高溫氣冷堆冷卻劑雜質(zhì)對高溫合金材料高溫性能影響的研究模型分析

王秋豪 李昊翔 鄭 偉 銀華強 李勝強 何學(xué)東 馬 濤

（清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院先進(jìn)核能技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心先進(jìn)反應(yīng)堆工程與安全教育部重點實驗室 北京 100084）

由于在核能制氫和高溫工藝熱方面的應(yīng)用前景及其固有安全屬性，高溫氣冷堆得到了快速的發(fā)展［1］。清華大學(xué)設(shè)計的10 MW高溫堆（HTR-10）和高溫堆示范工程（HTR-PM）是中國目前僅有的兩座高溫氣冷堆，它們的設(shè)計工作溫度均為750℃。為充分利用高溫堆的高溫特性，有必要進(jìn)行高溫堆超高溫運行研究。高溫堆蒸汽發(fā)生器用鎳鉻高溫合金的高溫性能是高溫堆超高溫運行研究的重要內(nèi)容之一。研究表明：超高溫運行工況下，一回路冷卻劑氦氣雜質(zhì)含量對鎳鉻高溫合金高溫性能有重要影響。德國PNP項目和日本HTTR都曾進(jìn)行過950℃下超高溫運行試驗［2］。由于研究過程中對試驗氦氣中痕量的雜質(zhì)含量控制十分困難，致使相關(guān)研究成果分布比較分散，需要建立合適的模型進(jìn)行分析。鉻的穩(wěn)定相圖模型和氣體組成三元相圖模型是兩種被廣泛應(yīng)用的理論模型。本文對兩種理論模型的研究方法進(jìn)行比較和探究。

1 高溫堆冷卻劑中的雜質(zhì)

1.1 高溫堆冷卻劑雜質(zhì)的來源

高溫氣冷堆在建造、運行和檢修過程中會使冷卻劑中混入少量的雜質(zhì)。它們的來源主要是［3］：

1）新裝燃料帶入的氣體雜質(zhì)；

2）回路管道內(nèi)壁、結(jié)構(gòu)材料和容器吸附的氣體，其中管道內(nèi)保溫材料和堆芯石墨結(jié)構(gòu)吸附大量雜質(zhì)氣體；

3）各種熱交換器中二回路向一回路可能發(fā)生的微滲漏；……