I røggasafsvovlingsskrubbere ved 70 grader, hvordan dikterer kloridkoncentrationen over 20.000 ppm minimumsvæggen af ​​titaniumrør til forebyggelse af pinhole?

Kul-kraftværker og industrielle kedler er udstyret med røggasafsvovling (FGD) skrubbere, der fungerer under nogle af de mest korrosive forhold i miljøudstyr. Skrubbevæsken er en kompliceret blanding af calciumsulfit/sulfat, flyveaske og opløste chlorider, som koncentreres, mens skrubbesløjfen recirkuleres. Titanium Grade 2 har været standardkonstruktionsmaterialet til genopvarmningsrør og spraysamlinger i FGD-systemer på grund af dets modstandsdygtighed over for sulfitangreb. Kloridkoncentrationer er dog ofte større end 20.000 ppm (2 %) i FGD-scrubbere og kan endda nå 50.000-80.000 ppm i systemer med nul-væske{14}}udledning. Ved disse kloridkoncentrationer er titanium følsomt over for grubetæring og sprækkekorrosion, og den eneste beskyttelse mod perforering gennem væggen er selve rørvæggen, både tykkelse og metallurgisk kvalitet. Denne artikel præsenterer den minimale titaniumrørs vægtykkelse, der kræves for at udelukke hulperforering som funktion af chloridkoncentration, temperatur og sprække i FGD-scrubberdrift.

Pitting af metaller i høj klorid FGD spiritus
Grubetæring af titan i høje-Cl og lav-pH FGD-indstillinger følger et vel-dokumenteret initierings-udbredelsesmønster. Nedbrydningen af ​​den passive TiO 2 film sker på diskrete steder, hvor chloridioner erstatter oxygen i filmgitteret. Når først en pit er startet, fortsætter den sure chloridopløsning i pit (pH kan falde til 1-2) aktiv opløsning, mens den omgivende passive overflade beskyttes. Gruben udvider sig halvkugle, og tiden til perforering er tilnærmelsesvis proportional med kvadratet af vægtykkelsen for en bestemt grubevæksthastighed.

Den kritiske pittemperatur (CPT) af grad 2 titanium i chloridopløsninger falder med stigende chloridkoncentration. Ved en pH på 4 (typisk for FGD-scrubbere) giver 20.000 ppm Cl- en CPT på omkring 85 grader, over den gennemsnitlige arbejdstemperatur på 70 grader og giver en sikkerhedsmargin. Ved 40.000 ppm Cl- falder CPT til 70 grader, dvs. scrubberen arbejder nøjagtigt ved tærsklen. CPT falder til 55 grader ved 60.000 ppm Cl-, og aktiv pitting kan forekomme ved normale driftstemperaturer. Udbredelseshastigheden stiger logaritmisk med stigende chloridkoncentration: ved 20.000 ppm Cl- og 70 grader uddybes en formeringsgrav med 0,2-0,3 mm pr. år; ved 40.000 ppm Cl- er hastigheden 0,5-0,8 mm pr. år; ved 60.000 ppm Cl- rater på 1,0-1,5 mm pr. år.

Vægtykkelse: En metode til forebyggelse af pinhole
Den mindste vægtykkelse, der kræves for at give 5 års levetid uden hulperforering af FGD-scrubbervarmere og rørbundter, afhænger af den forudsagte brøndudbredelseshastighed og den statistiske fordeling af pitstartsteder. Der anvendes en konservativ grubevækstmodel (grubedybde=k*t^0,5 hvor k er en funktion af kloridkoncentrationen), og rørets levetid antages at være bestemt af den dybeste grube. Den nødvendige vægtykkelse beregnes som:

Udbredelseskonstanten k ved 20.000 ppm Cl- er 0,28 mm/år^0,5. For 5 års levetid, maks. brønddybde=0.28 × √5=0.63 mm. Sikkerhedsmargenen for 1,2 mm vægrøret er ca. 0,6 mm, hvilket er tilstrækkeligt til rene rør uden allerede eksisterende problemer.

40.000 ppm Cl- k=0.48 mm/år^0,5 Maksimal brønddybde om 5 år=0.48 * sqrt(5)=1.07 mm. 1.65mm vægrør giver margen, 1,2 mm rør ville perforere.

k=0.70 mm/år 0,5 ved 60.000 ppm Cl-. Maksimal dybde af brønd om 5 år=0.7 × √5=1.57 mm. Et 2,0 mm vægrør er nødvendigt for pålidelig 5 års service. 1.65 mm vil kun give 3-4 år.

Titanium rør til FGD Scrubber Application Matrix
FGD-systemtype Typisk kloridkoncentration Anbefalet titankvalitet Minimum vægtykkelse Forventet levetid
Kulfyret kraftværk, våd kalksten (bleed stream-reguleret)15.000-25.000 ppm Klasse 2 1.2-1.5 mm 5-8 år
Kulfyret kraftværk, kul med højt chloridindhold 25.000-40.000 ppm Grade 2 eller Grade 7 1.65 mm 4-6 år
Nul-væske-udledning FGD (lukket sløjfe) 40.000-60.000 ppm Grade 7 (Ti-0,15Pd) 2,0 mm 5-7 år
Industrikedel FGD (variabelt kul) 10.000-20.000 ppm Klasse 2 .8-.12 mm 8-10 år
Affald-til-energi FGD (højt kloridindhold fra affald) 50.000-80.000 ppm Grade 12 eller Grade 7 2.5 mm 4-6 år
Rørkvalitet og sprækkeproblemer
Forud-eksisterende sprækker i røret forhindrer ikke hulperforering, selvom vægtykkelsen øges. I FGD-scrubberservice er der sprækker ved rør-til-rørpladevalsede samlinger, under pakninger og under aflejringer af gips eller flyveaske. Spaltekorrosion øger hastigheden af ​​pitinitiering og -udbredelse med en faktor på 3-10. Svejste rør-til-rørpladeforbindelser (ingen sprækker) foretrækkes frem for valsede eller flangeforbindelser ved enhver kloridkoncentration over 20.000 ppm. Røroverflader bør være fri for kalk, indlejrede jernpartikler (fra formværktøjer) og overfladeridser, der er dybere end 10 procent af vægtykkelsen. Den bedste pitting-modstand tilbydes af elektropolerede eller syltede overflader.

For FGD-scrubbere, der arbejder ved 70 grader med kloridkoncentrationer over 20.000 ppm, kræves der en minimumsvægtykkelse af titaniumrør på 1,65 mm for Grade 2 i moderat koncentrerede systemer (20.000-40.000 ppm), der stiger til 2,0 mm for Grade 40,0 systemer over 0,0 ppm. Ingeniører bør specificere bejdsede eller elektropolerede røroverflader, svejsede i stedet for rullede rør-til-rørpladesamlinger og overvåge kloridkoncentrationen ugentligt for at opdage forstyrrelser, før grubetæring forekommer. For kloridniveauer over 60.000 ppm bør andre materialer såsom grad 12 titanium eller zirconium overvejes.