي با آب سبك، فرايند شكافت غالباً توسط نوترون‌هاي حرارتي انجام مي‌گيرد. هسته اورانيوم 235 پس از جذب نوترون ناپايدار شده به دو يا چند جز به نام شكاف‌ پاره تقسيم مي‌شود. علاوه بر شكاف‌پاره‌ها، دو تا سه نوترون به علاوه مقداري انرژي و ذرات آلفا، بتا و تابش گاما نيز در هر شكافت به دست مي‌آيد (نوترون‌هاي آزاد شده به طور متوسط داراي انرژي Mev2 بوده كه براي انجام شكافت هسته اورانيوم 235 بايستي انرژي جنبشي خود را از دست داده، با اتم‌هاي محيط خود به تعادل حرارتي دست يابند، يعني انرژي آنها به چند صدم ev برسد. اين عمل در نتيجه برخوردهاي متوالي نوترون با هسته اتم‌هاي هيدروژن مولكول‌هاي آب درون راكتور صورت مي‌گيرد). به اين طريق، يك عمل شكافت مي‌تواند منجر به شكافت‌هاي ديگري شود كه آنها هم به نوبه خود شكافت‌هاي ديگري را به دنبال خواهند داشت. به اين واكنش كه به صورت تسلسلي شكل ادامه مي‌يابد، واكنش شكافت زنجيره‌اي گويند. لازم به ذكر است كه پايدار ماندن واكنش زنجيره‌اي در قلب راكتور مستلزم وجود جرم بحراني در قلب راكتور مي‌باشد.
انرژي آزاد شده از فرايند شكافت به گرما تبديل مي‌شود. حرارت توليد شده توسط آب مدار اول برداشت شده، به آب مدار دوم انتقال مي‌يابد و در مدار دوم براي توليد بخار و چرخاندن توربين مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
تنظيم مقدار انرژي آزاد شده در يك راكتور هسته‌اي با تعداد شكافت‌هايي كه اتفاق مي‌افتد، كنترل مي‌شود. اين عمل با كنترل كردن تعداد نوترون‌هايي كه براي انجام عمل شكافت موجود مي‌باشد صورت مي‌گيرد. هر چه تعداد چنين نوترون‌هايي كمتر باشد، تعداد شكافت‌ها نيز كمتر است. يكي از روش‌هاي رسيدن به چنين كنترلي، اين است كه ماده‌اي را در راكتور قرار دهند كه به آساني نوترون‌ها را جذب كند،‌ بنابراين با تنظيم مقدار اين ماده در راكتور، تعداد نوترون‌هاي موجود براي عمل شكافت مي‌تواند به ميزان مطلوب تنظيم شود.
راكتور نيروگاه هسته‌اي بوشهر از نوع آب سبك تحت فشار مي‌باشد كه توان توليد Mw(t)3000 انرژي گرمايي را داشته و متشكل از يك پوسته از جنس فولاد كربني است كه با فولاد ضد زنگ پوشش داده شده است و درون آن قلب راكتور (Core)، سپر حرارتي و نوتروني (Core baffle)، نگهدارنده قلب (Core barrel، محافظ كانال‌هاي هادي (Protective Tube Unit) قرار گرفته و توسط درپوش راكتور (Upper Unit) بسته مي‌شود.آب كه به عنوان كند كننده نوترون و خنك كننده استفاده مي‌شود، توسط پمپ‌هاي مدار اول با فشار bar157 و حرارتي C291 از طريق 4 نازل خط سرد (Cold Leg) وارد راكتور مي‌شود و پس از برداشت حرارت از قلب راكتور با حرارت C321 از طريق 4 نازل خط گرم (Hot Leg) به سمت مولدهاي بخار هدايت شده و در آنجا با تبادل حرارت با آب مدار دوم بخار توليد مي‌شود.
منبع توليد گرما، سوخت هسته‌اي از نوع دي اكسيد اورانيوم غني شده با غناي 02/4%، 62/3%، 4/2%، 6/1% مي‌باشد. سوخت هسته‌اي به صورت قرص‌هاي استوانه‌اي به قطر 57/7 و ارتفاع 12 ميلي متر ساخته شده كه درون ميله‌هاي سوخت قرار دارد.
تعداد 311 ميله سوخت با آرايش شش ضلعي، يك مجتمع سوخت را مي‌سازند و تعداد 163 مجتمع سوخت در كنار هم قلب راكتور را تشكيل مي‌دهند. مكانيزم توليد گرما، واكنش هسته‌اي شكافت اورانيوم و تبديل آن به پاره‌هاي شكافت سبك‌تر است كه همراه با آزاد شدن انرژي و توليد نوترون براي ادامه اين زنجيره است.
كنترل واكنش هسته‌اي و در نتيجه كنترل راكتور به كمك اسيدبوريك محلول در آب، به همراه ميله‌هاي كنترل كه به محرك‌هاي سيستم كنترل و حفاظت متصل است، انجام مي‌شود.

* اجزاي راكتور

1- محرك ميله‌هاي كنترل
2- درپوش راكتور
3- پوسته اصلي راكتور
4- نگهدارنده قلب راكتور
5- محافظ كانال‌هاي هادي
6- قلب راكتور
7- ورودي خنك كننده
8- خروجي خنك كننده

مجموعه توربين بخار K – 1000 – 3000/60 – 3 با قدرت نامي 1000 مگاوات و سرعت 3000 دور در دقيقه جهت به حركت درآوردن ژنراتور جريان متناوب به كار مي‌رود. ژنراتور به همراه مجموعه توربين بر روي يك سازه بتني سوار شده كه اين سازه به صورت مجزا از سازه اصلي ساختمان توربين، بر روي فنرهاي مخصوصي (جهت خنثي كردن ارتعاشات ناشي از دورهاي بحراني) قرار گرفته است. توربوست نيروگاه اتمي بوشهر شامل چهار توربين از جمله يك توربين فشار بالا و سه توربين فشار پايين مي‌باشد. مجموعه توربين مذكور تك محوري و هر چهار توربين از نوع دو طرفه متقارن است كه در هر طرف داراي پنج رديف پره مي‌باشند. روتور توربين‌هاي فشار پايين و فشار بالا به روش آهنگري و به صورت يكپارچه و بدون سوراخ مركزي ساخته مي‌شود كه اين كار باعث كاهش تمركز تنش در روتور خواهد شد.
سيكل آب و بخار نيروگاه اتمي بوشهر اين گونه است كه بخار توليد شده در مولدهاي بخار به ساختمان توربين هدايت و با حداكثر، رطوبت 2/0% و فشار bar8/58 r وارد توربين فشار قوي شده و پس از انجام كار به علت كاهش فشار و حرارت اوليه مرطوب مي‌شود. براي اين كه اين رطوبت به پره‌هاي توربين فشار ضعيف آسيب نرساند، بخار خشك و مجدداً گرم مي‌شود تا به پارامترهاي مطلوب دست يابد و پس از آن با فشار bar8/6 r به توربين فشار ضعيف هدايت مي‌شود، به دنبال آن در كندانسور تغيير حالت داده، طي مراحلي احيا شده (پيش گرم و گاززدايي گرديده و تا C 222 درجه گرم مي‌شود) و مجدداً به مولدهاي بخار باز مي‌گردد.
واحد توربين نيروگاه اتمي بوشهر داراي مدار پيشرفته احياء از جمله چهار مرحله هيتر فشار پايين، دئراتور (هوازدا)، يك مرحله هيتر فشار بالا و پمپ انتقال كندانس بخار گرم كننده است. تمام هيترهاي فوق به غير از دئراتور كه از نوع مخلوطي است. از نوع تبادل حرارت سطحي مي‌باشند. تمام هيترهاي احياء كننده غير از هيتر فشار پايين شماره چهار و دئراتور، شامل دو پوسته مي‌باشند و در دو خط موازي قرار دارند.

* ژنراتور

ژنراتور نيروگاه اتمي بوشهر از نوع سنكرون سه فاز مي‌باشد كه سيم پيچ استاتور آن با آب خنك مي‌گردد. خنك كننده روتور و هسته استاتور آن نيز هيدروژن مي‌باشد. قدرت خروجي آن 1000 مگاوات و داراي دو قطب بوده و با مارك صنعتي TBB – 1000- 27/2 – T3 معرفي مي‌شود. ولتاژ خروجي استاتور آن نيز kv27 مي‌باشد.

* پست

نيروگاه اتمي بوشهر داراي دو پست kv230 و kv400 مي‌باشد كه پست kv400 از نوع GIS (گاز ايزوله كننده بين كنتاكت‌ها) بوده و از طريق دو خط به پست چغادك و شبكه سراسري متصل مي‌گردد و پست kv230 از نوع AIS (هوا ايزوله كننده بين كنتاكت‌ها) مي‌باشد و اتصال آن به شبكه سراسري توسط دو خط و از طريق پست بوشهر صورت مي‌پذيرد.
اگر راكتور را قلب يك نيروگاه اتمي بدانيم، بدون شك سيستم كنترل و ابزار دقيق، مغز و شبكه عصبي اين تأسيسات مهم و گسترده مي‌باشد. سيستم كنترل و ابزار دقيق نيروگاه اتمي بوشهر يكي از پيشرفته‌ترين سيستم‌هاي اتوماسيون موجود در جهان و به صورت يك سيستم كنترل توزيع شده (DCS) بوده كه از نظر لايه هاي كنترلي به سه سيستم سطح بالا (TLSU)، مياني (TPTS) و پايين (سنسورها و عملگرها) تقسيم مي شود.
(Top Level System of the power Unit) TLSU از يك شبكه كامپيوتري با سرعت MBit/s100 تشكيل شده است كه بالاترين لايه كنترلي نيروگاه به حساب مي‌آيد، اطلاعات را از سطح مياني دريافت كرده، آنها را بر روي ايستگاه‌هاي كاري نشان داده و امكان كنترل مركزي را ايجاد مي‌كند. تابلوهاي TPTS از چندين (Software Hardware Complex) SHC تشكيل شده كه وظيفه نظارت و كنترل سيستم‌ها و تجهيزات فني را بر اساس دستورالعمل‌هاي جاري بهره‌برداري نيروگاه اتمي بوشهر عهده‌دار است. TPTS از طريق Gateway به TLSU متصل شده و تبادل داده مي‌نمايد.

* نيروگاه اتمي بوشهر و محيط زيست

امروزه از انرژي هسته‌اي به عنوان يكي از رهيافت‌هاي زيست محيطي باري مقابله با افزايش دماي كره زمين و كاهش آلودگي محيط زيست ياد مي‌شود. در حال حاضر نيروگاه‌هاي هسته‌اي جهان با ظرفيت نصب شده فعلي توانسته‌اند سالانه از انتشار 8 درصد از گازهاي گلخانه‌اي در فضا جلوگيري كنند.
ساخت و بهره‌برداري از تأسيسات هسته‌اي در هر كشور عضو آژانس بين‌المللي انرژي اتمي، مشمول ضوابط و مقررات ويژه ايمني هسته‌اي و نظارت مستمر قانوني بر كليه فعاليت‌ها در مراحل انتخاب محل، طراحي، ساخت قطعات و تجهيزات، احداث، راه‌اندازي، بهره‌برداري و از كاراندازي تأسيسات فوق الذكر است.
در نيروگاه هاي اتمي تماماً خروجي‌ها (گازها و مايعات) به محيط اطراف از نقطه نظر اكتيويته و شيميايي كنترل مي‌شود و ملزم به رعايت نُرم‌ها و استانداردهاي لازم مي‌باشند، به طوري كه در مسير خروجي آب و گاز به محيط اطراف فيلترهاي مختلفي وجود دارد كه در آنها اكتيويته به صورت خودكار و پيوسته و همچنين به صورت دستي و دوره‌اي كنترل مي‌شوند و تا اكتيويته آنها به حد مجاز قابل خروج نرسد، در محيط رهاسازي نمي‌شوند.
نُرم مجاز براي آب‌هاي خروجي 11-10 كوري بر ليتر و براي گازهاي بي‌اثر خروجي از هواكش نيروگاه 50 كوري در شبانه روز مي‌باشد. دُزِ مجاز دريافتي سالانه پرسنل گروه A (پرسنل راكتور) 20 ميلي سيورت مي‌باشد. در حالي كه دز دريافتي سالانه مردم از منابع پرتوزاي طبيعي، اشعه كيهاني، استفاده‌هاي پزشكي و انفجارات اتمي حدود 3/2 ميلي سيورت مي‌باشد. مقدار دز مجاز دريافتي ساكنين اطراف نيروگاه‌هاي هسته اي حداكثر برابر با 5/1 ميلي سيورت مي‌باشد كه در مقايسه با دز دريافتي از ديگر منابع پرتوزا بسيار اندك است.
در حال حاضر در سراسر دنيا ايمني نيروگاه‌هاي هسته‌اي بر پايه «دفاع در عمق» بنا نهاده مي‌شود. چنين ديدگاهي طراحان را بر آن وا مي‌دارد تا سلسله‌اي از حايل‌هاي فيزيكي را به صورت پشت سر هم در مسير انتشار مواد راديو اكتيو به محيط مدنظر قرار دهند. وجود چند لايه حايل فيزيكي از آثار سوء مواد راديو اكتيو به پرسنل بهره بردار، محيط پيرامون نيروگاه و مردمي كه در اطراف نيروگاه زندگي مي‌كنند، جلوگيري مي‌نمايد. اين حايل‌ها به ترتيب عبارتند از شبكه سراميكي قرص‌هاي سوخت، غلاف ميله‌هاي سوخت، تجهيزات مدار اول، كره فولادي و در نهايت كره بتوني. لازم به ذكر است كه بيش از 98% محصولات شكافت (مواد راديواكتيو) در داخل شبكه سراميكي قرص‌هاي سوخت محبوس مي‌گردند.
واحد اول نيروگاه هسته اي بوشهر از راكتور آب تحت فشار نوع VVER – 1000 مدل V-446 تشكيل يافته كه از نظر ساختاري و اساس كار، كاملاً با نيروگاه هسته‌اي چرنوبيل متفاوت بوده و متناظر با نيروگاه‌هاي هسته‌اي غربي با راكتور PWR مي‌باشد كه داراي ايمني ذاتي هستند، بدين معني كه با افزايش قدرت نوتروني راكتور، دماي آب در آن افزايش يافته كه اين نيز به نوبه خود باعث كاهش قدرت نوتروني و مهار واكنش زنجيره‌اي شكافت پايا در قلب راكتور مي‌گردد.
در صورت به خطر افتادن نيروگاه و پايين آمدن شاخص‌هاي ايمني آن، طبق دستورالعمل‌هاي بهره برداري نيروگاه، قدرت راكتور تا سطح لازم كاهش داده شده يا اساساً خاموش مي‌شود تا ايمني راكتور به سطح مورد نظر رسانده شود. در صورت بروز احتمالي حادثه، سيستم‌هاي چهاركاناله ايمني، وظيفه خاموش كردن راتور و برداشت انرژي حرارتي پسماند قلب راكتور را به عهده دارند. وجود يك كانال و عملكرد درست آن در هنگام بروز حادثه كاملاً كفايت مي‌كند و وجود سه كانال ديگر جهت بالا بردن ضريب اطمينان عمل سيستم در نظر گرفته شده است، اين كانال‌ها كاملاً از همديگر جدا بوده و مستقل عمل مي‌كنند.

* وظيفه سيستم‌هاي ايمني در هنگام بروز احتمالي حادثه

1- متوقف كردن واكنش زنجيره‌اي شكافت هسته‌اي پايا
2- خنك كردن راكتور
3- محدود كردن آثار حادثه مي‌باشد
اين سيستم‌ها مجهز به ديزل ژنراتورهاي خاص خود بوده كه در صورت قطعي كامل برق در نيروگاه، مي‌توانند به كار خود ادامه دهند.
ساختمان راكتور در مقابل برخورد مستقيم هواپيماي غول پيكر بوينگ 747، هواپيماهاي جنگي و زلزله‌اي به شدت 8 ريشتر مقاوم بوده و در صورت بروز چنين سوانحي هيچ صدمه‌اي به تأسيسات راكتور و قلب آن وارد نمي‌شود و سيستم كنترل و حفاظت خودكار نيروگاه به راحتي آن را خاموش و به وضعيت ايمن مي‌رساند.

* نمودار ايمني داراي بخش‌هاي زير است

1- راكتور
2- مولد بخار
3- پمپ اصلي مدار اول
4- حفاظ بيولوژيكي
5- محوطه تردد
6- كره فولادي
7- پوشش بتني
8- هواكش
9- سيستم خنك كننده اضطراري قلب
10- پمپ تزريق اضطراري
11- مخزن ذخيره محلول اسيد بوريك
12- تأسيسات تهويه
13- تأسيسات فيلتراسيون
14- سيستم دفع گرماي پسماند
15- سيستم كنترل خلاء
16- محفظه آب آلوده كره فولاد
.......................................................................................................
انتهاي پيام/

چهارشنبه|ا|7|ا|اسفند|ا|1387

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: فارس]

[مشاهده در: www.farsnews.com]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 130]