Генераторная станция Fort St.Vrain - Fort St. Vrain Generating Station

Генераторная станция Fort St.Vrain

Генераторная станция Fort Saint Vrain это натуральный газ питание электричество генерирующий объект, расположенный недалеко от г. Platteville на севере Колорадо в Соединенные Штаты. В настоящее время он имеет мощность чуть менее 1000 МВт и принадлежит и управляется Xcel Energy, преемник основателя завода, Public Service Company of Colorado. В таком виде он появился в сети в 1996 году.

Объект изначально строился как атомная электростанция. С 1979 по 1989 год он работал как атомная электростанция.[1]

Исторический обзор

Генераторная станция Fort Saint Vrain была построена как первая и единственная в Колорадо атомная электростанция, который работал с 1979 по 1989 год.[1] Это был один из двух высокотемпературных газоохлаждаемых (HTGR ) энергетические реакторы в США. Теплоноситель первого контура гелий передается тепло в водяную систему вторичного охлаждения для привода парогенераторы. Топливо реактора представляло собой комбинацию делящийся уран и плодородный торий микросферы, диспергированные в призматической графитовой матрице. Мощность реактора составляла 330 МВт (330 МВт.е), вырабатываемой тепловой мощностью 842 МВт (842 МВтth).[1]

Электростанция Fort St. Vrain HTGR была предложена в марте 1965 г., и ее заявка была подана в Комиссия по атомной энергии в октябре 1966 года. Строительство началось в сентябре 1968 года.[1] Конструкция HTGR была более безопасной, чем типовая конструкция кипящей воды того времени, имеющая армированные сталью предварительно напряженные бетонные купольные конструкции. Требовалась только защитная конструкция 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 мощность была распределена в июле 1979 года.[1]

Завод был технически успешным, особенно ближе к концу срока эксплуатации, но стал коммерческим разочарованием для его владельца. Как одна из первых коммерческих конструкций HTGR, установка была доказательство концепции для нескольких передовых технологий, но имел ряд первых компаний, внедривших проблемы, требующие дорогостоящих исправлений. Проблемы с обслуживанием усугубили эти и другие проблемы.

Уникальные особенности дизайна

Пол заправки на электростанции Форт-Сент-Врайн

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

Опыт работы

Многие проблемы возникли на раннем этапе 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 достиг конца своей расчетный срок службы.

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

Проблемы с проникновением воды и коррозией (циркуляторы гелия)

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

Самая большая проблема форта Сент-Врайн была связана с гелий циркулятор. Меньшие молекулы гелия требовали очень плотных уплотнений, чтобы предотвратить утечку газа. В некоторых уплотнениях использовались движущиеся поверхности, а для содержания гелия использовалась конструкция подшипника с водяной смазкой. Была предусмотрена система очистки газа для удаления загрязняющих веществ, включая воду, 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 изменялось 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 воздействие 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 могли происходить эти реакции.[2]

Хотя безопасность системы не была поставлена ​​под угрозу, в 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 останова, которая высвобождала борированные графитовые сферы 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 сферы 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]

Проблемы конструкции, которые привели к коррозии, частично были вызваны регуляторы, которые были в значительной степени сосредоточены на химических реакциях пара с высококачественным графитом ядра и воздействии на систему очистки газа. Высказывалось мнение, что меморандумы из Роквилл, Мэриленд потреблялись чрезмерные инженерные ресурсы, и в результате были упущены из виду другие конструктивные соображения. Некоторая вина за проблемы с коррозией также легла на владельца FSV, а также на его эксплуатацию и процедуры технического обслуживания. Например, сигнализация влажности генерировала предупреждения в течение нескольких месяцев в критических частях завода, но они не рассматривались как неисправные. Позднее сотрудники, посланные для удаления якобы неисправных датчиков влажности для ремонта, обнаружили, что датчики влажности не были неисправными, и иногда при снятии устройств с их фитингов выделялось значительное количество воды.

Наконец, конструкторы завода общая ответственность за то, чтобы система очистки газа не использовала избыток воды в гелиевой системе, поскольку они должны были предвидеть возможность проникновения избыточной воды. Они признали это задним числом: «Циркуляционные насосы FSV« соответствуют всем проектным спецификациям », однако подшипники, уплотнения и опорные системы для подшипников с водяной смазкой вызвали множество проблем. Кроме того, в циркуляционных насосах использовался привод паровой турбины, который добавляет сложность работы системы. Эти уникальные особенности конструкции привели к попаданию воды в активную зону, что является основной причиной плохой готовности установки ».[3]

Проблемы с электрической системой

Схема работы высокотемпературного газового реактора Fort St. Vrain

Электрическая система завода неоднократно подвергалась сомнению, и решения часто были дорогими. 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 энергию. Отказ резервного питания также привел к некоторым проблемам проникновения влаги, по-разному нарушая логику систем впрыска воды в подшипники и логику отключения гелиевого циркулятора. 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 предыдущих проблем проникновения влаги. Считается, что это электрическое повреждение привело к дальнейшему проникновению влаги.[2]

Общие проблемы с оборудованием

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, использованный для удержания 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. После этого 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

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 на предмет 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-Врейн стал первым ядерным реактором промышленного масштаба в США, который был выведен из эксплуатации.[4]

Анализ

Уроки, извлеченные в Форт-Сент-Врейн, привели к тому, что в более поздних проектах реакторов типа HTGR были приняты различные стратегии для решения возникающих там проблем. В более поздних конструкциях HTGR, как правило, избегали больших размеров активной зоны на единицу (в пользу более компактных модульных блоков), как правило, избегали резервуаров высокого давления в конкретных реакторах (в пользу проверенных резервуаров высокого давления из углеродистой или легированной стали) и, как правило, избегали паровых циклов без промежуточного контура на безводной основе между активной зоной и парогенераторами. Другие, такие как Атомный двигатель Адамса (с использованием азота) Ромава Нерей (с использованием гелия) и General Atomics GT-MHR (с использованием гелия) способствовали максимально возможному упрощению концепции высокотемпературного реактора с газовым охлаждением, вплоть до практически реактора и газовой турбины, соединенных вместе с реактором с использованием безопасной активной зоны правильного размера без использования воды 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 AREVA Antares. Это модульный реактор с высокотемпературным охлаждением гелием, поэтому концептуально он аналогичен реактору в Форт-Сент-Врейн. INL одобрил реактор AREVA Allegro в качестве выбранной АЭС следующего поколения (NGNP), которая будет развернута в качестве прототипа к 2021 году.[5]

Повторное использование в качестве энергообъекта

После вывода из эксплуатации реактора Форт Сент-Врайн был преобразован в установку для сжигания. Первый природный газ турбина внутреннего сгорания была установлена ​​в 1996 году. К 2001 году были установлены еще две турбины. Парогенераторы-утилизаторы (HRSG) позволяют заводу работать в комбинированный цикл режим, в котором отработанное тепло, регенерированное из выхлопных газов турбины внутреннего сгорания, используется для создания второй ступени пара, способной приводить в движение исходный паровая турбина и генератор. Паспортная мощность станции по состоянию на 2011 год составляет 965 МВт.[4]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е «МАГАТЭ - Детали реактора - Форт Сен-Врайн». МАГАТЭ. 2013-04-13. Получено 2013-04-14.
  2. ^ а б c d Моисей, Д. Л .; Лэннинг, В. Д. (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. OSTI  5535126.
  3. ^ Персонал программы, проект 4250 (март 1988 г.). «MHTGR: Новый производственный реактор, краткое изложение опыта». GA-A-19152. Сан-Диего, Калифорния, Соединенные Штаты Америки: General Atomics, Inc., стр. 59 (2–40). Получено 2009-11-05.
  4. ^ а б Xcel Energy (26 марта 2011 г.). «Станция Форт-Сент-Врайн». Колорадо, США. Архивировано из оригинал на 2010-12-26. Получено 2011-03-26.
  5. ^ «INL одобряет дизайн Allegro».

внешняя ссылка

Координаты: 40 ° 14′40 ″ с.ш. 104 ° 52′27 ″ з.д. / 40,24444 ° с.ш.104,87417 ° з.д. / 40.24444; -104.87417