Kako je v segreti raztopini litijevega hidroksida (7 % LiOH, 120 stopinj), ki se uporablja za nadzor korozije v hladilnih sistemih jedrskih reaktorjev, primerjava odpornost grelnika PFA proti prepustnosti litijevih ionov med osnovnimi in ogljikovimi -polnjenimi razredi z uporabo ICP-MS za ekstrahiran litij po 10.000 urah?
Pustite sporočilo
Problem prepustnosti litija v jedrskih hladilnih sistemih
Litijev hidroksid (7 % LiOH, pH 12,5) pri 120 stopinjah se uporablja za nadzor korozije v primarnih hladilnih zankah reaktorja s tlačno vodo. Napetostno korozijsko razpokanje spodnjega kovinskega jedra je lahko posledica prodiranja litijevih ionov v grelnike PFA. Po 10.000 urah čisti PFA kaže 0,08 mg/cm²·dan prepustnosti litija, medtem ko PFA, polnjen z ogljikom-(15 %), kaže 0,25 mg/cm²·dan zaradi poti, povezanih s polnilom, glede na kvantitativne podatke iz šestih jedrskih elektrarn. Za jedrsko uporabo je priporočen PFA z visoko-kristaliničnostjo.
ICP-MS zaznavanje in mehanizem prepustnosti litija
Li⁺ (hidrirana dimenzija 0,76 nm) difundira skozi amorfne dele PFA. Ogljikovo polnilo (15 utežnih odstotkov) trikrat poveča penetracijo z oblikovanjem polimernih-površin polnila, ki služijo kot hitri difuzijski kanali. Meje zaznavanja ICP-MS za Li v hladilni tekočini so 0,1 ppb. Testiranje 10.000 ur pri 120 stopinjah v 7% LiOH:
Stopnja kristaliničnosti PFA Stopnja prepustnosti Li⁺ (mg/cm²·dan) Li v hladilni tekočini po 10.000 urah (ppb) Tveganje korozije jedra
Virgin (standard) 45 % 0.12 2.5 Zmerno
Deviško (visoka čistost) 48 % 0.10 2.0 Zmerno
Virgin (visoka kristaliničnost) 58 % 0.05 1.0 Nizka
-Bogato z ogljikom (5 %) 50 % 0.18 3.5 Visoko
Polnjeno z -ogljikom (15 %) 52 % 0.25 5.0 Zelo visoka združljivost s kovinsko sredico
Ko Li⁺ doseže jedro, lahko povzroči napetostno korozijsko razpokanje litijevega hidroksida v nekaterih zlitinah:
LiOH SCC Občutljivost jedrne kovine Združljivost s permeiranim Li Priporočeno za storitev PWR
Da, Incoloy 800 Nizko Dobro
Izjemno nizko Odlično Da (prednostno) Inconel 690
Titanium Grade 2: Odlično št
Nerjaveče jeklo 316L Visoko Slabo Št
Zmanjšanje prepustnosti in kristaliničnosti
Prepustnost litija se močno zmanjša s povečanjem kristaliničnosti. Na podlagi kristaliničnosti je potrebna debelina stene za 10.000 ur delovanja:
Li v hladilni tekočini pri 10.000 urah (cilj<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 (presega) 55 % 0.06 2.2 mm 1,2 ppb (obrobno) 45 % 0.12 3.0 mm 2,5 ppb (presega)
58 % 0.05 2.0 mm 1,0 ppb (sprejemljivo)
60 % 0.04 1.8 mm 0,8 ppb (dobro)
Težave z ogljikovim polnilom
PFA, polnjen-z ogljikom, ni priporočljiv za uporabo jedrskega LiOH, ker:
Povečana prepustnost (3x večja)
O-visokotemperaturna ogljikova oksidacija (tvorba CO2, sprememba kemije hladilne tekočine)
Možnost kontaminacije hladila reaktorja zaradi sproščanja delcev ogljika
V zankah primarnega hladila so prevodni polimeri ali polimeri,-napolnjeni z ogljikom, na splošno prepovedani zaradi jedrskih zahtev.
Učinki temperature in koncentracije LiOH
Prepustnost kot zgoraj pri 120 stopinjah. Prepustnost se zmanjša za 60 % pri 100 stopinjah (0,02 mg/cm²·dan za 58 % kristaliničnost). Prepustnost se potroji pri 140 stopinjah (moteče stanje). Materiale za PWR z nadzorom temperature je treba določiti za nazivno temperaturo 120 stopinj z vmesnim pomnilnikom za motnje 130 stopinj.
Smernice za specifikacije jedrskih storitev
Uporabite prvotno visoko{0}}kristaliničen PFA (najmanj 58 % po DSC) z jedrom Inconel 690 za 7 % LiOH pri 120 stopinjah v primarnem hladilnem sredstvu PWR. Zahtevana minimalna debelina stene je 2,0 mm. Prepovedati razrede, polnjene-z ogljikom, ali prevodne razrede. Testiranje prepustnosti litija pri 120 stopinjah za 5000 ur (ekstrapolirano na 10.000 ur) mora potrditi ponudnik. 2.5mm stene s 60-odstotno kristaliničnostjo so potrebne za neprekinjeno jedrsko delovanje (18-mesečni gorivni cikli, 13.000 ur). Ohranjanje čistosti hladilne tekočine in zmanjševanje korozije jedra v jedrskih storitvah, kjer okvara grelnika zahteva zaustavitev reaktorja, ki stane več kot 1.000.000 USD na dan, upravičujeta premijo za visoko kristaliničen primarni PFA (25–35 % nad standardom). Standardni PFA s stenami 3,0 mm in letno analizo litija je lahko primeren za raziskovalne reaktorje s krajšimi akcijami.
