Gofynion Aloi Offer Pŵer Niwclear: Yr hyn y mae angen ichi ei wybod

Rhagymadrodd

Mae gorsaf ynni niwclear yn un o'r amgylcheddau materol mwyaf heriol ar y Ddaear. Rhaid i aloion a ddefnyddir y tu mewn i adweithydd ar yr un pryd wrthsefyll gwres eithafol, ymbelydredd dwys, dŵr gwasgedd uchel neu stêm, a bygythiad di-baid o gyrydiad - yn aml am 60 mlynedd neu fwy heb ei ddisodli. Cael y deunydd yn anghywir, ac mae'r canlyniadau'n amrywio o gau i lawr costus heb ei gynllunio i halogiad ymbelydrol yn yr achos gwaethaf.

Mae'r canllaw hwn yn esbonio pa raddau dur di-staen a aloi nicel a ddefnyddir mewn gweithfeydd pŵer niwclear, pam y dewiswyd pob un, a pha safonau rhyngwladol sy'n llywodraethu eu defnydd. P'un a ydych chi'n beiriannydd sy'n nodi deunyddiau ar gyfer adeilad newydd, yn bar a phlât cyrchu proffesiynol caffael, neu'n syml yn rhywun sy'n chwilfrydig ynghylch sut mae gweithfeydd niwclear yn cael eu hadeiladu i bara, mae'r erthygl hon yn rhoi'r ffeithiau sydd eu hangen arnoch chi.

Egluro Defnyddiau Niwclear

Mae cydrannau planhigion niwclear yn wynebu pedwar bygythiad cydamserol na all yr un metel cyffredin ei drin ar ei ben ei hun:

Tymheredd uchel:Mae oerydd cynradd mewn adweithydd dŵr dan bwysedd (PWR) yn rhedeg ar tua 315-343 gradd ar 155 bar. Mae adweithyddion dŵr berwedig (BWRs) yn gweithredu tua 285 gradd ar 75 bar.

Ymbelydredd uchel:Mae niwtronau cyflym a phelydrau gama yn achosi dadleoli atomig mewn metelau, gan arwain at chwyddo, embrittled, a newidiadau mewn priodweddau mecanyddol dros amser - ffenomen a elwir yn ddifrod ymbelydredd neu embrittlement arbelydru.

Cyrydiad:Mae dŵr poeth, purdeb uchel gyda hydrogen toddedig (PWRs) neu ddŵr ocsigenedig (BWRs) yn creu amgylchedd electrocemegol hynod ymosodol, sy'n arbennig o beryglus ar gyfer aloion sy'n agored i gracio cyrydiad straen (SCC).

Bywyd gwasanaeth hir:Mae gweithfeydd niwclear wedi'u trwyddedu am 40-60 mlynedd, gyda-rhaglenni ymestyn oes yn gwthio cydrannau i 80 mlynedd. Rhaid i ddeunyddiau gynnal priodweddau ar draws yr oes gyfan hon.

Dur gwrthstaen austenitig a-superalloys seiliedig ar nicel yw'r ateb i'r her hon. Mae eu hwyneb-strwythurau grisial ciwbig-ganolog (FCC) yn gwrthsefyll embrittlement ymbelydredd, mae eu cynnwys cromiwm uchel yn ffurfio haen ocsid hunan-iacháu yn erbyn cyrydiad, ac mae eu cynnwys nicel uchel yn darparu caledwch eithriadol ar draws yr ystod tymheredd gweithredu llawn.

Aloiau Nicel mewn Planhigion Pŵer Niwclear

Os oes un aloi sy'n diffinio dyluniad PWR modern, Alloy 690 (UNS N06690) ydyw. Gyda chyfansoddiad enwol o 58 % nicel, 29% cromiwm, a 9% haearn, datblygwyd Alloy 690 yn benodol i ddisodli'r Alloy 600 hŷn, a brofodd yn agored i gracio cyrydiad straen dŵr sylfaenol (PWSCC) ar ôl blynyddoedd mewn gwasanaeth - problem a arweiniodd at atgyweiriadau drud iawn mewn gweithfeydd ledled y byd.

Mae'r dynodiad "TT" yn golygu triniaeth wres dan reolaeth sy'n gwaddodi carbidau cromiwm ar ffiniau grawn. Mae'r addasiad microstrwythurol hwn fwy neu lai yn dileu tueddiad PWSCC. Heddiw, mae pob generadur stêm PWR newydd a adeiladwyd yn fyd-eang - o'r AP1000 yn Tsieina a'r Unol Daleithiau i'r EPR yn Ffrainc a'r Deyrnas Unedig - yn pennu tiwbiau Alloy 690TT fesul ASME SB-163, yn nodweddiadol mewn 19.05 mm OD gyda thrwch wal 1.07 mm. Mae un generadur stêm mawr yn cynnwys tua 10,000 o diwbiau, pob un hyd at 21 metr o hyd.

aloi 625yn dod â chyfuniad pwerus o briodweddau i wasanaeth niwclear: Yn fwy na neu'n hafal i 58 % nicel, 20–23 % cromiwm, ac 8–10 % molybdenwm. Mae ei gryfder tynnol yn y cyflwr anelio yn fwy na 830 MPa, ac mae'n cadw caledwch rhagorol ar ôl arbelydru niwtron. Mae'r nodweddion hyn yn gwneud Alloy 625 yn ddeunydd o ddewis ar gyfer mewnoliadau craidd yr adweithydd, cladin ffroenellau llestr pwysedd yr adweithydd, a chydrannau strwythurol y tu mewn i lestr yr adweithydd, lle nad oes modd osgoi amlygiad i ymbelydredd a chyswllt oerydd cyrydol. Fe'i pennir i ASME SB-443 (plât) ac ASME SB-446 (bar).

aloi 718 yn wodiad{0}}aloi cromiwm nicel wedi'i galedu- gyda chryfder tynnol eithaf o fwy na 1,380 MPa yn yr oedran -cyflwr caled - ymhlith yr uchaf o unrhyw aloi sy'n gwrthsefyll cyrydiad - sydd ar gael. Mewn gweithfeydd niwclear, fe'i defnyddir ar gyfer caewyr cryfder uchel, ffynhonnau dal i lawr, a mewnoliadau adweithyddion sy'n gorfod cynnal dimensiynau mecanyddol manwl gywir dros ddegawdau. Mae ei wrthwynebiad i ymlacio (colli grym clampio'n raddol o dan lwyth parhaus ar dymheredd uchel) yn hanfodol ar gyfer cymalau wedi'u bolltio mewn systemau oerydd adweithyddion. Mae'n cydymffurfio ag ASME SB-637 ac ASTM B637.

Aloi 600(UNS N06600), gyda Mwy na neu'n hafal i 72 % nicel a 14–17 % cromiwm, oedd safon y diwydiant ar gyfer tiwbiau generadur ager PWR o'r 1960au i'r 1980au. Fodd bynnag, datgelodd profiad maes fod Alloy 600 mewn cyflwr anelio felin, mae Alloy 600 yn agored i PWSCC mewn -dŵr cynradd tymheredd uchel - mecanwaith cyrydiad sy'n lluosogi craciau yn rhyngranynnol o dan straen tynnol.

Gwariodd y diwydiant amcangyfrif o USD 20 biliwn+ yn disodli cydrannau Alloy 600 dros sawl degawd. Mae Alloy 600 yn parhau mewn gwasanaeth mewn rhai gweithfeydd hŷn ond nid yw bellach wedi'i nodi ar gyfer adeiladu newydd. Mae deall yr hanes hwn yn gyd-destun hanfodol ar gyfer gwerthfawrogi pam mae Alloy 690TT yn dominyddu manylebau modern.

Graddau Dur Di-staen mewn Gwasanaeth Niwclear

Gradd 316L(UNS S31603) a'i amrywiad gwella nitrogen 316LN yw ceffylau gwaith pibellau system oeri niwclear. Mae'r fanyleb carbon isel (Llai na neu'n hafal i 0.03 % C) yn atal sensiteiddio yn ystod weldio, gan gadw ymwrthedd cyrydiad mewn-parthau yr effeithir arnynt gan wres. Mae ychwanegu nitrogen mewn 316LN (0.10–0.16 % N) yn gwneud iawn am y gostyngiad cryfder a achosir gan garbon isel, gan gyflawni cryfder prawf o 0.2% o leiaf o 205 MPa - gofyniad pwysig oherwydd mae'n rhaid i bibellau niwclear fodloni safonau cywirdeb ffiniau gwasgedd llym o dan ASME Adran III, DS Dosbarth 1.

Mae pibellau -diamedr 316LN mawr, wedi'u ffugio i ASME SA-182 neu ASME SA-376, yn ffurfio'r ddolen oerydd gynradd yn PWRs - y ddolen sy'n cylchredeg dŵr poeth rhwng llestr pwysedd yr adweithydd a'r generaduron stêm. Mae hon yn bibell gritigol o ran diogelwch: methiant yma yw'r diffiniad o ddamwain colli oerydd (LOCA), sef y digwyddiad cychwyn ym maes cynllunio at argyfwng niwclear.

Gradd 304L(UNS S30403) yw'r deunydd safonol ar gyfer leinwyr cyfyngiant niwclear, cronfeydd gweddillion tanwydd, camlesi ail-lenwi â thanwydd, a thanciau storio cyfaint mawr. Mae ei weldadwyedd yn rhagorol, ac mae'r radd carbon isel yn dileu'r risg sensiteiddio ar draws miloedd o fetrau o wythiennau weldio mewn strwythur cyfyngiant mawr. Mae plât a dalen yn cael eu cyflenwi i ASME SA-240; pibell a thiwb i ASME SA-312.

Graddau 321(titaniwm{0}}sefydlogi) a 347 (niobium-wedi'i sefydlogi) wedi'u pennu ar gyfer cydrannau sy'n mynd trwy gylchred thermol - gwresogi ac oeri dro ar ôl tro - megis cyfnewidwyr gwres, dolenni oeri canolradd, a systemau pibellau penodol. Mae elfennau sefydlogi carbon yn rhwymo'n gemegol, gan atal dyddodiad cromiwm carbid hyd yn oed ar ôl amser estynedig ar dymheredd yn yr ystod sensiteiddio (425-850 gradd). Mae'r ddwy radd yn cydymffurfio ag ASME SA-240 (plât) a SA-182 (forgings).

Aloi Zirconium - Cladin Tanwydd

Nid oes unrhyw drafodaeth am ddeunyddiau niwclear yn gyflawn heb sôn am aloion zirconium. Mae gan Zircaloy-4 a Zr-2.5Nb draws-adran amsugno niwtronau thermol o ddim ond 0.18 ysgubor - tua 40 gwaith yn is na dur gwrthstaen - gan eu gwneud yn y bôn yn dryloyw i'r niwtronau sydd eu hangen i gynnal yr adwaith cadwynol. Mae pelenni tanwydd wedi'u gorchuddio â thiwbiau cladin aloi zirconiwm (fel arfer 9.5 mm OD, wal 0.57 mm) sy'n ffurfio'r rhwystr cyntaf rhwng y tanwydd ymbelydrol a'r oerydd. Er bod aloion zirconium yn disgyn y tu allan i'r ystod cynnyrch aloi dur di-staen a nicel, mae eu rôl yn esbonio pam mae dur di-staen yn gyfyngedig i gymwysiadau strwythurol y tu allan i'r cynulliad tanwydd ei hun.

Gofynion Aloi Niwclear: Tabl Cyfeirio Cyflym

Mae'r tabl isod yn rhoi cyfeirnod cyfunol ar gyfer peirianwyr a thimau caffael sy'n nodi aloion ar gyfer cymwysiadau gorsafoedd ynni niwclear.

Tabl 1: Aloeon allweddol a graddau dur di-staen a ddefnyddir mewn gweithfeydd pŵer niwclear, gyda safonau cymwys. * Alloy 600 wedi'i gadw mewn rhai planhigion etifeddiaeth; heb ei nodi ar gyfer adeiladu newydd. Zircaloy a restrir ar gyfer cyfeirio yn unig.

Codau a Safonau Niwclear: Yr Hyn sy'n Rheoli Cymhwyster Deunydd

Mae deunyddiau niwclear ymhlith y rhai a reoleiddir fwyaf llym mewn unrhyw ddiwydiant. Ni all defnydd yn syml fodloni ei fanyleb gemegol a mecanyddol - rhaid iddo fod yn olrheiniadwy, wedi'i brofi, wedi'i ddogfennu ac yn gymwys o dan raglen sicrhau ansawdd. Y fframweithiau llywodraethu allweddol yw:

Cod Boeler a Llongau Pwysedd ASME (BPVC) Adran III: Y cod sylfaenol ar gyfer pibellau pwysedd niwclear, pibellau, pympiau a falfiau yn yr Unol Daleithiau a llawer o farchnadoedd rhyngwladol. Rhaid i ddeunyddiau ymddangos mewn tablau deunyddiau cymeradwy (ee, Achos Cod N-60 ar gyfer Alloy 690).

RCC{0}}M (Cod Niwclear Ffrangeg): Yr hyn sy'n cyfateb i Ffrainc, sy'n orfodol ar gyfer adweithyddion EPR ac y cyfeirir ato'n eang yn rhyngwladol. Mae RCC-M M4105 yn cwmpasu tiwbiau Alloy 690TT.

ASME NQA-1: Gofynion sicrwydd ansawdd ar gyfer cyfleusterau niwclear. Rhaid gallu olrhain pob tystysgrif ddeunydd, cofnod triniaeth wres, ac adroddiad prawf i rif gwres unigryw.

10 CFR 50 Atodiad B (US NRC): Meini prawf sicrhau ansawdd Comisiwn Rheoleiddio Niwclear UDA ar gyfer gorsafoedd ynni niwclear, sy'n berthnasol i'r holl ddeunyddiau sy'n ymwneud â diogelwch.

Safonau Diogelwch IAEA (SSR-2/1): Gofynion yr Asiantaeth Ynni Atomig Ryngwladol ar gyfer dylunio gorsafoedd ynni niwclear, y cyfeirir atynt gan gyrff rheoleiddio mewn dros 40 o wledydd.

Yn ymarferol, mae hyn yn golygu y gall tystysgrif prawf melin (MTC) ar gyfer tiwbiau aloi 690 gradd niwclear redeg i 10 tudalen neu fwy, yn dogfennu cemeg (dadansoddi gwres a dadansoddi cynnyrch), priodweddau tynnol ar dymheredd ystafell a thymheredd uchel, caledwch, profion cyrydiad, archwiliad dimensiwn, a chanlyniadau arholiadau nad ydynt yn ddinistriol - i gyd wedi'u cymeradwyo gan arolygydd awdurdodedig.

Beth i Edrych amdano Wrth Gyrchu Aloion Graddau Niwclear-

Dylai timau caffael sy'n nodi aloion dur gwrthstaen neu nicel ar gyfer gwasanaeth niwclear wirio'r canlynol cyn rhoi archeb brynu:

Cymhwyster niwclear: Cadarnhewch fod y deunydd wedi'i gymeradwyo o dan y cod perthnasol (ASME III, RCC-M, JSME, neu KEPIC) a bod gan y felin y rhaglen ansawdd niwclear ofynnol (NQA-1 neu gyfwerth) ar waith.

Olrhain gwres: Rhaid i bob darn olrhain yn ôl i rif gwres toddi unigryw. Nid yw cymysgu gwres heb ddogfennaeth yn-cydymffurfio mewn cadwyni cyflenwi niwclear.

Arolygiad trydydd parti: Rhaid i arolygydd niwclear awdurdodedig (ANI) neu drydydd parti cymeradwy fod yn dyst ac ardystio profion allweddol yn y felin. Diffinnir gofynion pwynt tyst (W) a phwynt dal (H) yn y gorchymyn prynu.

Adnabod deunydd cadarnhaol (PMI): Mae gwiriad ar-safle XRF neu OES bod yr aloi a dderbyniwyd yn cyfateb i'r aloi a archebwyd yn orfodol ar gyfer diogelwch-cydrannau dosbarthedig.

Eitemau ffug a thwyllodrus (CFSI): Rhaid i gaffael niwclear gynnwys mesurau atal CFSI fesul NRC YN 2012-10. Dim ond gan gyflenwyr cymeradwy sydd â rhestr o gyflenwyr cymeradwy (ASL) y dylech eu caffael.

Casgliad

Mae gweithfeydd pŵer niwclear yn galw am aloion sy'n mynd ymhell y tu hwnt i raddau diwydiannol safonol. Alloy 690TT yw'r meincnod ar gyfer tiwbiau generadur stêm yn union oherwydd ei fod yn datrys y broblem PWSCC sydd wedi plagio Alloy 600 ers degawdau. Mae Alloy 625 ac Alloy 718 yn darparu'r cryfder a'r ymwrthedd ymbelydredd sydd eu hangen ar gyfer mewnoliadau craidd a chaeadwyr straen uchel. Mae duroedd di-staen austenitig - yn enwedig 316LN, 304L, a graddau sefydlog 321 a 347 - yn ffurfio asgwrn cefn systemau pibellau oerydd, cyfyngiant a chyfnewid gwres.

Yr hyn sy'n uno'r holl ddeunyddiau hyn yw cymhwyster trwyadl: cemeg, profion mecanyddol, olrhain gwres, cydymffurfio â chod, ac archwilio annibynnol. Mewn ynni niwclear, nid biwrocratiaeth - yw'r gwaith papur ond cywirdeb peirianyddol. Nid yw dewis cyflenwr cymwys sydd â rhaglen ansawdd niwclear brofedig yn ffafriaeth; gofyniad ydyw.