1. Koks yra esminis Inconel 690 ir Inconel 738 kompozicinis ir filosofinis skirtumas ir kaip tai lemia jų naudojimą tuščiaviduriuose vamzdeliuose?
Šie du lydiniai sukurti labai skirtingiems kraštutinumams: vienas korozinei aplinkai, o kitas – intensyviam mechaniniam ir šiluminiam įtempimui.
„Inconel 690“ (UNS N06690): tai didelio -chromo, nikelio- pagrindo lydinys, sukurtas maksimaliam atsparumui korozijai. Jo filosofija remiasi cheminiu stabilumu.
Pagrindinė sudėtis: Ni (58% min.), Cr (27-31%), Fe (7-11%). Labai didelis chromo kiekis yra pagrindinis skirtumas.
Pirminis vamzdžių naudojimas: beveik -išskirtinis pritaikymas yra branduolinio garo generatoriaus vamzdeliuose, kur atsparumas korozijos įtrūkimams aukštoje{1}}temperatūros pirminiame vandenyje yra labai svarbus.
Inconel 738 (UNS Nr. 0738): tai kritulių -kietinamasis nikelio- pagrindu pagamintas superlydinys, sukurtas maksimaliam stipriam-aukštai temperatūrai ir atsparumui šliaužti. Jo filosofija grindžiama mechaniniu veikimu karščio metu.
Pagrindinė sudėtis: Ni (bazė), Cr (15-17%), Co (8-9%), Mo (1,5-2,0%), + reikšmingi aliuminio, titano ir tantalo priedai stiprinimui.
Pagrindinis vamzdžių panaudojimas: dažniausiai tai lietinis lydinys. Gamyba iškaltas tuščiaviduris vamzdisyra labai sudėtingas ir retas. Jis naudojamas sudėtingiausiems statiniams ir besisukantiems komponentams karštoje dujų turbinų dalyje, pavyzdžiui, kreipiančiosioms mentėms (kurios gali būti tuščiavidurės aušinimui) ir konstrukciniams žiedams.
Iš esmės: „Inconel 690“ yra korozijos specialistas, o „Inconel 738“ yra atsparumo aukštoje temperatūroje{2}} specialistas. Tuščiaviduris vamzdis, pagamintas iš 690, skirtas ėsdinančiam skysčiui laikyti, o tuščiaviduris vamzdis (arba liejinys), pagamintas iš 738, yra skirtas atlaikyti didžiulę jėgą ir šilumą, dažnai per jo tuščiavidurį šerdį praleidžiant vėsinantį orą.
2. Kodėl Inconel 690 tuščiaviduris vamzdis tapo aukso standarto Inconel 600 pakaitalu atominių elektrinių garo generatoriuose?
Šį pokytį lėmė būtinybė išspręsti kritinį ir plačiai paplitusią gedimo būdą: pirminį vandens įtempių korozijos krekingą (PWSCC).
Problema su Inconel 600: Nors Inconel 600 yra geras inžinerinis lydinys, buvo nustatyta, kad Inconel 600 (su ~15 % Cr) yra jautrus PWSCC aukšto -grynumo, aukštos - temperatūros (didesnės nei 300 laipsnių arba lygi) vandens aplinkoje suslėgto vandens reaktoriuose (PWR). Tai lėmė vamzdžių degradaciją, nuotėkius ir brangius neplanuotus gedimus.
Sprendimas naudojant „Inconel 690“:
Chromas yra pagrindinis veiksnys: vienintelis svarbiausias veiksnys yra smarkiai padidėjęs chromo kiekis (~30%). Chromas skatina daug stabilesnio, apsauginio ir ištisesnio chromo oksido (Cr₂O₃) sluoksnio susidarymą vamzdelio paviršiuje.
Puikus PWSCC atsparumas: ši tvirta oksido plėvelė yra labai atspari įtempių korozijos įtrūkimų atsiradimui ir plitimui. Didelė laboratorinė ir lauko patirtis įrodė Inconel 690 atsparumą PWSCC esant nominalioms eksploatavimo sąlygoms, todėl jis yra daug patikimesnis.
Ilgalaikis-įmonių gyvybingumas: pakeisti visus garo generatorius pagamintais iš Inconel 690 vamzdžių yra kelių -milijardų- dolerių vertės sprendimas komunalinių paslaugų įmonėms. Tai atliekama specialiai siekiant užtikrinti saugų, patikimą ir ilgalaikį (- metų) branduolinės elektrinės veikimą, pašalinant dominuojantį pirmtako gedimo mechanizmą.
„Tuščiaviduris vamzdelis“ šiame kontekste yra tūkstančiai mažų-skersmens plonasienių
3. Atsižvelgiant į tai, kad Inconel 738 yra liejimo lydinys, kokie didžiuliai iššūkiai kyla gaminant iš jo tuščiavidurį vamzdelį ir kam toks komponentas būtų naudojamas?
Kalto tuščiavidurio vamzdžio gamyba iš klasikinio lietinio superlydinio, pavyzdžiui, 738, dėl sudėtingos chemijos yra pačioje metalurgijos apdirbimo paribyje.
Iššūkiai gaminant kaltinius vamzdžius:
Didelis lydinio kiekis: labai didelė gama{0}}pirminių (') formuotojų (Al, Ti, Ta) tūrinė dalis daro lydinį ypač tvirtą ir atsparų deformacijai net esant aukštesnei temperatūrai. Dėl to tradiciniai procesai, pvz., ekstruzija ir vamzdžių kalimas,{2}}apsunkinami.
Ribotas apdirbamumas: karštojo apdirbimo langas yra siauras, o lydinys gali įtrūkti, jei temperatūra ir deformacijos greitis nėra visiškai kontroliuojami.
Cheminis atskyrimas: liejinėms struktūroms būdingas cheminis nehomogeniškumas (dendritai), kurie turi būti suskaidyti intensyviai apdirbant karštuoju būdu, kad būtų pasiekta vienoda, apdorota struktūra su nuosekliomis mechaninėmis savybėmis.
Galimas kaltinio 738 tuščiavidurio vamzdžio pritaikymas:
Sėkmingai pagamintas kaltinis tuščiaviduris vamzdis iš 738 būtų skirtas reikliausioms aviacijos ir energijos gamybos reikmėms. Konkretus naudojimo atvejis gali būti aukšto-slėgio turbinos korpuso atraminis žiedas arba aukštos-temperatūros degimo įdėklas naujos-kartos reaktyviniame variklyje. Šiuose vaidmenyse komponentui reikia:
Išskirtinis valkšnumo stiprumas: išlaikyti matmenų stabilumą ir nesukelti oro slėgio esant aukštesnei nei 1500 laipsnių F (815 laipsnių) temperatūrai.
Atsparumas aukštai-temperatūrai žemai-ciklo nuovargiui: atlaikyti pasikartojančius variklio užvedimo{2}}užvedimo ir išjungimo ciklus.
Atsparumas oksidacijai / karštai korozijai: užtikrinamas dėl chromo kiekio.
Tuščiaviduris dizainas būtų būtinas norint sumažinti svorį ir galbūt praleidžiant vėsinantį orą. Toks komponentas reikštų reikšmingą našumo pažangą, palyginti su įprastesniais kaltiniais lydiniais, pvz., 625 ar 718.
4. Kuo „Inconel 690“ vamzdžių suvirinimo ir sujungimo būdai skiriasi nuo tų, kurie reikalingi didelio -stiprumo, kritulių-kietėjimo lydiniams, tokiems kaip Inconel 738?
Metodai iš esmės skiriasi, atsižvelgiant į jų metalurgines būsenas: vienas yra stabilus kietas{0}}tirpalas, o kitas yra sudėtinga, termiškai{1}}apdorojama sistema.
Inconel 690 tuščiavidurių vamzdžių suvirinimas:
Tikslas: sukurti garsui, korozijai{0}}atsparią jungtį, atitinkančią netauriojo metalo PWSCC atsparumą.
Procesas: Paprastai suvirinama naudojant dujinį volframo lankinį suvirinimą (GTAW/TIG).
Užpildas metalas: ERNiCrFe-7 arba ERNiCrFe-13 (dar žinomas kaip Inconel Filler Metal 52 ir 52M), kurie yra padengti chromu, siekiant užtikrinti, kad suvirinto metalo atsparumas korozijai būtų lygus arba didesnis nei 690 netauriojo metalo.
Pagrindiniai aspektai: švara ir šilumos įvedimo kontrolė, kad būtų išvengta mikroskilimų (karštojo įtrūkimo) dėl visiškai austenitinės struktūros.
Inconel 738 „Komponento“ sujungimas (taisymas):
Kontekstas: kadangi 738 yra liejamos turbinos sudedamoji dalis, „suvirinimas“ paprastai reiškia susidėvėjusių sekcijų taisymą ar sukūrimą (pvz., ant mentelių platformų ar mentelių antgalių), o ne ilgų vamzdžių gamybą.
Procesas: lazerinis apvalkalas arba miltelinis{0}}karštos vielos TIG dažnai naudojamas tikslumui ir valdymui.
Užpildo medžiaga: specializuota suvirinimo viela arba milteliai, atitinkantys 738 sudėtį arba specialią remonto chemiją.
Pagrindinės aplinkybės: didelė deformacijos{0}}įtrūkimų rizika. Suvirinimo sritis yra labai suvaržyta, o aušinimo metu vykstanti kietėjimo reakcija nuo kritulių{2} sukuria didelius įtempius. Tam reikia:
Konkretus po{0}}suvirinimo terminio apdorojimo (PWHT) ciklas iš karto po suvirinimo, siekiant sumažinti įtempius.
Visiškas senėjimo{0}}terminis apdorojimas, siekiant atkurti stiprumą karščio{1}}paveiktoje zonoje (HAZ).
Santrauka: Suvirinimas 690 yra kontroliuojamas atsparumas korozijai{1}}. 738 sujungimas / taisymas yra didelio-įtempimo, įtrūkimų{5}}vengimo procedūra, kuri yra neatsiejama nuo didelės-vertės turbinos komponentų priežiūros.
5. Kodėl, analizuojant branduolinės elektrinės gyvavimo ciklo kaštus-, kodėl didelė pradinė Inconel 690 vamzdžių kaina suteikia didžiulį ekonominį pranašumą, palyginti su jo pirmtakais?
„Inconel 690“ ekonomika yra vadovėlinis atvejis, kai „iš anksto reikia mokėti daugiau, kad vėliau būtų išvengta katastrofiškų išlaidų“.
„Inconel 600“ gedimo kaina:
Neplanuoti gedimai: vienas nuotėkis garo generatoriaus vamzdyje gali priversti nedelsiant išjungti reaktorių. Pakaitinės energijos kaina (elektros pirkimas iš tinklo) gali siekti milijonus dolerių per dieną.
Patikrinimas ir prijungimas: komunalinės paslaugos buvo priverstos atlikti dažnus, brangiai kainuojančius{0}}paslaugų patikrinimus (sūkurinių srovių bandymus) ir prijungti šimtus ar tūkstančius pažeistų vamzdžių, todėl sumažėjo gamyklos efektyvumas ir pajėgumas.
Ankstyvas pakeitimas: didžiausia kaina: viso garo generatoriaus pakeitimas dešimtmečiais anksčiau nei planuota{0}}projektas, kainuojantis nuo šimtų milijonų iki milijardų dolerių vienai gamyklai, neįskaitant ilgalaikių veiklos nutraukimo pajamų.
„Inconel 690“ vertės pasiūlymas:
PWSCC pašalinimas: beveik{0}}nulinė vamzdžių gedimo rizika dėl PWSCC užtikrina suplanuotus, nuspėjamus gedimus ir maksimaliai padidina elektrinės internetinio pajėgumo koeficientą.
Pailgintas turto eksploatavimo laikas: tvirtas 690 vamzdžių našumas yra kertinis akmuo, pateisinantis ilgalaikes (60–80 metų) branduolinių elektrinių veiklos licencijas. Pajamos iš dešimtmečius trukusios papildomos patikimos eksploatacijos sumažina pradinio kapitalo sąnaudų skirtumą vamzdeliuose.
Sumažėję eksploataciniai kaštai: tai labai sumažina garo generatorių techninės priežiūros ir priežiūros{0}}apimtį, dažnumą ir išlaidas.
Todėl gyvavimo ciklo sąnaudų analizė nėra artimas palyginimas. Dėl didžiulės finansinės ir eksploatacinės rizikos, susijusios su Inconel 600 vamzdžiais, investicija į Inconel 690 tuščiavidurius vamzdžius yra vienas ekonomiškai protingiausių sprendimų, kuriuos gali priimti branduolinės energijos operatorius.
