Aké sú aplikácie zirkónových trubíc?

Kľúčové vlastnosti, ktoré riadia aplikácie zirkónových trubíc

Zirkónové trubice sú špecifikované tam, kde je odolnosť proti korózii a spoľahlivosť pri zvýšených teplotách dôležitejšia ako pomer pevnosti-k{1}}hmotnosti. Zirkónium má veľmi nízky prierez absorpcie tepelných neutrónov-, čo je vlastnosť, ktorá ho robí nepostrádateľným v jadrovom inžinierstve. V chemickom prostredí odoláva pôsobeniu väčšiny minerálnych a organických kyselín, vrátane kyseliny octovej, chlorovodíkovej a dusičnej, a dobre funguje v redukčných a mierne oxidačných prostrediach. Kov si tiež zachováva užitočnú pevnosť pri vysokej teplote, čo umožňuje zirkónovým rúram pracovať v horúcich korozívnych prúdoch, kde by nehrdzavejúca oceľ a dokonca aj titán zlyhali. Tieto vlastnosti určujú tri hlavné skupiny aplikácií: jadrové zariadenia, zariadenia na chemické spracovanie a špecializované priemyselné zariadenia.

Jadrová energia: Plášť paliva a komponenty jadra

Najväčšie a najnáročnejšie využitie zirkónových trubíc je v jadrových reaktoroch. Palivové pelety sú utesnené vo vnútri tenkých rúrok zo zliatiny zirkónia, nazývaných palivový plášť, ktoré obsahujú štiepne produkty a prenášajú teplo do chladiacej kvapaliny. Plášť nesmie absorbovať takmer žiadne neutróny, preto sa namiesto nehrdzavejúcej ocele používajú zliatiny zirkónia ako Zircaloy-2 a Zircaloy-4. Tlakové rúrky Zr-2,5Nb prepravujú chladivo ťažkej vody v tlakových reaktoroch ťažkej vody. Za palivovými kanálikmi sa zirkónové trubice objavujú vo vodiacich trubiciach, dištančných mriežkach a prístrojových kanáloch, kde sa vyžaduje nízka absorpcia neutrónov a odolnosť proti korózii počas projektovanej životnosti mnohých rokov.

Chemické spracovanie: Výmenníky tepla, reaktory a kondenzátory

V chemických závodoch sa zirkónové rúrky používajú v plášťových{0}}a{1}}trubkových výmenníkoch tepla, kondenzátoroch, reaktoroch, destilačných kolónach a potrubných systémoch na manipuláciu s korozívnymi kvapalinami. Služba kyseliny octovej je klasická aplikácia, pretože zirkón toleruje kyselinu octovú pri vysokej teplote a koncentrácii, kde iné kovy zlyhávajú. Medzi ďalšie osvedčené služby patrí kyselina chlorovodíková pri miernej teplote, kyselina dusičná, kyselina sírová s nízkou koncentráciou a organické kyseliny vo farmaceutickej a jemnej chemickej výrobe. Chemické a biologické reaktory ťažia z odolnosti zirkónu voči jamkovej a koróznemu praskaniu. Hoci zväzky zirkóniových trubíc stoja viac ako ekvivalenty z nehrdzavejúcej ocele alebo titánu, môžu poskytnúť dlhšiu životnosť a nižšiu údržbu v náročných podmienkach, čo odôvodňuje prémiu na základe životného cyklu.

Iné priemyselné aplikácie

Mimo jadrových a chemických závodov sa zirkónové rúrky používajú v moriacich zariadeniach na konečnú úpravu kovov, v zariadeniach s morskou vodou a morom, kde je silný útok chloridov, a pri výrobe peroxidu vodíka, kde sa železo a iné kovové ióny musia držať mimo produktu. Zirkónium je tiež legované pre lekárske implantáty a komponenty na báze zirkónu-sa objavujú v špecializovaných laboratórnych a analytických zariadeniach. Niektoré systémy chovu rýb a akvakultúry používajú kovy-odolné voči korózii v slučkách morskej vody, hoci ide o menší trh v porovnaní s chemickým a jadrovým sektorom.

Stupne a štandardy

Zirkónové rúrky sú špecifikované triedou podľa použitia a platnej normy.

Chemické triedy sa zvyčajne dodávajú podľa ASTM B523 a B658, zatiaľ čo jadrové triedy sa riadia špecifikáciou dodávateľa reaktora a národnými jadrovými normami. Rúry sú ponúkané v bezšvíkových a zváraných konštrukciách s veľkosťami od malých rúrok pre prístrojové vybavenie až po rúry s veľkým-priemerom.

Úvahy o výbere a obstarávaní

Pri výbere zirkónových trubíc je potrebné najskôr definovať podmienky procesu: korozívne médium a jeho koncentráciu, teplotu, tlak a predpokladanú životnosť. Korózne médium určuje skupinu zliatin, teplota a tlak určujú hrúbku steny a spôsob spájania a regulačný rámec určuje, či sa vyžaduje jadrová-certifikovaná trieda. Pre chemický servis špecifikujte štandard, triedu, vonkajší priemer, hrúbku steny, dĺžku a povrchovú úpravu a vyžiadajte si certifikát frézy s chemickou analýzou a výsledkami mechanických skúšok. Zváranie zirkónu vyžaduje ochranu inertným plynom, aby sa zabránilo krehnutiu, takže schopnosť výroby je kľúčovou súčasťou hodnotenia dodávateľa.

Často kladené otázky

Prečo sa zirkónium používa na obaľovanie jadrového paliva?

Pretože zirkónium má výnimočne nízky prierez absorpcie tepelných neutrónov-, plášť neplytvá neutrónmi a reaktor udržiava reťazovú reakciu s menším množstvom paliva ako plášť z nehrdzavejúcej ocele.

Aké kyseliny zvládnu zirkónové trubice?

Zirkónium odoláva kyseline octovej, dusičnej a chlorovodíkovej pri miernych teplotách, spolu s inými organickými kyselinami a niektorými redukčnými médiami, a preto sa používa v agresívnych chemických výmenníkoch tepla a reaktoroch.

Aký je rozdiel medzi Zr702 a Zircaloy-4?

Zr702 je komerčne čisté zirkónium pre chemické služby, zatiaľ čo Zircaloy-4 je jadrová trieda legovaná cínom vyvinutá na obaľovanie paliva s kontrolovanou koróziou a mechanickým správaním v podmienkach reaktora.

Dajú sa zirkónové rúrky zvárať?

Áno, ale zváranie vyžaduje prísne tienenie inertným plynom, pretože zirkónium absorbuje kyslík a dusík pri vysokej teplote a bez ochrany sa stáva krehkým.

Sú zirkónové trubice drahšie ako titánové trubice?

Vo všeobecnosti áno na základe jednotkovej hmotnosti, ale v silnej kyslej prevádzke môže zirkónium prekonať alternatívy so širokým rozpätím, vďaka čomu sú náklady na životný cyklus konkurencieschopné.

Ktoré normy sa vzťahujú na zirkónové trubice?

Chemické triedy sa bežne dodávajú podľa ASTM B523 a B658, zatiaľ čo jadrové triedy sa riadia špecifikáciami dodávateľa reaktorov a národnými jadrovými normami.