Làm cách nào để chọn độ dày thành chính xác cho ống trao đổi titan dựa trên sự xói mòn-Ăn mòn trong nước biển chảy?

Việc phun cát không ngừng nghỉ của sạn lơ lửng và lực cực mạnh của-nước vận tốc cao tại cửa hút ống có thể bào mòn oxit titan mỏng nhanh hơn tốc độ nó có thể tái sinh, khiến khả năng chống ăn mòn trong nước biển huyền thoại của titan chỉ là một nửa câu chuyện. Ngoài hóa học, thủy động lực học, nhiễu loạn và năng lượng mài mòn do dòng chất lỏng cung cấp đều ảnh hưởng đến tuổi thọ của ống trong bộ trao đổi nhiệt nước biển.

Trong vấn đề kỹ thuật về độ dày thành ống titan bị xói mòn do thời tiết, thành ống bên phải được chọn bằng cách cân bằng nhu cầu ngăn chặn áp suất với khả năng chống xói mòn lâu dài.

Tại sao Titanium hoạt động rất tốt trong nước biển
Khi titan tiếp xúc với nước muối có oxy, nó sẽ tạo ra một lớp phủ oxit cực kỳ ổn định và{0}}có khả năng tự phục hồi. Lớp thụ động này mang lại khả năng chống chịu vượt trội chống lại:

Ăn mòn clorua

rỗ

Tấn công kẽ hở

Sự suy thoái liên quan đến-bẩn sinh học

Trong dịch vụ làm sạch nước biển, ống titan thường xuyên hoạt động được hàng chục năm mà không bị ăn mòn nói chung.

Hạn chế là hao mòn cơ học
Mặc dù màng oxit mạnh về mặt hóa học nhưng nó vẫn mỏng về mặt vật lý. Các hạt cát lơ lửng và dòng chảy rối-vận tốc cao có thể làm hỏng bề mặt bảo vệ về mặt cơ học nhanh hơn tốc độ cải tạo trong điều kiện dòng chảy khắc nghiệt.

Xói mòn-ăn mòn là thuật ngữ dành cho quá trình này.

Vấn đề trở nên tồi tệ hơn tại:

Đầu vào cho ống

Khu vực có nhiễu loạn cao

Vùng cản trở dòng chảy

Khu vực hạ lưu của khuỷu tay hoặc hạn chế

Hệ thống nước biển chứa trầm tích lơ lửng

Vì lý do đó, độ dày thành ống trao đổi nhiệt phải tính đến cả tiêu chí liên quan đến cấu trúc và độ mòn{0}}.

Đầu tiên, Độ dày áp suất
Điểm khởi đầu cho việc lựa chọn thành ống là độ dày tối thiểu cần thiết theo quy định thiết kế bình chịu áp lực.

Yêu cầu ASME và TEMA
Thông thường, độ dày thành tối thiểu{0}}dựa trên áp suất được tính bằng cách sử dụng:

ASME Phần VIII

tiêu chuẩn TEMA

Thông số kỹ thuật của khách hàng áp dụng

Điều kiện áp suất và nhiệt độ thiết kế

Việc tính toán đảm bảo rằng ống có thể chịu đựng được:

Nội lực

Áp lực từ bên ngoài

Tải bằng phương tiện cơ học

Ứng suất nhiệt

Lực rung

Độ dày tối thiểu của kết cấu được xác định bởi giá trị tính toán này trước khi bổ sung bất kỳ khoản phụ cấp xói mòn nào.

Trợ cấp xói mòn và ăn mòn trong dịch vụ nước biển
Sau khi xác định được yêu cầu về áp suất, độ dày thành bổ sung có thể được thêm vào để phù hợp với sự mài mòn cơ học lâu dài- do nước biển chảy.

Điều kiện nước biển sạch
Trong nước mặn tương đối tinh khiết với tốc độ vừa phải dưới khoảng:

v<2 m/sv < 2\ \mathrm{m/s}v<2 m/s

Màng oxit titan vẫn rất ổn định.

Trong những trường hợp này:

Có rất ít sự xói mòn.

Phụ cấp ăn mòn bổ sung có thể không đáng kể

Lịch trình tường ống tiêu chuẩn nói chung là đủ

Bởi vì lớp phủ thụ động của titan liên tục tự sửa chữa sau khi bề mặt bị gián đoạn nhẹ nên titan hoạt động rất tốt trong những điều kiện này.

Cát-Nước biển đầy cát cần thêm độ dày
Sự hiện diện của chất rắn lơ lửng làm thay đổi đáng kể tình hình.

Tác động của hạt cát
Các hạt cát hoạt động như những viên đạn mài mòn cực nhỏ tác động lên thành ống ở tốc độ cao. Các tác động lặp đi lặp lại làm xói mòn dần lớp màng oxit và loại bỏ một lượng nhỏ kim loại cơ bản bên dưới nó.

Sự xói mòn này mạnh hơn ở nơi dòng chảy đầu tiên đi vào ống vì cường độ nhiễu loạn và vận tốc hạt cao nhất ở vùng nạp.

Trên mức áp suất tối thiểu, dung sai thành bổ sung thường được bổ sung trong các dịch vụ này.

Phụ cấp bổ sung trung bình
Độ dày thành bổ sung gần như sau đối với nước biển có chứa cát hoặc hạt vật chất bị cuốn theo:

0,2 mm Nhỏ hơn hoặc bằng Δt Nhỏ hơn hoặc bằng 0,3 mm0.2\\ \\mathrm{mm} \\leq \\Delta t \\leq 0,3\\ \\mathrm{mm}0,2 mm Nhỏ hơn hoặc bằng Δt Nhỏ hơn hoặc bằng 0,3 mm

thường được chỉ định.

Trong suốt thời gian sử dụng của bộ trao đổi nhiệt, vật liệu bổ sung này sẽ bù đắp cho sự suy giảm cơ học ngày càng tăng.

Nơi bão cát tấn công mạnh nhất, ống có lớp giáp dày hơn một chút.

Lựa chọn điển hình của tường ống tối thiểu
Độ dày thành tối thiểu thực tế cho các ứng dụng trao đổi nước biển khác nhau bắt đầu từ:

t Lớn hơn hoặc bằng 0,7 mmt \\geq 0,7\\ \\mathrm{mm}t Lớn hơn hoặc bằng 0,7 mm

dựa trên:

Đường kính ống

Áp suất thiết kế

vận tốc dòng chảy

sự tập trung của cát

Tuổi thọ dự kiến

Triết lý bảo trì

Độ dày này thường mang lại sự dung hòa tốt giữa:

Độ tin cậy của kết cấu

Hiệu suất truyền nhiệt

Năng lực sản xuất

Chống xói mòn

Mặc dù các bức tường mỏng hơn có cải thiện nhỏ về hiệu suất nhiệt nhưng chúng có khả năng chống chịu hư hỏng và xói mòn kém hơn.

Bảo vệ khu vực đầu vào ống
Phần dễ bị tổn thương nhất của bộ trao đổi thường là đầu vào ống.

Tại sao có sự xói mòn nghiêm trọng ở cửa vào
Khi nước biển đi vào bó ống, cường độ nhiễu loạn tăng lên đáng kể. Trong khi gia tốc dòng chảy cục bộ làm tăng năng lượng va chạm, các hạt cát va vào tường ở các góc khác nhau.

Điều này tạo ra sự mài mòn tập trung gần vài cm đầu tiên của chiều dài ống.

Đầu của ống đôi{0}}dày
Một số thiết kế bộ trao đổi nhiệt nhất định bao gồm những điều sau để tăng độ bền:

Hai đầu ống dày-

Phần đầu vào được gia cố

Tay áo đầu vào hàn ngắn

Chèn cho các bức tường nặng hơn

Trong một số cách sắp xếp, một đoạn ngắn của ống titan dày hơn được hàn vào đầu vào để hấp thụ hư hỏng do xói mòn trong khi vẫn bảo quản ống mỏng hơn trong suốt phần còn lại của bộ trao đổi nhiệt.

Chiến thuật này củng cố vị trí dễ bị tổn thương nhất đồng thời giảm chi phí vật liệu tổng thể.

Hướng dẫn về Vận tốc và Đề xuất Ngành
Vận tốc dòng chảy đóng vai trò quan trọng trong hiện tượng ăn mòn-xói mòn.

Giới hạn vận tốc được đề xuất
Các tổ chức như Viện Niken và nhiều khuyến nghị về kỹ thuật nước biển đưa ra phạm vi vận tốc được đề xuất tùy thuộc vào:

sự tập trung của cát

Kích thước hạt

chế độ dòng chảy

Vật liệu làm ống

Hình học hệ thống

Hướng dẫn điển hình nhằm mục đích duy trì vận tốc dưới mức mà sự va chạm của hạt trở nên mạnh mẽ quá mức.

Trong thời gian vận hành kéo dài, sự nhiễu loạn quá mức kết hợp với tải trọng cát có thể làm tăng tốc độ mài mòn mặc dù titan có thể chịu được vận tốc cao hơn nhiều hợp kim làm từ đồng-.

Hiệu suất nhiệt và độ bền trong sự cân bằng
Do điện trở nhiệt tăng theo độ dày thành nên việc tăng độ dày thành ống sẽ làm giảm nhẹ hiệu suất truyền nhiệt.

Tuy nhiên, khi cân nhắc với nguy cơ vận hành do hỏng ống sớm, mức độ dẫn điện thường không đáng kể.

Sự đánh đổi-trong Kỹ thuật
Do đó, việc lựa chọn tường ống sẽ trở thành sự cân bằng giữa:

Tác động của mục tiêu thiết kế đến độ dày
Hiệu quả truyền nhiệt thích các bức tường mỏng hơn
Chống xói mòn Thích hợp cho tường dày hơn
Tính toàn vẹn của cấu trúc Ưu tiên các bức tường dày hơn
Giảm chi phí Ưu tiên độ dày tối ưu
Ưu đãi tuổi thọ dịch vụ kéo dài cho phép hư hỏng
Trong hầu hết các hệ thống nước biển, độ tin cậy lâu dài-sẽ vượt xa ảnh hưởng nhiệt nhỏ liên quan đến ống dày hơn một chút.

Tóm lại
Có những yếu tố khác ngoài ước tính áp suất ảnh hưởng đến độ dày thành ống trao đổi titan. Đây là một biến số được thiết kế cẩn thận cũng bao gồm cả khả năng dự phòng xói mòn-do ăn mòn do nước biển chảy và các hạt cát lơ lửng gây ra.

Mặc dù điều kiện-đầy cát thường biện minh cho việc tăng thêm 0,2 đến 0,3 mm so với độ dày thành tối thiểu-dựa trên áp suất, nhưng nước mặn sạch ở tốc độ vừa phải có thể yêu cầu ít hoặc không cần thêm dung sai. Các phần đầu vào được gia cố và các đầu ống dày-kép giúp tăng cường khả năng bảo vệ ở những nơi nhiễu loạn và va chạm hạt nghiêm trọng nhất.

Bằng cách kết hợp các tiêu chuẩn cấu trúc ASME và TEMA với giới hạn xói mòn thực tế, các ống trao đổi titan có thể đạt được tuổi thọ hoạt động cực kỳ dài trong môi trường biển khắc nghiệt. Trong kỹ thuật hệ thống nhiệt, một mm kim loại có thể mang lại tuổi thọ sử dụng được nâng cao trong một thập kỷ.