Por que demora tanto tempo para reiniciar uma usina nuclear?

Eu ouvi algumas vezes que uma usina nuclear operando que foi desligada (não emergencial; por exemplo, para uma verificação regular) precisa de mais de 24 horas (até 72 horas?) Para voltar a funcionar.

Por que demora tanto?

Quando um reator é desligado, o núcleo produz muito menos calor, mas eles Faz ainda produzem calor através de um mecanismo conhecido como calor de decaimento . O fato de que o núcleo está produzindo menos calor significa que a temperatura do refrigerante vai cair, mas até que ponto essa temperatura cai depende da taxa de geração de calor de decaimento. Isso, por sua vez, é baseado no histórico operacional ou na potência em que a usina estava operando antes do desligamento. Isso pode ser grande para as plantas comerciais, porque elas normalmente operam em capacidade muito próxima e as empresas de energia aumentam e diminuem as usinas de carvão ou gás natural para modular a capacidade da rede. O calor de decomposição após um dia é cerca de meio por cento do histórico de energia, o que, para uma usina de 500 MW operando em capacidade, significa que o calor de decaimento poderia ser 2,5 MW.

Então, se houver um breve desligamento, a taxa de geração de calor de decaimento é tão alta que a planta principal fica quente e, portanto, pode normalmente iniciar de forma bastante "rápida". Eu digo "rapidamente" porque, enquanto o primário (lado radioativo) da planta ainda pode estar quente, o secundário A usina de vapor provavelmente terá esfriado. Para startups secundárias, uma das grandes preocupações é a formação de umidade na tubulação. Isso acontece quando o vapor toca no tubo (relativamente) frio. A umidade na planta de vapor pode causar todos os tipos de coisas terríveis, mas principalmente o dano vem de martelo hidráulico na tubulação e no impacto da umidade das pás da turbina.

Para o registro: eu sei disso porque eu era um nuke da Marinha. Na minha temporada na Marinha, a coisa mais aterrorizante que eu presenciei no navio era um cano de vapor, talvez 18 polegadas de diâmetro, literalmente pulando de 2 a 3 polegadas com cada golpe de martelo de água, sabendo que se o cano falhasse, todos na O engineroom provavelmente seria cozido vivo. Lembre-se de que, no vídeo relacionado acima, o vapor provavelmente está na pressão atmosférica ou um pouco acima dela, e ainda parece que alguém está batendo naquele radiador com um martelo. Esse cano tem provavelmente uma polegada ou menos de diâmetro.

O condensado que se forma quando o vapor toca a tubulação fica "entranhado" no fluxo de vapor através do tubo. O vapor empurra este bujão de água a uma velocidade muito alta, como um martelo (daí o "golpe de aríete"), quebrando as pás da turbina e danificando a tubagem e especialmente as juntas das tubagens.

Existem dispositivos chamados "armadilhas de umidade" ou " armadilhas de vapor "que remove a umidade do sistema durante a operação normal, mas o volume de condensado formado na partida da planta a frio é tão grande que as purgadores de umidade não conseguem acompanhar. Isso, combinado com o perigo apresentado pelo impacto do martelo hidráulico e da umidade na turbina significa que o vapor é admitido na usina de vapor muito, muito, muito lentamente. Os operadores da usina têm que ir periodicamente para as armadilhas de vapor operadas manualmente " soprar para baixo "o condensado. (Nota: a planta de vapor naquele vídeo é horrível e eu não trabalharia lá, mas o som de rosnado que faz quando o condensado se apaga e o vapor começa a sair é exatamente como eu me lembro de soar)

Então, para resumir até agora: a partida "rápida" (24 horas) é tipicamente limitada pela geração de umidade na planta de vapor secundário, causada pelo contato do vapor com tubos frios.

o primário o início da planta tem o potencial de levar muito, muito mais tempo. A maioria (todos?) Reatores nos EUA são reatores de água pressurizada . Isso significa que, apesar de estar em 2-3 vezes (ou mais!) A temperatura na qual a água normalmente ferve, há pressão suficiente na planta principal para manter a água em sua forma líquida. Isto é um muito de pressão, e a tubulação na planta primária tem paredes muito espessas para suportar essa pressão.

As paredes grossas significam que existe o potencial para o dentro do tubo para ser "quente", enquanto o lado de fora do tubo está "frio". Estes são termos relativos; tudo está quente.

O aquecimento da planta primária é um problema de galinha e ovo. A principal preocupação aqui é garantir que nenhum vapor se forme no reator. O vapor é realmente um bom isolante, o que significa que, se alguma vez fez forma no reator, de repente não haveria nada para resfriar o combustível, então ele ficaria muito quente muito rapidamente (leia-se: derreter).

Então, você tem que manter o sistema pressurizado alto o suficiente para que o vapor não se forme no reator. MAS , se você colocasse muita pressão na tubulação enquanto estava fria, ela seria quebrada, por um mecanismo chamado " fratura frágil ". Esta é uma falha repentina e catastrófica que pode ser evitada se a tubulação for aquecida a ponto de ter alguma ductilidade.

Então, você precisa aquecer a tubulação, mas não pode ficar tão quente que ferva. Então você aquece um pouco, depois aumenta um pouco a pressão, depois aquece, pressuriza, etc.

Normalmente, há pausas conhecidas como "imersão", que fornecem ao metal no tempo de tubulação para equalizar a temperatura. Isso impede que as tensões internas se acumulem porque o interior do tubo está "quente" e o exterior está "frio". Os absorventes normalmente levam uma grande parte para a maioria do tempo de inicialização - os absorventes são geralmente de 12 a 24 horas.

Então, você aquece até um ponto de saturação, então tipicamente pressuriza a uma pressão intermediária, aquece para outro ponto de imersão, então aumenta a pressão para uma pressão intermediária mais alta, então aquece e pressuriza junto. Tudo isso é feito para ficar abaixo dos limites de fratura, conhecidos como "limite de prevenção de fratura frágil", o que, novamente, é garantir que a pressão de temperatura à qual a tubulação é submetida seja tal que os tubos não caiam.

Então, uma vez que você tenha aquecido a planta principal, então você pode começar a colocar a planta secundária online, então normalmente são 2 dias para o primário e depois outro dia para o secundário - esta é a inicialização de 72 horas.

Como mencionado, o calor de decaimento mantém a planta principal quente por um longo tempo (até talvez um mês), então, a menos que você esteja em uma interrupção prolongada, você pode começar muito rápido, em que novamente "rápido" dura cerca de 24 horas. .

O xenônio é um resultado da reação nuclear e de um veneno de nêutrons. Se você não esperar o decaimento do xenônio, ele consome muitos nêutrons e você não pode se tornar crítico. Eles sempre dizem "não há varas suficientes para puxar". Se você tem um novo núcleo reativo, você pode começar mais cedo. Se o núcleo for antigo, você terá que esperar muito tempo antes que o xenônio (e outros venenos) suficientes se deteriorem.

A fábrica que eu costumava trabalhar custa cerca de um milhão de dólares por dia por uma interrupção. Acredite em mim, se eles pudessem começar mais cedo, eles iriam.

A resposta realmente se resume a dois fatores: segurança e teste. Vou dar um resumo genérico dessas duas coisas abaixo, mas a resposta real é bem complicada.

O ponto crucial da operação de usinas nucleares gira em torno da segurança nuclear. Não estou falando de segurança pessoal, que é a competência da Administração de Segurança e Saúde Ocupacional (OSHA), embora isso tenha algum fator. Mais, isso é segurança geral para o público contra um evento radiológico. As usinas nucleares são projetadas de forma que o risco de tal evento seja minimizado o máximo possível.

Quando uma planta é ligada, sofre diferentes Modos . Cada Modo tem seu próprio conjunto de critérios de teste e aceitação que devem ser atendidos antes que a planta possa ser aumentada ainda mais no Modo. Existem muitos sistemas e essas coisas levam tempo. Sistemas críticos para a segurança nuclear, especialmente, têm uma grande quantidade de escrutínio.

Uma usina nuclear só se tornará totalmente operacional quando todos os sistemas passarem em seus testes e a usina estiver segura.

São muitas as razões para o tempo que leva para iniciar ou retornar à operação de energia total em usinas nucleares comerciais. Nos EUA existem dois tipos principais de plantas, Reatores de Água de Ebulição (BWRs) e Reatores de Água Pressurizada (PWRs). As respostas serão diferentes de acordo com o tipo de reator e até mesmo qual versão do tipo. Uma explicação comum que eu não vi mencionada é que todas as usinas nucleares comerciais evitam fazer & gt; 15% de mudanças térmicas em qualquer período de 4 horas. Isso é para proteger a integridade do revestimento de combustível. Eu trabalhei na indústria de energia nuclear comercial por quase 20 anos - e tenho estado fora dela por mais de 20 anos - talvez eles tenham melhorado o revestimento de combustível e isso não é mais um problema - mas era uma restrição obrigatória no meu dia.

Chuk quase chegou até o fim. Mas do ponto de vista para responder a pergunta, (agora é o que me disseram) o código ASME B & PV restringe a taxa de aquecimento a 30 graus centígrados por hora. As plantas normais funcionam a cerca de 300 graus centígrados. Isto lhe dará uma taxa de aquecimento teórico mínimo da planta. Em segundo lugar, quando uma planta é tropeçada, a causa da viagem é encontrada e sua retificação. Para aquecer o segundo lado, é necessário vapor para o qual existem caldeiras auxiliares que são iniciadas. Por fim, a química da água de todas as plantas é restaurada e isso leva tempo.