Typické nečistoty obsažené v plynném chladivu Typické nečistoty obsažené v plynném chladivu vysokoteplotních a fúzních reaktorů a vysokoteplotních a fúzních reaktorů a možnosti jejich odstranění, vliv nečistot na možnosti jejich odstranění, vliv nečistot na životnost konstrukčních materiálů životnost konstrukčních materiálů Michal Černý Vedoucí práce: Ing. Jan Berka, Ph.D. Vysoká škola chemicko-technologická v Praze Ústav plynárenství, koksochemie a ochrany ovzduší Praha, duben 2009 Semestrální projekt
Vysoká škola chemicko-technologická v Praze Ústav plynárenství, koksochemie a ochrany ovzduší. Typické nečistoty obsažené v plynném chladivu vysokoteplotních a fúzních reaktorů a možnosti jejich odstranění, vliv nečistot na životnost konstrukčních materiálů. Semestrální projekt. Michal Černý. - PowerPoint PPT Presentation
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Typické nečistoty obsažené v plynném chladivu Typické nečistoty obsažené v plynném chladivu vysokoteplotních a fúzních reaktorů a možnosti jejich vysokoteplotních a fúzních reaktorů a možnosti jejich odstranění, vliv nečistot na životnost konstrukčních odstranění, vliv nečistot na životnost konstrukčních
materiálůmateriálů
Michal ČernýVedoucí práce: Ing. Jan Berka, Ph.D.
Vysoká škola chemicko-technologická v Praze Ústav plynárenství, koksochemie a ochrany ovzduší
Systém čištění helia – průtok helia 3,8 kg/hod, prach zachycován na mechanických filtrech, H2, T2, CO jsou oxidovány na CuO při 250°C, CO2, H2O adsorbovány na molekulových sítech, CH4, N2 odstraňovány pomocí nízkoteplotní adsorpce
Cíle práceCíle práce
Navrhnout a sestavit experimentální aparaturu
Provést výběr a předběžné testy adsorbentů, vhodných pro čištění helia ve smyčce HTHL
Předběžné testování materiálů v prostředí helia
Experimentálně ověřit zvolený postup a vyhodnotit získané výsledky
Předběžné testy odstranění vody Předběžné testy odstranění vody metodou adsorpcemetodou adsorpce
• Proběhl předběžný test odstranění nízké koncentrace vody z plynu pomocí adsorpce
• Pomocí směšovací stanice Panametrics MG 101 připravena směs dusík + voda o koncentraci cca 900 ml/m3
• Byl použit adsorbent Tamis moleculaires a silikagel, adsorbér 28x0,88 cm, průtok asi 5 l/min, zrnitost 0,5 – 1 mm, patm
• Přístroje pro stanovení vody v plynu: Bartec Hygrofil F 5672, GE Hygro M4/D2
Před spuštěním smyčky HTHL jsou plánovány předběžné experimenty, jejichž cílem je ověřit možnost aplikace zvolených postupů pro smyčku HTHL.
Experimentální aparaturaExperimentální aparatura
1-tlaková láhev s redukčním ventilem, 2-směšovací stanice Panametrics MG 101, 3-adsorbér, 4-analyzátor vlhkosti Bartec Hygrofil F5672, 5-analyzátor vlhkosti General Eastern Hygro M4/D2, 6-mokrý plynoměr
1
2
3
4 5
6
Testování materiálů v prostředí héliaTestování materiálů v prostředí hélia• Testovány byly vzorky ocelí T91 a 316 SS, vzorek grafitu• Pro testování vzorků ocelí ve vakuové peci byl navržen a zkonstruován držák
vzorků, cílem bylo ověřit spolehlivost materiálů za vysoké teploty v prostředí helia
• Vzorky ocelí v držáku byly umístěny ve vakuové peci po dobu 24 hodin, teplota 500 – 750 °C, průtok helia činil 0,1 l/min, po ukončení experimentu provedena analýza metodami XPS, SEM
• Vzorek grafitu o hmotnosti cca 31 g, rozměrech 35x20x10 mm byl umístěn ve vakuové peci po dobu 1 – 12 dnů, teplota 900 °C, testováno s průtokem helia 0,1 l/min a bez průtoku. Sledovány byly změny hmotnosti.
Výsledky měření – adsorpce vodyVýsledky měření – adsorpce vody
Výsledky měření – testy materiálůVýsledky měření – testy materiálů
Testy materiálu T 91 a 316SS
Testy vzorku grafitu
• Změna hmotnosti částí držáku a vzorků se pohybovala mezi 0,001 – 0,0001 g
• Po expozici povrch vzorků většinou namodralý, nebyly pozorovány deformace ani svaření
• Analýza metodou SEM/EDX potvrdila přítomnost porézní oxidické vrstvy na povrchu vzorků, nárůst povrch. koncentrace kyslíku, u 316 SS také uhlíku
• Vzorky oceli 316 SS byly analyzovány metodou XPS, na povrchu vzorku po expozici byla doložena přítomnost oxidů Fe, Mn, Cr, také uhlík ve formě karbidů, zejména karbidu chromu, u povrchu stoupá koncentrace Mn
• Při průtoku helia 0,1 l/min pozorovány úbytky hmotnosti lineárně stoupající v závislosti na čase, bez průtoku helia úbytek hmotnosti vyšší, ve směru proudění helia povrch vzorku mírně změnil barvu
Srovnání povrchů vzorků oceli T91, před a po expozici, metoda SEM, zvětšení 20000x
Výsledky měření – testy materiálůVýsledky měření – testy materiálů
Srovnání povrchů vzorků oceli 316SS, před a po expozici, metoda SEM, zvětšení 20000x
Výsledky měření – testy materiálůVýsledky měření – testy materiálů
Expozice grafitu v heliu
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0 2 4 6 8 10 12 14
Čas [dny]
Úby
tek
hmot
nost
i [g]
Průtok helia 0,1 l/min Bez průtoku helia
ZávěrZávěr• S použitím sorbentu Tamis moleculaires bylo dosaženo snížení
koncentrace vody z cca 900 – na 25 ml/m3, s použitím silikagelu bylo dosaženo snížení koncentrace vody na cca 170 ml/m3. Adsorpční kapacita stanovená vážením činila pro silikagel 0,036 g/g, pro Tamis 0,102 g/g.
• Ověřena spolehlivost držáku vzorků do teploty 750 °C
• Přítomnost oxidů na povrchu vzorků ocelí značí průnik menšího množství vzduchu, pro jeho odstranění bude přidána grafitová vata
• Změny hmotností vzorku grafitu po expozici svědčí o průniku menšího množství nečistot.
• V budoucnu je plánováno použití metody FTIR pro stanovení koncentrací nečistot po adsorpci. U vzorků konstrukčních materiálů P91 a 316SS jsou plánovány testy lomové houževnatosti v závislosti na působení teploty a expozice v HTR heliu.