Smeedstukken voor kernenergie Fabrikanten

Smeedstukken voor kernenergie vormen het toppunt van de metaalproductie. Deze componenten moeten 60 jaar lang structureel en lekvrij blijven onder intense straling, hoge druk en extreme temperaturen. Omdat veiligheid voorop staat, zijn nucleaire smeedstukken onderworpen aan de strengste kwaliteitscodes ter wereld, zoals ASME Sectie III.

1. De zware smeedstukken van de "Grote Drie".

Op een nucleair eiland worden de grootste componenten vaak gesmeed als "Integrale Ringen" om het aantal lasnaden, die potentiële faalpunten zijn, tot een minimum te beperken.

• Reactordrukvaten (RPV) Shells: het "hart" van de fabriek. Dit zijn enorme ringen die de kernkern huisvesten. Voor Gen III-reactoren (zoals de AP1000 of EPR) zijn blokken nodig met een gewicht van meer dan 600 ton.

• Buizenplaten voor stoomgeneratoren: Enorme dikke schijven die duizenden warmtewisselaarbuizen bevatten. Ze moeten worden gesmeed om een ​​nul-interne porositeit te garanderen.

• Turbinerotorassen: Deze brengen stroom over naar de generator. Ze zijn gesmeed om enorme rotatietraagheid en thermische spanning aan te kunnen zonder te trillen of te barsten.

2. Gespecialiseerde materialen (de chemie van veiligheid)

Nucleaire omgevingen vereisen materialen die niet overmatig bros worden wanneer ze door neutronen worden bekogeld (een proces dat neutronenverbrossing wordt genoemd).

3. Productie: de vereiste van 15.000 ton

Nucleair smeden is een ‘bottleneck’-technologie omdat slechts een paar faciliteiten wereldwijd deze schaal aankunnen:

1. Ultraschoon smelten: Staal wordt verfijnd met behulp van vacuümontgassing (VD) om waterstof te verwijderen, waardoor "interne schilfers" worden voorkomen die een storing op het niveau van de kernsmelting zouden kunnen veroorzaken.

2. Gigantische persen: Voor de productie van een Gen III RPV is een hydraulische pers nodig met een capaciteit van 14.000 tot 15.000 ton.

3. Integraal smeden: Moderne ontwerpen geven de voorkeur aan "integrale" smeedstukken waarbij mondstukken (ingangspunten voor water) worden gesmeed als onderdeel van de schaalring in plaats van er later aan te worden gelast. Hierdoor wordt de "Heat Affected Zone" (HAZ) geëlimineerd waar scheuren gewoonlijk beginnen.

4. Regelgevings- en kwaliteitscodes

In tegenstelling tot de algemene productie is ‘goed’ niet genoeg; "gedocumenteerde perfectie" is vereist.

• ASME Sectie III (Divisie 1 & 5): De "Bijbel" van nucleaire constructie. Het dicteert alles, van de chemie van het erts tot de temperatuur van de smederij.

• NQA-1: De kwaliteitsborgingsnorm die voor elk afzonderlijk atoom in de component een papieren spoor "Nucleaire traceerbaarheid" vereist.

• 10 CFR Deel 21: Een Amerikaanse federale regelgeving die fabrikanten verplicht om elk "defect of niet-naleving" te melden dat een aanzienlijk veiligheidsrisico zou kunnen opleveren.

5. Toekomstige trends: Gen IV en SMR's

• Kleine modulaire reactoren (SMR's): Deze maken gebruik van kleinere smeedstukken die door een groter aantal smederijen kunnen worden geproduceerd, waardoor mogelijk de kosten worden verlaagd en de doorlooptijden worden verkort.

• Gen IV hoge-temperatuurmaterialen: reactoren van de volgende generatie (loodgekoeld of gesmolten zout) werken bij 700 ° C. Dit vereist nieuwe gesmede legeringen zoals Type 316H of Hastelloy N, die nog steeds een ASME-kwalificatie ondergaan.

• PM-HIP (Powder Metallurgy): Een nieuw proces waarbij metaalpoeder onder hitte wordt samengeperst om complexe vormen te creëren, die mogelijk een aantal traditionele smeedstukken vervangt.

Veelgestelde vragen: smeedstukken voor kernenergie

Vraag 1: Waarom zijn er zo weinig leveranciers voor nucleair smeedwerk?

• A: De toegangsbarrière is enorm. Je hebt een pers van 15.000 ton nodig (die honderden miljoenen kost), een nucleair gecertificeerde toeleveringsketen en ‘Nuclear Stamps’ (certificeringen) die jaren duren om te verdienen. Momenteel domineren Japan Steel Works (JSW) en een paar bedrijven in China, Rusland en Frankrijk de markt.

Vraag 2: Wat is "neutronenverbrossing"?

• A: Decennia lang zorgt het constante bombardement van neutronen ervoor dat atomen op hun plaats raken in het kristalrooster van het smeden. Dit maakt het metaal bros. Smeedstukken zijn ontworpen met specifieke "chemische limieten" (laag koper en fosfor) om dit proces te vertragen.

Vraag 3: Kan een nucleair smeedstuk worden gerepareerd zodra het in gebruik is?

• A: Het is uiterst moeilijk vanwege de radioactiviteit van het onderdeel (de "hete" zone). De meeste reparaties worden uitgevoerd door onderwaterrobots met behulp van gespecialiseerd lassen op afstand. Dit is de reden waarom de initiële smeedkwaliteit bijna perfect moet zijn.