Jaké jsou aplikace zirkonových trubic?

Klíčové vlastnosti, které řídí aplikace zirkoniových trubic

Zirkoniové trubky jsou určeny tam, kde je odolnost proti korozi a spolehlivost při zvýšené teplotě důležitější než poměr pevnosti-k{1}}hmotnosti. Zirkonium má velmi nízký průřez absorpce tepelných neutronů-, což je vlastnost, díky které je v jaderném inženýrství nepostradatelné. V chemickém provozu odolává napadení většinou minerálních a organických kyselin, včetně kyseliny octové, chlorovodíkové a dusičné, a dobře funguje v redukčních a mírně oxidačních prostředích. Kov si také zachovává užitečnou pevnost při vysoké teplotě, což umožňuje zirkoniovým trubicím pracovat v horkých korozivních proudech, kde by nerezové oceli a dokonce i titan selhaly. Tyto vlastnosti určují tři hlavní skupiny aplikací: jaderná zařízení, zařízení pro chemické zpracování a specializovaná průmyslová zařízení.

Jaderná energie: Plášť paliva a součásti jádra

Největší a nejnáročnější použití zirkonových trubic je v jaderných reaktorech. Palivové pelety jsou utěsněny uvnitř tenkých trubek ze slitiny zirkonia, nazývaných palivový plášť, které obsahují štěpné produkty a přenášejí teplo do chladicí kapaliny. Plášť nesmí absorbovat téměř žádné neutrony, proto se místo nerezové oceli používají slitiny zirkonia jako Zircaloy-2 a Zircaloy-4. Tlakové trubky Zr-2,5Nb nesou chladivo těžké vody v tlakových těžkovodních reaktorech. Za palivovými kanály se zirkoniové trubice objevují ve vodicích trubkách, distančních mřížkách a přístrojových kanálech, kde je vyžadována nízká absorpce neutronů a odolnost proti korozi během projektované životnosti mnoha let.

Chemické zpracování: výměníky tepla, reaktory a kondenzátory

V chemických závodech se zirkoniové trubky používají v plášťových{0}}a{1}}trubkových výměnících tepla, kondenzátorech, reaktorech, destilačních kolonách a potrubních systémech manipulujících s korozivními kapalinami. Služba kyseliny octové je klasickou aplikací, protože zirkonium toleruje kyselinu octovou při vysoké teplotě a koncentraci, kde jiné kovy selhávají. Mezi další osvědčené služby patří kyselina chlorovodíková o střední teplotě, kyselina dusičná, kyselina sírová v nízké koncentraci a organické kyseliny ve farmaceutické a jemné chemické výrobě. Chemické a biologické reaktory těží z odolnosti zirkonia vůči důlkové korozi a praskání korozí pod napětím. Přestože svazky zirkoniových trubek stojí více než ekvivalenty z nerezové oceli nebo titanu, mohou zajistit delší životnost a nižší nároky na údržbu v náročných podmínkách, což ospravedlňuje prémii na základě životního cyklu.

Jiné průmyslové aplikace

Mimo jaderné a chemické závody se zirkoniové trubky používají v mořicích zařízeních pro konečnou úpravu kovů, v zařízeních pro mořskou vodu a námořní zařízení, kde je silné napadení chloridy, a při výrobě peroxidu vodíku, kde se železo a jiné kovové ionty musí držet mimo produkt. Zirkonium je také legováno pro lékařské implantáty a komponenty na bázi zirkonu-se objevují ve specializovaných laboratorních a analytických zařízeních. Některé systémy chovu ryb a akvakultury používají ve smyčkách mořské vody kovy odolné proti korozi-, i když se jedná o menší trh ve srovnání s chemickým a jaderným odvětvím.

Stupně a standardy

Zirkonové trubky jsou specifikovány jakostním stupněm podle aplikace a platné normy.

Chemické třídy se obvykle dodávají podle ASTM B523 a B658, zatímco jaderné třídy se řídí specifikací dodavatele reaktoru a národními jadernými normami. Trubky jsou nabízeny v bezešvých a svařovaných konstrukcích, s velikostmi od malých trubek pro přístrojové vybavení po trubky s velkým-průměrem.

Úvahy o výběru a nákupu

Při výběru zirkoniových trubek je třeba nejprve definovat podmínky procesu: korozivní médium a jeho koncentraci, teplotu, tlak a předpokládanou životnost. Korozní médium určuje skupinu slitin, teplota a tlak určují tloušťku stěny a způsob spojování a regulační rámec určuje, zda je vyžadován jaderný-certifikovaný druh. Pro chemický servis specifikujte normu, jakost, vnější průměr, tloušťku stěny, délku a povrchovou úpravu a vyžádejte si certifikát frézy s výsledky chemické analýzy a mechanických zkoušek. Svařování zirkonia vyžaduje ochranu inertním plynem, aby se zabránilo křehnutí, takže schopnost výroby je klíčovou součástí hodnocení dodavatele.

Často kladené otázky

Proč se zirkonium používá pro obalování jaderného paliva?

Protože zirkonium má výjimečně nízký průřez absorpce tepelných neutronů-, plášť neplýtvá neutrony a reaktor udržuje řetězovou reakci s menším zatížením paliva než plášť z nerezové oceli.

S jakými kyselinami si zirkonové trubice poradí?

Zirkonium odolává kyselině octové, dusičné a chlorovodíkové při mírných teplotách spolu s dalšími organickými kyselinami a některými redukčními médii, a proto se používá v agresivních chemických výměnících tepla a reaktorech.

Jaký je rozdíl mezi Zr702 a Zircaloy-4?

Zr702 je komerčně čistý zirkonium pro chemické služby, zatímco Zircaloy-4 je jaderná slitina cínu vyvinutá pro obalování paliva s řízenou korozí a mechanickým chováním v podmínkách reaktoru.

Dají se zirkonové trubky svařovat?

Ano, ale svařování vyžaduje přísnou ochranu inertním plynem, protože zirkonium při vysoké teplotě absorbuje kyslík a dusík a bez ochrany křehne.

Jsou zirkonové trubice dražší než titanové trubice?

Obecně ano na základě jednotkové hmotnosti, ale v těžkém kyselém provozu může zirkonium přežít alternativy s velkou rezervou, takže náklady životního cyklu jsou konkurenceschopné.

Které normy se vztahují na zirkonové trubice?

Chemické třídy se běžně dodávají podle ASTM B523 a B658, zatímco jaderné třídy se řídí specifikacemi dodavatele reaktorů a národními jadernými normami.