A titán legendás korrózióállósága csak a fele a történetnek a tengervízben; a másik fele a szuszpendált szemcse kíméletlen homok-fúvása és a nagy-sebességű víz puszta ereje a cső bemeneténél, amely gyorsabban erodálhatja a vékony titán-oxidot, mint ahogyan újra nőhet. A tengervíz hőcserélőiben a cső élettartamát nemcsak a kémia határozza meg, hanem a hidrodinamika, a turbulencia és a folyadékáram által hordozott koptató energia is.
A mérnöki kihíváson belültitáncső falvastagság erózió korrózió tengervíz, a megfelelő csőfal kiválasztása a nyomáselvezetési követelmények és a hosszú távú erózióállóság közötti-egyensúlyozással történik.
Miért teljesít olyan jól a titán a tengervízben?
A titán rendkívül stabil és öngyógyító{0}}oxidfilmet képez, ha oxigénnel dúsított tengervízzel érintkezik. Ez a passzív réteg figyelemre méltó ellenállást biztosít a következők ellen:
Klorid korrózió
Pitting
Repedési támadás
Bioszennyeződés{0}}lebomlása
A tiszta tengervíz szolgáltatásban a titán csövek rutinszerűen több évtizedes működést érnek el elhanyagolható általános korrózió mellett.
A korlát a mechanikai kopás
Bár az oxidfilm kémiailag robusztus, fizikailag vékony marad. A lebegő homokszemcsék és a nagy sebességű turbulencia mechanikailag gyorsabban koptathatják a védőfelületet, mint ahogy az erős áramlási körülmények között megreformálódik.
Ezt a folyamatot eróziós{0}}korróziónak nevezik.
A probléma a következő esetekben válik a legsúlyosabbá:
Csőbemenetek
Erős{0}}turbulenciájú régiók
Áramlási ütközési zónák
Könyökök vagy korlátozások utáni területek
Lebegő szilárd anyagokat szállító tengervíz rendszerek
Emiatt a hőcserélő cső falvastagságának figyelembe kell vennie a szerkezeti és{0}}kopással kapcsolatos követelményeket.
A nyomási vastagság az első
A csőfal kiválasztásának kiindulópontja a nyomástartó edények tervezési előírásai által előírt minimális vastagság.
ASME és TEMA követelmények
A nyomáson- alapuló minimális falvastagságot általában az alábbiak szerint határozzák meg:
ASME szekció VIII
TEMA szabványok
Alkalmazható ügyfélspecifikációk
Tervezési nyomás- és hőmérsékleti feltételek
A számítás biztosítja, hogy a cső biztonságosan ellenálljon:
Belső nyomás
Külső nyomás
Mechanikus terhelés
Hőfeszültségek
Rezgési erők
Ez a számított érték határozza meg a szerkezeti minimális vastagságot az eróziós ráhagyás hozzáadása előtt.
Erózió-Korróziós támogatás a tengervízszolgáltatásban
A nyomásigény megállapítása után további falvastagságot lehet hozzáadni, hogy figyelembe vegyék az áramló tengervíz hosszú távú mechanikai kopását-.
Tiszta tengervíz körülmények
Viszonylag tiszta tengervízben, mérsékelt sebességgel kb.
v<2 m/sv < 2\ \mathrm{m/s}v<2 m/s
a titán-oxid film rendkívül stabil marad.
Ilyen feltételek mellett:
Az eróziós arány rendkívül alacsony
A további korróziós ráhagyás elhanyagolható lehet
A szabványos csőfal ütemezése gyakran elegendő
A titán rendkívül jól teljesít ezekben a környezetekben, mert a passzív fólia folyamatosan javítja magát kisebb felületi sérülések után.
A homok-terhelt tengervíz további vastagságot igényel
A helyzet jelentősen megváltozik, ha lebegő szilárd anyagok vannak jelen.
A homokszemcsék hatása
A homokszemcsék mikroszkopikus koptató lövedékekként működnek, amelyek nagy sebességgel ütköznek a cső falára. Az ismétlődő ütközések fokozatosan koptatják az oxidfilmet, és kis mennyiségű nem nemesfémet eltávolítanak alóla.
Ez az erózió ott a legagresszívebb, ahol az áramlás először belép a csőbe, mivel a turbulencia intenzitása és a részecskesebesség a bemeneti tartományban a legnagyobb.
Ezeknél a szolgáltatásoknál általában a nyomásminimum felett kiegészítő falráhagyást adnak hozzá.
Tipikus kiegészítő juttatás
Homokot vagy szemcsés anyagot tartalmazó tengervíz esetén a hozzáadott falvastagság körülbelül:
0,2 mm Kisebb vagy egyenlő Δt 0,3 mm-nél vagy annál kisebb
gyakran van megadva.
Ez a kiegészítő anyag kompenzálja a fokozatos mechanikai kopást a hőcserélő élettartama alatt.
A cső egy kicsit vastagabb páncélt visel, ahol a homokvihar a legagresszívebben sújt.
Tipikus minimális csőfal kiválasztása
Számos tengervíz-cserélő alkalmazásnál a gyakorlati minimális falvastagság körülbelül a következő körül kezdődik:
t Nagyobb vagy egyenlő, mint 0,7 mmt \\geq 0,7\\ \\mathrm{mm}t Nagyobb vagy egyenlő, mint 0,7 mm
attól függően, hogy:
Cső átmérője
Tervezési nyomás
Áramlási sebesség
Homokkoncentráció
Várható élettartam
Karbantartási filozófia
Ez a vastagság gyakran elfogadható egyensúlyt biztosít a következők között:
Szerkezeti megbízhatóság
Hőátadás hatékonysága
Gyárthatóság
Erózióállóság
A vékony falak kissé javítják a hőteljesítményt, de csökkentik az erózióval és a kezelési sérülésekkel szembeni tűrőképességet.
A cső bemeneti régiójának védelme
A cső bejárata általában a hőcserélő legsérülékenyebb helye.
Miért súlyos a bemeneti erózió?
Ahogy a tengervíz belép a csőkötegbe, a turbulencia intenzitása meredeken emelkedik. A homokrészecskék változó szögben ütköznek a falba, míg a helyi áramlási gyorsulás növeli az ütközési energiát.
Ez koncentrált kopást hoz létre a csőhossz első néhány centimétere közelében.
Dupla{0}}vastag csővégek
A tartósság javítása érdekében egyes hőcserélők kialakítása előírja:
Dupla{0}}vastag csővégek
Megerősített bemeneti szakaszok
Rövid hegesztett bemeneti karmantyúk
Nehezebb-falbejárati betétek
Egyes konfigurációkban egy vastagabb titáncső rövid szakaszát hegesztik a bemeneti végre, hogy elnyeljék az eróziós károkat, miközben megőrzik a vékonyabb csöveket a hőcserélő többi részében.
Ez a stratégia csökkenti a teljes anyagköltséget, miközben megerősíti a legmagasabb{0}}kockázati területet.
Sebességre vonatkozó irányelvek és iparági ajánlások
Az áramlási sebesség központi szerepet játszik az eróziós{0}}korróziós viselkedésben.
Javasolt sebességhatárok
Az olyan szervezetek, mint a Nickel Institute és a különböző tengervízmérnöki irányelvek közzéteszik az ajánlott sebességtartományokat a következők alapján:
Homokkoncentráció
Részecskeméret
Áramlási rendszer
Cső anyaga
Rendszergeometria
A tipikus irányítás arra törekszik, hogy a sebességet olyan szint alatt tartsa, ahol a részecskék becsapódása túlzottan agresszívvé válik.
Bár a titán nagyobb sebességet tolerál, mint sok réz-alapú ötvözet, a túlzott turbulencia és a homokterhelés még így is felgyorsíthatja a kopást hosszú üzemidő alatt.
A hőteljesítmény és a tartósság egyensúlya
A cső falvastagságának növelése kissé csökkenti a hőátadási teljesítményt, mivel a hőellenállás a falvastagsággal nő.
A vezetőképességi büntetés azonban általában szerény a cső idő előtti meghibásodásának működési kockázatához képest.
Mérnöki csere-Ki
A csőfal kiválasztása ezért egyensúlyt teremt a következők között:
| Tervezési cél | Hatás a vastagságra |
|---|---|
| Hőátadás hatékonysága | Előnyben részesíti a vékonyabb falakat |
| Erózióállóság | A vastagabb falakat részesíti előnyben |
| Szerkezeti integritás | A vastagabb falakat részesíti előnyben |
| Költségcsökkentés | Előnyben részesíti az optimalizált vastagságot |
| Hosszú élettartam | Előnyben részesíti az eróziós támogatást |
A legtöbb tengervizes rendszerben a hosszú távú{0}}megbízhatóság felülmúlja az enyhén vastagabb csövekkel járó csekély hőveszteséget.
Következtetés
A titán hőcserélő cső falvastagságát nem kizárólag nyomásszámítások határozzák meg. Ez egy gondosan megtervezett változó, amely figyelembe veszi az áramló tengervíz és a lebegő homokszemcsék által okozott erózió{1}}korróziót is.
A mérsékelt sebességű tiszta tengervízhez kevés vagy semmilyen további ráhagyás szükséges, de a homok-terheltség gyakran indokolja, hogy 0,2–0,3 mm-rel a nyomáson alapuló minimális falvastagság fölé kerüljön. A megerősített bemeneti szakaszok és a dupla{5}}vastag csővégek további védelmet nyújtanak ott, ahol a turbulencia és a részecskék becsapódása a legsúlyosabb.
Az ASME és a TEMA szerkezeti követelményeinek a gyakorlati eróziós ráhagyásokkal való kombinálásával a titán hőcserélő csövek kivételesen hosszú élettartamot érhetnek el zord tengeri környezetben. A hőrendszerek tervezésében egyetlen fémmilliméter is könnyen több évtizednyi további élettartamot jelenthet.
