Характеристика теплоносителя

Диаграмма состояния системы Pb—Bi приведена на рис. 1.9.

Рисунок 1.9 - Диаграмма состояния системы Bi—Pb [8]

Растворимость Bi в Рb зависит от температуры. Максимальное значение растворимости (24 % Bi) наблюдается при температуре перитектики 184 °С. Фаза ε образуется по перитектической реакции Ж + Рb ↔ ε при температуре 184 °С и эвтектоидно распадается на Bi + Рb при температуре -46 °С. Между ε -фазой и Bi кристаллизуется эвтектика, содержащая Pb-55,5% Bi. Теплофизические свойства сплава, за исключением теплопроводности, близки к средним значениям теплофизических свойств висмута и свинца [9]. Свойства жидкометаллических теплоносителей представлены в таблице 1.8.

Таблица 1.8 - Свойства жидкометаллических теплоносителей [9]

Металл	Атомный номер	Атомная масса	Температура плавления, °С	Температура кипения при р=1 бар, °С	Коэффициент теплопроводности при 400 °С, Вт/ (м ∙ градус)	Теплоемкость при 400 °С, Дж/ (кг ∙ град)	Плотность при 400 °С, кг/м3	Число Прандтля при 400 °С
Свинец Pb		207,21	327,4		15,1	0,147		0,0217
Висмут Bi					15,6	0,15		0,0136
Эвтектический свинцово-висмутовый сплав (44,5% Pb - 55,5% Bi)	-	-	123,5		13,7	0,146		0,0172

Основные теплофизические свойства сплава Pb+(56,5%)Bi представлены на рис. 1.10 – 1.12.

λ,

Рис. 1.10 - Зависимость теплопроводности теплоносителя от температуры [8]

η,

Рис 1.11 - Зависимость вязкости теплоносителя от температуры [8]

ρ,

Рис. 1.12 - Зависимость удельного веса теплоносителя от температуры [8]

Численные значения данных свойств, за исключением теплопроводности, близки к средним значениям для чистых висмута и свинца. Теплопроводность сплава при температурах до 823 К ниже теплопроводности чистых Pb и Sn [8].

Высокая точка кипения сплава (1943 K) позволяет реализовать низкое давление в циркуляционном контуре, что упрощает конструкцию и повышает ее безопасность, надежность и долговечность [8].

Основные положительные свойства теплоносителя (Pb-Bi) [1]:

1. Низкий запас потенциальной энергии в разогретом теплоносителе, обусловленный его термодинамическими свойствами, исключает возможность теплового разрыва реактора под воздействием сил внутреннего давления даже при нагреве до очень высокой температуры

2. Низкая химическая активность свинца и висмута с кислородом по сравнению с другими жидкометаллическими теплоносителями (исключает пожары и взрывы при разгерметизации)

3. Высокая температура кипения исключает возможность кризиса теплоотдачи, что повышает надёжность отвода тепла от активной зоны.

4. Низкое рабочее давление в корпусе теплоносителя.

Но данный теплоноситель нельзя считать идеальным. Есть такие свойства, которые создают трудности при эксплуатации [1]:

1. Образование при облучении нейтронами висмута α-активного ^{2 10} Ро с периодом полураспада около 140 суток. Основным фактором радиационной опасности здесь является образование радиоактивных аэрозолей при контакте горячего теплоносителя с воздухом, что возможно в условиях аварийной разгерметизации.

2. Теплоноситель сравнительно агрессивен по отношению к конструкционным материалам, может загрязнятся твёрдыми примесями в процессе эксплуатации при взаимодействии с материалом корпуса.

3. Малая по сравнению с водой объемная теплоемкость, что ограничивает аккумуляцию тепла в жидкометаллическом теплоносителе;

4. Твердое состояние при комнатной температуре.

Поэтому для нормальной и долгой работы установки с данным теплоносителем необходимо обеспечить чистоту теплоносителя и поверхности оборудования, обеспечить достаточную коррозионную стойкость материала, используемого в контакте с теплоносителем.

Дата добавления: 2015-09-04