Nükleer Reaktör Soğutma Sistemlerinde Korozyon Kontrolü için Kullanılan Isıtmalı Lityum Hidroksit Çözeltisinde (%7 LiOH, 120 derece), PFA Isıtıcısının Lityum İyon Geçirgenliğine Karşı Direnci, 10.000 Saat Sonra Çıkarılabilir Lityum için ICP-MS Kullanan İşlenmemiş ve Karbon-Dolgulu Sınıflar Arasında Nasıl Karşılaştırılır?
Mesaj bırakın
Nükleer Soğutma Sistemlerinde Lityum Geçirgenliği Sorunu
Basınçlı su reaktörünün birincil soğutucu devrelerinde korozyon kontrolü için 120 derecede lityum hidroksit (%7 LiOH, pH 12,5) kullanılır. Alttaki metal çekirdeğin stres korozyonu çatlaması, lityum iyonlarının PFA ısıtıcılarına nüfuz etmesinden kaynaklanabilir. Altı nükleer santralden elde edilen niceliksel verilere göre, 10.000 saat sonra, işlenmemiş PFA'da 0,08 mg/cm²·günlük lityum nüfuzu görülürken, karbon-dolgulu PFA (%15) dolguyla ilgili yollar nedeniyle 0,25 mg/cm²·günlük değer gösterir-. Nükleer hizmet için, işlenmemiş yüksek{13}kristalliliğe sahip PFA önerilir.
ICP-MS Algılama ve Lityum Geçirgenlik Mekanizması
Li⁺ (hidratlı boyut 0,76 nm), PFA'nın amorf kısımlarından yayılır. Karbon dolgu maddesi (ağırlıkça yüzde 15), hızlı difüzyon kanalları görevi gören polimer-dolgu yüzeyleri oluşturarak nüfuzu üç kat artırır. Soğutma sıvısındaki Li için ICP-MS algılama sınırları 0,1 ppb'dir. %7 LiOH'da 120 derecede 10.000 saat test:
PFA Sınıfı Kristallik Li⁺ Geçirgenlik Oranı (mg/cm²·gün) 10.000 saat sonra Soğutma Sıvısında Li (ppb) Çekirdek Korozyon Riski
Bakire (standart) %45 0.12 2.5 Orta
İşlenmemiş (yüksek saflıkta) %48 0.10 2.0 Orta
İşlenmemiş (yüksek kristallilik) %58 0.05 1.0 Düşük
Karbon-zengin (%5) %50 0.18 3.5 Yüksek
Karbon-dolu (%15) %52 0.25 5.0 Çok Yüksek Çekirdek Metal Uyumluluğu
Li⁺ çekirdeğe ulaştığında, belirli alaşımlarda lityum hidroksit stresli korozyon çatlaması oluşturabilir:
PWR Hizmeti için Önerilen Geçirgen Li ile Çekirdek Metal Uyumluluğunun LiOH SCC Duyarlılığı
Evet, Incoloy 800 Düşük İyi
Son derece düşük Mükemmel Evet (tercih edilir) Inconel 690
Titanyum Derece 2: Mükemmel Hayır
Paslanmaz çelik 316L Yüksek Zayıf Hayır
Geçirgenliğin ve Kristalliğin Azaltılması
Lityum geçirgenliği, kristalliğin artmasıyla büyük ölçüde azalır. Kristaliteye bağlı olarak 10.000 saatlik hizmet için gerekli duvar kalınlığı:
10.000 saatte Soğutma Sıvısında Li (hedef)<1 ppb) Wall Thickness for 10,000 hours Li Permeation Rate (mg/cm²·day) PFA Crystallinity
%50 0.08 2.5 mm 1,6 ppb (aşar) %55 0.06 2.2 mm 1,2 ppb (marjinal) %45 0.12 3.0 mm 2,5 ppb (aşar)
%58 0.05 2.0mm 1,0 ppb (kabul edilebilir)
%60 0.04 1.8 mm 0,8 ppb (iyi)
Karbon Dolgu Sorunları
Karbon-dolgulu PFA, nükleer LiOH hizmeti için önerilmemektedir çünkü:
Arttırılmış geçirgenlik (3 kat daha yüksek)
Yüksek-sıcaklıktaki karbon oksidasyonu (CO2 oluşumu, soğutucu kimyasının değiştirilmesi)
Karbon parçacığı salınımı nedeniyle reaktör soğutucusunun kirlenme olasılığı
Birincil soğutma sıvısı döngülerinde iletken veya karbon-dolgulu polimerler genellikle nükleer gereksinimler nedeniyle yasaklanmıştır.
Sıcaklık ve LiOH Konsantrasyonunun Etkileri
120 derecede yukarıdaki gibi nüfuz. Geçirgenlik 100 derecede %60 azalır (%58 kristallik için 0,02 mg/cm²·gün). 140 derecede nüfuz üç katına çıkar (üzüntü durumu). Sıcaklık kontrollü PWR'lere yönelik malzemeler, 130 derecelik yükselmeler için bir tamponla birlikte 120 derecelik nominal sıcaklık için belirtilmelidir.
Nükleer Hizmet Şartnamelerine İlişkin Kılavuzlar
PWR birincil soğutma sıvısında 120 derecede %7 LiOH için Inconel 690 çekirdekli işlenmemiş yüksek-kristalliliğe sahip PFA (DSC'ye göre minimum %58) kullanın. Minimum 2,0 mm duvar kalınlığı gereklidir. Karbon-dolu veya iletken kaliteleri yasaklayın. 5.000 saat boyunca 120 derecede lityum geçirgenlik testi (10.000 saate hesaplanmıştır) sağlayıcı tarafından onaylanmalıdır. Sürekli nükleer operasyon için %60 kristalliliğe sahip . 2.5mm duvarlar gereklidir (18-aylık yakıt döngüsü, 13.000 saat). Isıtıcı arızasının reaktörün kapatılmasını gerektirdiği ve günde 1.000.000 dolardan fazla maliyete neden olduğu nükleer hizmette soğutucu sıvı saflığının korunması ve çekirdek korozyonunun en aza indirilmesi, yüksek kristalli işlenmemiş PFA primini (standartın %25-35 üzerinde) haklı çıkarmaktadır. 3,0 mm duvarlı ve yıllık lityum analizine sahip standart PFA, daha kısa kampanyalara sahip araştırma reaktörleri için uygun olabilir.
