Akan Deniz Suyundaki Erozyon-Korozyonuna Göre Titanyum Eşanjör Borusu için Doğru Duvar Kalınlığı Nasıl Seçilir?

Askıdaki kumun aralıksız kumlanması ve boru girişindeki yüksek-hızlı suyun katıksız gücü, ince titanyum oksidi yeniden büyüyebileceğinden daha hızlı bir şekilde aşındırarak, titanyumun deniz suyundaki korozyona karşı efsanevi direncini hikayenin yalnızca yarısı haline getirebilir. Kimyaya ek olarak hidrodinamik, türbülans ve sıvı akışı tarafından iletilen aşındırıcı enerjinin tümü deniz suyu ısı eşanjörlerindeki boru ömrünü etkiler.

Titanyum boru duvar kalınlığının deniz suyuna maruz kalmasıyla ilgili teknik sorun kapsamında, basınç muhafaza ihtiyaçları ile uzun-aşınma direncinin dengelenmesiyle doğru boru duvarı seçilir.

Titanyum Deniz Suyunda Neden Bu Kadar İyi Performans Gösteriyor?
Titanyum oksijenli tuzlu suya maruz kaldığında inanılmaz derecede stabil ve kendi kendini-iyileştiren bir oksit kaplama oluşturur. Bu pasif katman aşağıdakilere karşı olağanüstü direnç sağlar:

Klorür korozyonu

Çukurlaşma

Çatlak saldırısı

Biyolojik kirlilik-ilişkili bozulma

Temiz deniz suyu hizmetinde, titanyum tüpler sıklıkla genel bir korozyon olmaksızın onlarca yıl boyunca çalışmayı başarır.

Sınırlama Mekanik Aşınmadır
Oksit film kimyasal olarak güçlü olmasına rağmen fiziksel olarak ince kalır. Asılı kum parçacıkları ve yüksek-hızlı türbülans, koruyucu yüzeye şiddetli akış koşulları altında yeniden oluşmasından daha hızlı bir şekilde mekanik olarak zarar verebilir.

Erozyon-korozyon bu sürecin terimidir.

Sorun şu durumlarda daha da kötüleşiyor:

Tüpler için girişler

Türbülansın yüksek olduğu alanlar

Akış çarpma bölgeleri

Dirseklerin veya kısıtlamaların aşağısındaki alanlar

Askıda çökeltiler içeren deniz suyu sistemleri

Bu nedenle, eşanjör borusunun duvar kalınlığının hem yapısal hem de aşınma- ile ilgili kriterleri hesaba katması gerekir.

İlk olarak Basınç Kalınlığı
Boru duvar seçimi için başlangıç ​​noktası, basınçlı kap tasarım düzenlemelerinin gerektirdiği minimum kalınlıktır.

ASME ve TEMA Gereksinimleri
Genellikle basınca- dayalı minimum duvar kalınlığı aşağıdakiler kullanılarak hesaplanır:

ASME Bölüm VIII

TEMA standartları

Geçerli müşteri özellikleri

Tasarım basıncı ve sıcaklık koşulları

Hesaplama, tüpün aşağıdakilere dayanabileceğini garanti eder:

İç kuvvet

Dışarıdan gelen baskı

Mekanik araçlar kullanarak yükleme

Termal gerilmeler

Titreşim kuvvetleri

Yapısal minimum kalınlık, herhangi bir erozyon payının eklenmesinden önce hesaplanan bu değerle belirlenir.

Deniz Suyu Hizmetlerinde Erozyon ve Korozyon İzinleri
Basınç gereksinimi bilindikten sonra, akan deniz suyundan kaynaklanan uzun-süreli mekanik aşınmayı karşılamak için ek duvar kalınlığı eklenebilir.

Temiz Deniz Suyu Koşulları
Yaklaşık olarak aşağıdaki orta hızlara sahip nispeten saf tuzlu suda:

v<2 m/sv < 2\ \mathrm{m/s}v<2 m/s

Titanyum oksit filmi hala çok stabildir.

Bu koşullar altında:

Erozyon çok az.

Ek korozyon payı ihmal edilebilir düzeyde olabilir

Standart tüp duvarı programları genellikle yeterlidir

Titanyumun pasif kaplaması hafif yüzey bozulmasından sonra kendini sürekli olarak onardığından, titanyum bu koşullarda oldukça iyi performans gösterir.

Kum-Yüklü Deniz Suyu Ek Kalınlık Gerektirir
Askıda katı maddelerin varlığı senaryoyu büyük ölçüde değiştirir.

Kum Parçacıklarının Etkisi
Kum parçacıkları, tüp duvarına yüksek hızda çarpan mikroskobik aşındırıcı mermiler gibi davranır. Tekrarlanan darbeler yavaş yavaş oksit filmini aşındırır ve altındaki küçük miktardaki baz metali kaldırır.

Bu erozyon, akışın tüpe ilk girdiği yerde daha agresiftir çünkü türbülans yoğunluğu ve parçacık hızı emme bölgesinde en yüksektir.

Minimum basıncın üzerinde bu hizmetlere sıklıkla ekstra duvar toleransı eklenir.

Ortalama Ekstra Harç
Sürüklenmiş kum veya parçacık madde içeren deniz suyu için kabaca aşağıdaki ek duvar kalınlığı:

0,2 mm Δt'den küçük veya eşit 0,3 mm'den küçük veya eşit 0,3 mm0,2\\ \\mathrm{mm} \\leq \\Delta t \\leq 0,3\\ \\mathrm{mm}0,2 mm Δt'den küçük veya eşit 0,3 mm'den küçük veya eşit

yaygın olarak belirtilir.

Eşanjörün hizmet ömrü boyunca bu ekstra malzeme, ilerleyen mekanik bozulmayı telafi eder.

Kum fırtınasının en kuvvetli vurduğu yerde tüpün biraz daha kalın bir zırh tabakası vardır.

Minimum Tüp Duvarlarının Tipik Seçimi
Çeşitli deniz suyu eşanjörü uygulamaları için pratik minimum duvar kalınlıkları şu değerlerden başlar:

t 0,7 mm'den büyük veya eşit \\geq 0,7\\ \\mathrm{mm}t 0,7 mm'den büyük veya eşit

dayalı:

Tüp çapı

Tasarım baskısı

akış hızı

kum konsantrasyonu

Beklenen kullanım ömrü

Bakım felsefesi

Bu kalınlık sıklıkla aşağıdakiler arasında iyi bir uzlaşma sağlar:

Yapısal güvenilirlik

Isı iletiminin verimliliği

Üretim Yeteneği

Erozyon direnci

Daha ince duvarlar termal performansta küçük bir iyileşme sağlasa da, taşıma hasarına ve erozyona karşı daha az dirençlidirler.

Tüp Giriş Bölgesinin Korunması
Eşanjörün en savunmasız kısmı tipik olarak tüp girişidir.

Neden Şiddetli Giriş Erozyonu Var?
Deniz suyu tüp demetine girdiğinde türbülans gücü önemli ölçüde artar. Lokalize akış ivmesi darbe enerjisini artırırken, kum parçacıkları duvara değişen açılarla çarpıyor.

Bu, boru uzunluğunun ilk birkaç santimetresine yakın yerlerde yoğun aşınmaya neden olur.

Çift-Kalın Tüplerin Uçları
Bazı eşanjör tasarımları dayanıklılığı artırmak için aşağıdakileri içerir:

Çift{0}}kalın boru uçları

Güçlendirilmiş giriş bölümleri

Kısa kaynaklı giriş manşonları

Daha ağır duvarlar için ekler

Bazı düzenlemelerde, eşanjörün geri kalan kısmı boyunca daha ince boruları korurken erozyon hasarını absorbe etmek için giriş ucuna daha kalın bir titanyum borudan kısa bir bölüm kaynak yapılır.

Bu taktik, genel malzeme maliyetini düşürürken en savunmasız konumu güçlendirir.

Hız ve Endüstri Önerileri Yönergeleri
Akış hızı, erozyon-korozyon davranışında çok önemli bir rol oynar.

Önerilen Hız Sınırları
Nikel Enstitüsü gibi kuruluşlar ve çok sayıda deniz suyu mühendisliği tavsiyesi, aşağıdakilere bağlı olarak önerilen hız aralıklarını sağlar:

kum konsantrasyonu

Parçacık boyutu

akış rejimi

Tüpler için malzeme

Sistem geometrisi

Tipik rehberlik, hızları parçacık çarpmasının aşırı derecede güçlü hale geldiği seviyelerin altında tutmayı amaçlar.

Titanyumun birçok bakır{0}}bazlı alaşımdan daha yüksek hızlara dayanabilmesine rağmen, uzun çalışma süreleri boyunca aşırı türbülans ve kum yüklemesi aşınmayı hızlandırabilir.

Dengede Termal Performans ve Dayanıklılık
Duvar kalınlığı arttıkça termal direnç de arttığından, boru duvar kalınlığının arttırılması ısı iletim performansını çok az azaltır.

Bununla birlikte, erken tüp arızasının operasyonel riskiyle karşılaştırıldığında iletkenlik cezası genellikle ihmal edilebilir düzeydedir.

Mühendislikte-Takas
Bu nedenle tüp duvarı seçimi aşağıdakiler arasında bir denge haline gelir:

Tasarım Hedefinin Kalınlığa Etkisi
Isı iletiminin verimliliğidaha ince duvarları tercih eder
Erozyon direnci Daha kalın duvarları tercih eder
Yapısal bütünlük Daha kalın duvarları tercih eder
Maliyet azaltma Optimum kalınlığı destekler
Bozulmalara izin veren daha uzun servis ömrü avantajları
Çoğu deniz suyu sisteminde,-uzun vadeli güvenilirlik, biraz daha kalın borularla ilişkili küçük termal cezadan daha ağır basar.

Sonuç olarak
Titanyum değiştirici tüpünün duvar kalınlığını etkileyen basınç tahminlerinin yanı sıra başka faktörler de vardır. Bu, akan deniz suyunun ve asılı kum parçacıklarının neden olduğu erozyon-korozyonunu da içeren, dikkatlice tasarlanmış bir değişkendir.

Kumla dolu koşullar sıklıkla basınca dayalı minimum duvar kalınlığının 0,2 ila 0,3 mm üstüne eklemeyi haklı çıkarsa da-orta hızlardaki temiz tuzlu su çok az ek tolerans gerektirebilir veya hiç gerektirmeyebilir. Güçlendirilmiş giriş kısımları ve çift-kalın boru uçları, türbülansın ve parçacık çarpmasının en şiddetli olduğu durumlarda ek koruma sağlar.

ASME ve TEMA yapısal standartlarını pratik erozyon toleranslarıyla birleştirerek titanyum eşanjör tüpleri, zorlu deniz ortamlarında olağanüstü uzun çalışma ömürlerine ulaşabilir. Termal sistem mühendisliğinde tek bir mm metal, potansiyel olarak on yıl daha uzun hizmet ömrü anlamına gelebilir.