Corrosion in Nuclear Plants

  • View
    12

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

hg

Text of Corrosion in Nuclear Plants

  • COROZIUNEA N CENTRALELE

    NUCELARE

    STUDENT: ZOTIC CRISTINA

    SPECIALIZARE: IIPCB

    GRUPA 1131

    2013-2014

    UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURETI

    FACULTATEA DE CHIMIE APLICAT I TIINA

    MATERIALELOR

  • 2

    Cuprins

    1 Introducere ..................................................................................................................... 3

    1.2 Principiul de funcionare[2] ........................................................................................ 3

    2 Coroziunea materialelor metalice[4][5] .............................................................................. 4

    2.2.1 Coroziune fisurant............................................................................................ 5

    2.2.2 Coroziune fisurant cauzat de radiaii .............................................................. 6

    2.2.3 Coroziune cauzt de mediu ................................................................................ 6

    2.2.4 Coroziunea intergranular ................................................................................. 7

    2.2.5 Cavitaia coroziv .............................................................................................. 7

    2.2.6 Coroziunea general .......................................................................................... 7

    2.2.7 Coroziunea microbian ...................................................................................... 8

    3 Corodarea aliajelor de Zr[6] .............................................................................................. 8

    3.2 Oxidarea ................................................................................................................... 9

    3.2.1 Coroziunea uniform ....................................................................................... 10

    3.2.2 Chimia agentului de rcire ............................................................................... 12

    3.2.3 Efectul iradierii asupra stratului de oxid ........................................................... 13

    3.3 Coroziunea nodular ............................................................................................... 13

    3.4 Casarea cauzt de hidrogen .................................................................................... 14

    4 Coroziunea n mediul nconjurtor ................................................................................ 15

    5 Concluzii ........................................................................................................................ 16

    6 Bibliografie .................................................................................................................... 16

  • 3

    1 Introducere

    Energia nuclear reprezint o optiune viabil de producerea a energiei n contextul

    nclzirii globale deoarece emisiile de gaze de ser sunt comparativ mult mai mici fa de

    tehnologiile convenionale. Din noimebrie 2012 exist 437 de reactoare nucleare cu o putere

    combinat de 371.8 GWe, aproximativ 13% din necesarul energetic mondial. n diagrama din

    fig.1 se observ distribuia global a reactoarelor nucleare aflate n funciune sau in stadiu de

    dezvoltare.

    Fig.1 distribuia global a reactoarelor nucleare aflate n funciune sau in stadiu de dezvoltare[1]

    1.2 Principiul de funcionare[2]

    Reactorul nuclear produce i controleaz eliberarea energiei provenite din fisiunea

    atomilor anumitor elemente. Energia eliberat este utilizat sub form de cldur pentru a

    face abur pentru a genera electricitate. Principiul de funcionare este general valabil pentru

    toate tipurile de reatoare nucleare. Energia eliberat este valorificat sub form de cldur

    fie de un gaz fie de ap i folosit pentru a produce abur. Aburul este folosit n turbine care

    produc curent electric, precum majoritatea centralelor cu combustibili fosili.

    Reactoarele aflate n funciune aztzi deriv din modelele dezvoltate iniial pentru

    propulsia submarinelor i navelor militare de mari dimensiuni. Cel mai des ntlnit tip de

    reactor este PWR (pressurised water reactor - reactor cu ap sub-presiune). Alte tipuri de

  • 4

    reactoare sunt BWR (boiling water reactor reactor cu ap n fierbere) sau PHWR (pressurise

    havey water reactor reactor cu ap grea sub presiune).

    Fig.2 Schema energetic a unui reactor cu ap sub presiune[3]

    2 Coroziunea materialelor metalice[4][5]

    Materialele metalice folosite n principal sunt:

    aliaje de Ni, Inconels, care conine 15% Cr (aliaje 600 i 182), 20% Cr (aliaj 82) sau

    30% Cr (aliajele 680, 52, 152). Aceste aliaje sunt folosite pentru tuburile generatorului

    de abur, elementele ale sistemului de rcire. Aliajele au fost alese datorit rezistenei

    mari la coroziune i proprietilor mecanice foarte bune

    oel inoxidabil: cele mai comune tipuri sunt cele din seria 300 ASTM (304, 308, 309,

    316, 321, 347) care conin aprox. 10 % Ni i 20 % Cr sau alte elemente precum Mo i

    Ti. Majoritatea componentelor prin care se transport ap sau gaz radioactiv sunt

    facute din oel inoxidabil: evi, suduri, plci, elementele interne ale vasului sub

    presiune, pompe, valve, schimbtoare de cldur

  • 5

    aliaje de Zr cu elemente precum Nb, Sn sau Fe sunt utilizate la construcia barelor de

    combustibil. Zr are o tendin sczut de a capta neutroni, o bun rezisten la

    coroziune i propieti mecanice foarte bune

    oeluri slab aliate sunt cele mai predominante n centralele nucleare. Acestea sunt

    utilizate pentru construcia vaselor sub presiune, mantalei generatorului de abur,

    suport de tuburi etc. Acestea au costuri sczute i proprieti mecanice bune

    aliajele de Cu se gsesc n principal n tuburi de condensare i schimbtoare de

    cldur. Aliajele de Cu au rezisten foarte bun la corosiune mpreun cu un

    coefiecint de transfer termic ridicat.

    Ti este folosite pentru tuburile condesatoarelor centralelor nucleare amplasate pe

    trmul mrii

    n afar de Ti, fiecare dintre materialele de mai sus prezint cel puin unul din urmtoarele

    tipuri de coroziune:

    fisurant

    fisurant cauzat de radiaii

    fisurant cauzat de condiiile de mediu

    intergranular

    genaral

    cavitaie

    cauzat de ammoniac

    microbian

    2.2.1 Coroziune fisurant

    Coroziunea fisurant reprezint principaul tip de coroziune in reactoarele cu ap sub

    presiune. Acest tip de coroziune poate fi trans- sau intergranular. Factorii necesari apariiei

    sunt: materiale predispus la coroziune, mediu agresiv si factori de stress ridicat. Aliajele 15%

    Cr-Ni s-au dovedit a fi cele mai predispose la corodarea fisurant n sistemul de ap primar.

    Cele mai frecvente probleme privesc eecurile aliajelor 600 i 182 de la generatorul de abur

  • 6

    (fig3) sau perforaii ale capacului vasului de sub-presiune. Aceste fisuri i scurgeri conduc la

    reparaii sau nlocuiri. Aliajele se pot nlocui cu aliajele 690 , 52, 152 care sunt mult mai

    rezistente la coroziune fisurant datorit coninutului mai ridicat de Cr.

    fig.3 Coroziune fisurant observat la un tub al generatorului de abur realizat din aliaj 600[4]

    2.2.2 Coroziune fisurant cauzat de radiaii

    Condiiile de producere sunt: existena unui material predispus la coroziune, mediu

    agresiv i factori de stress. Materialul devine sensibil la corodare deoarece n urma

    bombardrii cu neutroni devin casant.

    2.2.3 Coroziune cauzt de mediu

    Este frecvent ntlnit n literatur de specialitate care se ocup cu oboseala aprut

    la coroziune. (din aceeai categorie face parte i coroziunea fisurant). Se consider c acest

    tip de coroziune intervine atunci cnd vitezele de dezvolatere a fisurilor sunt de trei ori mai

    mari fa de cele observate n aer. S-au nregistrat cteva eecuri ale paletelor turbinelor

    provocate acest tip de coroziune.

  • 7

    2.2.4 Coroziunea intergranular

    Teoretic, coroziunea inetrgranular este un atac uniform al tuturor granielor

    grunilor poate avea loc fr existena unui factor de stres. Cu toate acestea, chiar i cei mai

    mici factori de stres pot mri viteza de corodare. Cnd potenialele electrochimice se

    modific iar stresul este suficient de mare coroziuena intergranular se poate transforma n

    coroziune fisurant. Un exemplu tipic de coroziune intergranular este coroziunea care apare

    n zonele cu flux redus ale generatorului de abur echipate cu tuburi realizate din aliaj 600.

    2.2.5 Cavitaia coroziv

    Coroziunea n film este n general atribuit prezenei a dou faze de curgere cu viteze

    mari i a picturilor de ap n cdere sau uneori a prezenei particulelor abrazive de

    magnetit. Ca urmare a cavitaiei corozive peretele se subiaz ceea ce poate conduce la

    scurgeri sau niri ale fluidelor din conducte n cazul n care nu sunt monitorizate sau

    gestionat corepunztor. Printre metodele de prevenie se numr ajustarea pH-ului apei,

    creterea coninutului de Cr a oelului-carbon sau folosirea oelului inoxidabil.

    2.2.6 Coroziunea general

    Coroziunea genarl este foarte rspndit n centralele nucleare, afectnd diferite

    materiale. Printre cele mai ingrijortoare tipuri de coroziune generl se numr:

    corodarea plcilor de combustibil datorit reaciei Zr din aliaj cu oxigenul din reactor

    formnndu-se zircon. Un strat pea gros de zircon poate duce la creterea vitezei de

    oxidare, subierea plcilor (zircona se decojete) i n cele din urm la rupture. De-a

    lungul anilor au fost dezvoltate aliaje de