Kako v čistilnikih za razžveplanje dimnih plinov pri 70 stopinjah koncentracija klorida nad 20.000 ppm narekuje minimalno steno cevi iz titana za preprečevanje luknjic?

Elektrarne-na premog in industrijski kotli so opremljeni s čistilniki za razžveplanje dimnih plinov (FGD), ki delujejo v nekaterih najbolj korozivnih pogojih okoljske opreme. Tekočina za čiščenje je zapletena mešanica kalcijevega sulfita/sulfata, letečega pepela in raztopljenih kloridov, ki se koncentrirajo, ko čistilna zanka kroži. Titan stopnje 2 je bil standardni material za izdelavo cevi za ponovni grelnik in razpršilnih glav v sistemih FGD zaradi svoje odpornosti proti napadom sulfita. Vendar pa so koncentracije klorida pogosto večje od 20.000 ppm (2 %) v FGD pralnikih in lahko celo dosežejo 50.000-80.000 ppm v sistemih brez-tekočinskega-izpusta. Pri teh koncentracijah klorida je titan občutljiv na luknjičasto in razpokano korozijo in edina zaščita pred perforacijo skozi steno je sama stena cevi, tako debelina kot metalurška kakovost. Ta članek predstavlja najmanjšo debelino stene titanove cevi, ki je potrebna za preprečitev luknjičaste perforacije kot funkcijo koncentracije klorida, temperature in špranje v storitvi pralnika FGD.

Pitting kovin v tekočini FGD z visokim kloridom
Jamičasta korozija titana pri nastavitvah FGD z visokim-Cl in nizkim-pH sledi dobro-dokumentiranemu vzorcu-širjenja. Razpad pasivnega filma TiO 2 se pojavi na diskretnih mestih, kjer kloridni ioni nadomestijo kisik v rešetki filma. Ko se jama začne, raztopina kislega klorida v jami (pH lahko pade na 1-2) nadaljuje aktivno raztapljanje, medtem ko je okoliška pasivna površina zaščitena. Jamica se širi polkroglo in čas do perforacije je približno sorazmeren s kvadratom debeline stene za določeno hitrost rasti jamice.

Kritična jamičasta temperatura (CPT) titana stopnje 2 v kloridnih raztopinah se z naraščajočo koncentracijo klorida zmanjšuje. Pri pH 4 (tipično za pralnike FGD) 20.000 ppm Cl- daje CPT približno 85 stopinj, nad povprečno delovno temperaturo pralnika 70 stopinj in zagotavlja varnostno mejo. Pri 40.000 ppm Cl- se CPT zmanjša na 70 stopinj, kar pomeni, da pralnik deluje točno na pragu. CPT pade na 55 stopinj pri 60.000 ppm Cl- in pri normalnih delovnih temperaturah lahko pride do aktivnega pitinga. Hitrosti širjenja jamice naraščajo logaritmično z naraščajočo koncentracijo klorida: pri 20.000 ppm Cl- in 70 stopinjah se razmnoževalna jamica poglobi za 0,2-0,3 mm na leto; pri 40.000 ppm Cl- je stopnja 0,5-0,8 mm na leto; pri 60.000 ppm Cl - zabeležene so stopnje 1,0-1,5 mm na leto.

Debelina stene: pristop k preprečevanju lukenj
Najmanjša debelina stene, ki je potrebna za 5-letno življenjsko dobo brez luknjičaste perforacije grelnikov pralnika FGD in cevnih snopov, je odvisna od predvidene stopnje širjenja jame in statistične porazdelitve začetnih mest jame. Uporabljen je konzervativni model rasti jame (globina jame=k*t^0,5, kjer je k funkcija koncentracije klorida) in domneva se, da je življenjska doba cevi določena z najglobljo jamico. Potrebna debelina stene se izračuna kot:

Konstanta širjenja jamice k pri 20.000 ppm Cl- je 0,28 mm/leto^0,5. Za 5-letno življenjsko dobo, največja globina jame=0.28 × √5=0.63 mm. Varnostna meja za cev s steno 1,2 mm je približno 0,6 mm, kar zadostuje za čiste cevi brez predhodnih težav.

40.000 ppm Cl- k=0.48 mm/leto^0,5 Največja globina jame v 5 letih=0.48 * sqrt(5)=1.07 mm. 1.65mm stenska cev zagotavlja rob, 1,2 mm cev bi perforirala.

k=0.70 mm/leto 0,5 pri 60.000 ppm Cl-. Največja globina jame v 5 letih=0.7 × √5=1.57 mm. Za zanesljivo 5-letno delovanje je potrebna 2,0 mm stenska cev. 1.65 mm bo dala le 3-4 leta.

Titanove cevi za matriko za nanašanje pralnika FGD
Tip sistema FGD Tipična koncentracija klorida Priporočena najmanjša debelina stene razreda titana Pričakovana življenjska doba
Elektrarna na premog, mokri apnenec (reguliran odvodni tok) 15.000–25.000 ppm Grade 2 1.2-1.5 mm 5–8 let
Elektrarna na premog, visoko kloridni premog 25.000–40.000 ppm stopnje 2 ali stopnje 7 1.65 mm 4–6 let
FGD brez{0}}tekoče-razelektritve (zaprta zanka) 40.000–60.000 ppm Razred 7 (Ti-0,15Pd) 2,0 mm 5–7 let
Industrijski kotel FGD (variabilni premog) 10.000–20.000 ppm Razred 2 .8-.12 mm 8–10 let
Odpadki-v-energijo FGD (visoka vsebnost kloridov iz odpadkov) 50.000–80.000 ppm Razred 12 ali Razred 7 2.5 mm 4–6 let
Težave s kakovostjo cevi in ​​režami
-Obstoječe reže v cevi ne preprečujejo luknjičaste perforacije, tudi če je debelina stene povečana. Pri storitvah čistilnega stroja FGD so razpoke prisotne na spojih cevi-in-cevne pločevine, pod tesnili in pod usedlinami mavca ali letečega pepela. Korozija v razpokah poveča stopnjo nastanka in širjenja jamic za faktor 3-10. Varjeni spoji cevi-in cevne plošče (brez razpok) imajo prednost pred zvitimi ali prirobničnimi povezavami pri kateri koli koncentraciji klorida nad 20.000 ppm. Površine cevi ne smejo vsebovati vodnega kamna, vdelanih delcev železa (iz oblikovalnih orodij) in površinskih prask, globljih od 10 odstotkov debeline stene. Najboljšo odpornost proti luknjicam nudijo elektropolirani ali luženi zaključki.

Za pralnike FGD, ki delujejo pri 70 stopinjah s koncentracijo klorida nad 20.000 ppm, je zahtevana najmanjša debelina stene titanove cevi 1,65 mm za stopnjo 2 v zmerno koncentriranih sistemih (20.000-40.000 ppm), ki se dvigne na 2,0 mm za sisteme stopnje 7 nad 40.000 ppm. Inženirji bi morali določiti dekapirane ali elektropolirane površine cevi, varjene in ne valjane spoje cevi-in cevno ploščo ter tedensko spremljati koncentracijo klorida, da bi odkrili motnje, preden pride do luknjičaste perforacije. Za ravni klorida nad 60.000 ppm je treba upoštevati druge materiale, kot sta titan ali cirkonij stopnje 12.