U jedinici za ponovni grijač za odsumporavanje dimnih plinova, zašto prisutnost čestica letećeg pepela prvenstveno nagriza uzvodnu stranu titanijske cijevi na zavojima?
Ostavite poruku
Jedinice za odsumporavanje dimnih plinova (FGD) u elektranama na-ugalj koriste ponovne grijače za podizanje temperature pročišćenog dimnog plina prije nego što uđe u dimnjak. Titan je materijal izbora zbog svoje otpornosti na koroziju u kiselom okruženju bogatom -kloridima. Međutim, FGD dimni plin sadrži čestice letećeg pepela -uglaste, tvrde (uglavnom silicij i aluminij), s veličinama u rasponu od 1 do 100 µm. Te čestice putuju s plinom brzinama od 15-25 m/s. Kada struja plina naiđe na zavoj u titanskoj cijevi, teže čestice ne mogu promijeniti smjer tako brzo kao plin. Oni nastavljaju duž svoje izvorne putanje, udarajući u stijenku cijevi na vanjskom radijusu zavoja. Ovaj udar čestica uzrokuje eroziju, prvenstveno uklanjajući materijal s uzvodne strane zavoja. Vremenom, stanjivanje stijenke dovodi do perforacije i istjecanja dimnih plinova ili kondenzata.
Mehanizam erozije letećeg pepela na zavojima cijevi
Mehanizam erozije kombinacija je udarnog trošenja i rezanja. Čestice letećeg pepela udaraju u površinu titana pod kutovima obično od 20-50 stupnjeva u odnosu na tangentu površine. Titan, iako je čvrst, ima relativno nisku tvrdoću (180-220 HV za Grade 2) u usporedbi sa silicijevim dioksidom (otprilike 1200 HV). Svaki udar čestice istiskuje mali volumen titana-od 1 do 10 µm³ za česticu od 20 µm pri 20 m/s. Brzina erozije slijedi zakon potencije: Erozija ∝ (V)^n × (d)^m × (koncentracija čestica), gdje je V brzina, d promjer čestice, n je približno 2,3 za titan, a m je približno 2,0. U zavojima, efektivna brzina udarca veća je od brzine rasutog plina zbog ubrzanja čestica oko krivulje. Uzvodna strana cijevi prima najveću gustoću udara jer čestice još nisu skrenute prethodnim sudarima.
Kvantitativne stope erozije na različitim mjestima savijanja
Mjerenja na terenu i laboratorijsko testiranje (brzina plina od 20 m/s, leteći pepeo od 50 mg/m³, srednja veličina čestica od 20 µm) utvrdila je sljedeće stope erozije za titan 2. stupnja:
Ravni dio cijevi, ravnomjeran protok: Brzina erozije od 0,05–0,10 mm godišnje. Uklanjanje materijala je relativno ravnomjerno po obodu. Prihvatljivo za 10–15 godina života s debljinom stijenke od 1,5 mm.
Savijte vanjski radijus, lakat od 90 stupnjeva, uzvodnu stranu: Brzina erozije od 0,6–1,2 mm godišnje. Maksimalni gubitak stijenke događa se na mjestu gdje putanja čestice prvi put dodiruje cijev. Lokalizirano stanjenje može perforirati stijenku od 1,5 mm unutar 1-2 godine.
Savijte vanjski radijus, nizvodna strana (nakon udara): Brzina erozije od 0,2–0,4 mm godišnje. Čestice su izgubile kinetičku energiju nakon početnog udara. Sekundarna erozija još uvijek je značajna.
Unutarnji radijus savijanja (intrados): Brzina erozije od 0,02–0,05 mm godišnje. Niža gustoća udara čestica. Općenito zaštićen plinskim graničnim slojem.
Više zavoja u nizu (npr. serpentinasti dogrijač): Stope erozije povećavaju se za 20–50% pri svakom sljedećem zavoju jer čestice postaju uglatije i agresivnije nakon početnih udara.
Vodič za ublažavanje erozije i odabir dizajna
Sljedeća tablica pruža okvir odlučivanja za upravljanje erozijom letećeg pepela na zavojima titanijske cijevi na temelju opterećenja česticama i brzine plina:
| Stanje grijača FGD | Preporučena zaštita od erozije | Očekivana stopa erozije na zavoju | Preporuka za debljinu stijenke |
|---|---|---|---|
| Nisko opterećenje pepelom (<20 mg/m³), low velocity (<15 m/s) | Standardni stupanj 2, bez zaštite | 0,2–0,4 mm/god | 1,5 mm |
| Umjereni pepeo (20-50 mg/m³), brzina 15-20 m/s | Preveliki radijus savijanja (veći ili jednak 3D), titan razreda 7 | 0,3–0,5 mm/god | 2,0 mm |
| Visoki pepeo (50–100 mg/m³), brzina 20–25 m/s | Presloj od volfram karbida (0,5 mm) na uzvodnoj površini savijanja | <0.05 mm/year (coated) | 1,5 mm s premazom |
| Severe ash (>100 mg/m³), abrazivni leteći pepeo (s visokim sadržajem silicija) | Zamjenjive habajuće ploče ili rukavci na zavojima | N/A (potrošni dio zamijenjen) | Cijev od 1,2 mm s habajućom pločom od 2 mm |
| Postojeći FGD s poznatom erozijom zavoja | Ugradite okretne lopatice uzvodno od zavoja | Smanjuje eroziju za 60-80% | N/A |
Inženjering izvan otpornosti na eroziju
Vrsta legure titana utječe na otpornost na eroziju. Stupanj 7 (paladij-stabiliziran) ima sličnu tvrdoću (180–220 HV) i stopu erozije kao i stupanj 2. Stupanj 12 (molibden-nikal) nešto je tvrđi (200–240 HV) i smanjuje eroziju za 15–20%. Površinski tretmani mogu poboljšati otpornost na eroziju: nitriranje proizvodi TiN površinski sloj (500-800 HV) koji smanjuje eroziju za 70-80%, ali povećava troškove. Debljina stijenke cijevi na zavojima trebala bi biti veća od zahtjeva ravnog presjeka. Tipičan dizajn koristi stijenku od 1,5 mm za ravne dijelove i stijenku od 2,5 mm za vanjske radijuse savijanja. Geometrija zavoja je kritična: zavoji s dugim-radijusom (R=5D) imaju 50% manju eroziju od zavoja sa standardnim-radijusom (R=1.5D). Uzorak protoka plina može se modificirati okretanjem lopatica uzvodno od zavoja kako bi se čestice preusmjerile dalje od vanjskog radijusa.
Izrada informirane specifikacije
Kada specificirate cijev grijača od titana za FGD uslugu s letećim pepelom, identificirajte sve zavoje na putu plina. Za svaki zavoj odredite povećanu debljinu stijenke (2,0–2,5 mm) na vanjskom radijusu, bilo korištenjem bešavne savijene cijevi s debljom stijenkom ili primjenom zavarenog sloja od titana ili volfram karbida na gornjoj strani. Zahtjev za modeliranje putanje čestica kroz grijač pomoću računalne dinamike fluida (CFD) za identificiranje zona visoke -erozije. Tijekom rada jednom godišnje provodite ultrazvučno ispitivanje debljine vanjskih radijusa savijanja. Odredite kritični prag debljine stjenke (npr. preostalih 0,8 mm) pri kojoj cijev treba zamijeniti ili popraviti. Za nove instalacije odredite minimalni polumjer savijanja od 3D (trostruki vanjski promjer cijevi). Ako prostorna ograničenja zahtijevaju uske zavoje (R=1.5D), zahtijevajte premaz od volfram karbida ili zamjenjive habajuće čahure. Baveći se preferencijalnom erozijom na zavojima kao posebnim razmatranjem dizajna, inženjer produljuje životni vijek titanskih FGD grijača s 1–2 godine na 10–15 godina u strujama dimnih plinova-pepelom-.
