برای بخاری برقی تیتانیومی که برای نگهداری 60 درجه در سیستم گرمایش قیف رسوب‌دهنده الکترواستاتیک (مه اسید سولفوریک متراکم) استفاده می‌شود، چه ضخامت دیواری از تأخیر بیش از حد حرارتی و تراکم اسیدی روی غلاف سرد جلوگیری می‌کند؟

تجارت اولیه-در طراحی هیتر تیتانیوم برای سرویس ESP Hopper
خاکستر بادی از نیروگاه‌های با سوخت زغال‌سنگ{0}} در قیف‌ها با استفاده از رسوب‌دهنده‌های الکترواستاتیک (ESP) جمع‌آوری می‌شود. قیف باید تا 60 درجه گرم شود تا پل زدن خاکستر به حداقل برسد و جریان مواد تضمین شود. جو حاوی غبار اسید سولفوریک متراکم (SO{4}} H2O → H2SO4) با نقطه شبنم معمولاً در محدوده 120-140 درجه است. بخاری های برقی تیتانیومی در دیواره های قیف یا در بستر خاکستر قرار می گیرند. اگر دمای دیواره لوله بخاری از نقطه شبنم اسیدی کمتر شود، اسید سولفوریک روی سطح متراکم شده و باعث خوردگی سریع می شود. تأخیر حرارتی زمانی است که طول می کشد تا غلاف پس از فعال کردن بخاری به دمای تنظیم شده برسد. این توسط ضخامت دیوار کنترل می شود. دیوارهای ضخیم تر جرم حرارتی بیشتری دارند، به این معنی که گرم شدن و خنک شدن آنها بیشتر طول می کشد. در طول شروع سرد یا چرخه برق، یک بخاری با دیواره ضخیم ممکن است برای مدت طولانی در زیر نقطه شبنم باقی بماند و امکان تراکم اسید را فراهم کند. این تحقیق حداکثر ضخامت دیواره را تعیین می کند که اجازه نمی دهد غلاف برای مدت زمان کافی زیر نقطه شبنم قرار گیرد تا تراکم اسید قابل توجهی را فراهم کند.

تأثیر بر یکپارچگی مکانیکی: آسیب تراکم اسید
اگر دمای غلاف تیتانیوم کمتر از نقطه شبنم H 2 SO 4 باشد (حدود 130 درجه برای گاز دودکش حاوی 10 ppm SO 3 )، اسید سولفوریک به صورت یک لایه نازک (0.5-1 میکرومتر) با غلظت بالا (70-90٪ H2SO4) متراکم می شود. در این فاز متراکم تیتانیوم غیرفعال نیست و نرخ خوردگی می تواند تا 0.5-2.0 میلی متر در سال باشد. فلز هر بار که متراکم می شود خارج می شود. سوراخ شدن می تواند پس از 100 سیکل تراکم (طبیعی برای 5 سال کارکرد) با ضخامت دیواره 1.5 میلی متر رخ دهد. مهمترین پارامتر حداکثر نرخ خوردگی نیست، بلکه کل زمان قرار گرفتن غلاف زیر نقطه شبنم است. بخاری‌های{21}}حرارتی-با تأخیر زیاد، دوره طولانی‌تری برای هر خنک‌سازی و گرم شدن در محدوده دمای میعان دارند.

اثر بر عملکرد حرارتی: محاسبه تاخیر حرارتی
تأخیر حرارتی یک غلاف تیتانیوم با ثابت زمانی τ=(ρ*C_p*t)/h که ρ=4،500 kg/m3، C_p=520 J/kgK، t=ضخامت دیواره و h=ضریب انتقال حرارت همرفتی ~2 ~Km برای خاکستر اطراف (به ضریب انتقال گرمای همرفتی W ~2Kash0) داده می‌شود. برای ضخامت دیوار 1.0 میلی متر، τ=(4500 × 520 × 0.001)/{18}} s. برای دیوار 2.0 میلی متری، τ=93.6 s . مدت زمان خنک شدن از دمای کار (180 درجه، لازم برای نگه داشتن غلاف بالاتر از نقطه شبنم) تا نقطه شبنم (130 درجه) حدود 0.7 برابر τ. 1.0 میلی‌متر دیوار: 33 ثانیه. 2.0 میلی‌متر دیوار: 66 ثانیه است. این دوره خنک‌کننده فقط در چند ثانیه اول غلاف روی نقطه شبنم دارد و پس از عبور از 130 درجه، تراکم شروع به تشکیل می‌کند. هر چه دیوار ضخیم تر باشد، مدت بیشتری در معرض محدوده دمایی تراکم قرار می گیرد. این به معنای قرار گرفتن در معرض اسید بیشتر است.

Trade off synthesis: حداکثر ضخامت دیواره برای جلوگیری از آسیب تراکم
ضخامت دیوار (میلی متر) زمان ثابت (τ, s) زمان خنک شدن از 180 درجه تا 130 درجه (ثانیه) قرار گرفتن در معرض تراکم در هر خنک کننده (ثانیه) عمر تخمینی با 2 خنک کننده در روز، 5 سال (کل ساعت های نوردهی) 5 سال عمر ملاقات می کند؟
0.8 میلی متر 37 ثانیه 26 ثانیه 26 ثانیه و 26 ساعت بله (خوردگی کم)
1.0 میلی متر 47 ثانیه 33 ثانیه 33 ثانیه 33 ساعت بله
1.2 میلی متر 56 ثانیه 39 ثانیه 39 ثانیه 39 ساعت بله
1.5 میلی متر 70 ثانیه 49 ثانیه 49 ثانیه و 49 ساعت حاشیه (نیاز به Ti با کیفیت بالا)
1.8 میلی‌متر 84 ثانیه، 59 ثانیه، 59 ثانیه، 59 ساعت بدون (حفره‌زدگی جدی)
2.0 میلی متر 94 ثانیه 66 ثانیه 66 ثانیه 66 ساعت شماره
2.5 میلی متر 117 ثانیه، 82 ثانیه، 82 ثانیه، 82 ساعت بدون (شکست سریع)
For a typical ESP hopper with two cooldowns/day (e.g., weekend shutdowns and daily load cycling), a wall thickness of up to 1.2 mm results in less than 40 hours total acid exposure over 5 years-acceptable for Grade 2 titanium (0.1 mm corrosion). With a cumulative exposure of >50 ساعت، حفره برای بزرگتر یا مساوی 1.5 میلی متر قابل توجه است.

مهندسی فراتر از دیوار: کنترل فعال دما و کنترل نقطه شبنم
بهترین روش برای جلوگیری از تراکم اسید، محدود کردن ضخامت دیواره نیست، بلکه همیشه نگه داشتن غلاف بالاتر از نقطه شبنم است. با نصب یک عملکرد گرمایش آماده به کار که غلاف را در زمانی که از قیف استفاده نمی شود در 150 درجه نگه می دارد، خنک شدن به طور کامل حذف می شود. گرمایش آماده به کار با هر ضخامت دیوار مناسب است. از طرف دیگر، کاهش غلظت SO3 در بالادست (مثلاً کنترل تزریق SO3 یا سوخت متفاوت) می‌تواند نقطه شبنم واقعی را کاهش دهد تا دمای عملیاتی کمتری داشته باشد و نیاز به تاخیر حرارتی کاهش یابد. اگر نقطه شبنم به جای 130 درجه 110 درجه باشد، دیوار 2.0 میلی متری مشکلی ندارد.

نتیجه‌گیری: سیکل قیف معمولی ESP حداکثر ضخامت دیواره 1.2 میلی‌متر
یک بخاری برقی تیتانیومی که یک قیف ESP را در دمای 60 درجه نگه می‌دارد در حالی که غبار اسید سولفوریک را متراکم می‌کند (نقطه شبنم 130 درجه) می‌تواند ضخامت دیواره‌ای 1.2 میلی‌متر یا کمتر داشته باشد، بدون تأخیر حرارتی قابل‌توجهی که غلاف را به اندازه کافی زیر نقطه شبنم نگه دارد تا باعث تراکم اسیدی قابل توجهی شود. با ضخامت دیواره 1.2 میلی متر، ثابت زمانی 56 ثانیه و زمان قرار گرفتن در معرض تراکم تنها 39 ثانیه در هر سرد شدن است، که کمتر از 40 ساعت نوردهی تجمعی در 5 سال-برای تیتانیوم درجه 2 قابل قبول است. دیواره‌های ضخیم‌تر (بزرگ‌تر یا مساوی 1.5 میلی‌متر) زمان ایجاد چگالش را چهار برابر می‌کنند و باعث ایجاد حفره و خرابی زودرس می‌شوند. استاندارد توصیه شده غلاف تیتانیوم درجه 2 با ضخامت دیواره 1.0-1.2 میلی متر و گرمایش آماده به کار برای جلوگیری از چرخه خنک شدن در صورت امکان است. برای تعیین حداکثر ضخامت دیواره مجاز، تعداد تخمینی خنک‌دانی در روز و نقطه شبنم اسید واقعی را به سازنده ارائه دهید. ضخامت دیوار یک متغیر حیاتی برای تاخیر حرارتی است و هر چه باریکتر باشد برای جلوگیری از تراکم بهتر است.