भाप जनरेटर (परमाणु ऊर्जा)

This article is about परमाणु ऊर्जा संयंत्र उपकरण. For other uses, see भाप जनरेटर (बहुविकल्पी).

दहन अभियांत्रिकी भाप जनित्र का व्युत्क्रम यू-ट्यूब बंडल।

भाप जनित्र उष्मा का आदान प्रदान करने वाला होता हैं जिनका उपयोग परमाणु रिएक्टर कोर में उत्पन्न गर्मी से पानी को भाप में बदलने के लिए किया जाता है। वे प्राथमिक और माध्यमिक शीतलक छोरों के बीच दाबरहित जल रिएक्टर या दाबित जल रिएक्टरों (पीडब्ल्यूआर) में उपयोग किए जाते हैं।

विशिष्ट पीडब्ल्यूआर डिजाइनों में, प्राथमिक शीतलक उच्च शुद्धता वाला पानी होता है, जिसे उच्च दबाव में रखा जाता है जिससे कि यह उबल न सके। यह प्राथमिक शीतलक रिएक्टर कोर के माध्यम से पंप किया जाता है जहां यह ईंधन की छड़ों से गर्मी को अवशोषित करता है। इसके बाद यह भाप जनित्र के माध्यम से भेजा जाता है, जहां यह अपनी गर्मी (धातु के माध्यम से चालन के माध्यम से) को कम दबाव वाले पानी में स्थानांतरित करता है जिसे उबलने दिया जाता है।

उद्देश्य

पीडब्ल्यूआर के विपरीत, उबलते पानी के रिएक्टर (बीडब्ल्यूआर) भाप जनित्र का उपयोग नहीं करते हैं। प्राथमिक शीतलक को सीधे रिएक्टर कोर में उबलने दिया जाता है, और भाप को भाप टरबाइन के माध्यम से पारित किया जाता है। जबकि सैद्धांतिक रूप से सरल, यह रखरखाव के लिए नकारात्मक पक्ष है। कोर से गुजरते समय, प्राथमिक शीतलक जल उच्च न्यूट्रॉन प्रवाह के अधीन होता है। यह न्यूट्रॉन ऑक्सीजन को सक्रिय करता है और पानी में नाइट्रोजन आइसोटोप को घोलता है जो एक प्रमुख प्रतिक्रिया है। ऑक्सीजन -16 का परमाणु 1 न्यूट्रॉन को अवशोषित करता है और 1 प्रोटॉन का उत्सर्जन करता है, इस प्रकार नाइट्रोजन -16 का उत्पादन होता है। नाइट्रोजन -16 का 7 सेकंड का आधा जीवन होता है और जब यह वापस ऑक्सीजन -16 में क्षय होता है तो गामा किरण पैदा करता है। रिएक्टर से पानी के परिसंचारण के लिए 7 सेकंड का आधा जीवन अधिक लंबा है। बीडब्ल्यूआर में, इसका अर्थ यह है कि भाप टर्बाइन में पानी हो सकता है जब यह अपनी गामा किरणें छोड़ता है। चूंकि इस प्रतिक्रिया से लंबे समय तक रहने वाले रेडियो आइसोटोप का उत्पादन नहीं होता है, गामा विकिरण का अर्थ है कि मनुष्य रिएक्टर संचालन के समय और बाद में थोड़े समय के लिए बीडब्ल्यूआर के टरबाइन हॉल में सम्मलित नहीं रह सकते हैं।

इसके विपरीत, पीडब्लूआर में, भाप जनित्र सक्रिय प्राथमिक शीतलक पानी को द्वितीयक शीतलक से अलग करता है जो भाप टरबाइन से भेजा जाता है। इस प्रकार, ऑपरेशन के समय मनुष्य स्वतंत्र रूप से पीडब्ल्यूआर के टर्बाइनों और अन्य भाप संयंत्र घटकों तक पहुंच सकते हैं। यह रखरखाव की लागत को कम करता है और अप-टाइम में सुधार करता है।

विवरण

वर्टिकल रीसर्क्युलेटिंग-टाइप स्टीम जनित्र (वेस्टिंगहाउस और दहन इंजीनियरिंग-डिज़ाइन किए गए रिएक्टरों के विशिष्ट) और घटक।

वाणिज्यिक विद्युत संयंत्रों में, प्रति रिएक्टर दो से चार भाप जनित्र होते हैं; प्रत्येक भाप जनित्र तक माप सकता है 70 feet (21 m) ऊंचाई में और 800 टन तक वजन होता हैं। प्रत्येक भाप जनित्र में लगभग .75 inches (19 mm) की सीमा में 3,000 से 16,000 ट्यूब हो सकते हैं। शीतलक (उपचारित पानी), जिसे उबलने से रोकने के लिए उच्च दबाव पर बनाए रखा जाता है, को परमाणु रिएक्टर कोर के माध्यम से पंप किया जाता है। रिएक्टर कोर और परिसंचारी पानी के बीच ऊष्मीय ट्रांसफर होता है और शीतलक को रिएक्टर कोर में लौटने से पहले शीतलक पंपों द्वारा भाप जनित्र के प्राथमिक ट्यूब पक्ष के माध्यम से पंप किया जाता है। इसे प्राथमिक लूप कहा जाता है।

भाप जनित्र के माध्यम से बहने वाला पानी भाप का उत्पादन करने के लिए खोल की तरफ पानी उबालता है (जिसे प्राथमिक चरण की ओर से कम दबाव में रखा जाता है)। इसे द्वितीयक लूप कहा जाता है। विद्युत बनाने के लिए टर्बाइन को सेकेंडरी साइड स्टीम दिया जाता है। भाप को बाद में तृतीयक लूप से ठंडे पानी के माध्यम से संघनित किया जाता है और भाप जनित्र को बार पुनः गर्म करने के लिए लौटाया जाता है। तृतीयक शीतलन जल को शीतलन टावरों में पुन: परिचालित किया जा सकता है जहां यह अधिक भाप को संघनित करने के लिए लौटने से पहले अनउपयोगी गर्मी को निष्काषित करता है। अन्यथा किसी नदी, झील या समुद्र द्वारा तृतीयक शीतलन प्रदान किया जा सकता है। यह प्राथमिक, द्वितीयक, तृतीयक शीतलन योजना दाबित जल रिएक्टर का आधार है, जो दुनिया भर में सबसे सरल परमाणु ऊर्जा संयंत्र डिजाइन है।

अन्य प्रकार के रिएक्टरों में, जैसे कि कैनडू डिज़ाइन के दबाव वाले भारी पानी रिएक्टर, प्राथमिक द्रव भारी पानी है। रूसी बीएन-600 रिएक्टर जैसे लिक्विड मेटल कूल्ड रिएक्टर प्राथमिक शीतलक के रूप में सोडियम जैसे तरल धातु का उपयोग करते हैं। ये प्राथमिक धातु शीतलक और द्वितीयक जल शीतलक के बीच ऊष्मीय एक्सचेंजर्स का भी उपयोग करते हैं, और इस प्रकार उनका द्वितीयक और तृतीयक शीतलन पीडब्ल्यूआर के समान होता है।

एक भाप जनित्र के ताप-विनिमय ट्यूबों की महत्वपूर्ण सुरक्षा भूमिका होती है, क्योंकि वे रेडियोधर्मी क्षय और गैर-रेडियोधर्मी द्रव प्रणालियों को अलग करते हैं। (प्राथमिक शीतलक कोर के संपर्क में आने से संक्षिप्त रूप से रेडियोधर्मी हो जाता है, और इसमें लंबे समय तक रहने वाले रेडियोधर्मी समस्थानिकों की ट्रेस मात्रा भी होती है, जैसे कि पाइप से लोहे के घुलित परमाणु इत्यादि।) क्योंकि प्राथमिक शीतलक उच्च दबाव में होता है, टूटा हुआ ऊष्मीय-आदान प्रदान ट्यूब प्राथमिक शीतलक को द्वितीयक लूप में रिसाव का कारण बनेगी। सामान्यतः इसके लिए संयंत्र को मरम्मत के लिए बंद करना पड़ता है। इस तरह के प्राथमिक-द्वितीयक रिसाव से बचने के लिए, भाप जनित्र ट्यूबों का समय-समय पर एड़ी-वर्तमान परीक्षण द्वारा निरीक्षण किया जाता है, और उन्हें संचालन से हटाने के लिए अलग-अलग ट्यूबों को प्लग किया जा सकता है। कई परमाणु घटकों के साथ, मैकेनिकल इंजीनियर सामग्री में जंग और दरार प्रसार की ज्ञात दरों का उपयोग करके निरीक्षण आवृत्ति निर्धारित करते हैं। यदि निरीक्षण में पाया जाता है कि ट्यूब की दीवार इतनी पतली है कि यह अगले निर्धारित निरीक्षण से पहले खराब हो सकती है, तो ट्यूब को प्लग कर दिया जाता है। (एक ट्यूब को प्लग करना सामान्यतः इसे ठीक करने के प्रयास से आसान होता है। कई छोटे ऊष्मीय-आदान प्रदान ट्यूब होते हैं, और भाप जनित्र को अतिरिक्त ट्यूबों के साथ डिज़ाइन किया जाता है जिससे कि कुछ को प्लग किया जा सके।)

पूरे भाप जनित्र को अधिकांशतः संयंत्र के मध्य जीवन में परिवर्तित कर दिया जाता है, जो प्रमुख उपक्रम है। अधिकांश अमेरिकी पीडब्लूआर संयंत्रों में भाप जनरेटरों को परिवर्तित कर दिया गया है।

इतिहास

परमाणु संचालित भाप जनित्र पहली परमाणु पनडुब्बी , यूएसएस नॉटिलस (एसएसएन-571) या यूएसएस नॉटिलस (एसएसएन-571) के लिए विद्युत संयंत्र के रूप में शुरू हुआ। इसे पनडुब्बी के लिए वेस्टिंगहाउस इलेक्ट्रिक कंपनी पावर कंपनी द्वारा डिजाइन और निर्मित किया गया था, वहां से कंपनी ने परमाणु ऊर्जा से चलने वाले भाप जनित्र का विकास और अनुसंधान शुरू किया। बार जब शांतिपूर्ण परमाणु रिएक्टरों को विद्युत संयंत्रों के रूप में उपयोग करने के लिए वैध कर दिया गया, तो विद्युत निगमों ने परमाणु संचालित भाप जनित्र के बढ़ते विकास का उपयोग करने के अवसर पर छलांग लगा दी। वेस्टिंगहाउस ने 1960 में पहले परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में से एक, यांकी रोवे परमाणु ऊर्जा स्टेशन (NPS) का निर्माण किया, जिसमें परमाणु संचालित भाप जनित्र का भी उपयोग किया गया था। इस विद्युत संयंत्र में सौ मेगा वाट इलेक्ट्रिक उत्पादन था। तुलनात्मक रूप से, कुछ आधुनिक संयंत्रों का उत्पादन 1100 मेगावाट से अधिक है। अन्त में यह अन्य अंतरराष्ट्रीय कंपनियों जैसे बैबॉक एंड विलकॉक्स और दहन इंजीनियरिंग ने परमाणु ऊर्जा भाप जनित्र के अनुसंधान और विकास के लिए अपने स्वयं के कार्यक्रम शुरू किए थे।

प्रकार

यह बैबॉक और विलकॉक्स परमाणु भाप जनित्र विशेष ट्रेन (20 मील प्रति घंटे तक सीमित) में बार्बरटन, ओहियो से पेन सेंट्रल रेलमार्ग और दक्षिणी रेलवे (यू.एस.) के माध्यम से ओकोनी परमाणु स्टेशन में ड्यूक एनर्जी साइट पर ले जाया गया। ओकोनी, एस.सी. इस जनित्र का वजन 1,140,000 है। एलबीएस और उस समय (1970) रेलमार्ग के लिए रिकॉर्ड शिपमेंट है।

वेस्टिंगहाउस इलेक्ट्रिक कंपनी और दहन अभियांत्रिकी डिजाइनों में प्राथमिक पानी के लिए उल्टे ट्यूबों के साथ ऊर्ध्वाधर यू-ट्यूब हैं। कनाडाई, जापानी, फ्रेंच और जर्मन पीडब्ल्यूआर आपूर्तिकर्ता वर्टिकल कॉन्फ़िगरेशन का भी उपयोग करते हैं। रूसी वीवीईआर (VVER) रिएक्टर डिजाइन क्षैतिज भाप जनित्र का उपयोग करते हैं, जिसमें ट्यूब क्षैतिज रूप से घुड़सवार होते हैं। बैबॉक और विलकॉक्स प्लांट (जैसे, थ्री माइल आइलैंड न्यूक्लियर जनरेटिंग स्टेशन ) में छोटे भाप जनित्र होते हैं जो ओटीएसजी के शीर्ष के माध्यम से पानी को मजबूर करते हैं (एक बार भाप जनित्र के माध्यम से; फीडवाटर के विपरीत प्रवाह) और नीचे से पुन: प्रवाहित होने के लिए रिएक्टर शीतलक पंप का उपयोग किया जाता हैं। ऊर्ध्वाधर यू-ट्यूब डिजाइन की तुलना में क्षैतिज डिजाइन गिरावट के लिए कम संवेदनशील सिद्ध हुआ है।

सामग्री और निर्माण

परमाणु संचालित भाप जनित्र की टरबाइन और पाइप बनाने वाली सामग्री विशेष रूप से बनाई जाती है और विशेष रूप से रिएक्टर की गर्मी और विकिरण का सामना करने के लिए डिज़ाइन की जाती है। पानी की नलियों को भी समय की विस्तारित अवधि के लिए पानी से जंग का प्रतिरोध करने में सक्षम होना चाहिए। अमेरिकी रिएक्टरों में उपयोग किए जाने वाले पाइप मिश्र धातु 600 या मिश्र धातु 690 से बने होते हैं। मिश्र धातु 690 अतिरिक्त क्रोमियम के साथ बनाई जाती है और अधिकांश सुविधाएं धातु को गर्मी और जंग का विरोध करने में अच्छा बनाने के लिए धातु का उपचार करती हैं। मिश्र धातु 600 और मिश्र धातु 690 में उच्च निकल सामग्री उन्हें एसिड और उच्च स्तर के तनाव और तापमान का प्रतिरोध करने के लिए उपयुक्त बनाती है।

गिरावट

एनीलेड, या ऊष्मीय ट्रीटेड, एलॉय 600 पानी के रसायन के कारण ट्यूब में डेंटिंग और थिनिंग होने का खतरा था। संयंत्र जो अपने पानी के ट्यूबों में मिश्र धातु 600 का उपयोग करते थे, इसलिए उन्हें नए जल रसायन नियंत्रकों को स्थापित करना पड़ा और पानी में डाले गए रसायनों को परिवर्तित करना पड़ा था। इसके कारण, पाइप के पतले होने का ध्यान रखा गया है, लेकिन दुर्लभ अवसरों पर, ट्यूब में डेंटिंग होती है, जिससे रिसाव और टूटना होता है। इसे रोकने का एकमात्र विधि नियमित रखरखाव और जांच-पड़ताल है, लेकिन यह रिएक्टर को बंद करने के लिए मजबूर करता है। कुछ स्थितियों में, संयंत्रों ने मिश्र धातु 600 ट्यूबों को मिश्र धातु 690 ट्यूबों से परिवर्तित कर दिया और कुछ संयंत्रों को बंद कर दिया गया था। भविष्य की समस्याओं को रोकने के लिए, परमाणु ऊर्जा संयंत्र के लिए भाप टर्बाइनों के निर्माताओं ने अपनी निर्माण विधियों में सुधार किया है और ट्यूब डेंटिंग को रोकने के लिए स्टेनलेस स्टील जैसी अन्य सामग्रियों का उपयोग किया है।

विशिष्ट परिचालन की स्थिति

संयुक्त राज्य अमेरिका में विशिष्ट पीडब्ल्यूआर में भाप जनित्र में निम्नलिखित परिचालन स्थितियां होती हैं:

साइड	दबाव (शुद्ध)	प्रवेश तापमान	आउटलेट तापमान
प्राथमिक पक्ष (ट्यूब पक्ष)	15.5 MPa (2,250 psi)	315 डिग्री सेल्सियस (599 डिग्री फारेनहाइट) (तरल पानी)	275 डिग्री सेल्सियस (527 डिग्री फारेनहाइट) (तरल पानी)
द्वितीयक पक्ष (शेल पक्ष)	6.2 MPa (900 psi)	220 डिग्री सेल्सियस (428 डिग्री फारेनहाइट) (तरल पानी)	275 डिग्री सेल्सियस (527 डिग्री फारेनहाइट) (संतृप्त भाप)

ट्यूब सामग्री

भाप जनित्र टयूबिंग के लिए विभिन्न उच्च-प्रदर्शन मिश्र और सुपर मिश्रधातु का उपयोग किया गया है, जिसमें टाइप 316 स्टेनलेस स्टील, मोनेल , मिश्र धातु 600 MA (मिल एनीलिंग (धातु विज्ञान) ), मिश्र धातु 600TT (थर्मली उपचारित), मिश्र धातु 690TT, और मिश्र धातु 800Mod सम्मलित हैं।

यह भी देखें

• परमाणु ऊर्जा संयंत्र
• बिजलीघर
• वाष्प टरबाइन

बाहरी कड़ियाँ

• John M. Dyke and Wm. J. Garland, Evolution of कैनडू Steam Generators – a Historical View
• Backgrounder on Steam Turbine Issues, Nuclear Regulatory Committee (March 21, 2014)