70 Derecedeki Baca Gazı Kükürt Giderme Yıkayıcılarında, 20.000 ppm'nin üzerindeki Klorür Konsantrasyonu İğne Deliği Önleme için Minimum Titanyum Tüp Duvarını Nasıl Belirler?

Kömür-ateşlemeli enerji santralleri ve endüstriyel kazanlar, çevresel ekipmanların en aşındırıcı koşullarından bazılarında çalışan baca gazı kükürt giderme (FGD) temizleyicileriyle donatılmıştır. Yıkama sıvısı, kalsiyum sülfit/sülfat, uçucu kül ve temizleme döngüsü yeniden sirküle edildikçe yoğunlaşan çözünmüş klorürlerin karmaşık bir karışımıdır. Titanyum Sınıf 2, sülfit saldırısına karşı direnci nedeniyle FGD sistemlerindeki yeniden ısıtıcı borular ve püskürtme başlıkları için standart yapı malzemesi olmuştur. Ancak, FGD temizleyicilerde klorür konsantrasyonları genellikle 20.000 ppm'den (%2) yüksektir ve hatta sıfır-sıvı-deşarjlı sistemlerde 50.000-80.000 ppm'ye bile ulaşabilir. Bu klorür konsantrasyonlarında titanyum, çukurlaşma ve çatlak korozyonuna karşı hassastır ve duvar boyunca delinmeye karşı tek koruma, hem kalınlık hem de metalürjik kalite açısından tüp duvarının kendisidir. Bu makale, FGD yıkayıcı hizmetinde klorür konsantrasyonu, sıcaklık ve çatlağın bir fonksiyonu olarak iğne deliği delinmesini önlemek için gereken minimum titanyum tüp duvar kalınlığını sunmaktadır.

Yüksek Klorürlü FGD Çözeltisinde Metallerin Çukurlaşması
Yüksek-Cl ve düşük-pH FGD ayarlarında titanyumun oyuk korozyonu, iyi-belgelenmiş bir başlatma-yayılma modelini izler. Pasif Ti02 filminin parçalanması, film kafesindeki klorür iyonlarının oksijenin yerini aldığı ayrı yerlerde meydana gelir. Bir çukur başlatıldığında, çukurdaki asidik klorür çözeltisi (pH 1-2'ye düşebilir) aktif çözünmeye devam ederken çevredeki pasif yüzey korunur. Çukur yarı küresel olarak genişler ve delinmeye kadar geçen süre, belirli bir çukur büyüme oranı için yaklaşık olarak duvar kalınlığının karesiyle orantılıdır.

Klorür çözeltilerindeki 2. Sınıf titanyumun kritik çukurlaşma sıcaklığı (CPT), klorür konsantrasyonunun artmasıyla azalır. 4 pH değerinde (FGD yıkayıcılara özgü), 20.000 ppm Cl-, 70 derecelik ortalama yıkayıcı çalışma sıcaklığının üzerinde, yaklaşık 85 derecelik bir CPT verir ve bir güvenlik marjı sağlar. 40.000 ppm Cl-'de CPT 70 dereceye düşer, yani temizleyici tam olarak eşikte çalışır. CPT, 60.000 ppm Cl-'de 55 dereceye düşer ve normal servis sıcaklıklarında aktif çukurlaşma meydana gelebilir. Çukur yayılma oranları, klorür konsantrasyonunun artmasıyla logaritmik olarak artar: 20.000 ppm Cl- ve 70 derecede, yayılan bir çukur yılda 0,2-0,3 mm derinleşir; 40.000 ppm Cl-'de oran yılda 0,5-0,8 mm'dir; 60.000 ppm'de Cl- yılda 1,0-1,5 mm oranları kaydedilir.

Duvar Kalınlığı: İğne Deliği Önleme Yaklaşımı
FGD yıkayıcı ısıtıcılarının ve boru demetlerinin iğne deliği delinmesi olmadan 5 yıllık hizmet ömrü sağlaması için gereken minimum duvar kalınlığı, tahmin edilen ocak yayılma hızına ve ocak başlangıç ​​bölgelerinin istatistiksel dağılımına bağlıdır. Muhafazakar bir çukur büyüme modeli (çukur derinliği=k*t^0,5, burada k, klorür konsantrasyonunun bir fonksiyonudur) kullanılır ve tüp ömrünün en derin çukur tarafından belirlendiği varsayılır. Gerekli duvar kalınlığı şu şekilde hesaplanır:

20.000 ppm Cl-'de çukur yayılma sabiti k 0,28 mm/yıl^0,5'tir. 5 yıllık kullanım ömrü için maksimum çukur derinliği=0.28 × √5=0.63 mm. 1,2 mm'lik duvar borusunun güvenlik marjı yaklaşık 0,6 mm'dir; bu, önceden sorun olmayan temiz borular için yeterlidir.

40.000 ppm Cl- k=0.48 mm/yıl^0,5 5 yılda maksimum çukur derinliği=0.48 * sqrt(5)=1.07 mm. 1.65mm duvar tüpü kenar boşluğu sağlar, 1,2 mm'lik tüp delinir.

k=0.70 mm/yıl 0,5, 60.000 ppm Cl-'de. 5 yılda maksimum çukur derinliği=0.7 × √5=1.57 mm. Güvenilir 5 yıllık hizmet için 2,0 mm'lik duvar borusu gereklidir. 1.65 mm yalnızca 3-4 yıl sağlar.

FGD Temizleyici Uygulama Matrisi için Titanyum Tüpler
FGD Sistem Tipi Tipik Klorür Konsantrasyonu Önerilen Titanyum Sınıfı Minimum Duvar Kalınlığı Beklenen Hizmet Ömrü
Kömür yakıtlı enerji santrali, ıslak kireçtaşı (boşaltma akışı düzenlenmiş)15.000-25.000 ppm Kalite 2 1.2-1.5 mm 5-8 yıl
Kömür yakıtlı enerji santrali, yüksek klorürlü kömür 25.000-40.000 ppm Sınıf 2 veya Sınıf 7 1.65 mm 4-6 yıl
Sıfır-sıvı-deşarjlı FGD (kapalı döngü) 40.000-60.000 ppm Derece 7 (Ti-0,15Pd) 2,0 mm 5-7 yıl
Endüstriyel kazan FGD (değişken kömür) 10.000-20.000 ppm Kalite 2 .8-.12 mm 8-10 yıl
Atıktan--enerji FGD'sine (atıklardan yüksek klorür) 50.000-80.000 ppm Derece 12 veya Derece 7 2.5 mm 4-6 yıl
Boru Kalitesi ve Aralık Sorunları
-Tüpte önceden mevcut olan yarıklar, duvar kalınlığı artırılsa bile iğne deliği delinmesini engellemez. FGD temizleme hizmetinde, boru--boru levhası arasındaki haddelenmiş bağlantı noktalarında, contaların altında ve alçı veya uçucu kül birikintilerinin altında yarıklar mevcuttur. Çatlak korozyonu, çukurun başlama ve yayılma hızını 3-10 kat artırır. 20.000 ppm'nin üzerindeki herhangi bir klorür konsantrasyonunda haddelenmiş veya flanşlı bağlantılara göre kaynaklı borudan boruya levha bağlantıları (çatlaksız) tercih edilir. Boru yüzeyleri kireçten, gömülü demir parçacıklarından (şekillendirme aletlerinden) ve duvar kalınlığının yüzde 10'undan daha derin yüzey çiziklerinden arındırılmış olmalıdır. En iyi çukurlaşma direnci elektro-parlatılmış veya asitle cilalanmış yüzeyler tarafından sunulur.

20.000 ppm'nin üzerindeki klorür konsantrasyonlarıyla 70 derecede çalışan FGD yıkayıcılar için, orta derecede konsantre sistemlerde (20.000-40.000 ppm) Derece 2 için minimum titanyum tüp duvar kalınlığı 1,65 mm gereklidir; 40.000 ppm'nin üzerindeki Derece 7 sistemler için 2,0 mm'ye yükselir. Mühendisler, haddelenmiş boru-boru levhası bağlantıları yerine, asitlenmiş veya elektro-parlatılmış boru yüzeylerini belirtmeli ve çukurlaşma delinmesi meydana gelmeden önce bozulmaları tespit etmek için klorür konsantrasyonunu haftalık olarak izlemelidir. 60.000 ppm'in üzerindeki klorür seviyeleri için 12. sınıf titanyum veya zirkonyum gibi diğer malzemeler dikkate alınmalıdır.