در اسکرابرهای گوگرد زدایی گاز دودکش در دمای 70 درجه، چگونه غلظت کلرید بالای 20000 ppm حداقل دیوار لوله تیتانیوم را برای جلوگیری از سوراخ شدن دیکته می کند؟

نیروگاه‌ها و دیگ‌های صنعتی زغال‌سنگ- مجهز به اسکرابرهای گوگرد زدایی گازهای دودکش (FGD) هستند که در برخی از خورنده‌ترین شرایط تجهیزات محیطی کار می‌کنند. سیال اسکرابر مخلوط پیچیده ای از سولفیت/سولفات کلسیم، خاکستر بادی و کلریدهای محلول است که با چرخش مجدد حلقه اسکرابر متمرکز می شود. تیتانیوم درجه 2 به دلیل مقاومت در برابر حمله سولفیت، ماده استاندارد ساخت لوله های گرم کننده و هدرهای اسپری در سیستم های FGD بوده است. با این حال، غلظت کلرید اغلب بیشتر از 20000 ppm (2%) در اسکرابرهای FGD است و حتی ممکن است به 50,000-80,000 ppm در سیستم‌های تخلیه مایع{14} صفر برسد. در این غلظت‌های کلرید، تیتانیوم به خوردگی حفره‌ای و شکافی حساس است و تنها محافظ در برابر سوراخ شدن دیواره، خود دیواره لوله است، هم ضخامت و هم کیفیت متالورژیکی. این مقاله حداقل ضخامت دیواره لوله تیتانیوم مورد نیاز برای جلوگیری از سوراخ شدن سوراخ سوزن را به عنوان تابعی از غلظت کلرید، دما و شکاف در سرویس اسکرابر FGD ارائه می‌کند.

حفره زدن فلزات در مشروب FGD با کلرید بالا
خوردگی حفره‌ای تیتانیوم در تنظیمات FGD با pH بالا-Cl و پایین-از الگوی انتشار-به‌خوبی-مستند شده پیروی می‌کند. شکسته شدن لایه TiO 2 غیرفعال در مکان های مجزایی که یون های کلرید جایگزین اکسیژن در شبکه فیلم می شوند اتفاق می افتد. هنگامی که یک گودال شروع می شود، محلول اسیدی کلرید در گودال (PH می تواند به 1-2 کاهش یابد) به انحلال فعال ادامه می دهد، در حالی که سطح غیرفعال اطراف محافظت می شود. گودال به صورت نیمکره منبسط می شود و زمان سوراخ شدن تقریباً متناسب با مربع ضخامت دیواره برای سرعت رشد گودال خاص است.

دمای بحرانی حفره (CPT) تیتانیوم درجه 2 در محلول های کلرید با افزایش غلظت کلرید کاهش می یابد. در pH 4 (معمولاً اسکرابرهای FGD)، 20000 ppm Cl{5}} CPT حدود 85 درجه، بالاتر از میانگین دمای کار اسکرابر 70 درجه می دهد و حاشیه ایمنی را فراهم می کند. در 40000 ppm Cl- CPT به ۷۰ درجه کاهش می‌یابد، یعنی اسکرابر دقیقاً در آستانه کار می‌کند. CPT در 60000 ppm Cl{19}} به 55 درجه کاهش می‌یابد و حفره‌کردن فعال می‌تواند در دمای معمولی سرویس رخ دهد. سرعت انتشار گودال به صورت لگاریتمی با افزایش غلظت کلرید افزایش می‌یابد: در 20000 پی‌پی‌ام Cl- و ۷۰ درجه، گودال تکثیر با ۰.۲-0.3 میلی‌متر در سال عمیق‌تر می‌شود. در 40000 ppm Cl{32}} نرخ 0.5-0.8 میلی متر در سال است. در ppm 60000 میزان کلر 1.0-1.5 میلی متر در سال ثبت می شود.

ضخامت دیوار: یک رویکرد پیشگیری از سوراخ سوزنی
حداقل ضخامت دیوار مورد نیاز برای 5 سال عمر مفید بدون سوراخ سوزنی بخاری‌های اسکرابر FGD و دسته‌های لوله، به نرخ انتشار گودال پیش‌بینی‌شده و توزیع آماری مکان‌های شروع گود بستگی دارد. یک مدل رشد گودال محافظه کارانه (عمق گودال=k*t^0.5 که در آن k تابعی از غلظت کلرید است) استفاده می‌شود و طول عمر لوله توسط عمیق‌ترین گودال تعیین می‌شود. ضخامت دیوار مورد نیاز به صورت زیر محاسبه می شود:

ثابت انتشار حفره k در ppm 20000 Cl{2}} 0.28 mm/year^0.5 است. برای عمر 5 ساله، حداکثر عمق گودال=0.28 × √5=0.63 میلی متر. حاشیه ایمنی برای لوله دیواری 1.2 میلی متری حدود 0.6 میلی متر است که برای لوله های تمیز بدون هیچ مشکلی کافی است.

40,000 ppm Cl- k=0.48 mm/year^0.5 حداکثر عمق گودال در 5 سال=0.48 * sqrt(5)=1.07 mm. 1.65mm لوله دیواری حاشیه ارائه می‌کند، لوله 1.2 mm سوراخ می‌شود.

k=0.70 میلی‌متر در سال 0.5 در 60000 ppm Cl-. حداکثر عمق گودال در 5 سال=0.7 × √5=1.57 میلی متر. یک لوله دیواری 2.0 میلی متری برای سرویس 5 ساله قابل اعتماد لازم است{11}} میلی متر فقط 3 تا 4 سال طول می کشد.

لوله های تیتانیوم برای ماتریس کاربرد اسکرابر FGD
نوع سیستم FGD غلظت کلرید معمولی درجه تیتانیوم توصیه شده حداقل ضخامت دیوار عمر مورد انتظار
نیروگاه زغال سنگ، سنگ آهک مرطوب (جریان خونریزی تنظیم شده) 15000-25000 ppm درجه 2 1.2-1.5 میلی متر 5-8 سال
نیروگاه زغال سنگ، زغال سنگ کلرید بالا 25000-40000 ppm درجه 2 یا درجه 7 1.65 میلی متر 4-6 سال
صفر-مایع-FGD تخلیه (حلقه بسته) 40,000-60,000 ppm درجه 7 (Ti-0.15Pd) 2.0 میلی متر 5-7 سال
دیگ صنعتی FGD (زغال متغییر) 10000-20000 ppm درجه 2 .8-.12 میلی متر 8-10 سال
زباله-به-انرژی FGD (کلرید بالا از زباله) 50,000-80,000 ppm درجه 12 یا درجه 7 2.5 میلی متر 4-6 سال
مشکلات کیفیت لوله و شکاف
شکاف های موجود در لوله از سوراخ شدن سوراخ سوزن جلوگیری نمی کند، حتی اگر ضخامت دیواره افزایش یابد. در سرویس اسکرابر FGD، شکاف هایی در اتصالات لوله-به-لوله نورد شده، زیر واشرها و زیر رسوبات گچ یا خاکستر بادی وجود دارد. خوردگی شکافی سرعت شروع و انتشار گودال را به میزان 3-10 افزایش می‌دهد. اتصالات لوله جوشی-به ورق لوله (بدون شکاف) به اتصالات نورد یا فلنج در هر غلظت کلرید بالای 20000 ppm ترجیح داده می شود. سطوح لوله باید فاقد رسوب، ذرات آهن جاسازی شده (از ابزارهای شکل دهی) و خراش های سطحی بیشتر از 10 درصد ضخامت دیوار باشد. بهترین مقاومت در برابر سوراخ شدن توسط پرداخت های الکتریکی یا ترشی ارائه می شود.

برای اسکرابرهای FGD که در دمای 70 درجه با غلظت کلرید بالای 20000 ppm کار می‌کنند، حداقل ضخامت دیواره لوله تیتانیوم 1.65 میلی‌متر برای درجه 2 در سیستم‌های با غلظت متوسط ​​(20000-40000 ppm) مورد نیاز است که تا 2.0 میلی‌متر برای سیستم‌های با غلظت 2.7 میلی‌متر بیشتر از 4.0 میلی‌متر است. مهندسان باید سطوح لوله ترشی یا برقی شده را مشخص کنند، به جای اتصالات لوله‌ای به جای لوله‌های نورد شده-و به صورت هفتگی غلظت کلر را کنترل کنند تا قبل از ایجاد سوراخ حفره‌ای، اختلالات را تشخیص دهند. برای سطوح کلرید بیش از 60000 ppm، مواد دیگری مانند تیتانیوم درجه 12 یا زیرکونیوم باید در نظر گرفته شود.