The influence of condenser cooling seawater fouling on the thermal performance of a nuclear power plant

چکیده

این تحقیق یک آنالیز ترمودینامیکی و بالانس انرژی را انجام می دهد برای بررسی تاثیر تغییر فولینگ بر عملکرد کندانسور و راندمان گرمایی دستگاهی که با توان هسته ای پیشنهادی کار می کند. این تحقیق بر روی یک دستگاه با توان هسته ای راکتور آب که تحت فشار قرار گرفته است انجام شده. نتایج این تحقیق نشان می دهند که افزایش فاکتور فولینگ، خروجی توان و راندمان گرمایی دستگاه توان هسته ای را کاهش می دهد. نتایج اصلی این تحقیق این است که تاثیر افزایشی در فاکتور فولینگ آب دریای کولینگ (خنک کننده)  کاندانسور در محدوده 0.00015 – 0.00035 m2 k/W به ترتیب تبدیل به کاهشی در توان خروجی دستگاه و راندمان گرمایی 1.36% و 0.448% می شود. این مقاله درباره فاکتور عملی واقعی تحقیق می کند که تاثیر بسیار منفی ای بر راندمان گرمایی دستگاههای توان هسته دارد، که فولینگ آب دریای کولینگ کندانسور می باشد. این مورد بسیاری مهمی می باشد چون یکی از اهداف اصلی ایستگاههای توان جدید، افزایش راندمان گرمایی شان می باشد، و جلوگیری یا به حداقل رساندن دلایلی که باعث اتلاف توان خروجی می شوند.

Abstract

This study performs a thermodynamic analysis and energy balance to study the effect of fouling change on the thermal performance of the condenser and the thermal efficiency of a proposed nuclear power plant. The study is carried out on a pressurized water reactor nuclear power plant. The results of the study show that the increasing of fouling factor decreases the power output and the thermal efficiency of the nuclear power plant. The main results of this study is that the impact of an increase in the condenser cooling seawater fouling factor in the range 0.00015–0.00035 m2 K/W is led to a decrease in the plant output power and thermal efficiency of 1.36% and 0.448%, respectively. The present paper
researches into a real practical factor that has significant negative effect on the thermal efficiency of the nuclear power plants, which is fouling of condenser cooling seawater. This is abundantly important since one of the top goals of new power stations are to increase their thermal efficiency, and to prevent or minimize the reasons that lead to loss of output power.

Keywords: PWR secondary cycle; Condenser cooling seawater; Fouling factor; Thermodynamic; Heat transfer

مقدمه

کندانسور در یک ایستگاه تولید توان الکتریکی بخار، یکی از تاثیرگذارترین قسمتهای تجهیزات در آن سیستم می باشد که با عملکرد مرتبط است. مفهوم فولینگ برای درک اتلاف های گرمایی درون کندانسور ابداع شده است. فولینگ آب کولینگ کندانسور تاثیری بر عملکرد گرمایی کوندانسور دارد که در نهایت راندمان دستگاه توان هسته و توان خروجی اش را تحت تاثیر قرار می دهد.

فولینگ مشکل مهمی را برای کندانسورها و تبادلگر های گرمایی به وجود می آورد. همه مدارهای صنعتی که با آب دریا و تازه طبیعی خنک می شوند تحت تاثیر رویدادهای فولینگ بیولوژیکی موجود در رشد بیوفیلم و استقرارهای انواع مختلف اورگانیسم های زنده قرار می گیرند. بیوفولینگ برای سیستم های کولینگ باز امری مضر می باشد چون باعث اثرات نامطلوبی می شود، مانند اتلاف راندمان درون تبادلگر گرمایی، مسدود شدن لوله های مدار آب دریا، و کاهش در اطمینان پذیری دستگاه در یک بازه زمانی. بیشتر دستگاههای تولید توان به طور موثری با استفاده از ابزار اولیه نمایش فیزیکی، پاکسازی فیزیکی و دوزینگ شیمیایی کار می کنند. یک روش شیمیایی سنتی برای کنترل رشد میکروبی و بیوفولینگ در دستگاههای توان همچنان استفاده از کُلر باقی می ماند، علی رغم این واقعیت که کلریزه کردن برای بیش از 20 سال مورد توجه مسئولین محیط زیستی بوده است که برایش قانونی تصویب شود، به دلیل هالومتنها و دیگر هالوژن هایش.

شکل2. نشان می دهد چگونه توزیع دما تحت تاثیر وجود لایه های فولینگ مجزا قرار می گیرد. اهمیت رخدادهای فولینگ از این واقعیت سرچشمه می گیرد که رسوب های فولینگ، مقاومت گرمایی به جریان گرما را افزایش می دهد. بر اساس تئوری پایه، نرخ انتقال گرما در تبادلگرها وابسته به جمع مقاومت های گرمایی بین دو سیال می باشد. فولینگ در یک یا هر دو طرف سیال، به مقاومت گرمایی کل مقاومت گرمایی اضافه می کند، که در نتیجه نرخ انتقال گرما را کاهش می دهد. در عین حال، مقاومت هیدرولیکی افزایش می یابد که به دلیل کاهش در ناحیه جریان آزاد می باشد. در نتیجه، فشار افت می کند و توان پمپینگ افزایش می یابد.