Kodėl hidrometalurginiame autoklave, skirtame nikelio lateterito apdorojimui (didelis chloridas, 250 laipsnių, 40 barų), besiūlis 7 laipsnio titano apvalkalas su 3,0 mm sienele yra geresnis už 2,0 mm suvirintą, nepaisant mažesnio šilumos perdavimo?
Palik žinutę
Pagrindinis aukšto slėgio autoklavų titano šildytuvo dizaino{0}}pardavimas
Nikelio laterito hidrometalurginiai autoklavai veikia esant 250 laipsnių ir 40 laipsnių slėgiui ir esant didelei chlorido koncentracijai (10 000–50 000 ppm). Titano šildytuvai turi atlaikyti didelę koroziją ir mechaninį įtempį. Įprasti standartai apima besiūlį 7 klasės titaną su 3,0 mm sienele ir suvirintą 2 arba 7 klasės titaną su 2,0 mm sienele. Storesnė siena sumažino šilumos perdavimą, tačiau besiūlio 3,0 mm 7 klasės apvalkalo tarnavimo laikas yra ilgesnis nei suvirinto 2,0 mm apvalkalo dėl dviejų priežasčių: nėra su suvirinimu susijusių korozijos vietų ir pagerėjo 7 laipsnio atsparumas korozijai aukštoje temperatūroje{19}}chloriduose. Šioje analizėje aptariamos priežastys, dėl kurių pasirinktas iš pažiūros per{21}}nurodytas storas besiūlis vamzdis šiam kraštutiniam pritaikymui.
Įtaka mechaniniam vientisumui: suvirinimo siūlės gedimas ir plyšių korozija
Esant aukštam slėgiui, didelio chlorido autoklave esant 250 laipsnių temperatūrai, titano vamzdeliai sugenda daugiausia suvirinimo siūlėje arba karščio paveiktoje zonoje (HAZ). Suvirinimas prideda 3 naujus pažeidžiamumus. Pirma, liekamieji tempimo įtempiai suvirinimo srityje (150–250 MPa) yra didesni nei įtempių korozijos įtrūkimų chlorido sąlygomis slenkstis. Antra, HAZ turi skirtingą mikrostruktūrą (akytas alfa{7}}pirminis martensitas), kuri yra labiau linkusi į vandenilio trapumą. Trečia, suvirinimo armatūra sudaro plyšį, kuriame kaupiasi chloridai. Nikelio laterito autoklavų lauko duomenys rodo, kad suvirinti 2 ar 7 laipsnio vamzdžiai, kurių sienelių storis 2,0 mm, sugenda per 12–24 mėnesius dėl suvirintu siūlu susijusių įtrūkimų ar įdubimų.
Besiūliuose 7 klasės vamzdžiuose nėra išilginių suvirinimo siūlių ir HAZ. Šildomas ilgis yra vientisas, tačiau galinius dangtelius galima suvirinti. 7 laipsnio paladžio yra nuo 0,12 iki 0,25 proc. paladžio, kuris pagerina titaną ir padidina kritinę duobių susidarymo temperatūrą aukštuose -chloridiniuose tirpaluose nuo 80 laipsnių (2 laipsnis) iki daugiau nei 200 laipsnių. 7 laipsnis korozuoja tolygiai 0,05–0,10 mm per metus greičiu, bet esant 250 laipsnių, o 2 laipsnis – 0,5–2,0 mm per metus. 3,0 mm sienelė suteikia 30–60 metų korozijos pašalpą, esant 0,05–0,10 mm per metus, o tai gerokai viršija autoklavo projektinį tarnavimo laiką.
Šilumos perdavimo nuostoliai: poveikis šiluminiam efektyvumui
3,0 mm siena yra storesnė, todėl turi didesnę laidumo varžą: R_cond=t/k_Ti=0.003/17=1.76 × 10⁻⁴ m²·K/W, palyginti su 1,18 × 10⁻⁴ 2,0 mm sienai. Skirtumas 0,58×10-4 m 2 K/W. Reprezentaciniam autoklavui: priverstinė cirkuliacija (h ≈ 2000 W/m2·K) R konv=5 × 10–4 m2·K/W. Bendras atsparumas 3,0 mm 6,76 x 10-4 . 2,0 mm 6,18 x 10-4 – 9 % padidėjimas. 3,0 mm sienelės paviršiaus temperatūra yra maždaug 4 laipsniais aukštesnė esant tokiam pačiam šilumos srautui. Kompromisas yra nedidelis ir priimtinas, atsižvelgiant į didžiulį atsparumo korozijai ir patikimumo padidėjimą.
Apibendrinanti{0}}nuolaida: besiūliai laipsniai 7 3.0 mm ir suvirinti 2,0 mm
Besiūlis 7 laipsnis, 3,0 mm parametras, 2 laipsnis, 2,0 mm techninis smūgis, suvirintas
Suvirinimo siūlės nėra (besiūlės) Išilginės suvirinimo siūlės Suvirinto vamzdžio gedimas suvirinimo metu per 12-24 mėn.
7 laipsnis (0,15 % Pd) 2 laipsnis (be Pd) 10–20 × 7 laipsnio atsparumas chloridui
Korozijos greitis (250 laipsnių, aukštas Cl−) 0,05–0,10 mm per metus 0,5–2,0 mm per metus 2 laipsnis yra 10–40 kartų greitesnis
Leidžiamas tarnavimo laikas korozijai (3,0/2,0 mm) 30–60 metų 1–4 metai Besiūlių 7 laipsnio projektinis tarnavimo laikas viršytas
Santykinis šilumos perdavimas 0,91× (9 % mažesnis) 1,00× (pradinis lygis) Protingas kompromisas.
Pasiektas tarnavimo laikas > 5 metai < 2 metai Pageidautina besiūlių 7 klasė
Inžinerija už sienos: galo suvirinimas ir NDT
Net jei vamzdis yra besiūlis, galinius dangtelius ir flanšus reikia suvirinti. Šios suvirinimo siūlės gali būti gedimo taškai. 3,0 mm sienoms galima gauti pilnai įsiskverbusias siūles su geru sutvirtinimu. Po-suvirinimo siūlės terminis apdorojimas (540 laipsnių 1 val.) sumažina likutinį įtempimą suvirinimo zonoje iki<50 MPa. All welds should be 100% radiographically (RT) or phased array ultrasound examined for porosity or lack of fusion. End cap welds last as long as the seamless tube with good welding processes.
Išvada: besiūlė 7 klasė su 3,0 mm siena, pageidautina ekstremaliam autoklavui
Hidrometalurgiškai apdorojant nikelio lateritą autoklave, kuriame gausu chlorido{0}}, esant 250 laipsnių ir 40 barų, besiūlis 7 laipsnio titano vamzdis, kurio sienelės storis 3,0 mm, veikia geriau nei suvirintas 2,0 mm storio alternatyva, nepaisant sumažėjusio šilumos perdavimo, nes pašalinamos visos gedimo vietos, susidariusios dėl puikaus atsparumo korozijai ir korozijai. Suvirinti vamzdžiai suges per 12-24 mėnesius dėl suvirinimo siūlės korozijos arba įtrūkimų, tačiau besiūlis 7 laipsnio vamzdis tarnaus 5+ metų. 9% šilumos perdavimo bauda yra priimtina dėl didelio patikimumo ir ilgaamžiškumo padidėjimo. Rekomenduojamas standartas yra besiūliai 7 klasės titano vamzdeliai (ASTM B861), kurių sienelės storis 3,0 mm. Visiškai prasiskverbiančios siūlės galiniams dangteliams, po-suvirinimo įtempių sumažinimo atkaitinimas ir 100 % visų suvirinimo siūlių NDT. Pasakykite gamintojui, kokios chlorido koncentracijos tikitės ir kokia temperatūra veiksite. Storesnis besiūlis 7 klasė neviršija{23}}nikelio laterito autoklavo naudojimo specifikacijų – tai minimalus storis, užtikrinantis patikimą veikimą.
