Kādi ir cirkonija cauruļu pielietojumi?

Galvenās īpašības, kas veicina cirkonija cauruļu pielietojumu

Cirkonija caurules ir norādītas gadījumos, kad izturība pret koroziju un uzticamība paaugstinātā temperatūrā ir svarīgāka par stiprības -pret-svara attiecību. Cirkonijam ir ļoti zems termiskās neitronu absorbcijas šķērsgriezums-, kas ir īpašība, kas padarīja to par neaizstājamu kodolinženierijā. Ķīmiskajā apstrādē tas iztur lielāko daļu minerālskābju un organisko skābju, tostarp etiķskābes, sālsskābes un slāpekļskābes, un labi darbojas reducējošā un viegli oksidējošā vidē. Metāls arī saglabā noderīgu izturību augstā temperatūrā, kas ļauj cirkonija caurulēm darboties karstās korozīvās plūsmās, kur nerūsējošais tērauds un pat titāns sabojātos. Šīs īpašības nosaka trīs galvenās lietojumu grupas: kodolenerģijas, ķīmiskās apstrādes un specializētās rūpnieciskās iekārtas.

Kodolenerģija: degvielas apšuvums un galvenās sastāvdaļas

Vislielākais un visprasīgākais cirkonija cauruļu izmantojums ir kodolreaktoros. Degvielas granulas ir noslēgtas plānās cirkonija sakausējuma caurulēs, ko sauc par degvielas apšuvumu, kas satur skaldīšanas produktus un nodod siltumu dzesēšanas šķidrumam. Apšuvumam nevajadzētu absorbēt gandrīz nekādus neitronus, tāpēc nerūsējošā tērauda vietā tiek izmantoti cirkonija sakausējumi, piemēram, Zircaloy-2 un Zircaloy-4. Zr-2.5Nb spiediena caurules pārvadā smagā ūdens dzesēšanas šķidrumu spiediena smagā ūdens reaktoros. Papildus degvielas kanāliem cirkonija caurules parādās vadotnes caurulēs, starplikas režģos un instrumentu kanālos, kur daudzu gadu projektētā kalpošanas laikā ir nepieciešama zema neitronu absorbcija un izturība pret koroziju.

Ķīmiskā apstrāde: siltummaiņi, reaktori un kondensatori

Ķīmiskajās rūpnīcās cirkonija caurules izmanto korpusa{0}}un-cauruļu siltummaiņos, kondensatoros, reaktoros, destilācijas kolonnās un cauruļvadu sistēmās, kas apstrādā korozīvus šķidrumus. Etiķskābes serviss ir klasisks pielietojums, jo cirkonijs pacieš etiķskābi augstā temperatūrā un koncentrācijā, kur citi metāli sabojājas. Citi pārbaudīti pakalpojumi ietver sālsskābi mērenā temperatūrā, slāpekļskābi, sērskābi zemā koncentrācijā un organiskās skābes farmācijas un smalko ķīmisko vielu ražošanā. Ķīmiskie un bioloģiskie reaktori gūst labumu no cirkonija izturības pret punktveida un stresa korozijas plaisāšanu. Lai gan cirkonija cauruļu komplekti maksā vairāk nekā nerūsējošā tērauda vai titāna ekvivalenti, tie var nodrošināt ilgāku kalpošanas laiku un mazāku apkopi smagos nolūkos, kas attaisno piemaksu par dzīves ciklu.

Citi rūpnieciskie pielietojumi

Ārpus kodoliekārtām un ķīmiskajām rūpnīcām cirkonija caurules tiek izmantotas kodināšanas iekārtās metāla apdarei, jūras ūdens un jūras iekārtās, kur hlorīda iedarbība ir spēcīga, un ūdeņraža peroksīda ražošanā, kur dzelzs un citi metāla joni nedrīkst nonākt izstrādājumā. Cirkonijs tiek leģēts arī medicīniskiem implantiem, un komponenti, kuru pamatā ir cirkonijs{1}}, parādās specializētās laboratorijas un analīžu iekārtās. Dažās zivju audzēšanas un akvakultūras sistēmās jūras ūdens cilpās tiek izmantoti korozijizturīgi metāli, lai gan šis tirgus ir mazs, salīdzinot ar ķīmijas un kodolenerģijas nozari.

Atzīmes un standarti

Cirkonija caurules ir norādītas pēc kategorijas atbilstoši pielietojumam un regulējošajam standartam.

Ķīmiskās kategorijas parasti tiek piegādātas ASTM B523 un B658, savukārt kodolieroču kategorijas atbilst reaktora pārdevēja specifikācijām un valsts kodolstandartiem. Caurules tiek piedāvātas bezšuvju un metinātās konstrukcijās — no mazām instrumentu caurulēm līdz lielai-diametra caurulei.

Atlases un iepirkuma apsvērumi

Izvēloties cirkonija caurules, vispirms ir jādefinē procesa apstākļi: korozīvā vide un tās koncentrācija, temperatūra, spiediens un paredzamais kalpošanas laiks. Korozijas vide nosaka sakausējumu saimi, temperatūra un spiediens nosaka sienas biezumu un savienošanas metodi, un normatīvais regulējums nosaka, vai ir nepieciešama kodolsertificēta klase. Ķīmiskajam pakalpojumam norādiet standartu, pakāpi, ārējo diametru, sienas biezumu, garumu un virsmas apdari un pieprasiet dzirnavu sertifikātu ar ķīmiskās analīzes un mehāniskās pārbaudes rezultātiem. Cirkonija metināšanai ir nepieciešams inertās gāzes ekranējums, lai novērstu trauslumu, tāpēc ražošanas iespējas ir svarīga piegādātāja novērtēšanas sastāvdaļa.

Bieži uzdotie jautājumi

Kāpēc cirkoniju izmanto kodoldegvielas apšuvumam?

Tā kā cirkonim ir ārkārtīgi zems termiskās neitronu absorbcijas šķērsgriezums-, apšuvums netērē neitronus un reaktors uztur ķēdes reakciju ar mazāku degvielas daudzumu nekā ar nerūsējošā tērauda apvalku.

Ar kādām skābēm var izturēt cirkonija caurules?

Cirkonijs ir izturīgs pret etiķskābi, slāpekļskābi un sālsskābi mērenās temperatūrās, kā arī citām organiskajām skābēm un dažiem reducējošiem līdzekļiem, tāpēc to izmanto agresīvos ķīmiskos siltummaiņos un reaktoros.

Kāda ir atšķirība starp Zr702 un Zircaloy-4?

Zr702 ir komerciāli tīrs cirkonijs ķīmiskai lietošanai, savukārt Zircaloy-4 ir ar alvas sakausējums kodolviela, kas izstrādāta degvielas apšuvumam ar kontrolētu koroziju un mehānisku darbību reaktora apstākļos.

Vai cirkonija caurules var metināt?

Jā, bet metināšanai nepieciešama stingra inertās gāzes ekranēšana, jo cirkonijs augstā temperatūrā absorbē skābekli un slāpekli un bez aizsardzības kļūst trausls.

Vai cirkonija caurules ir dārgākas nekā titāna caurules?

Parasti jā, pamatojoties uz svara vienību, taču, ja tiek izmantota spēcīga skābuma iedarbība, cirkonijs var ievērojami pārsniegt alternatīvas, tādējādi padarot dzīves cikla izmaksas konkurētspējīgas.

Kādi standarti attiecas uz cirkonija caurulēm?

Ķīmiskās kategorijas parasti tiek piegādātas ASTM B523 un B658, savukārt kodolieroču kategorijas atbilst reaktora pārdevēja specifikācijām un valsts kodolstandartiem.