Steam generator (nuclear power)
વરાળ જનરેટર (ઉર્ફ ન્યુક્લિયર સ્ટીમ રાઇઝિંગ પ્લાન્ટ ('એન. એસ. આર. પી.')) એ હીટ એક્સ્ચેન્જર છે જેનો ઉપયોગ ન્યુક્લિયર રિએક્ટર કોરમાં ઉત્પન્ન થતી ગરમીમાંથી પાણીને વરાળમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે થાય છે. તેનો ઉપયોગ પ્રાથમિક અને ગૌણ શીતક લૂપ્સ વચ્ચેના દબાણયુક્ત જળ રિએક્ટરમાં થાય છે. લાક્ષણિક પીડબ્લ્યુઆર ડિઝાઇનમાં, પ્રાથમિક શીતક ઉચ્ચ-શુદ્ધ પાણી છે, જે ઉચ્ચ દબાણ હેઠળ રાખવામાં આવે છે જેથી તે ઉકળી ન શકે. આ પ્રાથમિક શીતક રિએક્ટરના કેન્દ્રમાંથી પમ્પ કરવામાં આવે છે જ્યાં તે ઇંધણના સળિયાઓમાંથી ગરમી શોષી લે છે. તે પછી તે વરાળ જનરેટરમાંથી પસાર થાય છે, જ્યાં તે તેની ગરમી (ધાતુ દ્વારા વહન દ્વારા) નીચા દબાણવાળા પાણીમાં સ્થાનાંતરિત કરે છે જેને ઉકળવા દેવામાં આવે છે. પી. ડબલ્યુ. આર. થી વિપરીત, ઉકળતા પાણીના રિએક્ટર (બી. ડબલ્યુ. આર.) વરાળ જનરેટરનો ઉપયોગ કરતા નથી. પ્રાથમિક શીતકને સીધા રિએક્ટરના કોરમાં ઉકાળવાની મંજૂરી આપવામાં આવે છે, અને વરાળને ફક્ત વરાળ ટર્બાઇનમાંથી પસાર કરવામાં આવે છે. સૈદ્ધાંતિક રીતે સરળ હોવા છતાં, જાળવણી માટે આની નકારાત્મક બાજુ છે. કોરમાંથી પસાર થતી વખતે, પ્રાથમિક શીતક પાણી ઉચ્ચ ન્યુટ્રોન પ્રવાહને આધિન હોય છે. આ પાણીમાં ઓક્સિજન અને ઓગળેલા નાઇટ્રોજનને સક્રિય કરે છે. મુખ્ય પ્રતિક્રિયા છેઃ ઓક્સિજન-16નો અણુ 1 ન્યુટ્રોનને શોષી લે છે અને 1 પ્રોટોન બહાર કાઢે છે, જે નાઇટ્રોજન-16 બને છે. નાઇટ્રોજન-16નું અર્ધ-જીવન 7 સેકન્ડનું હોય છે અને જ્યારે તે ઓક્સિજન-16માં ક્ષીણ થાય છે ત્યારે તે ગામા કિરણો ઉત્પન્ન કરે છે. 7 સેકન્ડનું અર્ધ-જીવન રિએક્ટરમાંથી પાણી બહાર નીકળવા માટે પૂરતું છે. બી. ડબલ્યુ. આર. માં, આનો અર્થ એ છે કે જ્યારે પાણી તેના ગામા કિરણો છોડે છે ત્યારે તે વરાળ ટર્બાઇનમાં હોઈ શકે છે. આ પ્રતિક્રિયા દ્વારા કોઈ લાંબા સમય સુધી જીવંત રેડિયોઆઇસોટોપ ઉત્પન્ન થતા નથી, તેમ છતાં ગામા કિરણોત્સર્ગનો અર્થ એ છે કે રિએક્ટરની કામગીરી દરમિયાન અને તે પછી ટૂંકા સમય માટે મનુષ્ય બી. ડબલ્યુ. આર. ના ટર્બાઇન હોલમાં હાજર રહી શકતા નથી. તેનાથી વિપરીત, પીડબ્લ્યુઆરમાં, વરાળ જનરેટર સક્રિય પ્રાથમિક શીતક પાણીને ગૌણ શીતકથી અલગ કરે છે જે વરાળ ટર્બાઇનમાંથી પસાર થાય છે. આમ, મનુષ્ય ઓપરેશન દરમિયાન પી. ડબલ્યુ. આર. ની ટર્બાઇન અને અન્ય વરાળ પ્લાન્ટ ઘટકોનો મુક્તપણે ઉપયોગ કરી શકે છે. આ જાળવણી ખર્ચમાં ઘટાડો કરે છે અને અપ-ટાઇમમાં સુધારો કરે છે. વાણિજ્યિક પાવર પ્લાન્ટમાં, રિએક્ટર દીઠ બે થી ચાર વરાળ જનરેટર હોય છે; દરેક વરાળ જનરેટર ઊંચાઈ સુધી માપી શકે છે અને તેનું વજન 800 ટન જેટલું હોઈ શકે છે. દરેક વરાળ જનરેટરમાં 3,000 થી 16,000 નળીઓ હોઈ શકે છે, દરેક લગભગ વ્યાસમાં હોય છે. શીતક (પ્રક્રિયા કરેલું પાણી), જે ઉકળતા અટકાવવા માટે ઊંચા દબાણ પર જાળવવામાં આવે છે, તેને પરમાણુ રિએક્ટર કોર દ્વારા પમ્પ કરવામાં આવે છે. હીટ ટ્રાન્સફર રિએક્ટર કોર અને ફરતા પાણી વચ્ચે થાય છે અને શીતકને રિએક્ટર કોર પર પાછા ફરતા પહેલા શીતક પંપ દ્વારા વરાળ જનરેટરની પ્રાથમિક ટ્યુબ બાજુ દ્વારા પમ્પ કરવામાં આવે છે. આને પ્રાથમિક લૂપ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. વરાળ જનરેટરમાંથી વહેતું પાણી વરાળ ઉત્પન્ન કરવા માટે શેલ બાજુ (જે પ્રાથમિક બાજુ કરતા નીચા દબાણ પર રાખવામાં આવે છે) પર પાણી ઉકાળવામાં આવે છે. આને ગૌણ લૂપ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. વીજળી બનાવવા માટે ટર્બાઇનમાં સેકન્ડરી-સાઇડ વરાળ પહોંચાડવામાં આવે છે. ત્યારબાદ વરાળને તૃતીય લૂપમાંથી ઠંડુ પાણી દ્વારા ઘનીકરણ કરવામાં આવે છે અને ફરી એકવાર ગરમ કરવા માટે વરાળ જનરેટરમાં પરત કરવામાં આવે છે. તૃતીયક ઠંડક પાણીને ઠંડક ટાવરમાં પુનઃ પ્રસારિત કરી શકાય છે જ્યાં તે વધુ વરાળને ઘનીકરણ કરવા પાછા ફરતા પહેલા નકામી ગરમી છોડે છે. અન્યથા નદી, તળાવ અથવા સમુદ્ર દ્વારા એકવાર તૃતીય સ્તરની ઠંડક પૂરી પાડવામાં આવી શકે છે. આ પ્રાથમિક, ગૌણ, તૃતીયક ઠંડક યોજના દબાણયુક્ત જળ રિએક્ટરનો આધાર છે, જે વિશ્વભરમાં સૌથી સામાન્ય પરમાણુ ઉર્જા પ્લાન્ટ ડિઝાઇન છે. અન્ય પ્રકારના રિએક્ટરમાં, જેમ કે CANDU ડિઝાઇનના દબાણયુક્ત ભારે પાણીના રિએક્ટરમાં, પ્રાથમિક પ્રવાહી ભારે પાણી છે. રશિયન બી. એન.-600 રિએક્ટર જેવા પ્રવાહી ધાતુના ઠંડુ રિએક્ટર પ્રાથમિક શીતક તરીકે સોડિયમ જેવા પ્રવાહી ધાતુનો ઉપયોગ કરે છે. આ પ્રાથમિક ધાતુ શીતક અને ગૌણ જળ શીતક વચ્ચે ઉષ્મા વિનિમાયકોનો પણ ઉપયોગ કરે છે, અને આમ તેમની ગૌણ અને તૃતીય શીતક PWR જેવી જ હોય છે. વરાળ જનરેટરની ઉષ્મા-વિનિમય નળીઓ મહત્વપૂર્ણ સલામતી ભૂમિકા ભજવે છે, કારણ કે તેઓ કિરણોત્સર્ગી અને બિન-કિરણોત્સર્ગી પ્રવાહી પ્રણાલીઓને અલગ કરે છે. (પ્રાથમિક શીતક તેના કોરના સંપર્કમાં આવવાથી થોડા સમય માટે કિરણોત્સર્ગી બને છે, અને તેમાં લાંબા સમય સુધી જીવંત કિરણોત્સર્ગી આઇસોટોપ્સ પણ ઓગળી જાય છે, જેમ કે પાઈપોમાંથી લોખંડના ઓગળેલા અણુઓ.) કારણ કે પ્રાથમિક શીતક ઉચ્ચ દબાણ પર હોય છે, એક ફાટેલી ઉષ્મા-વિનિમય નળી પ્રાથમિક શીતકને ગૌણ લૂપમાં લીક થવાનું કારણ બને છે. સામાન્ય રીતે આના માટે સમારકામ માટે પ્લાન્ટ બંધ કરવાની જરૂર પડશે. આવા પ્રાથમિક-ગૌણ ગળતરને ટાળવા માટે, વરાળ જનરેટરની નળીઓનું સમયાંતરે એડી-વર્તમાન પરીક્ષણ દ્વારા નિરીક્ષણ કરવામાં આવે છે, અને તેમને કામગીરીમાંથી દૂર કરવા માટે વ્યક્તિગત નળીઓને પ્લગ કરી શકાય છે. ઘણા પરમાણુ ઘટકોની જેમ, યાંત્રિક ઇજનેરો સામગ્રીમાં કાટ અને તિરાડ પ્રસારના જાણીતા દરનો ઉપયોગ કરીને નિરીક્ષણ આવર્તન નક્કી કરે છે. જો નિરીક્ષણમાં જાણવા મળે કે ટ્યુબની દિવાલ એટલી પાતળી છે કે તે આગામી નિર્ધારિત નિરીક્ષણ પહેલાં ખોરવાઈ શકે છે, તો ટ્યુબને પ્લગ કરવામાં આવે છે. (ટ્યુબને પ્લગ કરવી સામાન્ય રીતે તેને સુધારવાનો પ્રયાસ કરતાં વધુ સરળ હોય છે. ઘણી નાની હીટ-એક્સચેન્જ ટ્યુબ છે, અને વરાળ જનરેટર વધારાની ટ્યુબ સાથે ડિઝાઇન કરવામાં આવે છે જેથી કેટલાકને પ્લગ કરી શકાય.) સમગ્ર વરાળ જનરેટરને ઘણીવાર પ્લાન્ટ મિડ-લાઇફમાં બદલવામાં આવે છે, જે એક મુખ્ય ઉપક્રમ છે. મોટાભાગના યુ. એસ. પીડબ્લ્યુઆર પ્લાન્ટમાં વરાળ જનરેટર બદલવામાં આવ્યા છે. પરમાણુ સંચાલિત વરાળ જનરેટરની શરૂઆત પ્રથમ પરમાણુ સબમરીન, યુ. એસ. એસ. નોટિલસ (એસ. એસ. એન.-571) માટે પાવર પ્લાન્ટ તરીકે થઈ હતી. તે વેસ્ટિંગહાઉસ ઇલેક્ટ્રિક કંપની પાવર કંપની દ્વારા સબમરીન માટે ડિઝાઇન અને બનાવવામાં આવ્યું હતું; ત્યાંથી કંપનીએ પરમાણુ સંચાલિત વરાળ જનરેટરનો વિકાસ અને સંશોધન શરૂ કર્યું. એકવાર શાંતિપૂર્ણ પરમાણુ રિએક્ટરને પાવર પ્લાન્ટ તરીકે વાપરવા માટે કાયદેસર બનાવવામાં આવ્યા પછી, પાવર કોર્પોરેશનોએ પરમાણુ સંચાલિત વરાળ જનરેટરના વધતા વિકાસનો ઉપયોગ કરવાની તકનો લાભ ઉઠાવ્યો. વેસ્ટિંગહાઉસે 1960માં પ્રથમ પરમાણુ વીજ મથકોમાંથી એક, યાન્કી રો પરમાણુ વીજ મથક (એન. પી. એસ.) નું નિર્માણ કર્યું હતું, જેમાં પરમાણુ સંચાલિત વરાળ જનરેટરનો પણ ઉપયોગ થતો હતો. આ પાવર પ્લાન્ટનું ઉત્પાદન સો મેગાવોટ (મેગા વોટ) નું હતું. તુલનાત્મક રીતે, કેટલાક આધુનિક પ્લાન્ટમાં 1100 મેગાવોટથી વધુ ઉત્પાદન થાય છે. આખરે, બાબકોક એન્ડ વિલ્કોક્સ અને કમ્બશન એન્જિનિયરિંગ જેવી અન્ય આંતરરાષ્ટ્રીય કંપનીઓએ પરમાણુ ઉર્જા વરાળ જનરેટરના સંશોધન અને વિકાસ માટે પોતાના કાર્યક્રમો શરૂ કર્યા. વેસ્ટિંગહાઉસ અને કમ્બશન એન્જિનિયરિંગ ડિઝાઇનમાં પ્રાથમિક પાણી માટે ઊંધી નળીઓ સાથે ઊભી યુ-ટ્યુબ હોય છે. કેનેડિયન, જાપાનીઝ, ફ્રેન્ચ અને જર્મન પીડબ્લ્યુઆર સપ્લાયર્સ પણ ઊભી ગોઠવણીનો ઉપયોગ કરે છે. રશિયન વી. વી. ઈ. આર. રિએક્ટર ડિઝાઇન આડી વરાળ જનરેટરનો ઉપયોગ કરે છે, જેમાં નળીઓ આડી રીતે માઉન્ટ થયેલ હોય છે. બાબકોક અને વિલ્કોક્સ પ્લાન્ટ્સ (દા. ત., થ્રી માઇલ આઇલેન્ડ) માં નાના વરાળ જનરેટર હોય છે જે પાણીને ઓટીએસજીની ટોચ પરથી (એકવાર વરાળ જનરેટર દ્વારા; ફીડવોટર તરફ વળતો પ્રવાહ) અને રિએક્ટર શીતક પંપ દ્વારા પુનઃચક્રિત કરવા માટે તળિયેથી દબાણ કરે છે. ઊભી યુ-ટ્યુબ ડિઝાઇન કરતાં આડી ડિઝાઇન અધોગતિ માટે ઓછી સંવેદનશીલ હોવાનું સાબિત થયું છે. સામગ્રી અને બાંધકામ પરમાણુ સંચાલિત વરાળ જનરેટરની ટર્બાઇન અને પાઈપો બનાવતી સામગ્રી ખાસ બનાવવામાં આવે છે અને ખાસ કરીને રિએક્ટરની ગરમી અને કિરણોત્સર્ગનો સામનો કરવા માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવે છે. પાણીની નળીઓ પણ લાંબા સમય સુધી પાણીમાંથી થતા કાટનો પ્રતિકાર કરવામાં સક્ષમ હોવી જોઈએ. અમેરિકન રિએક્ટરમાં ઉપયોગમાં લેવાતી પાઈપો એકોનેલ 600 અથવા એલોય 690થી બનેલી હોય છે. એલોય 690 વધારાના ક્રોમિયમથી બનાવવામાં આવે છે અને મોટાભાગની સુવિધાઓ ધાતુની ગરમીની સારવાર કરે છે જેથી તે ગરમી અને કાટનો વધુ સારી રીતે પ્રતિકાર કરી શકે. એલોય 600 અને એલોય 690માં ઉચ્ચ નિકલ સામગ્રી તેમને એસિડ અને ઉચ્ચ સ્તરના તણાવ અને તાપમાનનો પ્રતિકાર કરવા માટે સારી રીતે અનુકૂળ બનાવે છે. અધોગતિ એન્નીલ્ડ અથવા હીટ ટ્રીટેડ, એલોય 600 પાણીના રસાયણશાસ્ત્રને કારણે ટ્યુબ ડેન્ટિંગ અને પાતળા થવાની સંભાવના હતી. જે છોડ તેમની પાણીની નળીઓમાં એલોય 600 નો ઉપયોગ કરતા હતા, તેથી તેમને નવા જળ રસાયણશાસ્ત્ર નિયંત્રકો સ્થાપિત કરવા પડ્યા અને તેઓ પાણીમાં મૂકતા રસાયણોને બદલવા પડ્યા. આને કારણે, પાઇપ પાતળા કરવાની કાળજી લેવામાં આવી છે, પરંતુ દુર્લભ પ્રસંગોએ, ટ્યુબ ડેન્ટિંગ હજુ પણ થાય છે, જેના કારણે લિક અને ભંગાણ થાય છે. આને અટકાવવાનો એકમાત્ર રસ્તો નિયમિત જાળવણી અને તપાસ છે, પરંતુ આ રિએક્ટરને બંધ કરવા માટે દબાણ કરે છે. કેટલાક કિસ્સાઓમાં, પ્લાન્ટોએ તેમની એલોય 600 ટ્યુબને એલોય 690 ટ્યુબ સાથે બદલી હતી અને કેટલાક પ્લાન્ટ બંધ કરી દેવામાં આવ્યા હતા. ભવિષ્યની સમસ્યાઓને રોકવા માટે, પરમાણુ ઊર્જા પ્લાન્ટ માટે વરાળ ટર્બાઇનના ઉત્પાદકોએ તેમની બનાવટની તકનીકોમાં સુધારો કર્યો છે અને ટ્યુબ ડેન્ટિંગને રોકવા માટે સ્ટેઈનલેસ સ્ટીલ જેવી અન્ય સામગ્રીનો ઉપયોગ કર્યો છે. યુ. એસ. એ. માં "લાક્ષણિક" પીડબ્લ્યુઆરમાં વરાળ જનરેટરની લાક્ષણિક કાર્યકારી પરિસ્થિતિઓમાં નીચેની કાર્યકારી પરિસ્થિતિઓ હોય છેઃ ટ્યુબ મટિરિયલ વરાળ જનરેટર ટ્યુબિંગ માટે વિવિધ ઉચ્ચ-પ્રદર્શન એલોય અને સુપરલોયનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જેમાં પ્રકાર 316 સ્ટેઈનલેસ સ્ટીલ, એલોય 400, એલોય 600એમએ (મિલ એનેલેડ), એલોય 600ટીટી (થર્મલી ટ્રીટેડ), એલોય 690ટીટી અને એલોય 800મોડનો સમાવેશ થાય છે. ન્યુક્લિયર પાવર પ્લાન્ટ પાવર સ્ટેશન સ્ટીમ ટર્બાઇન સંદર્ભો પણ જુઓ બાહ્ય કડીઓ જ્હોન એમ. ડાઇક અને ડબલ્યુએમ. જે. ગારલેન્ડ, ઇવોલ્યુશન ઓફ CANDU સ્ટીમ જનરેટર્સ-સ્ટીમ ટર્બાઇન મુદ્દાઓ પર ઐતિહાસિક વ્યૂ બેકગ્રાઉન્ડર, ન્યુક્લિયર રેગ્યુલેટરી કમિટી (માર્ચ 21,2014) ન્યુક્લિયર પાવર પ્લાન્ટ ઘટકો બોઇલર્સ