U grijaču za čišćenje dimnih plinova od sumpora (FGD) koji koristi titanijske cijevi, zašto deblja stijenka ne pruža uvijek bolju zaštitu od kloridom-inducirane pukotinske korozije na brtvama?

Temeljni kompromis u dizajnu titanskih grijača za FGD skruber
Pročišćivači dimnih plinova za odsumporavanje (FGD) ovise o suspenzijama koncentriranih klorida iz ugljena koji se recirkuliraju. Na 60-80 stupnjeva česte su koncentracije klorida od 20 000-50 000 ppm. Najčešće mjesto kvara titanskih grijaćih cijevi u ovoj usluzi nije ravna cijev, već pukotina koja nastaje na mjestu gdje cijev prolazi kroz prirubnicu s brtvama ili potporni nosač. Inženjerska intuicija je da bi deblja stijenka od titana trebala biti bolja u sprječavanju korozije u pukotinama jer se prije perforacije treba potrošiti više materijala. Ova pretpostavka je u suprotnosti s terenskim podacima o pogonskim elektranama. Povećanje debljine stijenke ne utječe izravno na koroziju u pukotinama, koja je geometrijski pokretan mehanizam razlike kisika i može je pod nekim dizajnom brtvila ubrzati. Ako želite znati zašto deblji zid zapravo može biti loša ideja, trebate uzeti u obzir geometriju pukotine, difuziju kisika i temperaturne učinke debljeg zida.

Učinak na mehanički integritet Usko grlo difuzije kisika
Korozija u pukotinama počinje kada tanka pukotina (obično 0,1-0,5 mm) između titanskog omotača i brtve ometa prolaz kisika. Vanjska površina je još uvijek potpuno oksigenirana i pasivna, ali unutrašnjost pukotine je deoksigenirana. Ova razlika u ćeliji za prozračivanje uzrokuje anodno otapanje unutar pukotine. pH pada na 2-3 zbog hidrolize titanijevog klorida. Širina procijepa, a ne debljina stijenke cijevi, ključna je karakteristika za inicijaciju. Ako je razmak širi od 0,5 mm, dovoljna difuzija kisika može održati pasivnost. Razmak manji od 0,05 mm potpuno je blokiran. Brzi napad odvija se bez obzira na debljinu metala. Na primjer, veća titanska cijev (2,0 mm u odnosu na 1,2 mm) obično zahtijeva veću kompresiju brtve za brtvljenje, što može smanjiti efektivnu širinu pukotine za 30-50% za određeni materijal brtve. Analiza konačnih elemenata pokazuje da ravna PTFE brtva stisnuta na cijev od 2,0 mm stvara pukotinu širine 0,08 mm, dok identična brtva stisnuta na cijev od 1,2 mm stvara razmak od 0,25 mm zbog malo drugačije elastične deformacije. To znači da deblja stijenka indirektno stvara čvršći, agresivniji pukotin.

Učinak na toplinsku izvedbu: faktor temperature
S obzirom na gustoću snage (npr. . 2.5 W/cm²) povećanje debljine stijenke titana povećava temperaturu vanjskog omotača zbog većeg vodljivog otpora. Temperatura vanjske površine stijenke od 1,2 mm u suspenziji za čišćenje od 80 stupnjeva je oko 93 stupnja. Pod istim uvjetima stijenka debljine 2,0 mm postiže temperaturu od oko 102 stupnja. Kinetika pukotinske korozije slijedi Arrheniusov odnos, pri čemu povećanje temperature od 9 stupnjeva gotovo udvostručuje brzinu korozije. Eksperimentalni nalazi na simuliranoj tekućini FGD (50 000 ppm Cl-, pH 4,5) sugeriraju da je vrijeme za probijanje stijenke od 2,0 mm u uskom pukotini (razmak 0,08 mm) 14 mjeseci, dok je stjenka od 1,2 mm u širem pukotini (razmak 0,25 mm) duža od 72 mjeseca. Stopa korozije je više od 3 puta veća zbog uže geometrije i više temperature. Posljedično, unatoč tome što deblji zid ima 67% više materijala, brže se lomi.

Sintetiziranje kompromisa-: matrica odabira kontrole pukotina brtvila
Vrsta brtve i postignuta širina pukotine Preporučena debljina stjenke od titana Inženjerska osnova jezgre Očekivani vijek trajanja korozije pukotine
Oblikovana PTFE brtva ovojnice s elastomernim središtem (širina pukotine 0,35–0,50 mm) 1,2 mm – 1,5 mm 6 – 8 godina Široki razmak omogućuje prodor kisika za repasivaciju titana. Tanji zid, niža površinska temperatura. Ova kombinacija je idealna za nove FGD instalacije.
Ravna PTFE brtva, pravilno zategnuta (širina pukotine 0,15–0,25 mm) 1,5 mm – 1,8 mm 3 – 4 godine Umjereni razmak usporava napad, ali ga ne zaustavlja. Zid se podebljava radi zaštite od korozije; toplija površina oduzima dio dobitka. Prihvatljivo za skroman vijek trajanja.
Komprimirana brtva bez{0}}azbestnih vlakana (širina pukotine<0.10 mm due to high compressive creep)Any thickness (not recommended) < 18 months Gap too narrow for oxygen transport. The thicker walls fail faster at higher operating temperatures. Switch gasket type, not wall thickness.
Welded titanium stub flange or flare tube (no gasket, no crevice)1.0 mm – 1.2 mm >10 godina Jedini potpuni lijek je uklanjanje pukotina. Debljina stjenke potrebna je samo za nazivni tlak (obično je 1,0 mm dovoljno za FGD tlakove ispod 10 bara).
Inženjering izvan zida: širina pukotine i odabir brtve
Za grijače FGD skrubera, najpouzdaniji pristup sprječavanju korozije izazvane kloridom-je potpuno uklanjanje pukotine zavarivanjem titanijske cijevi na titansku prirubnicu ili širenjem kraja cijevi kako bi se uspostavila brtva-na-metal. Ako je brtveni spoj neophodan, bolje je odrediti kompresibilnu brtvu koja osigurava regulirani razmak od 0,3–0,5 mm nego povećati debljinu stijenke. Jedna od glavnih pogrešaka pri ugradnji je prekomjerno zatezanje vijaka prirubnice što rezultira smanjenjem širine pukotina i brzim napadom. Ključni su momentni ključevi koji su postavljeni prema specifikacijama proizvođača. Redovita provjera stanja brtve svakih 12 mjeseci omogućuje ranu dijagnozu pojave pukotina prije perforacije.

Zaključak: Debljina zida je manje važna od geometrije pukotina
Podebljavanje stijenke grijača FGD uređaja za čišćenje s titanijskim cijevima ne mora nužno osigurati zaštitu od korozije brtvila izazvane kloridom-. Širina pukotine (kontrola difuzije kisika) i temperatura površine (kinetika ubrzanja) ključni su čimbenici. Čvrsta brtva na stijenci od 2,0 mm stvara sićušnu, grijanu pukotinu koja korodira za manje od dvije godine, dok pravilno izrađena brtva sa širokim-procjepom na stijenci od 1,2 mm traje više od šest godina. Ispravan tehnički pristup koroziji u pukotinama nije specificirati deblji omotač od titana, već kontrolirati geometriju pukotina odabirom brtve i upravljanjem zakretnim momentom, ili još bolje, eliminirati pukotinu zavarivanjem ili raširenjem. Kada specificirate FGD grijače za čišćenje, proizvođaču dostavite procijenjeni sadržaj klorida i vrstu brtve; tražiti deblji zid kao sigurnosnu zaštitu ponekad je uzaludno.