技術文章

當前頁面: 首頁 >技術文章 >工業綠色可視化—核電站工藝流程組態仿真

工業綠色可視化—核電站工藝流程組態仿真

供稿:工業物聯網老虎 2021/1/13 11:02:43

0 人氣:0

  • 關鍵詞: 數據可視化 組態軟件 工業綠色 工藝流程 核電站
  • 摘要:世界60%以上的核電站是壓水堆核電站,主要由核反應堆、蒸汽發生器、發電機等設備組成。因此,我們應用圖撲軟件自主開發的強大2D/3D渲染引擎,通過場景動畫將壓水堆核電站的發電工作原理進行可視化。

説到核電站,無論是上世紀80年代發生的切爾諾貝利核電站大爆炸事件,還是2011年發生的福島核電站泄漏事件,核輻射對人類造成的傷害都還沒有停止。最近又發生了震驚全球的“日本向太平洋排放123萬噸核廢水”事件。雖然對核電站的概念模糊不清,但核電站似乎給人一種形象,認為核電站的安全性不高,核廢料會對健康有害,住在核電站附近容易受到輻射。讓我們以第一可視化視角來了解它的原理。

圖撲軟件(Hightopo)通過三維可視化展示了大眾科學核電站的工作原理,提供了目前對核電站最基本的初步瞭解。核工業本來就是一個沉甸甸的產業,生來就與國家命運緊密結合。我們的老一代核工業人通過他們的奉獻詮釋了“兩彈一星”的精神和核工業的精神。

界面介紹和效果預覽

目前,世界 60% 以上的核電站是壓水堆核電站,主要由核反應堆、蒸汽發生器、汽輪機、發電機及相關係統設備組成。因此,我們應用圖撲軟件(Hightopo)自主開發的強大 2D/3D 渲染引擎,通過場景和動畫將壓水堆核電站的發電工作原理進行可視化。

整個場景和交互式預覽:

單擊每個部分的名稱將顯示相應的信息面板,最後顯示的面板被隱藏,名稱被高亮顯示,只有沒有信息面板的名稱高亮效果被處理。

模擬原理動畫分析

核電站中核反應堆的作用是進行核裂變,將核能變成水的熱能。

水作為冷卻劑從反應堆中吸收核裂變產生的熱量,成為高温高壓的水,然後沿着管道進入蒸汽發生器的U型管,將熱量傳遞到U型管外部的水,使之成為飽和蒸汽。冷卻的水再次被主泵打回反應堆進行加熱,循環,形成封閉的吸熱和發熱循環過程。這個循環迴路也稱為一回路,即為核蒸汽供應系統。一個電路的壓力由電壓調節器控制。一回路的壓力由穩壓器控制,由於一回路的主要設備是核反應堆,通常把一回路及其輔助系統和廠房統稱為核島(NI)。

反應堆

從上面提到的反應原理可以看出,反應堆和燃氣灶的原理沒有本質上的區別。其主要作用是加熱水產生水蒸氣,使蒸汽渦輪運動。在這裏,我們應用可視化技術模擬了向核反應堆注水後加熱的過程,水位的變化更形象地展示了整個動畫。

主泵

其實我們可以將反應堆的冷卻水與人體血液相比,主泵相當於心臟。其功能是將冷卻水放入堆中,然後通過蒸汽發生器及時傳遞裂變反應時產生的熱量。我們在這裏用閃光展示其工作狀態。

穩壓器

電壓調節器,也稱為壓力平衡器,是控制反應堆系統壓力變化的裝置。正常工作時能起到保持壓力的作用。在事故發生時提供超壓保護。在壓力上升過程中,圖中增加了波動的效果,能展示調節器內部的壓力變化。

蒸汽發生器

目的是通過反應堆中冷卻水的熱量傳遞到二次迴路水,製成蒸汽,然後起到通向汽輪機發電機汽缸的作用。如圖所示,當上面的圓旋轉時,氣泡根據大小上升的速度也不同。中間傳送帶的移動更清楚地展示了當前的工作。底層水位上升時,水波也在移動,整體效果更加清晰貼切。

蒸汽發生器產生的水蒸氣進入汽輪機膨脹,將蒸汽熱量轉化為汽輪機轉子旋轉的機械能。汽輪機轉子旋轉與發電機轉子的兩軸剛性相連,因此汽輪機直接驅動發電機發電,並將機械能轉換為電能。

做功結束,蒸汽(乏汽)被排入冷凝器,通過冷卻製造出凝結的水,然後從凝結泵用加熱器預先加熱,再從水泵中將它輸入進蒸汽發生器,完成蒸汽渦輪工質的封閉循環。此循環稱作二回路。循環冷卻水二回路系統同常規火電廠蒸汽動力迴路相似,因此輔助系統和工廠統稱為常規島(CI)。

凝結水泵

中間風扇旋轉標記表明,根據管道內部的移動方向,正在確定風扇的逆時針或順時針旋轉。

換料水箱

通過水位的上升和下降來表現。同樣,還有輔助給水泵、地坑等。

碳酸箱

增加了水的波動效果,動畫演示能更形象地展示了這種類型箱體的工作狀態。同樣運用手法還展示了除鹽水箱、化學藥品混合罐、容控器等。

低壓加熱器

每個加熱器的位置不同,在視覺效果上更真實,科技感更強。也一起展示。

除氧器

下部水位上升時引起水的波動,上部的氧氣根據形狀的大小移動的速度也不同。

綜上所述,核能發電包括核能-熱能-機械能的能量轉換全過程。其中最後兩個能源轉換過程與現有火電廠內的流程大致相同,但設備的技術參數略有不同。核反應堆在功能上相當於火電站的鍋爐系統。但是,由於它是強放射性源,通過反應堆的冷卻水具有一定的放射性,一般不能直接送到汽輪機,因此,作為壓力水,核電站比普通發電站有一套動力電路。

上面説了那麼多,那麼核電站到底是好東西還是壞東西?在傳統能源之前有什麼優勢?

核電站的優勢

可以在核能的綠色、經濟、安全等方面與傳統能源進行簡單的對比。

(1)綠色環保:核能在能源生成過程中沒有温室氣體和污染物排放。在正常工作條件下,核能系統的放射性劑量只有自然輻射劑量的1/1000到1%。也就是説,坐飛機時接收到的劑量遠高於站在核電站旁邊。

(2)經濟層次:核能的發展歷史不長,但發展速度極快。目前他電價已經接近煤炭的電價。如果再考慮與霧霾管理相關的費用支出等綜合問題,核能的經濟利益將對整個國家非常有利。

(3)安全方面:核能是安全能源,事故發生的可能性很小。核能是世界上最安全的產業之一。在全球50年間,500多個核電站反應堆共1萬2千多堆運行歷史上,僅20世紀70 ~ 80年代就發生了兩起堆芯融化的嚴重事故。現在核電站的安全性能更好,發生事故的可能性更小。

核電系統是一個非常複雜的工業系統,代表着我國的綜合工業力量,是大國競爭的陣地。核工業是高新技術的戰略產業,是國家安全的重要基石。考慮到這種綜合效應,核能應該是大國戰略的必然選擇。

核電站的工作原理

核電站是利用裂變反應釋放的能量發電的發電站,是利用一個或多個動力反應堆產生的熱量發電或發電和供暖的動力設備。核反應堆是核電站的核心設備,正在進行鏈式裂變反應。當今世界只能利用分裂的鏈式反應產生的能量來發電。核電站燃料是鈾。鈾製成的核燃料在“反應堆”設備內分裂,產生大量熱量,然後用高壓下的水把熱量抽出來,在蒸汽發生器內產生蒸汽,蒸汽推動蒸汽與發電機一起旋轉,電力不斷產生,通過電網送到四面八方,成為我們日常生活中不可缺少的能源。

近年來,為了實現核能的長期可持續發展,世界各國提出了許多新概念反應堆設計和燃料循環方案。最近提出的第四代核電站的性能要求和美國最近頒佈的新能源政策貫穿於提高安全性、改善經濟、滿足確定的安全要求的條件下,爭取最佳經濟的主線。

審核編輯(王靜)
更多內容請訪問 工業物聯網老虎(//home.gongkong.com/profile/?uid=S020052013411100001)

手機掃描二維碼分享本頁

工控網APP下載安裝

 

我來評價

評價:
一般