Rekwiżiti tal-Ligi tal-Impjant Nukleari: Dak li trid tkun taf

Introduzzjoni

Impjant tal-enerġija nukleari huwa wieħed mill-ambjenti materjali l-aktar impenjattivi fid-Dinja. Ligi użati ġewwa reattur għandhom fl-istess ħin jifilħu sħana estrema, radjazzjoni intensa, ilma jew fwar bi pressjoni għolja-, u t-theddida bla waqfien ta' korrużjoni - spiss għal 60 sena jew aktar mingħajr sostituzzjoni. Ikseb il-materjal ħażin, u l-konsegwenzi jvarjaw minn għeluq għaljin mhux ippjanat sa, fl-agħar każ, kontaminazzjoni radjuattiva.

Din il-gwida tispjega liema gradi tal-istainless steel u tal-liga tan-nikil jintużaw fl-impjanti tal-enerġija nukleari, għaliex kull wieħed intgħażel, u liema standards internazzjonali jirregolaw l-użu tagħhom. Sew jekk inti inġinier li tispeċifika materjali għal bini ġdid, bar u pjanċa tas-sorsi professjonali tal-akkwist, jew sempliċement xi ħadd kurjuż dwar kif l-impjanti nukleari huma mibnija biex iservu, dan l-artikolu jagħtik il-fatti li għandek bżonn.

Materjali Nukleari Spjega

Il-komponenti tal-impjanti nukleari jiffaċċjaw erba’ theddid simultanju li l-ebda metall ordinarju wieħed ma jista’ jimmaniġġja waħdu:

Temperatura għolja:Il-likwidu li jkessaħ primarju f'reattur tal-ilma taħt pressjoni (PWR) jaħdem f'madwar 315–343 grad f'155 bar. Reatturi tal-ilma jagħli (BWRs) joperaw f'madwar 285 grad f'75 bar.

Radjazzjoni għolja:In-newtroni mgħaġġla u r-raġġi gamma jikkawżaw spostament atomiku fil-metalli, li jwasslu għal nefħa, fraġilità, u bidliet fil-proprjetajiet mekkaniċi matul iż-żmien - fenomenu msejjaħ ħsara mir-radjazzjoni jew fraġilità mill-irradjazzjoni.

Korrużjoni:Ilma sħun, ta'-purità għolja b'idroġenu maħlul (PWRs) jew ilma ossiġenat (BWRs) joħloq ambjent elettrokimiku aggressiv ħafna, partikolarment perikoluż għal-ligi suxxettibbli għall-qsim tal-korrużjoni taħt tensjoni (SCC).

Ħajja twila ta 'servizz:L-impjanti nukleari huma liċenzjati għal 40–60 sena, bi programmi ta' estensjoni tal-ħajja-li jimbuttaw il-komponenti għal 80 sena. Il-materjali għandhom iżommu l-proprjetajiet matul din il-ħajja kollha.

Azzar li ma jissaddadx awstenitiku u superligi bbażati fuq-nikil huma s-soluzzjoni għal din l-isfida. L-istrutturi tal-kristall kubi ċentrati (FCC) tal-wiċċ tagħhom-reżistu t-fraġilità mir-radjazzjoni, il-kontenut għoli ta 'kromju jifforma saff ta' ossidu li jfejjaq awto- kontra l-korrużjoni, u l-kontenut għoli ta 'nikil tagħhom jipprovdi toughness eċċezzjonali tul il-firxa sħiħa tat-temperatura operattiva.

Ligi tan-nikil fl-Impjanti tal-Enerġija Nukleari

Jekk hemm liga waħda li tiddefinixxi disinn PWR modern, hija Alloy 690 (UNS N06690). B'kompożizzjoni nominali ta '58 % nikil, 29 % kromju, u 9 % ħadid, Alloy 690 ġiet żviluppata speċifikament biex tissostitwixxi l-Liga 600 anzjani, li wriet suxxettibbli għal qsim tal-korrużjoni tal-istress tal-ilma primarju (PWSCC) wara snin ta' servizz - problema li wasslet għal tiswijiet estremament għaljin f'impjanti madwar id-dinja.

Id-denominazzjoni "TT" tirrappreżenta ttrattati termali, trattament tas-sħana kkontrollat ​​li jippreċipita karburi tal-kromju fil-konfini tal-qamħ. Din il-modifika mikrostrutturali virtwalment telimina s-suxxettibilità tal-PWSCC. Illum, kull ġeneratur tal-fwar PWR ġdid mibni globalment - mill-AP1000 fiċ-Ċina u l-Istati Uniti għall-EPR fi Franza u r-Renju Unit - jispeċifika tubi Alloy 690TT għal kull ASME SB-163, tipikament f'19.05 mm OD bi ħxuna tal-ħajt ta '1.07 mm. Ġeneratur tal-fwar kbir wieħed fih madwar 10,000 tubu, kull wieħed sa 21 metru twil.

Liga 625ġġib taħlita qawwija ta' proprjetajiet għas-servizz nukleari: Iktar minn jew ugwali għal 58 % nikil, 20–23 % kromju, u 8–10 % molibdenu. Is-saħħa tat-tensjoni tagħha fil-kondizzjoni ittemprat taqbeż it-830 MPa, u żżomm toughness eċċellenti wara l-irradjazzjoni tan-newtroni. Dawn il-karatteristiċi jagħmlu lil Alloy 625 il-materjal magħżul għall-intern tal-qalba tar-reattur, kisi taż-żennuni tal-kontenituri tal-pressjoni tar-reattur, u komponenti strutturali ġewwa l-bastiment tar-reattur, fejn kemm l-espożizzjoni għar-radjazzjoni kif ukoll il-kuntatt korrużiv tal-likwidu li jkessaħ huma inevitabbli. Huwa speċifikat għal ASME SB-443 (pjanċa) u ASME SB-446 (bar).

Liga 718 hija preċipitazzjoni-liga tan-nikil imwebbes-kromju b'saħħa tat-tensjoni aħħarija li taqbeż l-1,380 MPa fil-kundizzjoni-mwebbsa tal-età - fost l-ogħla minn kwalunkwe liga reżistenti għall-korrużjoni-disponibbli. Fl-impjanti nukleari, huwa użat għal qfieli ta'-qawwa għolja, molol li jżommu, u interni tar-reattur li għandhom iżommu dimensjonijiet mekkaniċi preċiżi tul għexieren ta' snin. Ir-reżistenza tagħha għar-rilassament (it-telf gradwali tal-forza tal-ikklampjar taħt tagħbija sostnuta f'temperatura għolja) hija kritika għall-ġonot imbarrati fis-sistemi tal-likwidu li jkessaħ reatturi. Jikkonforma ma 'ASME SB-637 u ASTM B637.

Liga 600(UNS N06600), b'Ikbar minn jew ugwali għal 72 % nikil u 14–17 % kromju, kien l-istandard tal-industrija għat-tubi tal-ġeneratur tal-fwar PWR mis-sittinijiet sat-tmeninijiet. Madankollu, l-esperjenza fuq il-post wriet li f'kundizzjoni mitħna-ittemprat, Alloy 600 hija suxxettibbli għal PWSCC f'-ilma primarju b'temperatura għolja - mekkaniżmu ta' korrużjoni li jippropaga xquq intergranularment taħt stress tensili.

L-industrija nefqet madwar USD 20 biljun+ biex tissostitwixxi l-komponenti tal-Alloy 600 fuq bosta deċennji. Il-liga 600 tibqa' fis-servizz f'xi impjanti anzjani iżda m'għadhiex speċifikata għal kostruzzjoni ġdida. Il-fehim ta 'din l-istorja huwa kuntest essenzjali biex wieħed japprezza għaliex Alloy 690TT tiddomina speċifikazzjonijiet moderni.

Stainless Steel Gradi fis-Servizz Nukleari

Grad 316L(UNS S31603) u l-varjant 316LN imtejjeb tan-nitroġenu-tagħha huma ż-żiemel tax-xogħol tal-pajpijiet tas-sistema tat-tkessiħ nukleari. L-ispeċifikazzjoni tal--karbonju baxx (Inqas minn jew ugwali għal 0.03 % C) tipprevjeni s-sensitizzazzjoni waqt l-iwweldjar, u tippreserva r-reżistenza għall-korrużjoni fiż-żoni milquta tas-sħana-. Iż-żieda ta 'nitroġenu fi 316LN (0.10–0.16 % N) tikkumpensa għat-tnaqqis tas-saħħa ikkawżat minn karbonju baxx, kisba minimu ta' 0.2 % proof qawwa ta '205 MPa - rekwiżit importanti minħabba li l-pajpijiet nukleari għandhom jissodisfaw standards stretti ta' integrità tal-konfini tal-pressjoni taħt ASME Taqsima III, NB Klassi 1.

Pajping ta' dijametru kbir-316LN, falsifikati għal ASME SA-182 jew ASME SA-376, jifforma l-linja primarja tal-likwidu li jkessaħ f'PWRs - il-linja li tiċċirkola l-ilma sħun bejn ir-reċipjent tal-pressjoni tar-reattur u l-ġeneraturi tal-fwar. Dan huwa pajp kritiku ta' sikurezza-: falliment hawnhekk hija d-definizzjoni ta' inċident ta' telf ta' likwidu li jkessaħ (LOCA), l-avveniment ta' bidu fl-ippjanar ta' emerġenza nukleari.

Grad 304L(UNS S30403) huwa l-materjal standard għal inforri ta' konteniment nukleari, pools ta' fjuwil użat, kanali ta' riforniment, u tankijiet tal-ħażna ta'-volum kbir. Il-weldjabbiltà tagħha hija pendenti, u l-grad baxx ta'-karbonju jelimina r-riskju ta' sensitizzazzjoni fuq eluf ta' metri ta' ħjatat ta' weldjatura fi struttura ta' konteniment kbira. Pjanċa u folja huma fornuti lil ASME SA-240; pajp u tubu għal ASME SA-312.

Gradi 321(titanju-stabbilizzat) u 347 (nijobju-stabbilizzat) huma speċifikati għal komponenti li jgħaddu minn ċikli termali - tisħin u tkessiħ ripetuti - bħal skambjaturi tas-sħana, loops intermedji ta 'tkessiħ, u ċerti sistemi ta' pajpijiet. Elementi ta 'stabbilizzazzjoni kimikament jorbtu l-karbonju, jipprevjenu l-preċipitazzjoni tal-karbur tal-kromju anke wara ħin estiż f'temperaturi fil-medda ta' sensitizzazzjoni (425-850 grad). Iż-żewġ gradi jikkonformaw ma 'ASME SA-240 (pjanċa) u SA-182 (forġa).

Ligi taż-Żirkonju - Kisi tal-Fjuwil

L-ebda diskussjoni dwar materjali nukleari hija kompluta mingħajr ma ssemmi l-ligi taż-żirkonju. Zircaloy-4 u Zr-2.5Nb għandhom crosssection ta' assorbiment ta' newtroni termali ta' 0.18 barns biss - bejn wieħed u ieħor 40 darba inqas mill-istainless steel - li jagħmluhom essenzjalment trasparenti għan-newtroni meħtieġa biex isostnu r-reazzjoni katina. Il-gerbub tal-fjuwil huma magħluqa f'tubi tal-kisi tal-liga taż-żirkonju (tipikament 9.5 mm OD, ħajt 0.57 mm) li jiffurmaw l-ewwel barriera bejn il-fjuwil radjuattiv u l-likwidu li jkessaħ. Filwaqt li l-ligi taż-żirkonju jaqgħu barra mill-firxa tal-prodotti tal-istainless steel u tal-liga tan-nikil, ir-rwol tagħhom jispjega għaliex l-istainless steel huwa limitat għal applikazzjonijiet strutturali barra l-assemblaġġ tal-fjuwil innifsu.

Rekwiżiti ta 'Liegi Nukleari: Tabella ta' Referenza ta 'malajr

It-tabella hawn taħt tipprovdi referenza kkonsolidata għall-inġiniera u t-timijiet tal-akkwist li jispeċifikaw il-ligi għall-applikazzjonijiet tal-impjanti tal-enerġija nukleari.

Tabella 1: Ligi ewlenin u gradi tal-istainless steel użati f'impjanti tal-enerġija nukleari, bi standards applikabbli. *Liga 600 miżmuma f'xi impjanti tal-wirt; mhux speċifikat għal kostruzzjoni ġdida. Zircaloy elenkat għal referenza biss.

Kodiċi u Standards Nukleari: Dak li Jirregola l-Kwalifiki Materjali

Materjali nukleari huma fost l-aktar regolati b'mod strett fi kwalunkwe industrija. Materjal ma jistax sempliċement jilħaq l-ispeċifikazzjoni kimika u mekkanika tiegħu - irid ikun traċċabbli, ittestjat, iddokumentat, u kwalifikat taħt programm ta' assigurazzjoni tal-kwalità. L-oqfsa ta’ tmexxija ewlenin huma:

Kodiċi tal-Boiler u Reċipjenti tal-Pressjoni ASME (BPVC) Taqsima III: Il-kodiċi primarju għal tankijiet ta 'pressjoni nukleari, pajpijiet, pompi, u valvi fl-Istati Uniti u f'ħafna swieq internazzjonali. Il-materjali għandhom jidhru fit-tabelli tal-materjali approvati (eż., Code Case N-60 għal Alloy 690).

RCC-M (Kodiċi Nukleari Franċiż): L-ekwivalenti Franċiż, obbligatorju għar-reatturi EPR u referenzjat b'mod wiesa' internazzjonalment. RCC-M M4105 tkopri tubi Alloy 690TT.

ASME NQA-1: Rekwiżiti ta' assigurazzjoni tal-kwalità għall-faċilitajiet nukleari. Kull ċertifikat tal-materjal, rekord tat-trattament tas-sħana, u rapport tat-test għandhom ikunu traċċabbli għal numru uniku tas-sħana.

10 CFR 50 Appendiċi B (US NRC): Il-kriterji tal-assigurazzjoni tal-kwalità tal-Kummissjoni Regolatorja Nukleari tal-Istati Uniti għall-impjanti tal-enerġija nukleari, li japplikaw għall-materjali kollha relatati mas-sikurezza-.

Standards ta' Sigurtà tal-IAEA (SSR-2/1): Rekwiżiti tal-Aġenzija Internazzjonali tal-Enerġija Atomika għad-disinn ta' impjanti tal-enerġija nukleari, referenzjati minn korpi regolatorji f'aktar minn 40 pajjiż.

Fil-prattika, dan ifisser ċertifikat tat-test tal-mitħna (MTC) għal tubi ta' Alloy 690 ta' grad nukleari-jista' jdum għal 10 paġni jew aktar, li jiddokumenta l-kimika (analiżi tas-sħana u analiżi tal-prodott), proprjetajiet tensili f'temperatura tal-kamra u għolja, ebusija, testijiet tal-korrużjoni, spezzjoni dimensjonali, u riżultati ta' eżami mhux-distruttiv {4} awtorizzati kollha spezzjonati{4}.

X'għandek Fittex Meta Takkwista Ligi Nukleari-Grad

It-timijiet tal-akkwist li jispeċifikaw l-istainless steel jew il-ligi tan-nikil għal servizz nukleari għandhom jivverifikaw dan li ġej qabel ma joħorġu ordni ta’ xiri:

Kwalifika nukleari: Ikkonferma li l-materjal huwa approvat taħt il-kodiċi applikabbli (ASME III, RCC-M, JSME, jew KEPIC) u li l-mitħna għandha l-programm ta' kwalità nukleari meħtieġ (NQA-1 jew ekwivalenti) fis-seħħ.

Traċċabilità tas-sħana: Kull biċċa għandha tintraċċa lura għal numru uniku tas-sħana tad-dewweb. It-taħlit tas-sħana mingħajr dokumentazzjoni mhuwiex-konformi fil-ktajjen tal-provvista nukleari.

Spezzjoni ta'-parti terza: Spettur nukleari awtorizzat (ANI) jew parti terza approvata għandha tkun xhieda u tiċċertifika testijiet ewlenin fil-mitħna. Ir-rekwiżiti tal-punt tax-xhieda (W) u l-punt ta 'żamma (H) huma definiti fl-ordni tax-xiri.

Identifikazzjoni pożittiva tal-materjal (PMI): -Verifika XRF jew OES fis-sit li l-liga riċevuta taqbel mal-liga ordnata hija obbligatorja għall-komponenti klassifikati ta' sikurezza-.

Oġġetti foloz u frawdolenti (CFSI): L-akkwist nukleari għandu jinkludi miżuri ta' prevenzjoni CFSI għal kull NRC FL-2012-10. Ikseb biss mingħand fornituri approvati b'lista ta' fornituri approvati (ASL) dokumentata.

Konklużjoni

L-impjanti tal-enerġija nukleari jitolbu ligi li jmorru ferm lil hinn mill-gradi industrijali standard. Alloy 690TT huwa l-punt ta 'referenza għat-tubi tal-ġeneratur tal-fwar preċiżament minħabba li ssolvi l-problema tal-PWSCC li ġarrbet il-Liga 600 għal għexieren ta' snin. Alloy 625 u Alloy 718 jagħtu s-saħħa u r-reżistenza għar-radjazzjoni meħtieġa għall-intern tal-qalba u qfieli ta' -istress għoli. Azzar li ma jissaddadx awstenitiku - partikolarment 316LN, 304L, u gradi stabbilizzati 321 u 347 - jiffurmaw is-sinsla tas-sistemi ta' pajpijiet, konteniment u skambju tas-sħana tal-likwidu li jkessaħ.

Dak li jgħaqqad dawn il-materjali kollha huwa kwalifika rigoruża: kimika, ittestjar mekkaniku, traċċabilità tas-sħana, konformità tal-kodiċi, u spezzjoni indipendenti. Fl-enerġija nukleari, il-burokrazija mhix burokrazija - hija integrità tal-inġinerija. L-għażla ta' fornitur kwalifikat bi programm ta' kwalità nukleari ppruvat mhijiex preferenza; huwa rekwiżit.