Kada se titanska elektrotermalna cijev koristi za ponovno zagrijavanje kondenziranog vlažnog zraka koji sadrži sumpornu kiselinu u tragovima, koja površinska obrada produljuje njezin životni vijek preko 3 godine?

Osnovni kompromis-u dizajnu titanijskog grijača za FGD uslugu čišćenja
Recirkulirajuća suspenzija koja sadrži kalcijev sulfit, leteći pepeo i kloride koncentrirane iz ulaznog ugljena koristi se za rad pročišćivača dimnih plinova (FGD) na temperaturama između 60 i 80 stupnjeva. FGD pročistači često imaju koncentracije klorida u rasponu od 20 000 do 50 000 ppm. Ovo osigurava vrlo agresivno okruženje korozije u pukotinama na bilo kojem spoju s brtvama gdje grijaća cijev od titana prodire kroz stijenku perača ili je poduprta nosačima. Inženjeri općenito pretpostavljaju da deblji omotač od titana daje ekvivalentnu zaštitu od korozije u pukotinama. Ali neuspjesi na terenu govore suprotnu priču. Mnoge cijevi od 2,0 mm sa stijenkom puknu na pukotinama brtve unutar 18 mjeseci, dok cijevi od 1,2 mm s dobrim dizajnom traju više od 5 godina. Razlog tome može se objasniti osnovnim mehanizmom pukotinske korozije; geometrija, difuzija kisika i sposobnost održavanja stabilnog pasivnog premaza; karakteristike koje se ne poboljšavaju odmah debljinom stijenke, a mogu se čak i pogoršati.

Učinak na mehanički integritet: Mehanizam korozije u pukotinama
Chlorides generate crevice corrosion which happens when oxygen transport into the crevice interior is hindered by a small gap (often 0.1 to 0.5 mm) between the titanium sheath and a gasket or support bracket. The crevice oxygen concentration lowers quickly and the outer surface stays well oxygenated. This difference in aeration cell causes active corrosion of the interior. This lowers the pH from neutral to 2-3 by hydrolysis of titanium chloride. The wall thickness is not the crucial characteristic for the gap geometry which controls the beginning of crevice corrosion. A broader gap (>0,5 mm) omogućuje ulazak dovoljne količine kisika za repasivaciju titana, dok uži razmak (<0.05 mm) completely precludes oxygen and results in fast attack. The thickness of the titanium tube wall does not influence the oxygen diffusion pathway in the fissure, only the size of the crevice matter. In reality, a thicker wall usually requires bigger and stiffer gaskets to maintain a seal, which might lead to narrower and more occluded gaps. Finite element modeling of the crevice geometry indicates that a 2.0 mm Ti tube produces a 30% narrower crevice width than a 1.2 mm tube for a given gasket compression force because of the reduced deformation of the thicker material under clamping pressure that closes the microscopic gaps through which some oxygen can ingress.

Utjecaj na toplinsku izvedbu Temperatura kao katalizator
Kinetika korozije u pukotinama izravno se pojačava toplinskim gradijentom preko titanskog omotača. Za istu gustoću snage, temperatura vanjske površine je viša za deblju stijenku zbog veće vodljive otpornosti. Na primjer, stijenka od 2,0 mm pri 3 W/cm2, suspenzija za čišćenje od 80 stupnjeva imat će temperaturu vanjske površine od oko 102 stupnja, dok će stijenka od 1,2 mm u istoj suspenziji imati temperaturu vanjske površine od oko 93 stupnja. Brzine pukotinske korozije slijede Arrheniusov odnos, približno se udvostručujući za svaki porast temperature od 9 stupnjeva. Dakle, deblji zid koji je topliji zapravo može proći brže čak i ako ima više materijala za sagorijevanje. Eksperimentalni podaci iz simulacije FGD skrubera (50 000 ppm Cl⁻, pH 4,5, 80 stupnjeva mase) pokazuju da titanska cijev od 1,2 mm s dobro-dizajniranim razmakom od 0,25 mm preživi 6 godina, dok cijev od 2,0 mm s uskim pukotinama od 0,08 mm na istoj brtvi kvari se perforacijom za 14 mjeseci-deblja stijenka kvari se gotovo pet puta brže.

Trade{0}}off Synthesis: Vodič za dizajn za kontrolu pukotina brtvila
Sljedeća matrica osmišljena je kao pomoć u odabiru debljine stijenke titanijske cijevi i dizajna brtve za grijače FGD skrubera i temelji se na terenskim podacima iz više od 50 aktivnih elektrana na ugljen-.

Tip brtve i geometrija pukotina Preporučena debljina stjenke od titana Predviđena korozija pukotina Životni vijek jezgre Inženjerska osnova
PTFE omotna brtva s elastomernom jezgrom (širina pukotine 0,3-0,5 mm, komprimirana) 1,2 mm – 1,5 mm 6 – 8 godina Široka pukotina propušta kisik da repasivira titan. Tanja stijenka radi hladnije smanjujući kinetiku korozije.
Ravna PTFE brtva, širina pukotine 0,1 do 0,2 mm, ne-stlačiva 1,5 mm – 1,8 mm 3 – 4 godine Pukotina je malo tijesna, ograničavajući ulazak kisika. Deblji zid doprinosi koroziji, ali toplija površina ubrzava napad. Prihvatljiva usluga umjerenog stupnja težine.
Brtva od komprimiranih vlakana -ojačana metalom (širina pukotine<0,1 mm)Not recommended (any thickness) < 18 months Too tight for oxygen penetration. Thicker walls break faster owing to higher temperature Increase thickness of wall, change gasket design.
Spoj cijevi, zavaren ili proširen (bez brtve, bez pukotine) 1,0 mm 1,2 mm > 10 godina. Jedino potpuno rješenje je ukloniti pukotinu. Zid mora biti dovoljno debeo da izdrži pritisak.
Inženjering s onu stranu zida: Eliminacija pukotina kao glavna strategija
Za FGD grijače za čišćenje, najbolji način da se izbjegne kloridom-inducirana korozija u pukotini je uklanjanje pukotine, a ne povećanje debljine stijenke. Zavarivanjem titanijske cijevi izravno na prirubnicu od titana ili širenjem kraja cijevi kako bi se osigurala metalna brtva - do - bez brtvila, ćelija za koncentraciju kisika koja potiče koroziju je eliminirana. U primjenama naknadne ugradnje gdje zavarivanje nije izvedivo, optimalni kompromis je dizajn sa širokim razmakom s lijevanom PTFE brtvom s namjernim razmakom od 0,4-0,5 mm zajedno sa stijenkom od titana od 1,2 mm. Neophodna je rutinska procjena sile kompresije brtve jer pretjerano zatezanje prirubnice smanjuje širinu pukotine i uzrokuje brzi napad, bez obzira na debljinu stijenke.

Zaključci: Korozija u pukotinama: Bez sigurnosti prema debljini
Na grijaču FGD skrubera s cijevima od titana, deblja stijenka ne pruža uvijek vrhunsku zaštitu od korozije u pukotinama na brtvama izazvane kloridom. Primarne determinante su oblik (širina i pristup kisiku) fisure i temperatura površine. Debela stijenka (2,0 mm) i čvrsta brtva stvaraju usku, grijanu pukotinu koja ubrzava koroziju do točke u kojoj se dodatni materijal troši brže od tanke stijenke u dobro izgrađenom otvoru. Najbolji dizajn je omotač od titana od 1,2–1,5 mm i kompresibilna brtva, koja održava širinu pukotine od 0,3–0,5 mm ili idealno zavareni spoj koji uklanja fisuru. Prilikom naručivanja FGD grijača za čišćenje, najvažniji podaci koje treba ponuditi su procijenjena koncentracija klorida (ppm) i vrsta brtve i specifikacija kompresije. Ne deblji zid kao sigurnosni tampon.