Способ снижения коррозионной активности инертных газов

 

Ю. А. Душин, Е. Н. Артемова и Ю. В> Перетягйй ----- —1

i (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ СНИЖЕНИЯ КОРРОЗИОННОЙ АКТИВНОСТИ

ИНЕРТНЬИ ГАЗОВ

Изобретение относится к способам противокоррозионной защиты и может быть использовано при эксплуатации атомных реакторов, ИГД-генераторов, газотурбинных установок открытого цикла и другого энергетического оборудования, в котором теплоносителем является гелий, аргон или другие инертные газы.

Известен способ снижения корро10 зионной активности инертных газов, включающий очистку их от углеродсодержащих примесей (1).

Недостатком известного способа является необходимость сложной и

15 тонкой очистки газа, что требует специального оборудования. В случае, если парциальное давление очищенных газов превьппает 10 мкат, происходит коррозионное охрупчивание стали.

Цель изобретения — предотвращение коррозионного охрупчивания стали.

Поставленная цель достигается тем, что очистку от углеродсодержащих примесей ведут до уровня 200-1000 мкат с последующим введением в газ кислорода до уровня 500-5000 мкат.

Верхний уровень давления кислорода(5000 мкат)с коррозионной точки зрения не нуждается в ограничении.

Однако с ростом концентрации кислород да радиационные свойства газа резко изменяются. Так, сечение захвата нейтронов гелием менее 0,001 бари, кислородом - около 1,5 бари, т.е. на три порядка вьппе. Увеличение концентрации кислорода свыше 1 об.Ж (1О 1 мхат при давлении 1 ат) начинает сказываться на ядерных характеристиках активной зоны и может ухудшать служебные характеристики ряда установок.

Сущность способа заключается в следующем.

Загрязненный инертный газ многократно пропускают через адсорбер, содержащий насадку из цеолитов СаА, СаХ или других поглотителей углерод—

3 88256 (содержащих примесей — СН, СН, С Н

СО, Соа и т.п. При этом парциальное давление примесей постепенно понижается. После того, как суммарное давление компонентом уменьшилось до уровня 200-1000 мкат, адсорбер отключают и в газ через натекатель вводят. кислород до тех пор, пока его парциальное давление не превысит остаточное давление углеродсодержащих 1О примесей в 2,5-5 раз..

При таком составе примесей атмосферы на поверхности конструкционных материалов сталей равновесная концентрация углерода не превышает предела растворимости. В результате, насыщения металла углеродом не проис ходит, хрупкая карбидная фаза не об разуется, структура и свойства материалов при эксплуатации сохраняют 20 ся близкими к исходным или меняются в меньшей мере,.чем в теплоносителе исходного состава.

Равновесная концентрация углерода в стали Со. PCO/РСО, а паРциальные 25 давления СО и СО, которые устанавливаются в загрязненных инертных газах при рабочих температурах выше

500 С, связаны с исходным составом примесей и константой равновесия К реакции Н + СОЛСО + Н О соотношени-

2 ем

Степень корроэионных повреждений оценена по изменению предела прочности (Уц, предела текучести и

30 наиболее чувствительной к корр зии характеристике — максимального удлинения при разрыве (3 (толщина образцов при выдержке в теплоносителе йрактически не изменяется).

Состав и свойства сталей в исход-", 35 ном состоянии и после испытании в теплоносителе после 180 ч работы при 750 С с различным свойством примесей приведены в таблице.

Изобретение практически исключа40 ет коррозионные .повреждения металла.

При этом концентрация углерода в стали сохраняется на начально уровне (0,08-0,09 против 0,5-0,6 вес. после испытаний в теплоносителе с исходным или известным составом примесей).

Изобретение предотвращает науглероживание стальных материалов, способствует стабилизации их свойств при высоких температурах и многократно увеличивает срок службы тонкостенных деталей в энергетических установках, где

0 = R (пор), С = Е (И рЪ 11 = Е (>u p)<, I

n,,и и n - число атомов О,С и Н

О С в молекулах примесей с парциальным давлением P.

Очистка от углеродсодержащнх примесей недостаточна для эффективного снижения равновесной концентрации углерода С в стали, так как остаточная концентрация примесей составля-: ет 5 ° 10 об. и при давлений среды

1-20 ат С остается на уровне 501000 мкат. Кроме того, удаление СО и СО сопровождается уменьшением 0 и окислительного потенциала среды.

Поэтому для понижения Ср до предела растворимости требуется добавка кислорода или водяного пара в количестве, в несколько раз превышающем стехиометрическое.

Ч р и м е р . Испытывают образцы, изготовленные из типичных нержавеющих сталей Х18Í9 (содержит, вес.

С 0,08,0,1; Cr 19; Ni 9; Fe остальное)

Х16Н11МЗ (содержит, вес. .: С 0,060,08; Cr 16; М1 11; Мо 2,5; Fe остальное) и Х15Н35МЗ (содержит, вес.

С 0,06-0,08; Cr 15; Ni 35; Чо 2,5;

Fe остальное) при максимальных рабочих температурах в гелии с различной концентрацией примесей. Газ циркулиру ет в закрытом контуре объемом О,l м

Для его очистки от С I< используют насадку из цеолитов СаХ при нормальной температуре. Кислород и азот вводят из баллона через натекатель с расходом 0,1-1 см /мин. Содержание примесей контролируют хроматографом JIXNBN.

882565 меа «Гл . ЮВЕ, Парциальное давление примесей мкат

5Н2 02

Сталь Х16Н11М7

° Ю кгс/мм кгс1мм Й

6"в,, Gd,2,: к кгс/мм кгс/мм Х

Способ

Газ

Известный Гелий 200

Аргон 200

Гелий 200 59-62 ,58-60

2-5

3-6

24 61

500 56

Предлагаемый Гелий 500

26-28 36-38

28 39

5000 57

52-54

53-71, . 54

26 58-60

Гелий 1000

Аргон 200

500 55-58

Цобавление кислорода ниже предлагаемого Гелий уровня

200

250 48 — 2-7

Составитель Л. Андруцкая

Редактор Г. -Кацалап Техред Т,Маточка Ко екто А. Ференц рр р

Заказ 10038/7 Тираж 709 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытии

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Формула изобретения

Способ снижения коррозионной активности инертных газов, включающий очистку их от углеродсодержащих примесей, отличающийся тем, что, с целью предотвращения коррози онного охрупчивания сталей, очистку углеродсодержащих примесей ведут до

/ уровня 200-1000 мкат с последукпцим введением в гаэ кислорода.до уровня и 500-5000 мкат.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Фастовский В. Г., Ровинский

А. E., Петровский Ю. В. Инертные газы. Атомиздат, 1972, с. 152.