Dalam Penyental Penyahsulfuran Gas Serombong pada 70 darjah, Bagaimanakah Kepekatan Klorida Melebihi 20,000 ppm Menentukan Dinding Tiub Titanium Minimum untuk Pencegahan Lubang Pin?

Loji janakuasa arang batu-dan dandang industri dilengkapi dengan penyental nyahsulfurisasi gas serombong (FGD) yang beroperasi dalam beberapa keadaan peralatan persekitaran yang paling menghakis. Cecair penyental adalah campuran rumit kalsium sulfit/sulfat, abu terbang dan klorida terlarut yang tertumpu semasa gelung penyental diedarkan semula. Titanium Gred 2 telah menjadi bahan standard pembinaan untuk tiub pemanas semula dan pengepala semburan dalam sistem FGD kerana ketahanannya terhadap serangan sulfit. Walau bagaimanapun, kepekatan klorida selalunya melebihi 20,000 ppm (2%) dalam penyental FGD dan mungkin mencapai 50,000-80,000 ppm dalam sistem nyahcas sifar-cecair{14}}. Pada kepekatan klorida ini titanium adalah sensitif kepada kakisan pitting dan celah dan satu-satunya perlindungan terhadap penembusan melalui dinding ialah dinding tiub itu sendiri, kedua-dua ketebalan dan kualiti metalurgi. Artikel ini membentangkan ketebalan dinding tiub titanium minimum yang diperlukan untuk menghalang penembusan lubang jarum sebagai fungsi kepekatan klorida, suhu dan celah dalam perkhidmatan penyental FGD.

Pengadukan Logam dalam Arak FGD Klorida Tinggi
Hakisan pitting titanium dalam tetapan FGD-Cl dan rendah-pH tinggi mengikut-corak perambatan-yang didokumenkan dengan baik. Pecahan filem TiO 2 pasif berlaku di tempat diskret di mana ion klorida menggantikan oksigen dalam kekisi filem. Sebaik sahaja lubang dimulakan, larutan klorida berasid dalam lubang (pH boleh turun kepada 1-2) meneruskan pembubaran aktif, manakala permukaan pasif di sekelilingnya dilindungi. Lubang mengembang secara hemisfera dan masa untuk penembusan adalah lebih kurang berkadar dengan segi empat sama ketebalan dinding untuk kadar pertumbuhan lubang tertentu.

Suhu pitting kritikal (CPT) titanium Gred 2 dalam larutan klorida berkurangan dengan peningkatan kepekatan klorida. Pada pH 4 (biasa penyental FGD), 20,000 ppm Cl- memberikan CPT kira-kira 85 darjah , melebihi purata suhu kerja penyental 70 darjah dan memberikan margin keselamatan. Pada 40,000 ppm Cl{11}} CPT menurun kepada 70 darjah , iaitu penyental berfungsi tepat pada ambang. CPT turun kepada 55 darjah pada 60,000 ppm Cl- dan pitting aktif boleh berlaku pada suhu perkhidmatan biasa. Kadar perambatan lubang meningkat secara logaritma dengan peningkatan kepekatan klorida: pada 20,000 ppm Cl- dan 70 darjah lubang pembiakan semakin dalam pada 0.2-0.3 mm setahun; pada 40,000 ppm Cl- kadarnya ialah 0.5-0.8 mm setahun; pada 60,000 ppm Cl- kadar 1.0-1.5 mm setahun direkodkan.

Ketebalan Dinding: Pendekatan Pencegahan Lubang Pin
Ketebalan dinding minimum yang diperlukan untuk memberikan hayat perkhidmatan 5 tahun tanpa tebukan lubang jarum pemanas gosok FGD dan berkas tiub adalah bergantung kepada kadar perambatan lubang yang diramalkan dan taburan statistik tapak permulaan lubang. Model pertumbuhan pit konservatif (kedalaman lubang=k*t^0.5 dengan k ialah fungsi kepekatan klorida) digunakan dan hayat tiub diandaikan ditentukan oleh lubang terdalam. Ketebalan dinding yang diperlukan dikira sebagai:

Pemalar perambatan lubang k pada 20,000 ppm Cl- ialah 0.28 mm/tahun^0.5. Untuk hayat 5 tahun, kedalaman lubang maksimum=0.28 × √5=0.63 mm. Margin keselamatan untuk tiub dinding 1.2 mm adalah kira-kira 0.6 mm, yang mencukupi untuk tiub bersih tanpa masalah sedia ada.

40,000 ppm Cl- k=0.48 mm/tahun^0.5 Kedalaman lubang maksimum dalam 5 tahun=0.48 * sqrt(5)=1.07 mm. 1.65mm tiub dinding memberikan jidar, tiub 1.2mm akan berlubang.

k=0.70 mm/tahun 0.5 pada 60,000 ppm Cl-. Kedalaman maksimum lubang dalam 5 tahun=0.7 × √5=1.57 mm. Tiub dinding 2.0 mm diperlukan untuk perkhidmatan 5 tahun yang boleh dipercayai. 1.65 mm hanya akan memberikan masa 3-4 tahun.

Tiub Titanium untuk Matriks Aplikasi Scrubber FGD
Jenis Sistem FGD Kepekatan Klorida Biasa Disarankan Gred Titanium Ketebalan Dinding Minimum Jangka Hayat Perkhidmatan
Loji janakuasa arang batu, batu kapur basah (aliran berdarah dikawal)15,000-25,000 ppm Gred 2 1.2-1.5 mm 5-8 tahun
Loji janakuasa arang batu, arang berklorida tinggi 25,000-40,000 ppm Gred 2 atau Gred 7 1.65 mm 4-6 tahun
Sifar-cecair-FGD (gelung tertutup) 40,000-60,000 ppm Gred 7 (Ti-0.15Pd) 2.0 mm 5-7 tahun
Dandang industri FGD (arang batu berubah) 10,000-20,000 ppm Gred 2 .8-.12 mm 8-10 tahun
Sisa-ke-tenaga FGD (klorida tinggi daripada sisa) 50,000-80,000 ppm Gred 12 atau Gred 7 2.5 mm 4-6 tahun
Masalah Kualiti Tiub Dan Celah
Celah-yang sedia ada dalam tiub tidak menghalang penembusan lubang jarum, walaupun jika ketebalan dinding meningkat. Dalam perkhidmatan penyental FGD, celah-celah terdapat pada sambungan tiub-ke-lembaran tiub, di bawah gasket dan di bawah mendapan gipsum atau abu terbang. Kakisan celah meningkatkan kadar permulaan dan perambatan lubang dengan faktor 3-10. Sambungan tiub-kepada helaian tiub yang dikimpal (tiada rekahan) lebih disukai daripada sambungan bergulung atau bebibir pada sebarang kepekatan klorida melebihi 20,000 ppm. Permukaan tiub hendaklah tanpa skala, zarah besi tertanam (daripada alat membentuk), dan calar permukaan lebih dalam daripada 10 peratus ketebalan dinding. Rintangan pitting terbaik ditawarkan oleh kemasan elektropolished atau jeruk.

Untuk penyental FGD yang bekerja pada 70 darjah dengan kepekatan klorida melebihi 20,000 ppm, ketebalan dinding tiub titanium minimum 1.65 mm diperlukan untuk Gred 2 dalam sistem pekat sederhana (20,000-40,000 ppm), meningkat kepada 2.0 mm melebihi ppm 40.000 untuk sistem Gred 7. Jurutera hendaklah menentukan permukaan tiub yang dijeruk atau digilap, dikimpal dan bukannya tiub bergulung-ke sambungan lembaran tiub dan memantau kepekatan klorida setiap minggu untuk mengesan gangguan sebelum tebuk lubang berlaku. Untuk tahap klorida melebihi 60,000 ppm, bahan lain seperti titanium gred 12 atau zirkonium perlu dipertimbangkan.