원자력 발전소를 다시 시작하는 데 왜 그렇게 오래 걸립니까?

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나는 몇 차례 나 가동 중단 된 비상 원자력 발전소 (예 : 비정기, 예를 들어 정기 점검)가 다시 가동 되려면 24 시간 (최대 72 시간?)이 필요하다고 들었습니다.

왜 그렇게 오래 걸립니까?

power nuclear-technology electrical-grid

— 마틴 토마
소스

빨리 가면 모든 것이 붐이됩니다.

— ratchet freak

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그 질문을 돌아 보면 "원자력 발전소를 어떻게 그렇게 빨리 재가동 할 수 있습니까?" 원자로 나 발전기를 시작하기 위해 수행해야하는 다양한 프로세스와 점검에 대해 생각하면서 시간을 보내십시오. 그런 다음 시작 프로세스에서보다 구체적인 내용을 묻도록 질문에 집중하십시오.

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@ GlenH7 질문을 바꾸려면 다른 질문을 시작하십시오. 나는 두 가지 아주 좋은 답변을 얻었으므로 내 질문을 바꿔야한다고 생각하지 않습니다. 둘 다 내가 알고 싶은 것을 말해주었습니다.

— Martin Thoma

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주목할 점은 발전소를 다시 시작할 때 실제로 매우 빠르다는 것입니다. 내가 여행하게 된 지방 발전소 (석탄 / 가스)는 증기 터빈을 회전시키기 위해 일주일 내내 그들이 실제로 전력을 생산하기 전에 균등하게 가열하는 시간을 주겠다고 제안합니다. 그런 식으로 마모를 최소화합니다.

— Cort Ammon-복원 모니카

대부분의 대형 시스템은 실제로 다시 시작하는 데 시간이 오래 걸립니다. 일반적인 제철소는 (정상적으로 종료 된 경우) 약 1 주일이 걸리고, 대형 증기 기관차 (현대 발전소도 증기 엔진이기 때문에 관련이 있음) 몇 시간이 걸리고 때로는 필요합니다. 시작하기위한 외부 증기 공급원 (일부 현대 제트기와 유사). 안전성, 원자재 크기, 증기 엔진의 복잡성, 상호 운용 시스템의 수는 원자력 발전소에서 매우 중요합니다.

— Luaan

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반응기는 핵심 종료 될 때 훨씬 적은 열을 발생,하지만 그들은 않습니다 아직 알려진 메커니즘을 통해 열을 발생 붕괴 열 . 코어가 더 적은 열을 생산한다는 사실은 냉각수 온도가 떨어질 것이라는 것을 의미하지만 온도가 얼마나 떨어지는지는 붕괴 열 발생률에 달려 있습니다. 이는 작동 기록 또는 시스템을 종료하기 전에 발전소가 작동 한 전력을 기준으로합니다. 상용 설비의 경우 용량이 크거나 거의 비슷하고 전력 회사가 그리드 용량을 조정하기 위해 석탄 또는 천연 가스 설비를 위아래로 가져 오기 때문에 상업용 플랜트의 경우이 크기가 클 수 있습니다. 하루 후의 부패 열은 전력 히스토리의 약 절반입니다. 용량으로 작동하는 500MW 발전소의 경우 부패 열이 2.5MW 일 수 있습니다.

따라서 잠깐 동안 셧다운이 발생하면 붕괴 열 발생률이 너무 높아 일차 플랜트가 뜨겁게 유지되므로 일반적으로 "신속하게"시작할 수 있습니다. 플랜트 의 1 차 (방사성면)은 여전히 뜨거울 수 있지만 2 차 스팀 플랜트는 차가워 졌기 때문에 "빠른"이라고 말합니다 . 2 차 발전소 가동의 경우 가장 큰 문제 중 하나는 배관의 수분 형성입니다. 이것은 스팀이 (상대적으로) 콜드 파이프에 닿을 때 발생합니다. 증기 플랜트의 습기는 모든 종류의 끔찍한 일을 유발할 수 있지만 주로 터빈 블레이드의 배관 및 습기 충돌로 인한 워터 해머 로 인한 손상이 발생 합니다.

기록을 위해 : 나는 해군 핵무기 였기 때문에 이것을 알고 있습니다. 해군에서의 미묘한 함정에서, 내가 배에서 목격 한 가장 무서운 것은 증기 파이프, 아마도 직경 18 인치, 말 그대로 모든 워터 해머 타격으로 2-3 인치 점프하여 파이프가 실패하면 엔진 룸은 아마도 살아있을 것입니다. 위에 링크 된 비디오에서 증기는 대기압 또는 그보다 낮은 유량 일 가능성이 매우 높으며 누군가 해머로 라디에이터를 때리는 소리처럼 들립니다. 그 파이프의 직경은 아마 1 인치 이하일 것입니다.

증기가 배관에 닿을 때 형성되는 응축수는 배관을 통과하는 증기 흐름에 "기입"됩니다. 증기는 해머 (따라서 "워터 해머")처럼 터빈 플러그를 손상시키고 배관 및 특히 배관 조인트를 손상시키는 등이 물 플러그를 매우 빠른 속도로 밀어냅니다.

정상 작동 중에 시스템에서 수분을 제거하는 "수분 트랩"또는 " 스팀 트랩 "이라고하는 장치가 있지만 저온 플랜트 시동시 형성된 응축액의 양이 너무 많아 수분 트랩을 유지할 수 없습니다. 이것은 터빈의 수격 및 습기 충돌로 인한 위험과 결합하여 증기가 증기 플랜트에 매우, 매우, 매우 천천히 유입됨을 의미합니다. 플랜트 운영자는 응축수 를 " 파열 " 시키기 위해 수동으로 작동되는 스팀 트랩으로 주기적으로 이동해야합니다 . (참고 : 그 비디오의 증기 공장은 끔찍하고 거기서 일하지는 않지만 응축수가 제거되고 증기가 배출되기 시작할 때 울리는 소리는 내가 소리를 정확히 기억하는 방법입니다)

요약하자면, "빠른"(24 시간) 시동은 일반적으로 2 차 스팀 플랜트의 수분 발생으로 제한되며, 증기와 차가운 파이프의 접촉으로 인해 발생합니다.

차 공장의 시작은 훨씬, 훨씬 더 오래 걸릴 가능성이있다. 미국의 대부분의 (전?) 원자로는 가압 수형 원자로 입니다. 이것은 물이 정상적으로 끓는 온도의 2-3 배 (또는 그 이상)에도 불구하고, 물을 액체 형태로 유지하기에 1 차 설비에 충분한 압력이 존재 함을 의미합니다. 이것은 많은 압력이며, 1 차 설비의 배관은 그 압력을 견딜 수 있도록 매우 두꺼운 벽을 가지고 있습니다.

두꺼운 벽은 파이프 외부 가 "차가운" 반면 파이프 내부 가 "뜨거울" 가능성이 있음을 의미합니다 . 이들은 상대적인 용어입니다. 모든 것이 뜨겁습니다.

1 차 식물의 예열은 닭과 계란 문제입니다. 여기서 주요 관심사는 원자로에서 증기가 발생하지 않도록하는 것입니다. 그 어느 경우 증기가 실제로 의미 꽤 좋은 절연체이며, 한 (: 용해 읽기) 원자로에서 양식을 아주 빨리 아주 아주 뜨거울 것이다, 그래서 갑자기 연료를 냉각하기 위해 아무 것도 없을 것입니다.

따라서 반응기에 증기가 형성되지 않을 정도로 시스템의 압력을 높게 유지해야합니다. 그러나 배관이 차가울 때 그 압력을 너무 많이 가하면 " 취성 파괴 " 라는 메커니즘을 통해 파단 됩니다. 배관이 연성이있는 지점까지 가열되면 피할 수있는 갑작스럽고 치명적인 고장입니다.

따라서 배관을 가열해야하지만 너무 뜨거워 끓을 수는 없습니다. 그래서 약간 가열 한 다음 압력을 약간 높이고 가열, 가압 등을하십시오.

일반적으로 "소크 (soaks)"라고하는 일시 정지가있어 온도를 균등화하기 위해 배관에 금속을 넣습니다. 이렇게하면 파이프 내부가 "고온"이고 외부가 "차가워"내부 응력이 쌓이지 않습니다. 담금은 일반적으로 시작 시간의 대부분을 차지합니다. 담금은 일반적으로 12-24 시간입니다.

따라서 담금 점까지 가열 한 다음 일반적으로 중간 압력으로 가압하고 다른 담금 점으로 가열 한 다음 압력을 더 높은 중간 압력으로 올린 다음 가열 및 가압합니다. 이 모든 것은 "취성 파괴 방지 한계"로 알려진 파괴 한계를 유지하기 위해 수행됩니다. 다시 한번 말하지만, 배관에 가해지는 온도 압력이 파이프가 떨어지지 않도록하는 것입니다.

따라서 1 차 플랜트를 예열 한 후에는 2 차 플랜트를 온라인으로 전환 할 수 있습니다. 따라서 1 차 플랜트는 보통 2 일, 2 차 플랜트는 다른 날입니다. 이것은 72 시간 시작입니다.

언급 한 바와 같이, 붕괴 열은 1 차 공장을 오랫동안 (최대 1 개월까지) 뜨겁게 유지하므로, 정전이 오래 지속되지 않는 한 보통 "빠른"시작될 수 있습니다. 여기서 "빠른"은 약 24 시간입니다. .

— 척
소스

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약 2/3는 PWR 입니다. 나는 항상 식물에 스팀 드라이어가 있다는 것이 재미 있다고 생각했지만 (약간의 모순되는 이름 때문에) 그 이유를 잘 설명합니다. 핵무기 해군 남자의 말을 항상 듣습니다.

— grfrazee

@grfrazee - 나는 상업 / 산업 용어가 무엇인지 모르는, 그래서 나는, 해군,하지만 내 마음에 수분 separater는 (예 : HP와 LP와 같은 높은 품질의 증기를 달성하기 위해 증기 응축수를 제거하는 장치입니다 터빈 또는 증기 발생기)에서 증기 건조기는 과열 증기를 사용하는 장치이다. 나는 이것을 정확하게 확인하는 것을 찾을 수는 없지만 Wikipedia는 분리기와 건조기를 두 개의 개별 장치 인 것처럼 언급하고 나중에 과열이 건조기에서 발생한다고 언급합니다.

— 척

당신 말이 맞을 것입니다. 저는 구조 전문가이므로 기계적인 프로세스를 완전히 다루지 않습니다.

— grfrazee

+1. 그래도 물이 좋은 단열재라고 생각 했습니까? 증기보다 훨씬 더 전도체입니까?

— Mehrdad

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Q = m c Δ T

$Q = mc\Delta T$

m = ρ V

$m = \rho V$

Q_{water} / Q_{steam} = (ρ c)_{water} / (ρ c) steam

$Q_{\mbox{water}}/Q_{\mbox{steam}} = (\rho c)_{\mbox{water}}/(\rho c){\mbox{steam}}$ . 증기의 비열 용량은 물의 약 절반이지만 증기 밀도는 물의 약 1/1000 정도이므로 물은 증기보다 약 2000 배 더 나은 열을 전도합니다. 대류는 비슷하지만 극단적 인 것은 아닙니다.

— 척

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크세논은 핵 반응과 중성자 독의 결과입니다. 크세논이 부패하기를 기다리지 않으면 중성자를 너무 많이 먹어 치명적이지 않습니다. 그들은 항상 "당길 수있는 막대가 충분하지 않습니다"라고 말합니다. 새로운 반응성 코어가 있으면 더 빨리 시작할 수 있습니다. 코어가 오래되면 충분한 크세논 (및 다른 독)이 썩기 전에 오랜 시간을 기다려야합니다.

내가 가동하던 공장은 정전으로 하루에 약 백만 달러가 들었습니다. 그들이 더 빨리 시작할 수 있다면 그들은 믿습니다.

— 사용자 1683793
소스

더 빨리 시작하지 않는 기술적 이유가 있다는 것을 의심하지 않았습니다. 나는 그 이유를 알고 싶었습니다. 다른 하나를 추가해 주셔서 감사합니다 :-)

— Martin Thoma

와우, 멋진 답변입니다! 기본 원자로 설계가 임계점에 훨씬 더 가깝다면 정상적인 작업에서 훨씬 적은 막대 만 풀릴 수 있습니까? 그런 다음 중성자 중독 상태에서도 반응기를 시작할 수 있습니다. 원자로가 일일 에너지 소비주기조차 따를 수 있습니다. 그리고 이것들은 모두 빠른 종축 디자인에 있습니다! 와! 나는 곧 깨어날 것이라고 느낀다 :-(

— peterh-Monica Monica

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그 답은 실제로 안전과 테스트의 두 가지 요소로 요약됩니다. 아래 두 가지 사항에 대한 일반적인 요약을 드리겠습니다. 그러나 실제 답변은 매우 복잡합니다.

원자력 발전소 운영의 핵심은 원자력 안전을 중심으로 이루어집니다. OSHA (Occupational Safety and Health Administration)의 관점 인 개인 안전에 대해서는 이야기하고 있지 않습니다. 더 나아가, 이것은 방사선 사건에 대한 대중의 일반적인 안전입니다. 원자력 발전소는 그러한 사건의 위험을 최대한 최소화하도록 설계되었습니다.

플랜트의 전원이 켜지면 다른 모드를 거치게 됩니다. 각 모드에는 자체 테스트 및 승인 기준 세트가 있으며이를 충족해야 플랜트를 모드에서 추가로 높일 수 있습니다. 많은 시스템이 있으며 시간이 오래 걸립니다. 원자력 안전에 중요한 시스템은 특히 많은 양의 감시를받습니다.

모든 시스템이 테스트를 통과하고 발전소가 안전하게 운영되면 원자력 발전소는 완전히 가동됩니다.

— grfrazee
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상용 원자력 발전소에서 시동 또는 최대 전력 작동으로 복귀하는 데 시간이 걸리는 많은 이유가 있습니다. 미국에는 끓는 물 원자로 (BWR)와 가압 물 원자로 (PWR)의 두 가지 주요 유형의 설비가 있습니다. 답변은 원자로 유형과 유형에 따라 다릅니다. 내가 언급하지 않은 일반적인 설명은 모든 상업용 원자력 발전소가 4 시간 동안 15 % 이상의 화력 변화를 피한다는 것입니다. 이것은 연료 클래딩의 무결성을 보호하기위한 것입니다. 나는 거의 20 년 동안 상업용 원자력 산업에서 일했고 20 년 넘게 그랬습니다. 그래서 그들은 연료 피복을 향상 시켰고 이것은 더 이상 문제가되지 않을 것입니다 – 그러나 그것은 제 의무 제약이었습니다.

— R Hahnemann
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척은 거의 끝났습니다. 그러나 ASME B & PV 코드는 질문에 답하기 위해 ASME B & PV 코드는 가열 속도를 시간당 30 도로 제한합니다. 정상적인 식물은 약 300도에서 작동합니다. 이것은 식물의 이론상 최대 가열 속도를 제공합니다. 둘째, 식물이 트립 될 때 트립의 첫 번째 원인이 발견되고 정류됩니다. 2 차측을 가열하기 위해 시작되는 보조 보일러가있는 증기가 필요합니다. 마지막으로 모든 식물의 물 화학이 회복되며 시간이 걸립니다.

— 사용자
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