Металлических теплоносителей

1) во избежание опасных контактов — конструирование металлических сооружений без опасных анодных деталей или участков с неблагоприятным отношением их поверхности к катодной поверхности сооружения (Sa
устранением блуждающих токов (их утечки в грунт или другой электролит), электродренажем подземных металлических сооружений (отводом блуждающих токов к источнику этих токов), занесением на металлические сооружения защитных изолирующих покрытий (например, битумных или полиэтиленовых), электрохимической (катодной) защитой и др.

Подземную коррозию металлов принято подразделять: 1) на грунтовую, обусловленную электрохимическим взаимодействием подземных металлических сооружений с коррозионноактивным грунтом; 2) на коррозию блуждающими токами (электрокоррозию), обусловленную наличием подземных металлических сооружений

Борьба с грунтовой коррозией подземных металлических сооружений осуществляется с помощью следующих методов:

Противокоррозионные изолирующие покрытия являются основным, наиболее широко применяемым способом защиты подземных металлических сооружений от коррозии.

Создание искусственной среды вокруг протяженных подземных металлических сооружений (например, магистральных трубопроводов) затруднено большим объемом работ и высокими транспортными расходами. В районе Баку для засыпки трубопроводов нашел применение отход нефтемаслоочистительных заводов — отрабо-

Описанные выше методы защиты подземных металлических сооружений защищают их и от коррозии блуждающими токами, но в большинстве случаев они для этих целей являются недостаточными и для борьбы с блуждающими токами требуется применение специальных методов:

Неоднородность металлической фазы, жидкой коррозионной среди и физических условий (см. с. 188), а также конструкционные особенности металлических сооружений (их полиметаллич-ность, наличие узких зазоров и др.) делают поверхность металл — электролит электрохимически гетерогенной, что часто оказывает влияние на скорость электрохимической коррбзии металлов и ее распределение, изменяя характер коррозионного разрушения. Даже сплошная коррозия металлов бывает по этим причинам неравномерной или избирательной. Кроме того, встречается местная коррозия различных видов, опасность которой обычно тем больше, чем больше локализовано коррозионное разрушение. Местная коррозия х не определяется общей скоростью коррозионного процесса.

Различие в природе электролитов может создать разность электродных потенциалов металлов в 0,3 в. Имеются указания, что различие в степени аэрации вызывает еще большую э. д. с., равную 0,9 б. Все эти причины, а в ряде случаев действие находящихся в грунте микроорганизмов способствуют разрушению подземных металлических сооружений. Развитию коррозии подземных сооружений также способствует наличие на их поверхности прокатной окалины. В отдельных случаях разность потенциалов между окалиной и основным металлом достигает 0,45 в. На процессы подземной коррозии оказывают влияние самые разнообразные факторы, к числу которых относятся, помимо указанных выше, температура, электропроводность, воздухопроницаемость грунта, состав грунтовых вод и др. Поэтому очень трудно выделить и изучить влияние каждого фактора в отдельности.

Большое влияние на коррозионные процессы в подземных (а иногда и надземных) условиях оказывают, как было указано ранее, блуждающие токи. Особенно большую опасность для подземных металлических сооружений представляют блуждающие токи, ответвляющиеся от рельсовых путей трамвая и электрических железных дорог, в которых рельсы используются в качестве; обратного провода для токов. Возникновение блуждающих токов может иметь место и в условиях заземления однопровод-ных линий энергопередачи и заземления различных промышленных электроустановок.

В грунтах, обладающих достаточно высокой электропроводностью, наиболее эффективным методом защиты металлических конструкций является электрохимическая защита как дополнение к изолирующим покрытиям или как самостоятельный способ защиты. Широкое применение в технике для защиты подземных металлических сооружений находит катодная поляризация (катодная защита), в результате которой потенциал сооружения смещается в отрицательную сторону, а скорость коррозии снижается. Катодная защита может быть осуществлена в двух вариантах: с использованием внешних источников тока (аккумуляторных батарей, селеновых выпрямителей, генераторов постоянного тока) и путем применения протекторов из металлов с потенциалом, более отрицательным, чем у стали. Такими металлами являются магний, цинк и алюминий. При присоединении протектора к трубопроводу образуется гальванический элемент, катодом которого является стальной трубопровод, а анодом --магниевый или цинковый электрод. Электрохимическая защита подробно рассматривается в гл. XIX.

По своим физическим свойствам большинство расплавленных металлов отличается от обычных теплоносителей — воды, масел и др. Главной особенностью металлических теплоносителей является высокая теплопроводность и соответственно низкие значения критерия Прандтля: Рг = 0,005 -Ь 0,05. В последнее время как в нашей стране, так и за рубежом было проведено большое число измерений теплоотдачи к жидким металлам в различных условиях. В -опытах применялись такие теплоносители, как натрий, калий, литий, цезий, ртуть, висмут, сплавы висмута со свинцом и др. Первые широкие и систематические исследования теплоотдачи и гидравлического сопротивления были выполнены в Энергетическом институте им. Кржижановского [Л. 69, 70].

Конденсация паров щелочных металлов обычно носит пленочный характер. Из-за высокой теплопроводности жидкометалличе-ской пленки ее термическое сопротивление (определяемое по теории пленочной конденсации Нуссельта, см. § 4-2) оказывается чрезвычайно низким. Поэтому интенсивность конденсации паров металлов определяется обычно не столько термическим сопротивлением конденсатнои пленки, сколько скоростью поступления молекул пара к поверхности пленки и эффективностью их осаждения (конденсации) на этой поверхности. Последний процесс определяется моле-кулярно-кинетическими закономерностями. В этом состоит основная особенность конденсации паров металлических теплоносителей.

По своим физическим свойствам большинство расплавленных металлов отличаются от обычных теплоносителей — воды, масел и др. Главной особенностью металлических теплоносителей является высокая теплопроводность и соответственно низкие значения числа Прандтля: Рт — 0,005~-0,05. В последнее время .как

Конденсация паров щелочных металлов обычно носит пленочный характер. Из-за высокой теплопроводности жидкометалличе-ской пленки ее термическое сопротивление (определяемое по теории пленочной конденсации Нуссельта, см. § 4-2) оказывается чрезвычайно низким. Поэтому интенсивность конденсации паров металлов определяется обычно не столько термическим сопротивлением конденсатной пленки, сколько скоростью поступления молекул пара к поверхности пленки и эффективностью их осаждения (конденсации) на этой поверхности. Последний процесс определяется молекулярно-кинетическими закономерностями. В этом состоит основная особенность конденсации паров металлических теплоносителей.

точной, поэтому в таких случаях можно применять его сплавы, которые обладают лучшими физическими свойствами, чем цирконий. Оболочка активной зоны реактора, контейнер, система трубопроводов и другие более второстепенные детали реакторной установки изготовляются из нержавеющей стали. Окисление их за счет кислорода, содержащегося в жидком теплоносителе, в условиях работы реакторной установки незначительно, но зато может наблюдаться перенос массы. Защитные оболочки для тепловыделяющих элементов (урановых стержней), предохраняющие их от воздействия металлических теплоносителей, могут быть также изготовлены из нержавеющей стали.

Кроме того, при химической очистке от загрязнений металлических теплоносителей следует заботиться о том, чтобы добавляемый к ним. металл (восстановитель) имел бы малый захват нейтронов и не приводил бы к образованию компонентов с большим периодом полураспада.

2. Конструкционные материалы должны обладать хорошей совместимостью — свойством существовать в контакте без химических или других взаимодействий друг с другом. Это особенно важно при применении металлических теплоносителей. К таким устойчивым металлам при жидких металлических теплоносителях относятся ниобий, тантал, титан, ванадий, цирконий и бериллий.

Область перегрева жидкости. Процесс кипения жидких металлов в трубах по сравнению с неметаллическими жидкостями характеризуется рядом особенностей. Эти особенности связаны с физическими свойствами металлических теплоносителей и высокой температурой насыщения. Одной из таких особенностей, ранее отмеченной в [1], является значительный перегрев жидкости сверх температуры насыщения. Было обнаружено, что при подогреве калия в рабочем участке наблюдался рост температуры жидкости сверх температуры насыщения. При достижении некоторой (критической для данных условий) величины перегрева происходило вскипание жидкости, и температура теплоносителя начинала резко падать, уменьшаясь до величины, близкой к Tt, после чего дальнейший процесс кипения калия в трубе происходил при обычных условиях (рис. 2).

Значения критических температур и давлений металлических теплоносителей, взятые из опубликованных работ, приведены в табл. 1.10 и 1.11.

Термодинамические свойства металлических теплоносителей и зависимость давления от температуры на линии насыщения приведены в работах [13—17].

Таблица 1.11 Критические давления некоторых металлических теплоносителей