Kodėl išmetamųjų dujų desulfuravimo įrenginio pakartotinio šildytuve lakiųjų pelenų dalelės pirmiausia ardo titano vamzdžio prieš srovę pusę posūkiuose?
Palik žinutę
Išmetamųjų dujų desulfuravimo (FGD) įrenginiai anglimi-kūrenamose elektrinėse naudoja pakartotinius šildytuvus, kad padidintų išvalytų išmetamųjų dujų temperatūrą prieš jiems patenkant į kaminą. Titanas yra pasirinkta medžiaga, nes jis atsparus korozijai rūgštinėje aplinkoje, kurioje gausu chlorido. Tačiau FGD išmetamosiose dujose yra lakiųjų pelenų dalelių-, kampuotų, kietų (daugiausia silicio dioksido ir aliuminio oksido), kurių dydis svyruoja nuo 1 iki 100 µm. Šios dalelės su dujomis keliauja 15–25 m/s greičiu. Kai dujų srautas susiduria su titano vamzdžio vingiu, sunkesnės dalelės negali pakeisti krypties taip greitai, kaip dujos. Jie tęsiasi savo pradine trajektorija, paveikdami vamzdžio sienelę išoriniu lenkimo spinduliu. Šis dalelių poveikis sukelia eroziją, pirmiausia pašalinant medžiagą iš vingio prieš srovę. Laikui bėgant sienelės plonėjimas sukelia perforaciją ir išmetamųjų dujų arba kondensato nuotėkį.
Lakiųjų pelenų erozijos vamzdžių vingiuose mechanizmas
Erozijos mechanizmas yra smūginio susidėvėjimo ir pjovimo derinys. Lakiųjų pelenų dalelės atsitrenkia į titano paviršių 20–50 laipsnių kampu paviršiaus liestinės atžvilgiu. Titanas, nors ir kietas, yra palyginti mažo kietumo (180–220 HV 2 laipsnio), palyginti su silicio dioksidu (apie 1200 HV). Kiekvienas dalelės smūgis išstumia nedidelį titano tūrį,{10}}maždaug 1–10 µm³, 20 µm dalelei esant 20 m/s. Erozijos greitis atitinka galios dėsnį: Erozija ∝ (V)^n × (d)^m × (dalelių koncentracija), kur V yra greitis, d yra dalelių skersmuo, n yra maždaug 2,3 titano ir m yra maždaug 2,0. Posūkiuose efektyvusis smūgio greitis yra didesnis nei birių dujų greitis dėl dalelių pagreičio aplink kreivę. Prieš srovę esanti vamzdžio pusė patiria didžiausią smūgių tankį, nes dalelės dar nebuvo nukreiptos ankstesnių susidūrimų metu.
Kiekybinis erozijos laipsnis įvairiose vingių vietose
Lauko matavimai ir laboratoriniai tyrimai (20 m/s dujų greitis, 50 mg/m³ lakiųjų pelenų, 20 µm vidutinis dalelių dydis) nustatė tokius 2 laipsnio titano erozijos laipsnius:
Tiesi vamzdžio sekcija, vienodas srautas: Erozijos greitis 0,05–0,10 mm per metus. Medžiagos pašalinimas yra gana vienodas aplink perimetrą. Priimtinas 10–15 metų, kai sienelės storis 1,5 mm.
Išorinis lenkimo spindulys, 90 laipsnių alkūnė, prieš srovę: Erozijos greitis 0,6–1,2 mm per metus. Didžiausias sienelės praradimas atsiranda toje vietoje, kur dalelių trajektorija pirmą kartą liečiasi su vamzdeliu. Lokalus retinimas gali per 1–2 metus perforuoti 1,5 mm sienelę.
Išorinis lenkimo spindulys, pasroviui (po smūgio): Erozijos greitis 0,2–0,4 mm per metus. Po pirminio smūgio dalelės prarado kinetinę energiją. Antrinė erozija vis dar reikšminga.
Vidinis lenkimo spindulys (intrados): Erozijos greitis 0,02–0,05 mm per metus. Mažesnis dalelių smūgio tankis. Paprastai apsaugotas dujų ribiniu sluoksniu.
Keli lenkimai nuosekliai (pvz., serpantininis šildytuvas): Erozijos greitis padidėja 20–50 % kiekviename paskesniame posūkyje, nes dalelės po pirminio smūgio tampa kampuotos ir agresyvesnės.
Erozijos mažinimo ir dizaino pasirinkimo vadovas
Šioje lentelėje pateikiama sprendimų, kaip valdyti lakiųjų pelenų eroziją titano vamzdžių posūkiuose, remiantis dalelių apkrova ir dujų greičiu, sistema:
| FGD šildytuvo būklė | Rekomenduojama apsauga nuo erozijos | Numatomas erozijos greitis posūkyje | Sienelės storio rekomendacija |
|---|---|---|---|
| Mažas pelenų kiekis (<20 mg/m³), low velocity (<15 m/s) | Standartinė 2 klasė, nėra apsaugos | 0,2–0,4 mm/metus | 1,5 mm |
| Vidutinis pelenų kiekis (20–50 mg/m³), greitis 15–20 m/s | Didelis lenkimo spindulys (didesnis arba lygus 3D), 7 klasės titanas | 0,3–0,5 mm/metus | 2,0 mm |
| Didelis pelenų kiekis (50–100 mg/m³), greitis 20–25 m/s | Volframo karbido perdanga (0,5 mm) ant priešsrovės lenkimo paviršiaus | <0.05 mm/year (coated) | 1,5 mm su danga |
| Severe ash (>100 mg/m³), abrazyviniai lakieji pelenai (daug silicio dioksido) | Keičiamos nusidėvėjimo plokštelės arba rankovės posūkiuose | N/A (pakeista susidėvėjusi dalis) | 1,2 mm vamzdis su 2 mm dilimo plokšte |
| Esama FGD su žinoma posūkio erozija | Sumontuokite posūkio mentes prieš posūkį | Sumažina eroziją 60-80% | N/A |
Inžinerija be atsparumo erozijai
Titano lydinio klasė turi įtakos atsparumui erozijai. 7 laipsnio (paladžio -stabilizuotas) kietumas (180–220 HV) ir erozijos greitis yra panašus į 2 laipsnį. 12 laipsnis (molibdenas -nikelis) yra šiek tiek kietesnis (200–240 HV) ir sumažina eroziją 15–20%. Paviršiaus apdorojimas gali pagerinti atsparumą erozijai: nitriduojant susidaro TiN paviršiaus sluoksnis (500–800 HV), kuris sumažina eroziją 70–80%, bet padidina išlaidas. Vamzdžio sienelės storis posūkiuose turėtų būti didesnis nei reikalaujama tiesiosios dalies. Įprasta konstrukcija naudoja 1,5 mm sieną tiesioms sekcijoms ir 2,5 mm sieną lenkimo išoriniams spinduliams. Lenkimo geometrija yra labai svarbi: ilgų -spindulio lenkimų (R=5D) erozija yra 50 % mažesnė nei standartinių -spindulio lenkimų (R=1.5D). Dujų srauto schema gali būti modifikuojama sukant menteles prieš posūkius, kad būtų nukreiptos dalelės nuo išorinio spindulio.
Informuotos specifikacijos sudarymas
Nurodydami titano šildytuvo vamzdį FGD aptarnavimui su lakiaisiais pelenais, nustatykite visus dujų kelio vingius. Kiekvienam lenkimui nurodykite padidintą sienelės storį (2,0–2,5 mm) išoriniu spinduliu, naudodami besiūlį sulenktą vamzdį su storesne sienele arba uždėdami titano arba volframo karbido suvirinimo sluoksnį prieš srovę. Pateikite užklausą dėl dalelių trajektorijų per šildytuvą modeliavimo skaičiavimo skysčio dinamikos (CFD), kad nustatytumėte didelės-erozijos zonas. Eksploatacijos metu kasmet atlikite ultragarsinį storio bandymą išoriniais lenkimo spinduliais. Nustatykite kritinę sienelės storio ribą (pvz., likęs 0,8 mm), kai vamzdis turi būti pakeistas arba suremontuotas. Naujiems įrengimams nurodykite minimalų 3D lenkimo spindulį (tris kartus didesnis vamzdžio išorinis skersmuo). Jei erdvės apribojimai reikalauja griežtų posūkių (R=1.5D), reikia volframo karbido dangos arba keičiamų dėvimųjų movų. Inžinierius pailgina titano FGD šildytuvų eksploatavimo trukmę nuo 1–2 metų iki 10–15 metų posūkiuose esančią eroziją kaip atskirą dizaino aspektą.
