Koja praktična metoda može predvidjeti preostali vijek trajanja titanijumske cijevi električnog grijača nakon izlaganja vlažnom hloru na 60 stepeni?

Vlažni hlorni gas na 60 stepeni. jedan je od najzahtjevnijih uslova za metalnu opremu za grijanje; Hlor (Cl 2 ), vodena para (obično 0,5-2%) i povećanje temperature se kombinuju na površini metala da bi se formirala hlorovodonična kiselina (HCl) i hipohlorna kiselina (HOCl). Titanijum je normalno otporan na suvi hlor, ali ga brzo napada suvi hlor u prisustvu vlage preko 0,1% zbog raspadanja pasivnog sloja. Ono što je potrebno je realističan pristup predviđanja koji se može primijeniti na terenu kako bi se utvrdilo da li je cijev električnog grijača od titanijuma, koja je bila izložena vlažnom hloru, sigurna za stalnu upotrebu ili se mora odmah zamijeniti. Tradicionalne metode inspekcije (ultrazvučna debljina, radiografija) nisu sposobne za rano otkrivanje oštećenja jer degradacija počinje produkcijom podzemnog hidrida ili lokaliziranim pitingom prije nego što dođe do vidljivog gubitka stijenke.

Mehanizam degradacije mokrog hlora

U roku od nekoliko minuta, vlažni hlor u kontaktu sa titanijumskom grejnom cevi na 60 stepeni pokreće niz reakcija. Klor hidrolizira do HCl i HOCl, smanjujući lokalni pH na 2-3 . U kiseloj sredini, zaštitni TiO2 premaz se rastvara i goli titanijum je izložen. Paralelno atomski vodonik nastao tokom korozije difundira u titanijumsku rešetku. Titanijum pokazuje visok afinitet prema vodoniku i formira krhke pločice titanijum-hidrida (TiH 2 ) duž granica zrna i kontakta alfa letve. Ova hidridna faza ima oko 17% više zapremine od početnog titanijuma, što uzrokuje unutrašnje napetosti koje izazivaju mikro-pukotine. Hidridna krtost rezultira malim uočljivim gubitkom debljine stijenke do katastrofalnog loma, u poređenju sa običnom korozijom ili pittingom. Terenske studije iz hlor{12}}alkalnih postrojenja otkrivaju da titanijumski grijači izloženi vlažnom hloru pokazuju mjerljivu apsorpciju vodonika u roku od 50 sati od kontakta, ali bez promjene u debljini zida u prvih 500 sati.

Četiri praktične metode predviđanja zasnovane na mjerenjima na terenu-

Zlatni standard je još uvijek laboratorijska analiza vodonika (LECO fuzija), ali za to je potrebno destruktivno uzorkovanje. Četiri praktične metodologije su potvrđene stvarnim podacima o kvarovima za in-situ predviđanje preostalog vijeka trajanja usluge:

Ultrazvučno mjerenje brzine; lokalno povećanje modula elastičnosti titana zbog proizvodnje hidrida. Konvencionalni mjerač debljine može se koristiti u režimu brzine za mjerenje brzine uzdužnog talasa kroz zid cijevi i identificiranje koncentracije hidrida iznad 300 ppm. Povećanje brzine od 1,5% u odnosu na osnovnu liniju (6.100 m/s za neeksponirani titanijum stepena 2 naspram . 6, 190 m/s za hidridni materijal) pokazuje da je potrošeno približno 40% preostalog životnog veka.

Procjena površinske tvrdoće (prenosivi Leeb ili UCI metod) Titanijum hidrid je mnogo tvrđi od osnovnog metala (350 HV u poređenju sa 180 HV za Grade 2). Mapa oštećenja rezultat je 5-10 mjerenja tvrdoće duž dužine cijevi. Sadržaj hidrida veći od 500 ppm odgovara tvrdoći većoj od 240 HV i životnoj potrošnji od 60-70%.

Test obrnutog savijanja malog kupona (destruktivan, ali praktičan za rezervne dijelove cijevi): Savijte segment prstena širine 5 mm za 90 stepeni oko trna jednakog dvostrukom prečniku cijevi. Neeksponirani titanijum će se saviti bez pucanja. Materijal sa sadržajem hidrida od 800 ppm ili više će se lomiti sa vidljivim pukotinama. Ovaj pristup daje tačku odluke da/ne.

Electrochemical hydrogen probe (applied on the surface of the tube): A portable solid-state probe monitors the hydrogen activity at the metal surface. Readings >10-6 atm odgovara unutrašnjim koncentracijama vodonika iznad granice rastvorljivosti (~200 ppm za stepen 2 na 60 stepeni). Ovaj nedestruktivni postupak zahtijeva površinsko čišćenje, ali daje brze efekte.

Model predviđanja vijeka trajanja zasnovan na mjerenju

Sljedeća tabela sadrži matricu praktičnog izbora za cijevi grijača od titanijuma u vlažnom hloru na 60 stepeni na osnovu parametara merljivih na terenu.

Rezultat mjerenja i indikator oštećenja Procijenjeni preostali vijek trajanja Preporučena radnja i obrazloženje
Brzina ultrazvuka normalna (+/- 0.2%), tvrdoća < 210 HV, bez pukotina na testu savijanja 80 do 100% originalnog preostalog vijeka trajanja. Nastaviti servis. Sprovedite mjesečnu ponovnu{6}}inspekciju. Eliminisana provera vlažnog izvora hlora.
Povećanje brzine 0,5-1,0% Tvrdoća 210-230 HV Test savijanja Položeno 50-70% preostalih (oko 500-1000 sati na 60 stepeni) Nadgledajte svake dvije sedmice. Zakažite zamjenu u roku od 3 mjeseca. Smanjite stopu proizvodnje vodonika smanjenjem gustine snage grijača za 30%
Povećanje brzine 1,0-1,8%, povećanje tvrdoće 230-260 HV, test savijanja pokazuje mikro-pukotine na strani zatezanja Preostalo 20-40% (oko 150-300 sati) Zakažite zamjenu odmah (unutar 2 sedmice). Samo za hitnu pomoć, smanjite radnu temperaturu na maksimalno 50 stepeni.
Velocity >1.8% increase, hardness >260 HV, test savijanja pauze u potpunosti Preostalo je manje od 50 sati Odmah isključite iz upotrebe. Koncentracija hidrida veća od graničnog nivoa (oko 1500 ppm). Predstojeći katastrofalni neuspjeh.
Beyond Prediction Method Engineering

Ove metode predviđanja pretpostavljaju da je izlaganje vlažnom hloru završeno. Dalje izlaganje grijača vlažnom hloru rezultira eksponencijalnim ubrzanjem degradacije i procjene preostalog vijeka trajanja su nevažeće u roku od nekoliko dana. Samo mjerenje debljine zida nije dovoljno jer cijev može izgubiti manje od 0,1 mm zida i još uvijek sadrži dovoljno hidrida da izazove katastrofalni lom. I uvijek uradite testiranje tvrdoće ili ultrazvučno mjerenje brzine uz provjeru debljine kada provjeravate grijač od titanijuma nakon izlaganja vlažnom hloru. Za grijače koji su prošli nekoliko ciklusa mokrog-sušenja (hlor nakon čega slijedi rad na suho), oštećenja od hidrida se akumuliraju i ne otklanjaju se naknadnim suvim servisom. Titanijum stepena 7 (sadrži paladijum) ima daleko bolju otpornost na vlažno hidriranje hlora od stepena 2, sa očekivanim životnim vekom od oko 4 do 5 puta dužim pod istim uslovima.

Procjena znanja

Ako je cijev električnog grijača od titana bila izložena vlažnom plinovitom hloru na 60 stepeni, nemojte se oslanjati samo na vizuelni pregled ili jednostavno mjerenje debljine. Kupite prijenosni ultrazvučni mjerač debljine koji može mjeriti brzinu i kalibrirani tester tvrdoće. Za epruvete bez osnovnih mjerenja, uporedite očitanja s onima dobijenim od neeksponiranog komada iste serije ili s objavljenim referentnim vrijednostima za određeni tip titanijuma. Ako je izloženost vodoniku potvrđena, koristite gornji okvir da uspostavite program inspekcije zasnovan na riziku{4}}. U kritičnim primenama gde je prisustvo vodene pare u struji gasa verovatno, navedite titanijum 7 stepena i instalirajte senzor vlage sa alarmom na 0,05% vodene pare. Ovaj pristup odabiru materijala i praćenju transformiše mehanizam nestalnog kvara hidridnog krtljenja u predvidljiv i sledljiv proces degradacije.