Жидкий натрий как теплоноситель

Одно из преимуществ жидкого натрия как теплоносителя — высокие удельные энерговыделения в активной зоне, составляющие 400—800 МВт/м , что приводит к малым размерам активной зоны. В связи с этим вероятность вылета нейтронов из активной зоны относительно велика и может достигать даже 30%. Эти нейтроны используются для воспроизводства топлива, для чего [c.79]

В значительной группе работ излагаются результаты исследований теплоотдачи к жидким металлам (натрию, алюминию, ртути). Исследование теплоотдачи к натрию выполнены при весьма больших тепловых потоках (до 20 10 вт м ). В этих условиях возникает ряд важных и требующих учета особенностей, рассматриваемых в двух статьях сборника. В других трех статьях рассматривается использование жидкого алюминия как теплоносителя, приводятся данные по его физическим свойствам и теплоотдаче. Публикуются результаты и табличные данные по исследованию теплоотдачи к ртути в начальных участках труб. [c.6]

Если принять, что коэфициенты теплопередачи для жидких металлов будут достигать таких высоких значений, как 90 ООО, сомнительно, чтобы такие высокие значения принесли существенную практическую пользу, так как тепловое сопротивление стенки, как бы тонка она ни была, будет вероятно гораздо выше. Чтобы можно было должным образом оценить жидкие металлы как теплоносители, нужно иметь достаточные данные для суждения о том, в какой степени смачивание металлом стенок трубы является существенным для теплопередачи. В случае химически активных металлов, как литий, натрий и калий, возможно, что смачивание будет иметь место для обычных сталей, но ртуть нормально не смачивает стали. Однако имеющиеся в литературе данные указывают, что малые добавки других элементов к ртути заставляют жидкость смачивать стенку. [c.295]

Особенно сложна проблема теплоотвода в реакторах на быстрых нейтронах, где энерговыделение громадно (около 0,5 кВт на см ), а к теплоносителю предъявляется дополнительное требование возможно меньшего замедления нейтронов. Поэтому в реакторах на быстрых нейтронах, как правило, используют наилучший по теплоотдающим свойствам материал — жидкий натрий, несмотря на то, что он обладает целым рядом очень неприятных свойств исключительно высокой химической активностью по отношению к воде, вторичной активностью под действием нейтронов. [c.581]

При проектировании реактора БН, как и легководных реакторов, одной из основных проблем является зависимость реактивности от температуры. Очевидно, что для безопасной эксплуатации dp/dT должно быть отрицательным. Эта проблема была интенсивно изучена только для реакторов-размножителей на быстрых нейтронах с жидким натрием в качестве теплоносителя. В реакторах этого типа главная проблема состоит в возникновении пузырей, образующихся в натрии из-за его кипения, или даже общей потере натрия вследствие аварии. Из-за образования пузырей в натрии ужесточается спектр нейтронов R результате эффекта снижения замедления внутри пузырей и увеличиваются утечки из активной зоны реактора из-за снижения эффекта рассеяния в пузырях. [c.179]

Какую удельную запасенную теплоту можно получить от жидкого натрия при температуре 300 С Какой должна быть скорость потока этого теплоносителя при данной температуре, если требуется с его помощью осуществлять перенос теплоты около 3000 МВт [c.257]

Сальник в трубопроводной арматуре препятствует проходу рабочей среды в атмосферу через зазор в подвижном соединении шпинделя с крышкой. Во многих случаях неудовлетворительная работа арматуры связана с плохим техническим состоянием сальника, поэтому материал набивки сальника должен выбираться обоснованно. Материал должен обладать следующими свойствами иметь высокие упругость, физическую стойкость при рабочей температуре, химическую стойкость против действия рабочей среды, износостойкость и возможно малый коэффициент трения. В качестве набивочных материалов в отечественной арматуре для АЭС в основном применяются асбест с графитом, асбест с фторопластом, фторопласт и некоторые другие материалы. Наиболее часто используются асбестовый плетеный шнур квадратного или круглого сечения. Целесообразно применение набивки из заранее приготовленных и отформованных колец. В арматуре первого (реакторного) контура с жидкометаллическим теплоносителем применение набивок, содержащих графит, недопустимо, так как последний, попадая в жидкий натрий, вызывает при высокой температуре науглероживание металла оборудования контура, способствуя его охрупчиванию. [c.35]

В качестве теплоносителей в мировой практике используются обычная вода, углекислый газ, гелий и жидкий натрий. Соответственно с водным теплоносителем АЭС может быть как двухконтурной, так и одноконтурной (см. гл. 5—7) АЭС, где в качестве теплоносителя используется углекислый газ и гелий,— только двухконтурной, а при теплоносителе — жидком натрии —даже трехконтурной (см. гл. 8). [c.14]

Жидкометаллический теплоноситель может использоваться в реакторах как на тепловых, так и на быстрых нейтронах, в последнем случае коэффициент воспроизводства ядерного горючего больше единицы. Преимущество такого теплоносителя — возможность работы при низких давлениях (0,5 МПа) в первом контуре. Значительная в сравнении с водным и газовым теплоносителями плотность жидких металлов позволяет перекачивать относительно малые объемы, т. е. уменьшать диаметры трубопроводов и расходы на собственные нужды, а также обеспечивать высокий коэффициент теплоотдачи от поверхности оболочки твэла к теплоносителю, что позволяет при той же температуре оболочки получать более высокие температуры теплоносителя. Пока для АЭС наиболее пригоден жидкий натрий. [c.79]

Кроме ускорения процесса переноса массы кислород, находящийся в жидком натрии, вызывает охрупчивание ряда сталей после выдержки в теплоносителе [215, 216]. Этот эффект весьма опасен, так как приводит к резкому изменению механических свойств материала без существенного повреждения его поверхности он, по-видимому, имеет одинаковую природу с эффектом внутреннего окисления сплавов, так как характеризуется аналогичными проявлениями [217]. [c.263]

На основании уравнения (10.8) жидкие металлы представляются весьма ценными теплоносителями. Например, при скоростях около 3 м в секунду как жидкий натрий, так и жидкая ртуть дают рассчитанные коэфициенты теплопередачи свыше 90 ООО. Однако, учитывая имеющиеся экспериментальные данные, очень сомнительно, будут ли действительные коэфициенты теплопередачи так же высоки, как эти рассчитанные значения. Может оказаться, что коэфициент теплопередачи будет существенным образом зависеть от того, смачивает ли жидкий металл стенку трубы. [c.295]

Такие металлы, как ртуть, свинец, натрий, смеси натрия с калием и висмута с литием, служат теплоносителями в реакторах. В случае свинца, висмута, смеси свинца с висмутом и ртути происходит перенос вещества. Железо, которое при высокой температуре растворяется, в зонах более низкой температуры осаждается. Эти осаждения могут закупоривать трубопроводы. Растворимость железа в жидком натрии при 720° С достигает 0,002%. [c.132]

Имеется еще один тип жидкостей, который совсем недавно привлекал внимание, а сейчас стал играть очень важную роль. Это жидкие металлы, которые уже используются как теплоносители в ядерных реакторах. Кроме ртути, использовались натрий, жидкий эвтектический сплав натрия и калия и различные сплавы свинца, висмута и других металлов с низкой температурой плавления. Применение металлов, свойства которых коренным образом отличаются от свойств органических жидкостей, используемых обычно [c.59]

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 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]. [c.276]

Такие элементы, как тантал, титан и цирконий, не подвергались коррозии и при более высокой концентрации кислорода. Концентрация металла в жидком сплаве после испытания (вследствие влияния окиси) могла увеличиваться примерно в десять раз. Нержавеющие стали, особенно типа нимоник, довольно стойки при более высокой концентрации кислорода, причем содержание металла в теплоносителе оставалось неизменным. На никель, молибден и вольфрам кислород действует так же, как на титан. С добавлением урана даже при повышенной концентрации кислорода стойкость конструкционных материалов не понижалась. Влияние урана на совместимость свойств натрия с другими металлами заключается в том, что являясь геттером он полностью ликвидирует кислород в теплоносителе. В результате наблюдалось, что любая окись, присутствующая вна- [c.320]

Тепловыделяющие элементы современных ядерных реакторов способны выдерживать достаточно высокие температуры это позволяет отводить тепло из реактора на сравнительно высоком температурном уровне, что имеет существенное значение для повышения к. п.д. ядерной энергетической установки. Использование воды в качестве теплоносителя при высоких температурах становится затруднительным, так как это сопряжено с необходимостью значительного повышения давления. Поэтому в высокотемпературных реакторах целесообразно для отвода тепла применять жидкие металлы, которые могут циркулировать в условиях высокой температуры при сравнительно малых давлениях. Кроме того, некоторые из этих теплоносителей (например, натрий) обладают меньшим по сравнению с водой сечением захвата нейтронов, что является немаловажным обстоятельством. Однако жидкие металлы имеют и специфические недостатки, затрудняющие их использование в качестве теплоносителя в реакторах. Подвергаясь облучению нейтронами, они становятся радиоактивными, что создает определенные затруднения при обслуживании контура, отводящего тепло от реактора. [c.37]

Изучение и практическое применение жидкометаллических теплоносителей связано прежде всего с разработкой и созданием ядерных и термоядерных реакторов. Обычно рассматриваются такие сравнительно легкоплавкие и доступные в больших количествах металлы, как натрий, калий, литий, цезий, олово, свинец, висмут, а также натрий-калиевый и свинцово-висмутовый сплавы. В экспериментальной технике широко используются ртуть и сплав индий-галлий-олово, находящиеся в жидком состоянии при комнатной температуре. [c.222]

Для осуществления рабочего процесса тепловой трубы необходимо, чтобы ее фитиль оставался все время насыщенным жидкой фазой теплоносителя. К настоящему времени сконструированы трубы с различными теплоносителями от криогенных жидкостей До жидких металлов. По этому признаку тепловые трубы можно подразделить на криогенные, трубы для умеренных температур и жидкометаллические. Границей между криогенными и трубами для умеренных температур является 122 К, а между трубами для умеренных температур и жидкометаллическими температура 628 К. Эти границы логически обоснованы, так как 1) нормальные точки кипения так называемых постоянных газов таких, как водород, неон, азот, кислород и метан, лежат ниже 122 К, 2) точки кипения таких металлов, как ртуть, цезий, натрий, литий и серебро, лежат выше 628 К, 3) обычно все применяемые хладагенты и жидкости такие, как хладон, метанол, аммиак, вода, кипят при нормальном атмосферном давлении при температурах между 122 и 628 К- Кроме того, из наблюдений было установлено, что для большинства рабочих тел свойства, оказывающие наибольшее влияние на эффективность тепловой трубы, особенно благоприятны в окрестностях нормальных точек кипения жидкостей. Нормальные точки кипения некоторых жидкостей и целесообразные интервалы температур упомянутых классов тепловых труб указаны на термометре с логарифмической шкалой, изображенном на рис. 1.3. [c.17]

Недостатками таких схем являются большая сложность вспомогательного оборудования для перекачки жидкого металла и большая радиоактивность металла после прохождения им реактора, из-за чего приходится применять два контура теплоносителя, схема которых показана на фиг. 222. Металлы прокачиваются специальными электромагнитными герметическими насосами, исключающими какую-либо утечку, так как натрий на воздухе быстро окисляется, а при соприкосновении с водой горит. Эксплуатация реакторов с металлическими теплоносителями вызывает ряд трудностей. [c.429]

Наряду с газами и капельными жидкостями в качестве теплоносителей применяют жидкие (расплавленные) металлы, такие, как ртуть, натрий, калий, литий, висмут, галлий, свинец. Достоинством этих теплоносителей является то, что они имеют высокую теплопроводность, малую вязкость, высокую температуру кипения коррозионное воздействие на материал стенок каналов, по которым они перемещаются, — незначительное. Благодаря высокой теплопроводности жидкие металлы могут очень интенсивно отводить теплоту от поверхности нагрева. Их можно использовать при высоких температурах (700— 800° С) и в то же время при низких давлениях. Потери давления при движении жидких металлов в каналах находятся в приемлемых пределах. Многие из них имеют невысокую температуру плавления (для натрия, например, / д — 97,5° С) и могут без особых трудностей переводиться в жидкое состояние. Все эти качества делают их весьма перспективными теплоносителями. Применение жидких металлов в теплосиловых установках при определенных условиях позволяет повысить их коэффициент полезного действия. [c.217]

Как было указано выше, жидкие металлы являются одними из наиболее хороших теплоносителей. В этом разделе мы подробно рассмотрим использование в качестве теплоносителей натрия и свинца, выбранных вследствие их малого сечения захвата нейтронов (полное поперечное сечение для нейтронов с энергией 1/40 еУ у Na—4,9 барна, у РЬ—8,3 барна), а также вследствие того, что они находятся в жидком состоянии в Интервале температур, удобном дл т получения пара с высоким давлением. [c.161]

Так как происходит бурная реакция с водой и сильное окисление на воздухе, протечки жидких металлов недопустимы даже в очень малых количествах. Намечаются два направления для обеспечения этого требования. Первое из них заключается в отделении теплоносителей, реагирующих один с другим при помощи инертного промежуточного теплоносителя. На фиг. 213 показана схема промежуточного теплообменника, где оба теплоносителя — сплавы натрия с калием. Трубная доска и П-образные трубки сделаны двойными. Первичный теплоноситель поступает в одну половину распределительной камеры, движется по внутренним трубкам и уходит через вторую половину камеры. Вторичный теплоноситель движется в межтрубном пространстве. Зазор между трубными досками и кольцевое пространство между концентрическими трубками заполнено ртутью (на фиг. 213 ртуть показана черным), которая инертна к натрию и калию. Ртуть под давлением, несколько меньшим, чем в первичном контуре, циркулирует по отдельному небольшому контуру и непрерывно проверяется на активность. [c.409]

Тепловые трубы вводят в обращение много новых металлов, помимо теплоносителей, в какой-то мере уже освоенных техникой натрий, калий, литий, ртуть. Но элемент новизны есть и в работе с перечисленными жидкими металлами, так как рабочие температуры тепловых труб значительно выше ранее освоенного интервала. Соответственно требуется применение новых, более жаропрочных конструкционных материалов, поведение которых в системах с жидкометаллическими теплоносителями еще не изучено. [c.15]

Жидкий натрий как теплоноситель выдвигает ряд требований к оборудованию и его эксплуатации. Температура плавления натрия 97°С, поэтому для пуска станции необходим предварительный электроразогрев всего оборудования и трубопроводов. В зависимости от тепловой схемы пуск станции может потребовать от трех до пяти недель. [c.80]

Определению степени чистоты жидкого натрия как теплоносителя, не влияющей на коэффициент теплоотдачи в условиях поперечного обтекания, посвящена более поздняя работа [20]. Опыты проводились при содержании кислорода в натрии 4-10-2, 2 I0 и 4-10 мае. % (анализ бутил-бромидным методом). Авторы показали, что наличие в натрии до 4-10 мае. % кислорода не оказывает заметного влияния на теплоотдачу в диапазоне исследованных параметров (табл. 7.2). [c.155]

Трехконтурные схемы (рис. 9.36,6) применяется на АЭС с быстрыми реакторами, где в качестве теплоносителя применяется, как правило, жидкий натрий, активно реагирующий с водой. Для исключения в аварийных условиях контакта радиоактивного натрия с водой вводится промежуточный второй контур. Циркуляция теплоносителей радиоактивного жидкого натрия (пе рвый контур) и жидкого натрия второго контура обеспечивается соответственно ГЦН-1 и ГЦН-2. Давление в контурах поддерживается с помощью [c.291]

Так, например, использование жидкого натрия в испарительном контуре реактора таит в себе большую опасность, так как при возможном соприкосновении его с водой в пароюнераторе может образоваться взрыв. Поэтому сейчас ведутся интенсивные работы по использованию в реакторах на быстрых нейтронах в качестве теплоносителя гелия или диссоциирующего газа, а также по разработке испарительного контура с газовым теплоносителем. [c.173]

И поэтому конструкторы предложили для таких реакторов использовать меньшее количество замедлителя, лишь ровно столько, чтобы замедлить нейтроны только до промежуточных энергий (скажем, несколько сот электрон-вольт). Однако этот интервал энергий как раз попадает в диапазон резонанса, для которого характерно максимальное поглош,ение нейтронов ядрами урана-238. Следовательно, для того чтобы в таком реакторе проходила самоноддерживающаяся цепная реакция, урановое топливо должно быть очень сильно обогащено ураном-235. Кроме того, было применено следующее интересное явление, заключающееся в том, что ядерное сечение расщепления ядер урана-235 нейтронами также имеет несколько пиков в диапазоне резонанса. Поэтому было предложено замедлять нейтроны в данном реакторе до таких энергий, значения которых группировались бы около одного из максимумов расщепления урана-235, избегая в то же время максимумов поглощения нейтронов ядрами урана-Й8 (рис. 28). Используя этот принцип, сконструировали несколько промежуточных реакторов, в одном из которых топливом, например, служил сильно обогащенный уран, замедлителем — металлический бериллий, а теплоносителем — жидкий натрий [c.85]

В быстрых реакторах, естественно, отсутствуют замедлители нейтронов что делает активную зону весьма компактной. Такой реактор мощностью в 250 МВт имеет актавную зону величиной с ведро, в то время как для производства той же энергии активная зона первых гра-фито-газовых реакторов была размером с дом (рис. 29). При таких огромных удельных мощностях в активной зоне быстрых реакторов (сотни мегаватт на кубический метр) для отвода тепла лучше всего использовать быстро циркулирующие жидкости. Самыми подходящими из них оказались жидкие натрий и калий. Изучаются возможности применения для этих целей и расплавленных солей. Высказывалась идея и об использовании жидкой смеси теплоносителя с расщепляющимся топливом, циркулирующей под действием насоса. Однако при этом возникли трудности по обеспечению обслуживающего персонала надежной биологической защитой. [c.86]

Застывающие и жидкометаллические уплотнения. В последнее время получили значительное развитие реакторы-размножители на быстрых нейтронах. В качестве теплоносителя для таких реакторов используется жидкий натрий, обеспечивающий очень высокие козффициенты теплоотдачи при весьма малом замедлении нейтронов. Температура в контурах с жидкометаллическим натрием не превышает, как правило, 600-650°С. ПрименеиГие более высоких температур создает значительные трудности, связанные с коррозией конструкционных материалов и наружным уплотнением арматуры, не говоря уже о снижении прочности материалов. Следует отметить, что вязкость жидкого натрия в диапазоне от точки плавления до 400°С меняется, так же как у воды, от 40°С до точки кипения. [c.9]

Оютношение объемов системы и холодной ловушки с естественной циркуляцией обычно находится в пределах от 30 1 до 100 1. Если система, снабженная ловушкой с естественной циркуляцией, основательно загрязнена окисью натрия, то во избежание закупорки следует нагревать горловину до температуры жидкого металла в основном потоке. Такую ловушку наиболее целесообразно помещать на горячих частях контура но потери тепла в этом случае значительны. Сущность переноса примесей в холодную ловушку с естественной циркуляцией мало изучена. Концентрацию кислорода в системе можно поддерживать на желательном уровне путем регулирования температуры этой ловушки. Постоянный контроль за ней не нужен, так как после включения холодной ловушки в работу окись натрия из теплоносителя удаляется автоматически до [c.323]

Серьезную опасность представляют некоторые примеси, присутствующие в жидкометаллических теплоносителях. Общепризнано, наиример, усиление коррозионного воздействия натрия на конструкционные металлы вследствие наличия в жидком металле примеси кислорода. Относительно механизма влияния кислорода на процесс термического переноса массы жидким натрием пока нет единого мнения. По предположению Хорсли [214], при воздействии на железо натрия, загрязненного кислородом, в горячей зоне контура образуется двойная окись (Na20)2Fe0, которая, будучи перенесенной потоком в холодную зону, диссоциирует, так как она нестабильна при низких температурах. По мнению Б. А. Невзорова [215], усиление воздействия среды связано с тем, что кислород находится в натрии в ионной форме. Это, как он полагает, создает возможность образования непосредственно окиси железа. Образование окиси железа вероятнее всего в пограничном слое затем молекулы [c.262]

Турбоустановки АЭС с реакторами на быстрых нейтронах и жидкометаллическим теплоносителем по начальным параметрам пара лишь немного отличаются от типовых установок на органическом топливе. Так, для единственной крупной установки этого типа, находящейся в эксплуатации (турбоустановка БН-600), принято давление перед турбиной 13 МПа п температура 50.5 °С используются три типовые турбины на 200 мВт с небольшим снижением начальной температуры. Установка имеет пром-яерегреватель, обогреваемый жидким натрием с той же конечной температурой пара 505°, как и после первичного пароперегревателя. [c.306]

Основной трудностью помимо проблем, связанных с взаимодействием натрия с водой (в основном загрязнение теплоносителя окислами металла), является проблема большого перепада температур жидкого металла пО длине парогенератора. Это приводит к значительному нарастанию теплового потока в направлении ко входу жидкого металла в парогенератор. При использовании противотока металл— вода, что желательно для лучшего использования экономайзерной зоны и прош,е по компоновке, рост температурного напора по ходу воды сопровоя дается снижением г/ р (рис. 1.11). В итоге уже при небольшом х = 0,3—0,4 наступает кризис теплообмена п вся последуюш,ая поверхность работает в условиях пленочного кипения. Вследствие этого происходит значительное увеличение требуемой поверхности нагрева и создается опасность развития усталостных явлений из-за колебаний температуры металла в зоне кризиса, достигающих 30° С. Опасность появления концентрированных растворов в зоне конца испарения в этом случае меньше, чем для прял оточных парогенераторов блоков. ВВЭР, так как применяемые давления много выше. [c.29]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...