1. Hver er grundvallarmunur á samsetningu og heimspeki á Inconel 690 og Inconel 738 og hvernig ræður það notkun þeirra í holum rörum?
Þessar tvær málmblöndur eru hannaðar fyrir mjög mismunandi öfgar: önnur fyrir ætandi umhverfi og hin fyrir mikla vélrænni og hitauppstreymi.
Inconel 690 (UNS N06690): Þetta er há-króm, nikkel-blendi sem er hannað fyrir hámarks tæringarþol. Hugmyndafræði þess á rætur að rekja til efnafræðilegs stöðugleika.
Lykilsamsetning: Ni (58% mín), Cr (27-31%), Fe (7-11%). Mjög hátt króminnihald er lykilgreinin.
Aðalnotkun fyrir slöngur: Nánast-einkanotkun þess er í slöngum í kjarnagufugjafa, þar sem viðnám gegn tæringarsprungum álags í há- grunnvatni er í fyrirrúmi.
Inconel 738 (UNS N0738): Þetta er úrkomu-hertanlegt, steypt nikkel-ofurblendi sem er hannað fyrir hámarks-hitastyrk og skriðþol. Hugmyndafræði þess á rætur að rekja til vélrænni frammistöðu undir hita.
Lykilsamsetning: Ni (grunnur), Cr (15-17%), Co (8-9%), Mo (1,5-2,0%), + veruleg viðbót af áli, títan og tantal til styrkingar.
Aðalnotkun fyrir slöngur: Það er aðallega steypt álfelgur. Framleiðsla áunninn holur rörer mjög krefjandi og sjaldgæft. Það er notað fyrir krefjandi kyrrstöðu- og snúningsíhluti í heitum hluta gasthverfla, svo sem stýriskófla (sem geta verið holir til kælingar) og burðarhringi.
Í meginatriðum: Inconel 690 er tæringarsérfræðingurinn en Inconel 738 er sérfræðingur í háum-styrkleika. Holt rör úr 690 er til að innihalda ætandi vökva, en hol rör (eða steypa) úr 738 er til að standast gríðarlegan kraft og hita, oft á meðan kæliloft fer í gegnum holan kjarna þess.
2. Hvers vegna hefur Inconel 690 holur rör orðið gulls ígildi í staðinn fyrir Inconel 600 í gufuöflum kjarnorkuvera?
Þessi breyting var knúin áfram af þörfinni á að leysa mikilvægan og útbreiddan bilunarham: Primary Water Stress Corrosion Cracking (PWSCC).
Vandamálið með Inconel 600: Þó að Inconel 600 væri góð verkfræðileg málmblöndu, reyndist Inconel 600 (með ~15% Cr) vera næm fyrir PWSCC í háum -hreinleika, háum-hita (meira en eða jafnt og 300 gráður) vatnsumhverfi innan þrýstivatnskjarna (PWR). Þetta leiddi til niðurbrots slöngunnar, leka og kostnaðarsamra ófyrirséðra bilana.
Lausnin með Inconel 690:
Króm er lykilatriði: Mikilvægasti þátturinn er verulega aukið króminnihald (~30%). Króm stuðlar að myndun mun stöðugra, verndandi og samfelldrar krómoxíðs (Cr₂O₃) lags á yfirborði rörsins.
Frábær PWSCC viðnám: Þessi sterka oxíðfilma er mjög ónæm fyrir upphaf og útbreiðslu streitutæringarsprungna. Mikil reynsla á rannsóknarstofu og vettvangi hefur sannað ónæmi Inconel 690 fyrir PWSCC við tilgreindar rekstrarskilyrði, sem gerir það mun áreiðanlegra.
Löng-Langtíma lífvænleika álversins: Að skipta út heilum gufugjafa fyrir þá sem eru gerðir úr Inconel 690 slöngum er margra-milljarða-ákvörðun fyrir veitufyrirtæki. Það er gert sérstaklega til að tryggja örugga, áreiðanlega og langtíma (40+ ára) rekstur kjarnorkuversins með því að útrýma ríkjandi bilunarkerfi forvera þess.
„Hola rörið“ í þessu samhengi eru þúsundir lítilla-þvermáls, þunnt-veggað rör sem mynda mikilvæga hindrunina á milli geislavirka aðalkælivökvans og ó-geislavirka aukagufukerfisins.
3. Í ljósi þess að Inconel 738 er steypublendi, hverjar eru gríðarlegar áskoranir við að framleiða unnið hol rör úr því og í hvað væri slíkur íhlutur notaður?
Að framleiða unnið hol rör úr klassískri steyptri ofurblendi eins og 738 er á mörkum málmvinnslunnar vegna flókins efnafræði.
Áskoranir við að framleiða unnu rör:
Mikið málmblendisinnihald: Mjög mikið magn af styrkjandi gamma-prime ( ') myndefni (Al, Ti, Ta) gerir málmblönduna mjög sterka og ónæma fyrir aflögun, jafnvel við hátt hitastig. Þetta gerir hefðbundnar aðferðir eins og útpressun og pælingu fyrir rör-gífurlega erfitt.
Takmörkuð vinnanleiki: Glugginn fyrir heita vinnu er þröngur og málmblöndunni er hætt við að sprunga ef hitastigi og álagshraða er ekki fullkomlega stjórnað.
Efnafræðileg aðgreining: Steypt mannvirki hafa eðlislæga efnafræðilega ójafnvægi (dendrites), sem verður að brjóta niður með víðtækri heitvinnslu til að ná samræmdri, unnu uppbyggingu með stöðugum vélrænum eiginleikum.
Hugsanleg umsókn um smíðað 738 hol rör:
Ef framleitt yrði vel, væri unnið hol rör frá 738 ætlað fyrir krefjandi notkun í geimferðum og orkuframleiðslu. Sérstakt notkunartilvik gæti verið háþrýstihringur túrbínuhlífar eða há-brennslufóður í næstu-kynslóð þotuhreyfla. Í þessum hlutverkum þarf þátturinn:
Óvenjulegur skriðstyrkur: Til að viðhalda víddarstöðugleika og ekki blöðru undir þrýstingi við hitastig yfir 1500 gráður F (815 gráður).
Hátt-hitastig Lágt-Þreytuþol hringrásar: Til að standast endurtekna ræsingu-hreyfils og slökkva.
Oxunar-/heittæringarþol: Veitt af króminnihaldi þess.
Hola hönnunin væri nauðsynleg til að draga úr þyngd og hugsanlega til að fara í gegnum kæliloft. Slíkur hluti myndi tákna umtalsverða frammistöðu fram yfir algengari unnu málmblöndur eins og 625 eða 718.
4. Hvernig eru suðu- og samskeytitæknin fyrir Inconel 690 rör frábrugðin þeim sem krafist er fyrir há-styrk, úrkomu-hertanlegt málmblöndu eins og Inconel 738?
Tæknin eru í grundvallaratriðum ólík, sem endurspeglar málmvinnsluástand þeirra: önnur er stöðug fast-lausn og hin er flókið, hitameðhöndlað kerfi.
Inconel 690 Hollow Tube Welding:
Markmið: Að búa til hljóð, tæringarþolið-mót sem passar við PWSCC viðnám grunnmálmsins.
Aðferð: Venjulega soðið með gaswolframbogsuðu (GTAW/TIG).
Fyllimálmur: ERNiCrFe-7 eða ERNiCrFe-13 (aka Inconel Filler Metal 52 og 52M), sem eru bræddir með króm til að tryggja að suðumálmurinn hafi tæringarþol sem er jafn eða meiri en 690 grunnmálmurinn.
Lykilatriði: Hreinlæti og eftirlit með hitainntakinu til að koma í veg fyrir örsprungur (heit sprunga) vegna fullkomlega austenítískrar uppbyggingar.
Inconel 738 "Component" tengi (viðgerð):
Samhengi: Þar sem 738 er steyptur hverflahlutur, vísar „suðu“ venjulega til viðgerðar eða uppbyggingar- á slitnum hlutum (td á hnífapöllum eða blaðoddum), ekki framleiðslu á löngum rörum.
Aðferð: Laserklæðning eða Powder-Heitvír TIG eru oft notuð til nákvæmni og stjórnunar.
Fylliefni: Sérhæfður suðuvír eða duft sem passar við 738 samsetninguna eða sérstaka viðgerðarefnafræði.
Lykilatriði: Mikil hætta á álagi-aldri. Suðusvæðið er mjög takmarkað og úrkomu-harðnandi viðbrögð við kælingu veldur miklu álagi. Þetta krefst:
Sérstök Post-Weld Heat Treatment (PWHT) lota strax eftir suðu til að slaka á álagi.
Full endur-öldrun hitameðferð til að endurheimta styrk á hita-svæðinu (HAZ).
Samantekt: Welding 690 er stýrð tæringaræfing-. Sameining/viðgerð 738 er aðferð til að koma í veg fyrir-álag og-sprungur sem er óaðskiljanlegur í viðhaldi á-miklum túrbínuíhlutum.
5. Í-lífskostnaðargreiningu fyrir kjarnorkuver, hvers vegna veitir hár stofnkostnaður Inconel 690 slöngur yfirgnæfandi efnahagslegt forskot á forvera sína?
Hagfræði Inconel 690 er kennslubók um að "borga meira fyrirfram til að forðast skelfilegan kostnað síðar."
Kostnaður við bilun með Inconel 600:
Ófyrirséð bilun: Einn leki í gufugjafaröri getur þvingað til tafarlausrar lokunar kjarnaofns. Kostnaður við endurnýjunarorku (að kaupa rafmagn af netinu) getur hlaupið á milljónum dollara á dag.
Skoðun og stinga: Veitur voru neyddar til að framkvæma tíðar, kostnaðarsamar í-þjónustuskoðanir (hringstraumsprófanir) og stinga hundruðum eða þúsundum niðurbrotna röra í samband, sem dregur úr skilvirkni og afkastagetu verksmiðjunnar.
Ótímabær skipti: Endanlegur kostnaður: að skipta um allt gufugjafasettið áratugum á undan áætlun-verkefni sem kostar hundruð milljóna til milljarða dollara fyrir hverja verksmiðju, að teknutapi ekki meðtalið.
Gildistillaga Inconel 690:
Útrýming PWSCC: Nánast-núl hætta á slöngubilun vegna PWSCC tryggir fyrirhugaðar, fyrirsjáanlegar straumleysi og hámarkar netgetu verksmiðjunnar.
Framlengdur líftími eigna: Öflugur árangur 690 slöngur er hornsteinn þess að réttlæta langtíma-(60-80 ára) rekstrarleyfi fyrir kjarnorkuver. Tekjur af áratuga viðbótar, áreiðanlegum rekstri dvergar stofnkostnaðarmuninn á slöngum.
Minni rekstrarkostnaður: Það dregur verulega úr umfangi, tíðni og kostnaði við-þjónustuskoðanir og viðhald sem tengist gufugjafanum.
Þess vegna er lífsferilskostnaðargreiningin ekki náinn samanburður. Hin mikla fjárhags- og rekstraráhætta sem fylgir Inconel 600 slöngum gerir fjárfestingu í Inconel 690 holrörum að einni efnahagslega skynsamlegustu ákvörðun sem kjarnorkufyrirtæki getur tekið.
