Ko se titanova grelna cev uporablja za ponovno segrevanje kondenzacijske pare, ki vsebuje usedline amonijevega klorida (NH₄Cl) v nadzemnem vodu rafinerije, kako debelina usedlin pod plaščem povzroča lokalizirane vroče točke in vodikove mehurje?

Osnovni kompromis-pri oblikovanju grelnika iz titana za režijske storitve rafinerije
Nadzemne cevi v rafineriji imajo usedline amonijevega klorida (NH4 Cl) v parnem kondenzatu. Obloge so posledica mešanja NH3 in HCl iz predelave surove nafte v kondenzacijski pari. Titanove grelne cevi so nameščene za ponovno segrevanje kondenzata, da se prepreči korozija v cevovodu iz ogljikovega jekla na koncu. Na površini titanovega plašča se kopičijo usedline NH₄Cl. Te usedline so higroskopne in dajejo koncentrirano slanico, ko so mokre. Njihov najbolj kritičen učinek je toplotni: NH4Cl ima zelo nizko toplotno prevodnost (približno 0,5-0,8 W/mK) v primerjavi s titanom (17 W/mK). En sam nanos 1 mm debele plasti povzroči temperaturni skok za 20–40 stopinj na kontaktnem nanosu titana. To lokalno pregrevanje povzroči dva načina okvare: vroče točke, ki poškodujejo notranjo izolacijo MgO, in nastanek vodikovih mehurjev zaradi razgradnje NH4Cl. Debelina stene poveča dvig temperature, vendar je debelina nanosa prevladujoča spremenljivka. Ta preiskava kaže mehanizem in da je upravljanje usedlin pomembnejše od debeline stene.

Mehanizem nastajanja vodikovih mehurjev - Vpliv na mehansko celovitost
The ammonium chloride decomposes under the NH₄Cl deposit at a titanium sheath temperature >120 stopinj: NH₄Cl → NH3 + HCl. HCl je precej jedka in poškoduje pasivno plast titana, pri čemer nastane atomski vodik kot -stranski produkt: Ti + 3HCl → TiCl₃ + 3H. Atomski vodik se vzame v mrežo titana. Ponovno se -kombinira v molekularni H2 na meji zrn ali vključku ali praznini. Vodikov plin ne more več difundirati in lokalno ustvarja pritisk, ki ustvarja pretisne-dvignjene kupolaste-izbokline na površini ovoja. Pretisni omoti so lahko 2–5 mm v premeru in 0,1–0,5 mm v višino. Pretisni omot poči, ker se vodik še vedno proizvaja. To tvori jamo, ki gre skozi steno.

The deposit below which breakdown occurs is remarkably thin. Field measurements of NH4Cl deposits of 0.5-1.0 mm on refinery overhead lines show sheath surface temperatures of 140-180°C at typical heat flux (2.0 W/cm2) above decomposition temperature of 120°C. Thicker deposits (2–3 mm) can reach temperatures >250 stopinj in proizvajajo hitro vodikovo mehurjenje.

Vpliv na toplotno zmogljivost: Izračun dviga temperature
Dvig temperature vmesnika na usedlini Ti-je Delta T=qx t_deposit / k_deposit, pri čemer je q toplotni tok, t_deposit debelina usedline, k_deposit pa toplotna prevodnost NH₄Cl (~0,6 W/m·K). Za tipičen toplotni tok 2,0 W/cm^2 (20.000 W/m^2) 1,0 mm usedlina NH4Cl daje ΔT= 20,000x0,001/0.6=33 stopinj. Ko je temperatura skupnega kondenzata 100 stopinj, se površina titana pod nanosom segreje na 133 stopinj. Dodaten padec zaradi debeline stene titana je majhen (1-2 stopinji) in je minimalen glede na učinek nanosa.

Kompromis sinteze: debelina nanosa glede na zahtevano debelino stene
NH4Cl Debelina nanosa (mm) Površinska temperatura pod nanosom (stopinja) (q=2.0 W/cm2, razsuti del=100 stopinja ) Tveganje za nastanek vodikovih mehurjev Zahtevana toleranca za mehurje Debelina stene titana (mm) mm 0.2 107 stopinj Brez (Pod pragom 120 stopinj) 0,8 (strukturno) 0.5 117 stopinj Nizka (Obrobno) 1.0 1.0 133 stopnja Zmerno (nastajanje mehurjev v mesecih) 1,5 (mehurji bodo še vedno nastajali)
2.0 mm 167 °C High (blistering in weeks) >3 mm (neučinkovito)
3,0 mm 200 stopinj Hudo (hitro nastajanje mehurjev) Nepraktično
Tudi stena 1,5 mm ne ustavi mehurjenja, to samo pomeni, da dobite več materiala, preden mehur poči in začne puščati. Gola rešitev je izogibanje odlaganju, ne debelini stene.

Inženiring stene: preprečevanje in čiščenje usedlin
Debelina nanosa je glavna spremenljivka. Najboljše metode so tiste, ki ne vodijo do kopičenja NH4Cl. Nameščen je sistem za pranje vode, ki občasno prši grelec z deionizirano vodo, da se usedline NH₄Cl raztopijo, preden postanejo debelejše od 0,2 mm. Debelina nanosa je manjša od 0,2 mm, površinska temperatura pa nižja od 110 stopinj. Ne glede na debelino stene pri vsakodnevnem pranju ni opaziti mehurčkov. Ali PTFE prevleka proti sprijemanju (25–50 µm) preprečuje lepljenje NH 4 Cl na površino titana. Prevleka ne sme imeti lukenj, saj bo temperaturni gradient hitro nabral usedline na izpostavljenem titanu. Druga možnost je, da grelnik deluje pri nižjem toplotnem toku (1,0 W/cm 2 namesto 2,0 W/cm 2 ), kar zmanjša Δ T skozi 1,0 mm usedline s 33 stopinj na 17 stopinj, medtem ko ohranja površino pod 120 stopinj, tudi če se kopičijo znatne usedline-. Gre za kompromis med večjo površino grelnika ali daljšim časom segrevanja.

Zaključek: Debelina stene ne preprečuje nastajanja mehurjev, temveč upravljanje depozitov
Ko se kondenzacijska para, ki vsebuje usedline amonijevega klorida, ponovno segreva s titanovo grelno cevjo v nadzemnem vodu rafinerije, je debelina usedlin pod plaščem glavna spremenljivka, ki vpliva na lokalizirane vroče točke in vodikove mehurje. NH4Cl ima zelo nizko toplotno prevodnost (≈0,6 W/mK), zato usedlina 1,0 mm povzroči zvišanje temperature površine titana za 33 stopinj pri tipičnem toplotnem toku, kar preseže prag razgradnje 120 stopinj. Razgradnja vodi do korozije s HCl, kar ima za posledico atomski vodik, ki povzroči nastanek mehurjev in končno puščanje. Priporočena specifikacija ni debelejša stena iz titana (z malo prednosti), temveč strategija za preprečevanje usedlin: bodisi dnevno čiščenje z vodo, da debelina usedlin ostane pod 0,2 mm, ali PTFE prevleka proti prijemanju. Debelina stene ni pomembna spremenljivka pri nadzoru mehurjenja, čeprav bi morala biti 1,2–1,5 mm za strukturno stabilnost. Proizvajalcu posredujte predvideno koncentracijo NH₄Cl in izvedljivost pranja z vodo. Če ne uravnavate nanosa, se lahko tudi 3,0-mm stena iz titana v nekaj mesecih razblini in razpade." Kontrola nanosa ponuja več kot 10 let življenjske dobe v osnovni 1,2-mm steni.