Steam generator (nuclear power)
एक भाप जनित्र (उर्फ परमाणु भाप बढ़ाने वाला संयंत्र ('एन. एस. आर. पी.') एक ताप विनिमायक है जिसका उपयोग परमाणु रिएक्टर कोर में उत्पादित गर्मी से पानी को भाप में बदलने के लिए किया जाता है। इनका उपयोग प्राथमिक और द्वितीयक शीतलक लूप के बीच दबाव वाले जल रिएक्टर में किया जाता है। विशिष्ट पीडब्लूआर डिजाइनों में, प्राथमिक शीतलक उच्च शुद्धता वाला पानी होता है, जिसे उच्च दबाव में रखा जाता है ताकि यह उबल न सके। इस प्राथमिक शीतलक को रिएक्टर कोर के माध्यम से पंप किया जाता है जहां यह ईंधन की छड़ से गर्मी को अवशोषित करता है। इसके बाद यह भाप जनित्र के माध्यम से गुजरता 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। पी. डब्ल्यू. आर. के विपरीत, उबलते पानी के रिएक्टर (बी. डब्ल्यू. आर.) भाप जनरेटर का उपयोग नहीं करते हैं। प्राथमिक शीतलक को सीधे रिएक्टर कोर में उबलने दिया जाता है, और भाप को बस एक भाप टरबाइन के माध्यम से पारित किया जाता है। सैद्धांतिक रूप से सरल होने के बावजूद, रखरखाव के लिए इसका एक नकारात्मक पक्ष है। कोर से गुजरते समय, प्राथमिक शीतलक जल उच्च न्यूट्रॉन प्रवाह के अधीन होता है। यह पानी में ऑक्सीजन और घुलनशील नाइट्रोजन को सक्रिय करता है। प्रमुख प्रतिक्रिया यह हैः ऑक्सीजन-16 का एक परमाणु 1 न्यूट्रॉन को अवशोषित करता है और 1 प्रोटॉन उत्सर्जित करता है, जिससे नाइट्रोजन-16 बन जाता है। नाइट्रोजन-16 में 7 सेकंड का अर्ध-जीवन होता है और जब यह ऑक्सीजन-16 में वापस क्षय होता है तो एक गामा किरण पैदा करता है। रिएक्टर से पानी के बाहर निकलने के लिए 7 सेकंड का आधा जीवन काफी लंबा है। बी. डब्ल्यू. आर. में, इसका मतलब है कि जब पानी अपनी गामा किरणों को छोड़ता है तो वह भाप टरबाइन में हो सकता है। हालांकि इस प्रतिक्रिया से कोई लंबे समय तक रहने वाले रेडियोआइसोटोप का उत्पादन नहीं होता है, गामा विकिरण का मतलब है कि रिएक्टर संचालन के दौरान और उसके बाद थोड़े समय के लिए मनुष्य बी. डब्ल्यू. आर. के टरबाइन हॉल में मौजूद नहीं हो सकते हैं। इसके विपरीत, एक पीडब्लूआर में, भाप जनरेटर सक्रिय प्राथमिक शीतलक पानी को द्वितीयक शीतलक से अलग करता है जो भाप टरबाइन से गुजरता है। इस प्रकार, मनुष्य संचालन के दौरान पीडब्लूआर के टर्बाइनों और अन्य भाप संयंत्र घटकों तक स्वतंत्र रूप से पहुँच सकते हैं। यह रखरखाव की लागत को कम करता है और अप-टाइम में सुधार करता है। विवरण वाणिज्यिक बिजली संयंत्रों में, प्रति रिएक्टर दो से चार भाप जनरेटर होते हैं; प्रत्येक भाप जनरेटर ऊंचाई तक माप सकता है और इसका वजन 800 टन तक हो सकता है। प्रत्येक भाप जनित्र में 3,000 से 16,000 ट्यूब हो सकते हैं, जिनमें से प्रत्येक का व्यास लगभग होता है। शीतलक (उपचारित जल), जिसे उबलने से रोकने के लिए उच्च दबाव पर बनाए रखा जाता है, को परमाणु रिएक्टर कोर के माध्यम से पंप किया जाता है। ऊष्मा स्थानांतरण रिएक्टर कोर और परिसंचारी जल के बीच होता है और फिर शीतलक को रिएक्टर कोर में लौटने से पहले शीतलक पंपों द्वारा भाप जनरेटर के प्राथमिक ट्यूब साइड 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 (जिसे प्राथमिक तरफ की तुलना में कम दबाव पर रखा जाता है) पानी को उबलाता है। इसे द्वितीयक लूप कहा जाता है। बिजली बनाने के लिए टर्बाइनों को दूसरी तरफ की भाप दी जाती है। भाप को बाद में एक तृतीयक लूप से ठंडे पानी के माध्यम से संघनित किया जाता है और एक बार फिर गर्म करने के लिए भाप जनरेटर में वापस कर दिया जाता है। तृतीयक शीतलन जल को शीतलन टावरों में पुनः प्रसारित किया जा सकता है जहां यह अधिक भाप को संघनित करने के लिए लौटने से पहले अपशिष्ट गर्मी छोड़ता है। एक बार के माध्यम से तृतीयक शीतलन अन्यथा एक नदी, झील या महासागर द्वारा प्रदान किया जा सकता है। यह प्राथमिक, द्वितीयक, तृतीयक शीतलन योजना दबावयुक्त जल रिएक्टर का आधार है, जो दुनिया भर में सबसे आम परमाणु ऊर्जा संयंत्र डिजाइन है। अन्य प्रकार के रिएक्टरों में, जैसे कि कैंडु डिजाइन के दबाव वाले भारी जल रिएक्टरों में, प्राथमिक तरल पदार्थ भारी पानी है। रूसी बी. एन.-600 रिएक्टर जैसे तरल धातु शीतलित रिएक्टर प्राथमिक शीतलक के रूप में सोडियम जैसी तरल धातु का उपयोग करते हैं। ये प्राथमिक धातु शीतलक और द्वितीयक जल शीतलक के बीच ताप विनिमायकों का भी उपयोग करते हैं, और इस प्रकार उनकी द्वितीयक और तृतीयक शीतलन एक पीडब्लूआर के समान है। एक भाप जनित्र की ऊष्मा-विनिमय नलिकाओं की एक महत्वपूर्ण सुरक्षा भूमिका होती है, क्योंकि वे रेडियोधर्मी और गैर-रेडियोधर्मी द्रव प्रणालियों को अलग करते हैं। (प्राथमिक शीतलक कोर के संपर्क में आने से कुछ समय के लिए रेडियोधर्मी हो जाता है, और इसमें लंबे समय तक रहने वाले रेडियोधर्मी समस्थानिकों की मात्रा भी होती है, जैसे कि पाइप से लोहे के विघटित परमाणु।) चूँकि प्राथमिक शीतलक उच्च दबाव पर होता है, एक टूटी हुई ऊष्मा-विनिमय नली प्राथमिक शीतलक को द्वितीयक लूप में रिसाव का कारण बनती है। आमतौर पर इसकी मरम्मत के लिए संयंत्र को बंद करने की आवश्यकता होगी। इस तरह के प्राथमिक-माध्यमिक रिसाव से बचने के लिए, स्टीम जनरेटर ट्यूबों का समय-समय पर एडी-करंट 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, यांत्रिक इंजीनियर सामग्री में जंग और दरार प्रसार की ज्ञात दरों का उपयोग करके निरीक्षण आवृत्ति निर्धारित करते हैं। यदि एक निरीक्षण में पाया जाता है कि एक ट्यूब की दीवार इतनी पतली है कि यह अगले निर्धारित निरीक्षण से पहले खराब हो सकती है, तो ट्यूब को बंद कर दिया जाता है। (ट्यूब को प्लग करना आमतौर पर इसे ठीक करने के प्रयास से आसान होता है। कई छोटी ऊष्मा-विनिमय नलियाँ हैं, और भाप जनरेटरों को अतिरिक्त नलियों के साथ डिज़ाइन किया गया है ताकि कुछ को प्लग किया जा सके।) पूरे भाप जनरेटर को अक्सर संयंत्र के मध्य-जीवन में बदल दिया जाता है, जो एक प्रमुख उपक्रम है। अधिकांश यू. एस. पीडब्लूआर संयंत्रों में भाप जनरेटरों को बदल दिया गया है। परमाणु संचालित भाप जनित्र पहली परमाणु पनडुब्बी, यूएसएस नॉटिलस (एसएसएन-571) के लिए एक बिजली संयंत्र के रूप में शुरू हुआ। इसे पनडुब्बी के लिए वेस्टिंगहाउस इलेक्ट्रिक कंपनी बिजली कंपनी द्वारा डिजाइन और निर्मित किया गया था; वहाँ से कंपनी ने परमाणु-संचालित भाप जनरेटर का विकास और अनुसंधान शुरू किया। एक बार जब शांतिपूर्ण परमाणु रिएक्टरों को बिजली संयंत्रों के रूप में उपयोग के लिए वैध कर दिया गया, तो बिजली निगमों ने परमाणु संचालित भाप जनरेटरों के बढ़ते विकास का उपयोग करने के अवसर पर कूद पड़े। वेस्टिंगहाउस ने 1960 में पहले परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में से एक, यांकी रो परमाणु ऊर्जा केंद्र (एन. पी. एस.) का निर्माण किया, जिसमें परमाणु संचालित भाप जनरेटर का भी उपयोग किया गया था। इस बिजली संयंत्र में एक सौ मेगावाट (मेगा वाट बिजली) का उत्पादन हुआ था। तुलनात्मक रूप से, कुछ आधुनिक संयंत्रों में 1100 मेगावाट से अधिक का उत्पादन होता है। आखिरकार, बैबकॉक एंड विल्कॉक्स और कंबशन इंजीनियरिंग जैसी अन्य अंतर्राष्ट्रीय कंपनियों ने परमाणु ऊर्जा भाप जनरेटर के अनुसंधान और विकास के लिए अपने स्वयं के कार्यक्रम शुरू किए। वेस्टिंगहाउस और दहन इंजीनियरिंग डिजाइनों में प्राथमिक पानी के लिए उल्टे ट्यूबों के साथ ऊर्ध्वाधर यू-ट्यूब होते हैं। कनाडाई, जापानी, फ्रांसीसी और जर्मन पीडब्लूआर आपूर्तिकर्ता ऊर्ध्वाधर विन्यास का भी उपयोग करते हैं। रूसी वी. वी. ई. आर. रिएक्टर डिजाइन क्षैतिज भाप जनरेटर का उपयोग करते हैं, जिनमें ट्यूब क्षैतिज रूप से लगे होते हैं। बैबकॉक और विल्कॉक्स संयंत्रों (जैसे, थ्री माइल आइलैंड) में छोटे भाप जनरेटर होते हैं जो पानी को ओटीएसजी के शीर्ष (एक बार भाप जनरेटर के माध्यम से; फीड वाटर में काउंटर-फ्लो) के माध्यम से और रिएक्टर शीतलक पंपों द्वारा पुनः प्रसारित करने के लिए नीचे की ओर मजबूर करते हैं। क्षैतिज डिजाइन ऊर्ध्वाधर यू-ट्यूब डिजाइन की तुलना में क्षरण के लिए कम संवेदनशील साबित हुआ है। सामग्री और निर्माण परमाणु संचालित भाप जनरेटर के टरबाइन और पाइप को 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 लंबे समय तक पानी से होने वाले क्षरण का प्रतिरोध करने में सक्षम होना चाहिए। अमेरिकी रिएक्टरों में उपयोग किए जाने वाले पाइप इंकोनेल, या तो मिश्र धातु 600 या मिश्र धातु 690 से बने होते हैं। मिश्र धातु 690 को अतिरिक्त क्रोमियम के साथ बनाया जाता है और अधिकांश सुविधाएं धातु को गर्म करती हैं ताकि यह गर्मी और जंग का बेहतर प्रतिरोध कर सके। 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 अच्छी तरह से अनुकूल बनाती है। क्षरण एनील्ड, या गर्मी उपचारित, मिश्र धातु 600 में जल रसायन के कारण ट्यूब डेंटिंग और पतले होने की संभावना थी। जिन पौधों ने अपनी पानी की नलियों में मिश्र धातु 600 का उपयोग किया था, उन्हें नए जल रसायन नियंत्रक स्थापित करने पड़े और पानी में रखे गए रसायनों को बदलना पड़ा। इसके कारण, पाइप को पतला करने का ध्यान रखा गया है, लेकिन दुर्लभ अवसरों पर, ट्यूब डेंटिंग अभी भी होती है, जिससे रिसाव और टूटना होता है। इसे रोकने का एकमात्र तरीका नियमित रखरखाव और जांच है, लेकिन यह रिएक्टर को बंद करने के लिए मजबूर करता है। कुछ मामलों में, संयंत्रों ने अपने मिश्र धातु 600 ट्यूबों को मिश्र धातु 690 ट्यूबों से बदल दिया और कुछ संयंत्रों को बंद कर दिया गया। भविष्य की समस्याओं को रोकने के लिए, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए भाप टरबाइनों के निर्माताओं ने अपनी निर्माण तकनीकों में सुधार किया है और ट्यूब डेंटिंग को रोकने के लिए अन्य सामग्रियों, जैसे कि स्टेनलेस स्टील का उपयोग किया है। संयुक्त राज्य अमेरिका में एक "विशिष्ट" पीडब्लूआर में विशिष्ट संचालन स्थितियों में भाप जनित्रों में निम्नलिखित संचालन स्थितियां होती हैंः ट्यूब सामग्री भाप जनित्र नलिकाओं के लिए विभिन्न उच्च प्रदर्शन वाले मिश्र धातुओं और सुपर अलॉय का उपयोग किया गया है, जिसमें प्रकार 316 स्टेनलेस स्टील, मिश्र धातु 400, मिश्र धातु 600एमए (मिल एनीलेड), मिश्र धातु 600टीटी (तापीय रूप से उपचारित), मिश्र धातु 690टीटी और मिश्र धातु 800मॉड शामिल हैं। परमाणु ऊर्जा संयंत्र पावर स्टेशन स्टीम टरबाइन संदर्भ भी देखें बाहरी लिंक जॉन एम. डाइक और डब्ल्यू. एम. जे. गारलैंड, कैंडु स्टीम जनरेटर का विकास-स्टीम टर्बाइन मुद्दों पर एक ऐतिहासिक दृष्टिकोण पृष्ठभूमि, परमाणु नियामक समिति (21 मार्च, 2014) परमाणु ऊर्जा संयंत्र के घटक बॉयलर