U pregrijaču jedinice za odsumporavanje dimnih plinova, zašto prisustvo čestica letećeg pepela prvenstveno erodira uzvodnu stranu titanijumske cijevi na krivinama?
Ostavi poruku
Jedinice za odsumporavanje dimnih plinova (FGD) u elektranama na ugalj- koriste grijače za podizanje temperature očišćenog dimnog plina prije nego što uđe u dimnjak. Titanijum je materijal izbora zbog njegove otpornosti na koroziju u kiselom okruženju-bogatom hloridima. Međutim, FGD dimni plin sadrži čestice letećeg pepela-uglaste, tvrde (uglavnom silicijum dioksid i aluminij), veličine u rasponu od 1 do 100 µm. Ove čestice putuju sa gasom brzinom od 15-25 m/s. Kada mlaz gasa naiđe na krivinu u titanijumskoj cijevi, teže čestice ne mogu promijeniti smjer tako brzo kao plin. Oni nastavljaju svoju prvobitnu putanju, udarajući o zid cijevi na vanjskom radijusu krivine. Ovaj udar čestica uzrokuje eroziju, prvenstveno uklanjajući materijal sa uzvodne strane krivine. Vremenom, stanjivanje zidova dovodi do perforacije i curenja dimnih gasova ili kondenzata.
Mehanizam erozije letećeg pepela na krivinama cijevi
Mehanizam erozije je kombinacija udarnog habanja i rezanja. Čestice letećeg pepela udaraju o površinu titanijuma pod uglovima od 20 do 50 stepeni u odnosu na tangentu površine. Titanijum, iako čvrst, ima relativno nisku tvrdoću (180–220 HV za Grade 2) u poređenju sa silicijumom (približno 1200 HV). Svaki udar čestice istiskuje malu zapreminu titanijuma- reda veličine 1-10 µm³ za česticu od 20 µm pri 20 m/s. Brzina erozije slijedi stepen stepena: Erozija ∝ (V)^n × (d)^m × (koncentracija čestica), gdje je V brzina, d je promjer čestice, n je približno 2,3 za titan, a m je približno 2,0. Na krivinama, efektivna brzina udara je veća od brzine gasa u rasutom stanju zbog ubrzanja čestica oko krivine. Uzvodna strana cijevi prima najveću gustoću udara jer čestice još nisu bile skrenute prethodnim sudarima.
Kvantitativne stope erozije na različitim lokacijama zavoja
Mjerenja na terenu i laboratorijska ispitivanja (brzina plina 20 m/s, 50 mg/m³ elektrofilterskog pepela, 20 µm srednja veličina čestica) utvrdili su sljedeće stope erozije za titanijum 2. razreda:
Ravni presjek cijevi, ravnomjeran protok: Stopa erozije od 0,05–0,10 mm godišnje. Uklanjanje materijala je relativno ravnomjerno po obodu. Prihvatljivo za 10-15 godina života sa 1,5 mm debljine zida.
Spoljni radijus savijanja, koleno od 90 stepeni, uzvodna strana: Stopa erozije od 0,6-1,2 mm godišnje. Maksimalni gubitak zida se javlja na tački gde putanja čestice prvi put dolazi u kontakt sa cevi. Lokalizirano stanjivanje može probušiti zid od 1,5 mm u roku od 1-2 godine.
Spoljni radijus savijanja, nizvodno (nakon udara): Stopa erozije od 0,2–0,4 mm godišnje. Čestice su izgubile kinetičku energiju nakon početnog udara. Sekundarna erozija je i dalje značajna.
Unutrašnji radijus savijanja (intrados): Stopa erozije od 0,02–0,05 mm godišnje. Manja udarna gustina čestica. Općenito zaštićen graničnim slojem plina.
Višestruki zavoji u seriji (npr. serpentinski grijač): Stope erozije se povećavaju za 20-50% na svakom sljedećem zavoju jer čestice postaju ugaonije i agresivnije nakon početnih udara.
Vodič za ublažavanje erozije i odabir dizajna
Sljedeća tabela pruža okvir za odlučivanje za upravljanje erozijom elektrofilterskog pepela na krivinama titanijumske cijevi na osnovu opterećenja česticama i brzine plina:
| FGD reheater stanje | Preporučena zaštita od erozije | Očekivana stopa erozije na krivini | Preporuka za debljinu zida |
|---|---|---|---|
| Mala količina pepela (<20 mg/m³), low velocity (<15 m/s) | Standardna ocjena 2, bez zaštite | 0,2–0,4 mm/god | 1,5 mm |
| Umjereni pepeo (20–50 mg/m³), brzina 15–20 m/s | Preveliki radijus savijanja (veći ili jednak 3D), titanijum 7. razreda | 0,3–0,5 mm/god | 2,0 mm |
| Visok pepeo (50–100 mg/m³), brzina 20–25 m/s | Preklop od volfram karbida (0,5 mm) na uzvodnoj površini savijanja | <0.05 mm/year (coated) | 1,5 mm sa premazom |
| Severe ash (>100 mg/m³), abrazivni leteći pepeo (visoka silika) | Zamjenjive habajuće ploče ili rukavi na krivinama | N/A (zamijenjen habajući dio) | Cijev od 1,2 mm sa habajućom pločom od 2 mm |
| Postojeći FGD sa poznatom erozijom krivine | Ugradite okretne lopatice uzvodno od krivine | Smanjuje eroziju za 60-80% | N/A |
Inženjering izvan otpornosti na eroziju
Kvalitet legure titanijuma utiče na otpornost na eroziju. Stepen 7 (stabiliziran paladijum-) ima sličnu tvrdoću (180–220 HV) i stopu erozije kao Grade 2. Grade 12 (molibden-nikl) je nešto tvrđi (200–240 HV) i smanjuje eroziju za 15–20%. Površinski tretmani mogu poboljšati otpornost na eroziju: nitriranjem se stvara površinski sloj TiN (500–800 HV) koji smanjuje eroziju za 70–80%, ali povećava troškove. Debljinu stijenke cijevi na krivinama treba povećati iznad zahtjeva za pravi presjek. Tipičan dizajn koristi zid od 1,5 mm za ravne dijelove i zid od 2,5 mm za vanjske radijuse savijanja. Geometrija savijanja je kritična: duge-prevoje radijusa (R=5D) doživljavaju 50% manju eroziju od standardnih- savijanja radijusa (R=1.5D). Obrazac strujanja plina može se modificirati okretanjem lopatica uzvodno od krivina kako bi se čestice preusmjerile dalje od vanjskog radijusa.
Izrada informirane specifikacije
Kada specificirate cijev za ponovno zagrijavanje titanijuma za FGD servis s letećim pepelom, identificirajte sve krivine na putu plina. Za svaku krivinu navedite povećanu debljinu zida (2,0-2,5 mm) na vanjskom radijusu, bilo korištenjem bešavne savijene cijevi sa debljim zidom ili primjenom zavarenog sloja od titanijuma ili volframovog karbida na uzvodnoj strani. Zatražite modeliranje putanje čestica kroz pregrijavač pomoću računalne dinamike fluida (CFD) kako biste identificirali zone visoke{4}}erozije. Tokom rada, vršite ultrazvučno ispitivanje debljine godišnje na vanjskim radijusima savijanja. Odredite kritični prag debljine zida (npr. preostalo 0,8 mm) na kojem cijev treba biti zamijenjena ili popravljena. Za nove instalacije navedite minimalni radijus savijanja od 3D (trostruki vanjski promjer cijevi). Ako prostorna ograničenja zahtijevaju čvrsta savijanja (R=1.5D), zahtijevajte premaz od volfram karbida ili zamjenjive habajuće čahure. Bavljenjem preferencijalnom erozijom na krivinama kao posebnim razmatranjem dizajna, inženjer produžava vijek trajanja titanijumskih FGD grijača sa 1-2 godine na 10-15 godina u tokovima dimnih gasova sa-pepelom-napunjenim.
