up
Search      menu
صنعت و مکانیک :: مقاله نيروگاه اتمي بوشهر PDF
QR code - نيروگاه اتمي بوشهر

نيروگاه اتمي بوشهر

فرآيند عملياتي نيروگاه اتمي بوشهر

عليرغم پيچيدگي فناوري يک نيروگاه هسته اي از نوع نيروگاه بوشهر، فرآيند توليد انرژي الکتريکي در نيروگاه هسته اي را مي توان به طور ساده به سه مرحله کاملاً مجزا تقسيم نمود که در سه مدار مستقل شامل مدار اول، مدار دوم و مدار خنک کننده انجام مي پذيرد.
● مدار اول
شکافت اورانيوم غني شده در راکتور منبع توليد انرژي به صورت گرمايي است. اين انرژي گرمايي توسط آب مدار اول که در يک مسير بسته (چهار حلقه) جريان دارد به مولد هاي بخار منتقل مي شود. مولد بخار يک مبدل حرارتي است که آب مدار اول درون لوله هاي U شکل فولادي آن جريان دارد و آب مدار دوم در يک سيکل کاملاً مجزا با گردش در اطراف اين لوله ها، ضمن برداشت حرارت به بخار تبديل مي شود. آب مدار اول پس از خروج از مولد بخار توسط پمپ مدار اول براي برداشت مجدد گرما به راکتور بازگردانده مي شود.
● مدار دوم
در مدار دوم، بخار توليد شده درمولد بخار به توربين هدايت شده و در آن جا به انرژي مکانيکي تبديل مي شود (چرخش توربين به طور مستقيم ژنراتور نيروگاه را به حرکت درآورده، که منجر به توليد انرژي الکتريکي مي شود). سپس بخار خروجي از توربين، به وسيله کندانسور به آب تبديل شده و مجدداً براي تکميل و تکرار اين چرخه به مولد بخار بازگردانده مي شود.
● مدار خنک کننده
براي چگالش بخار خروجي از توربين، آب دريا به عنوان خنک کننده، در يک مدار کاملاً مجزا از مدار دوم توسط پمپ هاي سيرکولاسيون به کندانسور هدايت مي شود و پس از برداشت گرما، از طريق يک کانال روباز به طول ۴۰۰ متر و به دنبال آن چهار تونل ۱۲۰۰ متري در زير بستر دريا، در عمق ۷ متري به دريا باز مي گردد.
نقش اصلي راکتور در نيروگاه هسته اي توليد انرژي گرمايي است. فرآيندي که در اين راکتور سبب توليد گرما مي شود شکافت هسته اي نام دارد. شکافت، فرآيندي است که در طي آن يک هسته اتم سنگين به دو يا چند هسته کوچک تر تبديل مي شود و ضمن اين عمل مقداري انرژي به صورت گرما و تابش ساطع مي گردد.
در نيروگاه هسته اي با آب سبک، فرايند شکافت غالباً توسط نوترونهاي حرارتي انجام مي گيرد. هسته اورانيوم ۲۳۵ پس از جذب نوترون ناپايدار شده، به دو يا چند جز به نام شکافپاره تقسيم مي شود. علاوه بر شکافپاره ها، دو تا سه نوترون بعلاوه مقداري انرژي و ذرات آلفا، بتا و تابش گاما نيز در هر شکافت به دست ميآيد (نوترون هاي آزاد شده به طور متوسط داراي انرژي Mev۲ بوده که براي انجام شکافت هسته اورانيوم ۲۳۵ بايستي انرژي جنبشي خود را از دست داده، با اتم هاي محيط خود به تعادل حرارتي دست يابند؛ يعني انرژي آنها به چند صدم ev برسد. اين عمل در نتيجه برخوردهاي متوالي نوترون با هسته اتم هاي هيدروژن مولکول هاي آب درون راکتور صورت مي گيرد). به اين طريق، يک عمل شکافت مي تواند منجر به شکافتهاي ديگري شود که آنها هم به نوبه خود شکافت هاي ديگري را به دنبال خواهند داشت. به اين واکنش که به صورت تسلسلي شکل ادامه مييابد، واکنش شکافت زنجيره اي گويند. لازم به ذکر است که پايدار ماندن واکنش زنجيره اي در قلب راکتور مستلزم وجود جرم بحراني در قلب راکتور ميباشد.
انرژي آزاد شده از فرايند شکافت به گرما تبديل مي شود. حرارت توليد شده توسط آب مدار اول برداشت شده، به آب مدار دوم انتقال مي يابد و در مدار دوم براي توليد بخار و چرخاندن توربين مورد استفاده قرار مي گيرد.
تنظيم مقدار انرژي آزاد شده در يک راکتور هستهاي با تعداد شکافتهايي که اتفاق ميافتد، کنترل مي گردد. اين عمل با کنترل کردن تعداد نوترونهايي که براي انجام عمل شکافت موجود ميباشد صورت ميگيرد. هر چه تعداد چنين نوترون هايي کمتر باشد، تعداد شکافت ها نيز کمتر است. يکي از روشهاي رسيدن به چنين کنترلي، اين است که ماده اي را در راکتور قرار دهند که به آساني نوترونها را جذب کند. بنابراين با تنظيم مقدار اين ماده در راکتور، تعداد نوترونهاي موجود براي عمل شکافت مي تواند به ميزان مطلوب تنظيم شود.
راکتور نيروگاه هسته اي بوشهر از نوع آب سبک تحت فشار ميباشد که توان توليد Mw(t)۳۰۰۰ انرژي گرمايي را داشته و متشکل از يک پوسته از جنس فولاد کربني است که با فولاد ضد زنگ پوشش داده شده است و درون آن قلب راکتور (Core)، سپر حرارتي و نوتروني (Core baffle)، نگهدارنده قلب (Core barrel، محافظ کانالهاي هادي (Protective Tube Unit) قرار گرفته و توسط درپوش راکتور (Upper Unit) بسته ميشود. آب که به عنوان کند کننده نوترون و خنک کننده استفاده ميشود، توسط پمپهاي مدار اول با فشار bar۱۵۷ و حرارت &۷۳۰;C۳۲۱ از طريق ۴ 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 هسته اي از نوع دي اکيد اورانيوم غني شده با غناي ۰۲ ۴%، ۶۲ ۳%، ۴ ۲%، ۶ ۱% ميباشد. سوخت هستهاي به صورت قرصهاي استوانهاي به قطر ۵۷ ۷ و ارتفاع ۱۲ ميلي متر ساخته شده که درون ميلههاي سوخت قرار دارد.
تعداد ۳۱۱ ميله سوخت با آرايش شش ضلعي، يک مجتمع سوخت را ميسازند و تعداد ۱۶۳ مجتمع سوخت در کنار هم قلب راکتور را تشکيل ميدهند. مکانيزم توليد گرما، واکنش هستهاي شکافت اورانيوم و تبديل آن به پاره هاي شکافت سبک تر است که همراه با آزاد شدن انرژي و توليد نوترون براي ادامه اين زنجيره است.
کنترل واکنش هستهاي و در نتيجه کنترل راکتور به کمک اسيدبوريک محلول در آب، به همراه ميلههاي کنترل که به محرکهاي سيستم کنترل و حفاظت متصل است، انجام ميشود.
● اجزاي راکتور
۱) محرک ميلههاي کنترل
۲) درپوش راکتور
۳) پوسته اصلي راکتور
۴) نگهدارنده قلب راکتور
۵) محافظ کانالهاي هادي
۶) قلب راکتور
۷) ورودي خنک کننده
۸) خروجي خنک کننده
مجموعه توربين بخار K – ۱۰۰۰ – ۳۰۰۰ ۶۰ – ۳ با قدرت نامي ۱۰۰۰ مگاوات و سرعت ۳۰۰۰ دور در دقيقه جهت به حرکت درآوردن ژنراتور جريان متناوب به کار ميرود. ژنراتور به همراه مجموعه توربين بر روي يک سازه بتني سوار شده که اين سازه به صورت مجزا از سازه اصلي ساختمان توربين، بر روي فنرهاي مخصوصي (جهت خنثي کردن ارتعاشات ناشي از دورهاي بحراني) قرار گرفته است. توربوست نيروگاه اتمي بوشهر شامل چهار توربين از جمله يک توربين فشار بالا و سه توربين فشار پايين مي باشد. مجموعه توربين مذکور تک محوري و هر چهار توربين از نوع دو طرفه متقارن است که در هر طرف داراي پنج رديف پره مي باشند. روتور توربين هاي فشار پايين و فشار بالا به روش آهنگري و به صورت يکپارچه و بدون سوراخ مرکزي ساخته مي شود که اين کار باعث کاهش تمرکز تنش در روتور خواهد شد.
سيکل آب و بخار نيروگاه اتمي بوشهر اين گونه است که بخار توليد شده در مولدهاي بخار به ساختمان توربين هدايت و با حداکثر، رطوبت ۲ ۰% و فشار bar۸ ۵۸ r وارد توربين فشار قوي شده و پس از انجام کار به علت کاهش فشار و حرارت اوليه مرطوب مي شود. براي اين که اين رطوبت به پره هاي توربين فشار ضعيف آسيب نرساند، بخار خشک و مجدداً گرم مي شود تا به پارامترهاي مطلوب دست يابد و پس از آن با فشار bar۸ ۶ r به توربين فشار ضعيف هدايت مي شود، به دنبال آن در کندانسور تغيير حالت داده، طي مراحلي احيا شده (پيش گرم و گاززدايي گرديده و تا C&#۷۳۰; ۲۲۲گرم مي شود) و مجدداً به مولدهاي بخار باز مي گردد.
واحد توربين نيروگاه اتمي بوشهر داراي مدار پيشرفته احياء از جمله چهار مرحله هيتر فشار پايين، دئراتور (هوازدا)، يک مرحله هيتر فشار بالا و پمپ انتقال کندانس بخار گرم کننده است. تمام هيترهاي فوق به غير از دئراتور که از نوع مخلوطي است. از نوع تبادل حرارت سطحي مي باشند. تمام هيترهاي احياء کننده غير از هيتر فشار پايين شماره چها ر و دئراتور، شامل دو پوسته مي باشند و در دو خط موازي قرار دارند.
● ژنراتور
ژنراتور نيروگاه اتمي بوشهر از نوع سنکرون سه فاز مي باشد که سيم پيچ استاتور آن با آب خنک مي گردد. خنک کننده روتور و هسته استاتور آن نيز هيدروژن مي باشد. قدرت خروجي آن ۱۰۰۰ مگاوات و داراي دو قطب بوده و با مارک صنعتي TBB – ۱۰۰۰- ۲۷ ۲ – T۳ معرفي مي گردد. ولتاژ خروجي استاتور آن نيز kv۲۷ مي باشد.
● پست
نيروگاه اتمي بوشهر داراي دو پست kv۲۳۰ و kv۴۰۰ مي باشد که پست kv۴۰۰ از نوع GIS (گاز ايزوله کننده بين کنتاکت ها) بوده و از طريق دو خط به پست چغادک و شبکه سراسري متصل مي گردد و پست kv۲۳۰ از نوع AIS (هوا ايزوله کننده بين کنتاکت ها) مي باشد و اتصال آن به شبکه سراسري توسط دو خط و از طريق پست بوشهر صورت مي پذيرد.
اگر راکتور را قلب يک نيروگاه اتمي بدانيم، بدون شک سيستم کنترل و ابزار دقيق، مغز و شبکه عصبي اين تأسيسات مهم و گسترده مي باشد. سيستم کنترل و ابزار دقيق نيروگاه اتمي بوشهر يکي از پيشرفته ترين سيستم هاي اتوماسيون موجود در جهان و به صورت يک سيستم کنترل توزيع شده (DCS) بوده، که از نظر لايه هاي کنترلي 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 يک شبکه کامپيوتري با سرعت MBit s۱۰۰ تشکيل شده است که بالاترين لايه کنترلي نيروگاه به حساب مي آيد، اطلاعات را از سطح مياني دريافت کرده، آنها را بر روي ايستگاه هاي کاري نشان داده و امکان کنترل مرکزي را ايجاد ميکند. تابلوهاي TPTS از چندين (Software Hardware Complex) SHC تشکيل شده که وظيفه نظارت و کنترل سيستم ها و تجهيزات فني را بر اساس دستورالعمل هاي جاري بهره برداري 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 هسته اي به عنوان يکي از رهيافتهاي زيست محيطي باري مقابله با افزايش دماي کره زمين و کاهش آلودگي محيط زيست ياد مي شود. در حال حاضر نيروگاه هاي هسته اي جهان با ظرفيت نصب شده فعلي توانسته اند سالانه از انتشار ۸ درصد از گازهاي گلخانه اي در فضا جلوگيري کنند.
ساخت و بهره برداري از تأسيسات هسته اي در هر کشور عضو آژانس بين المللي انرژي اتمي، مشمول ضوابط و مقررات ويژه ايمني هستهاي و نظارت مستمر قانوني بر کليه فعاليتها در مراحل انتخاب محل، طراحي، ساخت قطعات و تجهيزات، احداث، راه اندازي، بهره برداري و از کاراندازي تأسيسات فوق الذکر است.
لازم به ذکر است در نيروگاه هاي اتمي تماماً خروجيها (گازها و مايعات) به محيط اطراف از نقطه نظر اکتيويته و شيميايي کنترل ميشود و ملزم به رعايت نُرمها و استانداردهاي لازم مي باشند، به طوري که در مسير خروجي آب و گاز به محيط اطراف فيلترهاي مختلفي وجود دارد که در آنها اکتيويته به صورت خودکار و پيوسته و همچنين به صورت دستي و دوره اي کنترل مي شوند و تا اکتيويته آنها به حد مجاز قابل خروج نرسد، در محيط رهاسازي نمي شوند.
نُرم مجاز براي آب هاي خروجي ۱۱-۱۰ کوري بر ليتر و براي گازهاي بي اثر خروجي از هواکش نيروگاه ۵۰ کوري در شبانه روز مي باشد. دُزِ مجاز دريافتي سالانه پرسنل گروه A (پرسنل راکتور) ۲۰ ميلي سيورت مي باشد. در حالي که دز دريافتي سالانه مردم از منابع پرتوزاي طبيعي، اشعه کيهاني، استفاده هاي پزشکي و انفجارات اتمي حدود ۳ ۲ ميلي سيورت مي باشد. مقدار دز مجاز دريافتي ساکنين اطراف نيروگاه هاي هسته اي حداکثر برابر با ۵ ۱ ميلي سيورت مي باشد که در مقايسه با دز دريافتي از ديگر منابع پرتوزا بسيار اندک است.
در حال حاضر در سراسر دنيا ايمني نيروگاه هاي هسته اي بر پايه «دفاع در عمق» بنا نهاده مي شود. چنين ديدگاهي طراحان را بر آن وا مي دارد تا سلسله اي از حايل هاي فيزيکي را به صورت پشت سر هم در مسير انتشار مواد راديو اکتيو به محيط مدنظر قرار دهند. وجود چند لايه حايل فيزيکي از آثار سوء مواد راديو اکتيو به پرسنل بهره بردار، محيط پيرامون نيروگاه و مردمي که در اطراف نيروگاه زندگي مي کنند، جلوگيري مي نمايد. اين حايل ها به ترتيب عبارتند از: شبکه سراميکي قرص هاي سوخت، غلاف ميله هاي سوخت، تجهيزات مدار اول، کره فولادي و در نهايت کره بتوني. لازم به ذکر است که بيش از ۹۸% محصولات شکافت (مواد راديواکتيو) در داخل شبکه سراميکي قرص هاي سوخت محبوس مي گردند.
واحد اول نيروگاه هسته اي بوشهر از راکتور آب تحت فشار نوع VVER – ۱۰۰۰ مدل V-۴۴۶ تشکيل يافته که از نظر ساختاري و اساس کار، کاملاً با نيروگاه هسته اي چرنوبيل متفاوت بوده و متناظر با نيروگاه هاي هسته اي غربي با راکتور PWR مي باشد که داراي ايمني ذاتي هستند، بدين معني که با افزايش قدرت نوتروني راکتور، دماي آب در آن افزايش يافته که اين نيز به نوبه خود باعث کاهش قدرت نوتروني و مهار واکنش زنجيره اي شکافت پايا در قلب راکتور مي گردد.
در صورت به خطر افتادن نيروگاه و پايين آمدن شاخص هاي ايمني آن، طبق دستورالعمل هاي بهره برداري نيروگاه، قدرت راکتور تا سطح لازم کاهش داده شده، يا اساساً خاموش ميگردد تا ايمني راکتور به سطح مورد نظر رسانده شود. در صورت بروز احتمالي حادثه، سيستمهاي چهارکاناله ايمني، وظيفه خاموش کردن راتور و برداشت انرژي حرارتي پسماند قلب راکتور را به عهده دارند. وجود يک کانال و عملکرد درست آن در هنگام بروز حادثه کاملاً کفايت ميکند و وجود سه کانال ديگر جهت بالا بردن ضريب اطمينان عمل سيستم در نظر گرفته شده است. اين کانال ها کاملاً از همديگر جدا بوده و مستقل عمل ميکنند.
وظيفه سيستمهاي ايمني در هنگام بروز احتمالي حادثه:
۱) متوقف کردن واکنش زنجيره اي شکافت هستهاي پايا
۲) خنک کردن راکتور
۳) محدود نمودن آثار حادثه ميباشد.
اين سيستمها مجهز به ديزل ژنراتورهاي خاص خود بوده که در صورت قطعي کامل برق در نيروگاه، ميتوانند به کار خود ادامه دهند.
ساختمان راکتور در مقابل برخورد مستقيم هواپيماي غول پيکر بوينگ ۷۴۷، هواپيماهاي جنگي و زلزله اي به شدت ۸ ريشتر مقاوم بوده و در صورت بروز چنين سوانحي هيچ صدمهاي به تأسيسات راکتور و قلب آن وارد نميشود و سيستم کنترل و حفاظت خودکار نيروگاه به راحتي آن را خاموش و به وضعيت ايمن ميرساند.
● نمودار ايمني
نمودار ايمني داراي بخش هاي زير است:
۱) راکتور
۲) مولد بخار
۳) پمپ اصلي مدار اول
۴) حفاظ بيولوژيکي
۵) محوطه تردد
۶) کره فولادي
۷) پوشش بتني
۸) هواکش
۹) سيستم خنک کننده اضطراري قلب
۱۰) پمپ تزريق اضطراري
۱۱) مخزن ذخيره محلول اسيد بوريک
۱۲) تأسيسات تهويه
۱۳) تأسيسات فيلتراسيون
۱۴) سيستم دفع گرماي پسماند
۱۵) سيستم کنترل خلاء
۱۶) محفظه آب آلوده کره فولاد

طيف نور گسيل شده از بخار هر عنصر را طيف اتمي آن عنصر مي‌نامند. پس مي‌توان گفت كه طيف اتمي عنصرهاي مختلف با هم تفاوت دارد. ديدكلي همانطور كه مي‌دانيم ن ...

● طيف اتمي طيف نور گسيل شده از بخار هر عنصر را طيف اتمي آن عنصر مينامند. پس ميتوان گفت که طيف اتمي عنصرهاي مختلف با هم تفاوت دارد. ● ديدکلي همانطور که ...

طيف نور گسيل شده از بخار هر عنصر را طيف اتمي آن عنصر مي‌نامند. پس مي‌توان گفت كه طيف اتمي عنصرهاي مختلف با هم تفاوت دارد. ديدكلي همانطور كه مي‌دانيم ن ...

طيف نور گسيل شده از بخار هر عنصر را طيف اتمي آن عنصر مي‌نامند. پس مي‌توان گفت كه طيف اتمي عنصرهاي مختلف با هم تفاوت دارد. ديدكلي : همانطور كه مي‌دانيم ...

نيروگاه اتمي در واقع يک بمب اتمي است که به کمک ميله هاي مهارکننده و خروج دماي دروني بوسيله مواد ‏خنک کننده مثل آب و گاز ، تحت کنترل در آمده است. اگر ر ...

نيروگاه اتمي بررسي شده در اين مقاله داراي ۲ رآكتور است كه ضخامت جداره فولادي هريك۲۰ سانتيمتر، قطر۴ ۸ و ارتفاع آنها۱۲ ۸ متر است. اين راكتورها درون سيلو ...

زباله هاي پرتوزا که ازجمله زباله هاي هسته اي اند به عنوان فرآورده جانبي فرآيندهاي صنعتي همچون توليد ميله هاي سوخت اورانيوم براي نيروگاه هاي هسته اي يا ...

اگر چه پيل سوختي به تازگي به عنوان يکي از راهکارهاي توليد انرژي الکتريکي مطرح شده است ولي تاريخچه آن به قرن نوزدهم و کار دانشمند انگليسي سرويليام گرو ...

دانلود نسخه PDF - نيروگاه اتمي بوشهر