Применения никелевых

В книге впервые систематизированно изложена проблема применения неводяных рабочих тел и теплоносителей в энергетических установках.

Как будет показано далее, уже в начальный период развития теории тепловых двигателей наряду с использованием водяного пара и воздуха или газов возникли идеи применения неводяных паров в качестве рабочих тел. Эти идеи возникали и на последующих этапах развития теплоэнергетики на основе более высокого уровня развития техники и технологии производства тепловых двигателей.

РАЗВИТИЕ ИДЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ НЕВОДЯНЫХ РАБОЧИХ ТЕЛ И ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ

Перспективность применения неводяных паров в будущем обусловлена тем, что дальнейшее повышение начальных параметров водяного пара [свыше (170^-240) 10б Па, 540—565° С] и единичной мощности турбоагрегатов (свыше 800—1200 МВт) не обещает существенного расчетного снижения удельного расхода тепла. Фактического же снижения удельного расхода тепла при дальнейшем повышении начальных параметров водяного пара и усложнении тепловой схемы блока (например, введения второго промежуточного перегрева пара) может вообще не быть. Чем выше начальные параметры пара и чем сложнее тепловая схема энергетической установки, тем больше отклонение фактического к. п. д. установки от расчетного. На лучших установках с параметрами пара (90ч-100) 105 Па, 520—530° С фактический удельный расход тепла соответствует расчетному. На установках с начальными параметрами пара (140ч-170) 105 Па, 540—565° С и промежуточным перегревом пара фактический удельный расход тепла несколько ниже расчетного, хотя и близок к нему. На установках с давлением пара (240ч-257) 105 Па, 540—565° С фактический расход тепла значительно ниже расчетного. Так, на блоках закритического давления в США фактический удельный расход тепла даже при наличии двух промежуточных перегревов не ниже, чем на блоках с давлением (160ч-170) 105 Па и одним промежуточным перегревом пара.

Особая перспективность применения неводяных паров в атомной энергетике связана также со специфическими требованиями к ядерным свойствам теплоносителей и замедлителей активной зоны реакторов. С этой точки зрения привлекают внимание такие вещества, как высококипящие органические жидкости, расплавы солей и др.

Таким образом, на современном этапе развития энергетики проблема применения неводяных паров (в качестве рабочего тела термодинамических циклов или теплоносителей) снова становится актуальной и перспективной. Результаты исследований термодинамических циклов, рабочих процессов и конструкций энергетического оборудования с неводяными теплоносителями позволяют считать, что такие установки перспективны не только для электростанций, но и для судовых, транспортабельных, технологических и других специальных типов энергетических установок.

Появление паровой турбины и усовершенствование конденсаторов позволило получать необходимые мощности агрегатов при относительно небольших габаритах и весах и глубоком вакууме. Быстрое развитие паровых турбин для стационарных и судовых установок ограничило дальнейшее применение поршневых машин, в том числе и на парах низкокипящих жидкостей, что определило конец первого этапа применения неводяных паров в энергетическом машиностроении.

Однако, когда появились затруднения в повышении начальных параметров пара в турбинах свыше (20-^30) 105 Па, 400—450° С с целью дальнейшего снижения удельного расхода топлива, мысль конструкторов снова вернулась к идее применения неводяных паров, но уже не в поршневых машинах, а в паровых турбинах. Применение неводяных паров обещало возможности улучшения термодинамического цикла как за счет изотермического подвода тепла при более высокой температуре и умеренном начальном давлении, так и за счет понижения температуры отвода тепла при умеренном вакууме.

Несмотря на это накопленный опыт применения неводяных рабочих тел оказал большую помощь в дальнейшем прогрессе энергетики и, в частности, в создании оборудования атомных электростанций.

Специфика применения неводяных рабочих тел в атомной энергетике заключается в том, что к рабочим телам и теплоносителям ядерных установок (для отвода тепла в ядерных реакторах) предъявляется ряд специфических требований. Эти требования касаются ядерных свойств (активация в нейтронном поле, радиационная стойкость, взаимодействие с нейтронами) и теплофи-зических характеристик, в частности, теплопередающих свойств. Если основные требования к теплоносителям второго контура двухконтурных атомных электростанций определяются главным образом термодинамическими условиями, то требования к теплоносителям первого контура связаны прежде всего с ядерными свойствами.

Для энергетических установок диапазон температур рабочего тела определяется начальной и конечной температурами термодинамического цикла, для других областей применения неводяных рабочих тел —• условиями технологического и других процессов, как это показано в работе [37]. Для обоих случаев, как правило, требуется широкий диапазон рабочих температур.

Практически «потолок» для применения никелевых сплавов — 950— 1000°С, для работы при более высоких температурах следует применять спла-

Таблица 4.7 Характерные области применения никелевых покрытий

Характерные случаи применения никелевых покрытий приведены в табл. 4.7.

140. Основные механические свойства и область применения никелевых и медно-никелевых сплавов

Жаростойкие сплавы на основе никеля в окислительных средах (парах воды, кислороде, синтетическом ам-~ миаке) более стойки, чем на основе железа. Однако в серосодержащих средах никель нестоек к газовой корро-зии. Присутствие серы в окислительных средах снижает температуру применения никелевых сплавов до 550 °С, а в восстановительных — до 260 °с'

Области применения никелевых сплавов различных марок:

Практически «потолок» для применения никелевых сплавов — 950— 1000°С, для работы при более высоких температурах следует применять спла-

1 Области применения никелевых сплавов 321

1 Области применения никелевых сплавов

Жаростойкие сплавы на основе никеля в окислительных средах (парах воды, кислороде, синтетическом аммиаке) более стойки, чем на основе железа. Однако в серосодержащих средах никель нестоек к газовой коррозии. Присутствие серы в окислительных средах снижает температуру применения никелевых сплавов до 550 °С, а в восстановительных — до 260 °С.

Существуют также разновидности сплавов, представленных в табл. 3.1. Области применения никелевых сплавов не ограничиваются случаями, когда основным требованием является коррозионная стойкость в водных растворах. Перечень промышленных никелевых сплавов, предназначенных для различных специальных целей, гораздо шире, чем это представлено в табл. 3.1.