Fort St. Vrain Üretim İstasyonu - Fort St. Vrain Generating Station

Fort St. Vrain Üretim İstasyonu

Fort Saint Vrain Üretim İstasyonu bir doğal gaz güçlendirilmiş elektrik kasabası yakınlarında bulunan üretim tesisi Platteville kuzeyde Colorado içinde Amerika Birleşik Devletleri. Şu anda 1000 MW'ın altında bir kapasiteye sahip ve sahibi ve işletmecisi Xcel Enerji, tesisin kurucusu Colorado Kamu Hizmeti Şirketi'nin halefi. 1996'da bu formda çevrimiçi oldu.

Tesis başlangıçta bir nükleer enerji santrali. 1979'dan 1989'a kadar bir nükleer enerji santrali olarak çalıştı.[1]

Tarihsel bakış

Fort Saint Vrain Üretim İstasyonu, Colorado'nun ilk ve tek nükleer enerji santrali 1979'dan 1989'a kadar faaliyet gösteren.[1] İki yüksek sıcaklıkta gaz soğutmalı (HTGR ) Amerika Birleşik Devletleri'ndeki güç reaktörleri. Birincil soğutma sıvısı helyum sürmek için ısıyı bir su ikincil soğutma sistemine transfer etti buhar jeneratörleri. Reaktör yakıtı şunların bir kombinasyonuydu: bölünebilir uranyum ve bereketli toryum prizmatik grafit matris içinde dağılmış mikroküreler. Reaktörün 330MW (330 MW) elektrik gücü çıkışı vardı.e), 842 MW (842 MW) termal güçten üretilmiştir.inci).[1]

Fort St. Vrain HTGR elektrik santrali Mart 1965'te önerildi ve başvurusu Atom Enerjisi Komisyonu Ekim 1966'da. İnşaat Eylül 1968'de başladı.[1] HTGR tasarımı, çelik takviyeli, ön gerilmeli beton muhafaza kubbe yapılarına sahip zamanın tipik kaynar su tasarımlarından daha güvenliydi. Reaktör çekirdeği kısmen öngerilmeli bir beton reaktör basınç kabı (PCRV) içinde yer alırken, yalnızca bir çelik çerçeve muhafaza yapısına ihtiyaç duyuyordu. İnşaat maliyeti 200 milyon $ 'a veya yaklaşık 0.60 $ / kurulu watt'a ulaştı. İlk test 1972'de başladı ve ilk ticari güç Temmuz 1979'da dağıtıldı.[1]

Tesis, özellikle işletme ömrünün sonuna doğru teknik olarak başarılıydı, ancak sahibi için ticari bir hayal kırıklığı oldu. İlk ticari HTGR tasarımlarından biri olan tesis, kavramın ispatı birkaç gelişmiş teknoloji için, ancak bir dizi erken benimseyen pahalı düzeltmeler gerektiren sorunlar. Bakım sorunları bu ve diğer sorunları daha da kötüleştirdi.

Tasarımın benzersiz özellikleri

Fort St. Vrain Üretim İstasyonunda yakıt ikmal katı

Fort St. Vrain HTGR, modern hafif su reaktörlerinden önemli ölçüde daha verimliydi,% 39-40'lık bir termal verime ulaştı, bu da bir buhar çevrimli enerji santrali için mükemmeldi. HTGR tasarımının çalışması kolaylıkla zayıflatılabilir. elektrik gücü talep yükünü takip edin, her zaman isim plakası gücünü üretmesi gerekmekteydi. Reaktör aynı zamanda göreceli olarak yakıt verimlidir ve maksimum 90.000 MW günlük termal yanma ile (10.000 - 40 yanma ile Hafif Su Reaktörlerine kıyasla, gelecek için bir konsepttir. Bununla birlikte, hata ayıklamasına yol açan sorunlar, erken ölüm.

Operasyonel deneyim

Fort St. Vrain HTGR'nin operasyonel deneyiminin başlarında birçok sorun ortaya çıktı. Bu sorunlar tesis veya kamu güvenliği için hiçbir zaman bir tehdit oluşturmasa da, personel, ekipman ve tesisler üzerinde önemli bir baskı oluştu ve tesis sahibine devam eden operasyonun ekonomik görünmemesine neden oldu. Geçmişteki sorunların çoğu büyük bir masrafla çözülmüştü ve tesis ticari olarak uygun bir seviyede performans göstermeye başlıyordu ki, ekonomik bir durgunluk ve tesisin geçmişi, tesis sahibinin, tesisin sonuna gelmemiş olmasına rağmen onu kapatmasına neden oldu. tasarım ömrü.

Fort St. Vrain'de üç ana sorun kategorisi yaşandı: birincisi, su sızması ve korozyon sorunları; ikincisi, elektrik sistemi sorunları; ve üçüncüsü, genel tesis sorunları.

Su sızması ve korozyon sorunları (Helyum sirkülatörleri)

Fort St. Vrain reaktörünün PCRV (sol) ve helyum sirkülatörünün (sağda) şeması

Fort St. Vrain'in en büyük sorunu, helyum sirkülatör. Helyumun daha küçük molekülleri, gazın kaçmasını önlemek için çok sıkı contalar gerektiriyordu. Bazı contalar hareketli yüzeyler içeriyordu ve helyumu tutmak için suyla yağlanmış bir yatak tasarımı kullanıldı. Su dahil kirleticileri helyum sisteminden uzaklaştırmak için bir gaz temizleme sistemi sağlandı. Tasarım sorunları, helyum sisteminde çok fazla suya neden olarak korozyona neden oldu.

Tasarımcılar, su enjektörlerinin yataklardaki basıncı sistemdeki gaz basıncına yaklaşık olarak eşit tutmasını amaçlamıştı. Pratikte, gaz basıncı beklenenden daha fazla değişti ve aşırı suyun sirkülatöre kaçmasına izin verdi.

Gaz temizleme sisteminin kapasitesi, yataklardan gelen fazla suyu hesaba katmıyordu ve grafit reaktör çekirdeğindeki yüksek sıcaklık reaksiyonlarının, tipik çekirdek grafitin gözenekliliğine bağlı olarak helyumdaki artık suyun etkisini azaltacağını varsayıyordu. Fort St. Vrain'in çekirdeğini inşa etmek için kullanılan grafit daha yüksek dereceli ve daha az gözenekliydi ve bu nedenle bu reaksiyonların meydana gelmesi için çok fazla yüzey alanı sunmadı.[2]

Sistem güvenliğinden taviz verilmemesine rağmen su ve korozyon nedeniyle reaktör sistemlerinde sık sık işletim sorunları yaşanmıştır. Gaz temizleme sistemindeki chiller ünitelerinde oluşan buz, verimliliklerini düşürür. Reaktör çıkışı aşağı çevrildiğinde ve sistem soğutulduğunda, su helyum sistemi içindeki ekipman ve aletlerde yoğunlaşırdı. Kontrol çubuğu paslanmış ve hızlı kapanmalar düzgün çalışmadı. SCRAM Olmadan Beklenen Geçici Bir (ATWS) durumunda, borlanmış grafit kürelerini çekirdeğe bırakan rezerv kapatma sistemi bazen kullanılamıyordu çünkü su borondan borik asit oluşturmak için sızmıştı, bu da grafit küreleri yumuşattı ve kümelenmelerine neden oldu. birlikte. PCRV içindeki çelik "tendonlar", klorür çökelmesi nedeniyle korozyona uğradı ve zayıfladı. Pas lekeleri soğutucuya taşındı ve kontrol çubuğu tahrikleri dahil olmak üzere kritik makinelere takıldı. Korozyon nedeniyle buhar jeneratörü sızıntıları da meydana geldi.[2]

Korozyona neden olan tasarım sorunları kısmen düzenleyiciler, yüksek dereceli çekirdek grafit ile buharın kimyasal reaksiyonlarına ve gaz temizleme sistemi üzerindeki etkisine yoğun bir şekilde odaklananlar. Tartışmalıydı ki muhtıralar itibaren Rockville, Maryland aşırı mühendislik kaynakları tüketildi ve bunun sonucunda diğer tasarım konuları gözden kaçtı. Korozyon sorunlarının bir kısmı da FSV'nin ve operasyonlarının ve bakım prosedürlerinin sahibine düştü. Örneğin, nem alarmları tesisin kritik bölümlerinde aylarca uyarılar oluşturdu, ancak bunlar kusurlu olarak görülmedi. Daha sonra, arızalı olduğu iddia edilen nem alarmlarını onarım için kaldırmak üzere gönderilen personel, nem alarmlarının arızalı olmadığını ve cihazlar bağlantılarından çıkarıldığında bazen önemli miktarda su salındığını keşfetti.

Son olarak bitkinin tasarımcıları Aşırı su sızma olasılığını öngörmeleri gerektiğinden, gaz temizleme sisteminin helyum sistemindeki fazla suyla başa çıkacak şekilde boyutlandırılmaması için ortak sorumluluk. Geriye dönüp baktıklarında bunu kabul ettiler: "FSV sirkülatörleri 'tüm tasarım özelliklerini karşıladı', ancak suyla yağlanan yatak için rulmanlar, contalar ve destek sistemleri birçok soruna neden oldu. Ayrıca sirkülatörler, ekleyen bir buhar türbini sürücüsü kullandı. sistem işlemlerinde karmaşıklık. Bu benzersiz tasarım özellikleri, yetersiz tesis kullanılabilirliğinin birincil nedeni olan çekirdeğe su girişi ile sonuçlandı. "[3]

Elektrik sistemi sorunları

Fort St. Vrain yüksek sıcaklık gaz reaktörünün işletim şeması

Tesisin elektrik sistemine birçok kez meydan okundu ve çözümler genellikle pahalıydı. Transformatörler arızalarla karşılaştı. Yedek oluşturucular bazen etkinleştirildiklerinde devreye giremediler ve diğer durumlarda, çalışma sırasında yan kanal sorunları meydana geldi ve güç üretmelerini engelledi. Yedek gücün kesilmesi ayrıca, yatak suyu enjeksiyon sistemlerinin mantığını ve helyum sirkülatör açma mantığını çeşitli şekillerde bozarak bazı nem sızması sorunlarına yol açtı. Transformatör arızaları ve buna bağlı olarak yedek güç arızası, elektrik kablolarına nem sızması ve ardından tesisin önceki nem sızma sorunlarından suyu çıkarmak için düşük güçte olduğu sırada toprak arızası nedeniyle en az bir kez meydana geldi. Bu elektrik arızasının daha fazla nem sızmasına neden olduğuna inanılmaktadır.[2]

Genel tesis sorunları

Tesis yüklenicileri, birkaç kez güvenlik endişeleri ortaya attı. Daha ciddi olaylardan birinde, yüklenici personeli hidrolik ünitelere hasar vererek, hidrolik sıvının reaktör kontrol kablolarının üzerine püskürmesine neden oldu. Aynı ekip daha sonra kontrol kablolarının üzerinde bulunan ekipmana kaynak işlemleri gerçekleştirdi. Sıcak cüruf, içerdiği malzemenin üzerine döküldü. hidrolik sıvı kontrol kablolarındaki sıvıyla birlikte ateşledi. Yangında kablolar beş dakika sürdü ve 16 temel kontrol kablosu hasar gördü. Yüklenici personel daha sonra tesis personelini durumdan haberdar etmedi ve reaktör bu durumda birkaç saat çalışıyordu. Başka bir durumda, yanlış topraklanmış kaynak aparatlarını kullanan yüklenici personeli, nötron koruma devrelerini devreye soktu ve bu da tüm fabrikanın rahatsız edici bir yolculuğuna neden oldu.[2]

Operasyonel iyileştirme ve kapatma

Sudan kaynaklanan korozyon sorunları ve elektrik sorunları nedeniyle, tesis kapanmaları yaygındı. Sonuç olarak, Colorado Kamu Hizmeti Şirketi, devam eden ticari operasyonun ekonomisini sorgulamaya başladı. 1987-1989 yılları arasında performansta bir artış gözlendi, bu da bazı sorunların sistem dışında çözüldüğünü düşündürdü, ancak Kamu Hizmeti ikna edilmedi. 1989'da Kamu Hizmeti tesisin kapatılmasının düşünüldüğünü belirtti. Aynı yılın ilerleyen saatlerinde, reaktörün kritik bir parçasının uzun vadeli korozyona sahip olduğu ve değiştirilmesi gerektiği bulundu. Yenileme maliyeti aşırı kabul edildi ve tesis kapatıldı. Yakıtın hizmetten çıkarılması ve kaldırılması 1992'de tamamlandı. Böylece Fort St. Vrain, ABD'de hizmet dışı bırakılan ilk ticari ölçekli nükleer reaktör oldu.[4]

Analiz

Fort St. Vrain'de öğrenilen dersler, HTGR tipi daha yeni reaktör tasarımlarının orada meydana gelen sorunlarla yüzleşmek için farklı stratejiler benimsemesine yol açtı. Daha yeni HTGR tasarımları, birim başına büyük çekirdeklerden kaçınmaya (daha kompakt modüler üniteler lehine), beton reaktör basınçlı kaplardan kaçınma eğiliminde (kanıtlanmış karbon veya alaşımlı çelik reaktör basınçlı kaplar lehine) ve buhar döngülerini önleme eğilimindeydi. çekirdek ve buhar üreteçleri arasında su bazlı olmayan bir ara devre olmadan. Diğerleri, örneğin Adams Atomik Motor (nitrojen kullanarak), Romawa Nereus (helyum kullanarak) ve Genel Atomik GT-MHR (helyum kullanarak), yüksek sıcaklıkta gaz soğutmalı reaktör konseptinin mümkün olduğunca basitleştirilmesini desteklemiştir; pratik olarak bir reaktör ve reaktör ile birlikte su kullanılmadan doğru boyutlu, doğası gereği güvenli bir çekirdek kullanarak bağlanan bir gaz türbinine kadar. bitki tasarımı. GT-MHR, bununla birlikte, konveksiyonlu hava kullanarak artık ısıyı gidermek için bir sisteme sahip olacak kadar büyüktür.

Fort St. Vrain'in reaktör konsepti, AREVA'nın Antares reaktörü biçiminde bir diriliş yaşadı. Bu yüksek sıcaklıkta helyum soğutmalı modüler bir reaktördür ve bu nedenle kavramsal olarak Fort St. Vrain'deki reaktöre benzer. INL, 2021 yılına kadar prototip olarak konuşlandırılmak üzere seçilen Yeni Nesil Nükleer Santrali (NGNP) olarak AREVA'nın Allegro reaktörünü onayladı.[5]

Yanma gücü tesisi olarak yeniden kullanma

Reaktörün hizmet dışı bırakılmasının ardından, Fort St. Vrain bir yakma tesisine dönüştürüldü. İlk doğal gaz yanma türbini 1996 yılında kuruldu. 2001 yılına kadar iki türbin daha kuruldu. Isı geri kazanımlı buhar jeneratörleri (HRSG'ler) tesisin kombine çevrim yanma türbini egzoz gazlarından geri kazanılan atık ısının tesisin orijinalini çalıştırabilen ikinci bir buhar aşaması yapmak için kullanıldığı mod. buhar türbünü ve jeneratör. 2011 yılı itibariyle tesisin tabela üretim kapasitesi 965 MW'tır.[4]

Referanslar

  1. ^ a b c d e "IAEA - Reaktör Ayrıntıları - Fort St. Vrain". IAEA. 2013-04-13. Alındı 2013-04-14.
  2. ^ a b c d Moses, D. L .; Lanning, W. D. (1985-05-13). "Fort St. Vrain HTGR'den Son Operasyonel Deneyimin Analizi ve Değerlendirilmesi". Gaz Soğutmalı Reaktörler için Güvenlik ve Kaza Analizi Uzmanları Toplantısı. Viyana, Avusturya; Oak Ridge, Tennessee, ABD; Rockville, Maryland, ABD: Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı; Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı; ABD Nükleer Düzenleme Komisyonu. OSTI  5535126.
  3. ^ Program Personeli, Proje 4250 (Mart 1988). "MHTGR: Deneyim temelinin yeni üretim reaktörü özeti". GA-A-19152. San Diego, Kaliforniya, Amerika Birleşik Devletleri: Genel Atomik, Inc. s. 59 (2–40). Alındı 2009-11-05.
  4. ^ a b Xcel Enerji (2011-03-26). "Fort St. Vrain İstasyonu". Colorado, Amerika Birleşik Devletleri. Arşivlenen orijinal 2010-12-26 tarihinde. Alındı 2011-03-26.
  5. ^ "INL, Allegro tasarımını onayladı".

Dış bağlantılar

Koordinatlar: 40 ° 14′40″ K 104 ° 52′27″ B / 40.24444 ° K 104.87417 ° B / 40.24444; -104.87417