Trong máy lọc khí khử lưu huỳnh (FGD) sử dụng ống titan, tại sao thành dày hơn không phải lúc nào cũng bảo vệ tốt hơn khỏi clorua-gây ra sự ăn mòn kẽ hở ở các miếng đệm?

Sự đánh đổi cơ bản trong thiết kế bộ gia nhiệt Titan cho máy chà sàn FGD
Máy lọc khử lưu huỳnh khí thải (FGD) phụ thuộc vào bùn clorua đậm đặc từ than được tuần hoàn. Ở nồng độ clorua 60-80 độ là 20.000-50.000 ppm là điều thường xuyên xảy ra. Vị trí hư hỏng thường gặp nhất đối với các ống gia nhiệt bằng titan trong dịch vụ này không phải là ống thẳng mà là kẽ hở được tạo ra khi ống đi qua mặt bích có đệm hoặc giá đỡ. Trực giác kỹ thuật cho thấy một bức tường titan dày hơn sẽ ngăn chặn sự ăn mòn ở các kẽ hở tốt hơn vì có nhiều vật liệu cần tiêu thụ hơn trước khi thủng. Giả định này mâu thuẫn với dữ liệu hiện trường của các nhà máy điện đang vận hành. Việc tăng độ dày thành không trực tiếp giải quyết vấn đề ăn mòn kẽ hở, đây là một cơ chế chênh lệch oxy được điều khiển về mặt hình học và có thể tăng tốc độ ăn mòn theo một số thiết kế gioăng. Nếu bạn muốn biết tại sao một bức tường dày hơn thực sự có thể là một ý tưởng tồi, bạn cần xem xét hình dạng của kẽ hở, sự khuếch tán oxy và ảnh hưởng nhiệt độ của bức tường dày hơn.

Ảnh hưởng đến tính toàn vẹn cơ học Nút thắt khuếch tán oxy
Sự ăn mòn kẽ hở bắt đầu khi một kẽ hở mỏng (thường là 0,1-0,5 mm) giữa vỏ titan và miếng đệm cản trở sự đi qua của oxy. Bề mặt bên ngoài vẫn được oxy hóa hoàn toàn và thụ động, nhưng bên trong kẽ hở đã bị khử oxy. Sự khác biệt về tế bào sục khí này gây ra sự hòa tan anốt bên trong kẽ hở. Độ pH giảm xuống 2-3 do quá trình thủy phân titan clorua. Chiều rộng khe hở chứ không phải độ dày thành ống là đặc điểm chính để bắt đầu. Nếu khoảng cách rộng hơn 0,5 mm, sự khuếch tán oxy đủ có thể duy trì tính thụ động. Khoảng cách nhỏ hơn 0,05 mm bị chặn hoàn toàn. Cuộc tấn công nhanh diễn ra bất kể độ dày kim loại. Ví dụ, ống titan lớn hơn (2,0 mm so với 1,2 mm) thường yêu cầu độ nén của miếng đệm cao hơn để bịt kín, điều này có thể làm giảm chiều rộng kẽ hở hiệu quả từ 30-50% đối với vật liệu đệm nhất định. Phân tích phần tử hữu hạn chỉ ra rằng một miếng đệm PTFE phẳng được nén vào ống 2,0 mm tạo ra kẽ hở rộng 0,08 mm, trong khi miếng đệm giống hệt được nén vào ống 1,2 mm tạo ra khe hở 0,25 mm do biến dạng đàn hồi hơi khác nhau. Điều này có nghĩa là một bức tường dày hơn sẽ gián tiếp tạo ra một kẽ hở chặt chẽ hơn, hung hãn hơn.

Ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt: Yếu tố nhiệt độ
Với mật độ năng lượng (ví dụ:. 2.5 W/cm²), độ dày thành titan tăng sẽ làm tăng nhiệt độ vỏ bọc bên ngoài do điện trở dẫn điện lớn hơn. Nhiệt độ bề mặt bên ngoài của bức tường 1,2 mm trong bùn chà sàn 80 độ là khoảng 93 độ. Trong cùng điều kiện, bức tường dày 2,0 mm đạt nhiệt độ khoảng 102 độ. Động học của sự ăn mòn kẽ hở tuân theo mối quan hệ Arrhenius, với nhiệt độ tăng 9 độ gần như làm tăng gấp đôi tốc độ ăn mòn. Các phát hiện thực nghiệm trên dung dịch FGD mô phỏng (50.000 ppm Cl-, pH 4,5) cho thấy thời gian để đục lỗ một bức tường 2,0 mm trong một kẽ hở hẹp (khoảng cách 0,08 mm) là 14 tháng, trong khi một bức tường 1,2 mm ở một kẽ hở rộng hơn (khoảng cách 0,25 mm) là lớn hơn 72 tháng. Tốc độ ăn mòn cao hơn 3 lần do hình dạng chặt chẽ hơn và nhiệt độ cao hơn. Do đó, mặc dù bức tường dày hơn có nhiều vật liệu hơn 67% nhưng nó lại hỏng nhanh hơn.

Tổng hợp sự cân bằng-: Ma trận lựa chọn kiểm soát kẽ hở miếng đệm
Loại gioăng & Chiều rộng kẽ hở Độ dày thành titan được khuyến nghị Cơ sở kỹ thuật cốt lõi Tuổi thọ dự kiến ​​của sự ăn mòn kẽ hở
Miếng đệm bao bọc bằng nhựa đúc khuôn PTFE có tâm đàn hồi (chiều rộng kẽ hở 0,35–0,50 mm)1,2 mm – 1,5 mm 6 – 8 năm Khe hở rộng giúp oxy thâm nhập để tái tạo thụ động titan. Tường mỏng hơn, nhiệt độ bề mặt thấp hơn. Combo này lý tưởng cho việc cài đặt FGD mới.
Miếng đệm PTFE phẳng, được vặn đúng cách (chiều rộng kẽ hở 0,15–0,25 mm) 1,5 mm – 1,8 mm 3 – 4 năm Khe hở vừa phải làm chậm cuộc tấn công nhưng không dừng lại. Tường dày lên để tránh ăn mòn; bề mặt nóng hơn sẽ lấy đi một phần lợi ích. Chấp nhận được cho tuổi thọ sử dụng khiêm tốn.
Miếng đệm nén không chứa sợi amiăng (chiều rộng kẽ hở<0.10 mm due to high compressive creep)Any thickness (not recommended) < 18 months Gap too narrow for oxygen transport. The thicker walls fail faster at higher operating temperatures. Switch gasket type, not wall thickness.
Welded titanium stub flange or flare tube (no gasket, no crevice)1.0 mm – 1.2 mm >10 năm Biện pháp khắc phục hoàn chỉnh duy nhất là loại bỏ kẽ hở. Độ dày của tường chỉ cần thiết để đánh giá áp suất (thường là 1,0 mm là đủ cho áp suất FGD dưới 10 bar).
Kỹ thuật bên ngoài bức tường: Chiều rộng của kẽ hở và lựa chọn miếng đệm
Đối với máy chà sàn FGD, cách tiếp cận đáng tin cậy nhất để ngăn chặn sự ăn mòn kẽ hở do clorua-gây ra là loại bỏ hoàn toàn kẽ hở bằng cách hàn ống titan vào mặt bích titan hoặc đốt loe đầu ống để tạo lớp bịt kín kim loại-với-kim loại. Nếu cần có một mối nối có đệm, tốt hơn nên chỉ định một miếng đệm có thể nén được tạo ra khe hở quy định là 0,3–0,5 mm hơn là tăng độ dày thành. Một trong những lỗi lắp đặt chính là siết chặt bu lông mặt bích dẫn đến giảm chiều rộng kẽ hở và tấn công nhanh. Cờ lê lực được đặt theo thông số kỹ thuật của nhà sản xuất là rất quan trọng. Việc kiểm tra thường xuyên tình trạng miếng đệm 12 tháng một lần cho phép chẩn đoán sớm sự khởi phát của kẽ hở trước khi thủng.

Kết luận: Độ dày của tường ít quan trọng hơn hình học kẽ hở
Việc làm dày thành của bộ gia nhiệt máy chà sàn FGD bằng ống titan không nhất thiết mang lại khả năng bảo vệ chống lại sự ăn mòn kẽ hở do clorua-gây ra ở các miếng đệm. Độ rộng kẽ hở (kiểm soát khuếch tán oxy) và nhiệt độ bề mặt (tăng tốc động học) là những yếu tố chính. Một miếng đệm kín áp vào tường 2,0 mm tạo thành một kẽ hở nhỏ, nóng lên và bị ăn mòn trong vòng chưa đầy hai năm, trong khi một miếng đệm có khoảng cách rộng -được chế tạo chính xác với bức tường 1,2 mm có tuổi thọ hơn sáu năm. Phương pháp kỹ thuật chính xác để xử lý ăn mòn kẽ hở không phải là chỉ định lớp vỏ titan dày hơn mà là kiểm soát hình dạng kẽ hở bằng cách lựa chọn miếng đệm và quản lý mô-men xoắn, hoặc tốt hơn là loại bỏ kẽ hở bằng cách hàn hoặc đốt. Khi chỉ định bộ gia nhiệt chà sàn FGD, hãy cung cấp cho nhà sản xuất hàm lượng clorua ước tính và loại đệm; yêu cầu một bức tường dày hơn làm vùng đệm an toàn đôi khi là vô ích.