في جهاز إعادة تسخين وحدة إزالة الكبريت من غاز المداخن، لماذا يؤدي وجود جزيئات الرماد المتطاير إلى تآكل الجانب العلوي لأنبوب التيتانيوم عند الانحناءات؟
ترك رسالة
تستخدم وحدات إزالة الكبريت من غاز المداخن (FGD) في محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم -أجهزة إعادة التسخين لرفع درجة حرارة غاز المداخن المنظف قبل دخوله إلى المداخن. يعتبر التيتانيوم المادة المفضلة نظرًا لمقاومته للتآكل في البيئة الحمضية الغنية بالكلوريد-. ومع ذلك، يحتوي غاز المداخن الناتج عن إزالة الكبريت من غاز المداخن على جزيئات الرماد المتطاير-ذات زوايا صلبة (أساسًا السيليكا والألومينا)، بأحجام تتراوح من 1 إلى 100 ميكرومتر. تنتقل هذه الجسيمات مع الغاز بسرعات تتراوح بين 15-25 م/ث. عندما يواجه تيار الغاز انحناءً في أنبوب التيتانيوم، لا تستطيع الجسيمات الأثقل تغيير اتجاهها بنفس سرعة الغاز. وتستمر على طول مسارها الأصلي، وتؤثر على جدار الأنبوب عند نصف القطر الخارجي للانحناء. يؤدي تأثير الجسيمات هذا إلى التآكل، مما يؤدي إلى إزالة المواد بشكل تفضيلي من الجانب العلوي من الانحناء. مع مرور الوقت، يؤدي ترقق الجدار إلى ثقب وتسرب غاز المداخن أو المكثفات.
آلية تآكل الرماد المتطاير في انحناءات الأنبوب
آلية التآكل عبارة عن مزيج من التآكل والقطع. تضرب جزيئات الرماد المتطاير سطح التيتانيوم بزوايا عادة تتراوح بين 20-50 درجة بالنسبة إلى مماس السطح. التيتانيوم، على الرغم من صلابته، لديه صلابة منخفضة نسبيًا (180-220 فولت للدرجة الثانية) مقارنة بالسيليكا (حوالي 1200 فولت). يؤدي كل تأثير للجسيم إلى إزاحة كمية صغيرة من التيتانيوم-في حدود 1-10 ميكرومتر لجسيم بحجم 20 ميكرومتر بسرعة 20 م/ث. يتبع معدل التآكل قانون الطاقة: التآكل ∝ (V)^n × (d)^m × (تركيز الجسيمات)، حيث V هي السرعة، d هو قطر الجسيم، n تقريبًا 2.3 للتيتانيوم، وm تقريبًا 2.0. عند المنعطفات، تكون سرعة التأثير الفعالة أعلى من سرعة الغاز السائب بسبب تسارع الجسيمات حول المنحنى. يتلقى الجانب العلوي من الأنبوب أعلى كثافة من التأثيرات لأن الجسيمات لم تنحرف بعد عن طريق الاصطدامات السابقة.
معدلات التآكل الكمي في مواقع الانحناء المختلفة
حددت القياسات الميدانية والاختبارات المعملية (سرعة الغاز 20 م/ث، 50 مجم/م3 من الرماد المتطاير، 20 ميكرومتر متوسط حجم الجسيمات) معدلات التآكل التالية للتيتانيوم من الدرجة الثانية:
قسم أنبوب مستقيم، تدفق موحد: معدل التآكل 0.05-0.10 ملم سنويا. تكون إزالة المواد موحدة نسبيًا حول المحيط. مقبول لمدة تتراوح من 10 إلى 15 سنة بسمك جدار 1.5 مم.
ثني نصف القطر الخارجي، الكوع 90 درجة، الجانب العلوي: معدل التآكل 0.6-1.2 ملم سنويا. يحدث الحد الأقصى لفقدان الجدار عند النقطة التي يتصل فيها مسار الجسيمات بالأنبوب لأول مرة. يمكن للترقق الموضعي أن يثقب جدارًا بسمك 1.5 مم خلال سنة إلى سنتين.
ثني نصف القطر الخارجي، الجانب السفلي (بعد الاصطدام): معدل التآكل 0.2-0.4 ملم سنويا. فقدت الجسيمات الطاقة الحركية بعد الاصطدام الأولي. التآكل الثانوي لا يزال كبيرا.
ثني نصف القطر الداخلي (intrados): معدل التآكل 0.02-0.05 ملم سنويا. انخفاض كثافة تأثير الجسيمات. بشكل عام محمية بطبقة حدود الغاز.
انحناءات متعددة على التوالي (على سبيل المثال، جهاز إعادة التسخين السربنتيني): تزداد معدلات التآكل بنسبة 20-50% عند كل انحناء لاحق لأن الجزيئات تصبح أكثر زاوية وعدوانية بعد الاصطدامات الأولية.
دليل تخفيف التآكل واختيار التصميم
يوفر الجدول التالي إطارًا لاتخاذ القرار لإدارة تآكل الرماد المتطاير عند انحناءات أنابيب التيتانيوم بناءً على تحميل الجسيمات وسرعة الغاز:
| حالة إعادة تسخين FGD | الموصى بها للحماية من التآكل | معدل التآكل المتوقع في بيند | توصية سمك الجدار |
|---|---|---|---|
| تحميل منخفض للرماد (<20 mg/m³), low velocity (<15 m/s) | معيار الصف 2، لا حماية | 0.2-0.4 ملم/سنة | 1.5 ملم |
| رماد معتدل (20-50 مجم/م3)، السرعة 15-20 م/ث | نصف قطر الانحناء كبير الحجم (أكبر من أو يساوي 3D)، تيتانيوم درجة 7 | 0.3-0.5 ملم/سنة | 2.0 ملم |
| رماد عالي (50-100 مجم/م3)، السرعة 20-25 م/ث | تراكب كربيد التنغستن (0.5 مم) على سطح الانحناء العلوي | <0.05 mm/year (coated) | 1.5 ملم مع طلاء |
| Severe ash (>100 مجم/م3)، رماد متطاير كاشط (نسبة عالية من السيليكا) | ألواح أو أكمام قابلة للاستبدال عند الانحناءات | غير متوفر (تم استبدال الجزء المتآكل) | أنبوب 1.2 مم مع لوحة تآكل 2 مم |
| FGD الحالي مع تآكل الانحناء المعروف | تثبيت دوارات تحول المنبع من الانحناء | يقلل من التآكل بنسبة 60-80% | N/A |
الهندسة ما بعد مقاومة التآكل
تؤثر درجة سبائك التيتانيوم على مقاومة التآكل. الدرجة 7 (البلاديوم-} المستقر) لها صلابة مماثلة (180-220 فولت) ومعدل تآكل للصف 2. الدرجة 12 (الموليبدينوم-النيكل) أصعب قليلاً (200-240 فولت) وتقلل التآكل بنسبة 15-20%. يمكن أن تعمل المعالجات السطحية على تحسين مقاومة التآكل: تنتج النيترة طبقة سطحية من TiN (500-800 فولت) تقلل من التآكل بنسبة 70-80% ولكنها تزيد التكلفة. يجب زيادة سمك جدار الأنبوب عند الانحناءات بما يتجاوز متطلبات القسم المستقيم. يستخدم التصميم النموذجي جدارًا مقاس 1.5 مم للمقاطع المستقيمة وجدارًا مقاس 2.5 مم لنصف القطر الخارجي المنحني. تعد هندسة الانحناء أمرًا بالغ الأهمية: تواجه انحناءات نصف القطر الطويلة (R=5D) تآكلًا أقل بنسبة 50% من انحناءات نصف القطر القياسية - (R=1.5D). يمكن تعديل نمط تدفق الغاز عن طريق تدوير دوارات الانحناءات في اتجاه المنبع لإعادة توجيه الجزيئات بعيدًا عن نصف القطر الخارجي.
صنع مواصفات مستنيرة
عند تحديد أنبوب إعادة تسخين من التيتانيوم لخدمة إزالة الكبريت من غاز الكبريت مع الرماد المتطاير، حدد جميع الانحناءات في مسار الغاز. لكل منحنى، حدد زيادة سمك الجدار (2.0-2.5 مم) على نصف القطر الخارجي، إما باستخدام أنبوب منحني غير ملحوم بجدار أكثر سمكًا أو عن طريق تطبيق تراكب لحام من التيتانيوم أو كربيد التنغستن على الجانب العلوي. اطلب نمذجة ديناميكيات الموائع الحسابية (CFD) لمسارات الجسيمات من خلال جهاز إعادة التسخين لتحديد -مناطق التآكل العالية. أثناء التشغيل، قم بإجراء اختبار سمك بالموجات فوق الصوتية سنويًا عند نصف القطر الخارجي المنحني. حدد عتبة حرجة لسمك الجدار (على سبيل المثال، 0.8 مم متبقية) حيث يجب استبدال الأنبوب أو إصلاحه. بالنسبة للتركيبات الجديدة، حدد الحد الأدنى لنصف قطر الانحناء ثلاثي الأبعاد (ثلاثة أضعاف القطر الخارجي للأنبوب). إذا كانت قيود المساحة تتطلب انحناءات ضيقة (R=1.5D)، فيجب طلاء كربيد التنجستن أو أكمام قابلة للاستبدال. من خلال معالجة التآكل التفضيلي عند الانحناءات كاعتبار تصميمي متميز، يقوم المهندس بتمديد عمر خدمة أجهزة إعادة تسخين إزالة الكبريت من التيتانيوم من 1-2 سنة إلى 10-15 سنة في تيارات غاز المداخن المحملة بالرماد المتطاير.
