Trong Nồi hấp Thủy luyện để Xử lý Đá ong Niken (Clorua cao, 250 độ, 40 bar), Tại sao Vỏ bọc Titan Cấp 7 liền mạch với Thành 3,0 mm lại hoạt động tốt hơn Vỏ hàn 2,0 mm mặc dù truyền nhiệt thấp hơn?

Sự đánh đổi cơ bản-trong thiết kế bộ gia nhiệt bằng titan cho nồi hấp áp suất cao
Nồi hấp thủy luyện niken đá ong hoạt động ở áp suất 250 độ và 40 và ở nồng độ clorua cao (10.000–50.000 ppm). Máy sưởi titan phải chịu được sự ăn mòn cao và ứng suất cơ học. Các tiêu chuẩn chung bao gồm titan Lớp 7 liền mạch với thành 3,0 mm và hàn Lớp 2 hoặc Lớp 7 với thành 2,0 mm. Thành dày hơn đã làm giảm khả năng truyền nhiệt nhưng lớp vỏ liền mạch 3,0 mm cấp 7 có tuổi thọ sử dụng tốt hơn lớp bọc hàn 2,0 mm vì hai lý do: không có vị trí ăn mòn liên quan đến mối hàn và khả năng chống ăn mòn cấp 7 được cải thiện trong môi trường clorua nhiệt độ cao. Phân tích này thảo luận về lý do chọn ống liền mạch dày{21}dường như đã được chỉ định quá mức cho ứng dụng đặc biệt này.

Ảnh hưởng đến tính toàn vẹn cơ học: Hư hỏng mối hàn và ăn mòn kẽ hở
Dưới áp suất cao, điều kiện hấp clorua cao ở 250 độ, ống titan chủ yếu bị hỏng ở đường hàn hoặc vùng chịu ảnh hưởng nhiệt (HAZ). Hàn thêm 3 lỗ hổng mới. Đầu tiên, ứng suất kéo dư trong vùng hàn (150–250 MPa) cao hơn ngưỡng gây ra vết nứt do ăn mòn ứng suất trong điều kiện clorua. Thứ hai, HAZ có cấu trúc vi mô riêng biệt (dạng alpha{7}}martensite nguyên tố) dễ bị giòn do hydro hơn. Thứ ba, cốt thép mối hàn tạo thành một vết nứt nơi clorua tích tụ. Dữ liệu hiện trường từ nồi hấp niken-latit cho thấy các ống hàn Cấp 2 hoặc Cấp 7 có độ dày thành 2,0 mm sẽ không hoạt động trong vòng 12-24 tháng do vết nứt hoặc rỗ liên quan đến mối hàn.

Ống cấp 7 liền mạch không có mối hàn dọc và HAZ. Chiều dài được gia nhiệt là liền mạch nhưng nắp cuối có thể được hàn. Lớp 7 chứa 0,12 đến 0,25 phần trăm palladium, chất này làm tăng độ cao của titan và làm tăng nhiệt độ rỗ tới hạn trong dung dịch clorua-cao từ 80 độ (Cấp 2) lên hơn 200 độ. Lớp 7 bị ăn mòn đồng đều với tốc độ 0,05–0,10 mm/năm nhưng ở mức 250 độ và Lớp 2 ở mức 0,5–2,0 mm/năm. Thành 3,0 mm cho phép chống ăn mòn từ 30-60 năm ở mức 0,05-0,10 mm/năm, vượt xa tuổi thọ thiết kế của nồi hấp.

Tổn thất truyền nhiệt: Ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt
Tường 3,0 mm dày hơn và do đó có điện trở dẫn lớn hơn: R_cond=t/k_Ti=0.003/17=1.76 × 10⁻⁴ m²·K/W so với 1,18 × 10⁻⁴ đối với tường 2,0 mm. Sự chênh lệch là 0,58×10-4 m 2 K/W. Đối với nồi hấp điển hình: tuần hoàn cưỡng bức (h ≈ 2000 W/m2·K) R chuyển đổi=5 × 10–4 m2·K/W. Tổng điện trở cho 3,0 mm 6,76 x 10-4 . Đối với 2,0 mm 6,18 x 10-4-a tăng 9 %. Bức tường 3,0 mm có nhiệt độ bề mặt cao hơn khoảng 4 độ đối với cùng một dòng nhiệt. Sự đánh đổi là nhỏ và có thể chấp nhận được khi xét đến mức tăng rất lớn về khả năng chống ăn mòn và độ tin cậy.

Tóm tắt sự đánh đổi{0}}: Lớp liền mạch 7 3.0 mm so với lớp hàn 2,0 mm
Dàn cấp 7, 3,0 mm Tham số Cấp 2, 2,0 mm Tác động kỹ thuật, hàn
Đường hàn Không (liền mạch)Có mối hàn dọc Ống hàn bị hỏng trong vòng 12-24 tháng
Lớp 7 (0,15% Pd) Lớp 2 (không có Pd) Khả năng kháng clorua 10-20× cho Lớp 7
Tốc độ ăn mòn (250 độ, Cl− cao) 0,05 – 0,10 mm/năm 0,5 – 2,0 mm/năm Cấp 2 nhanh hơn 10-40×
Tuổi thọ cho phép ăn mòn (3,0/2,0 mm) 30 – 60 năm 1 – 4 năm Tuổi thọ thiết kế liền mạch vượt quá cấp 7
Truyền nhiệt tương đối 0,91× (thấp hơn 9%) 1,00× (đường cơ sở) Thỏa hiệp hợp lý.
Tuổi thọ sử dụng đạt được > 5 năm < 2 năm Dàn mạch ưu tiên cấp 7
Kỹ thuật vượt tường: Hàn đầu cuối & NDT
Ngay cả khi ống liền mạch, các nắp đầu và mặt bích vẫn phải được hàn vào. Những mối hàn này có thể là điểm thất bại. Có thể tạo ra các mối hàn xuyên thấu hoàn toàn với khả năng gia cố tốt cho tường 3,0 mm. Sau{4}}xử lý nhiệt mối hàn (540 độ trong 1 giờ) làm giảm lực căng dư trong vùng hàn xuống<50 MPa. All welds should be 100% radiographically (RT) or phased array ultrasound examined for porosity or lack of fusion. End cap welds last as long as the seamless tube with good welding processes.

Kết luận: Lớp 7 liền mạch với tường 3,0 mm được ưu tiên cho dịch vụ hấp tiệt trùng khắc nghiệt
Trong quá trình thủy luyện luyện niken đá ong trong nồi hấp giàu clorua-ở 250 độ và 40 bar, ống titan cấp 7 liền mạch có độ dày thành 3,0 mm hoạt động tốt hơn so với ống hàn thay thế có độ dày 2,0 mm, mặc dù khả năng truyền nhiệt giảm do loại bỏ các vị trí hư hỏng liên quan đến mối hàn và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời đạt được thông qua hợp kim palladium. Ống hàn sẽ hỏng sau 12{17}}24 tháng do ăn mòn hoặc nứt đường hàn, nhưng ống cấp 7 liền mạch sẽ có 5+ năm hoạt động. Mức phạt truyền nhiệt 9% có thể chấp nhận được để đạt được mức độ tin cậy và tuổi thọ rất lớn. Tiêu chuẩn được đề xuất là ống titan cấp 7 liền mạch (ASTM B{14}}) có độ dày thành 3,0 mm. Các mối hàn xuyên thấu hoàn toàn dành cho các nắp đầu,-ủi giảm ứng suất sau mối hàn và 100% NDT của tất cả các mối hàn. Hãy cho nhà sản xuất biết nồng độ clorua mà bạn mong đợi và bạn sẽ vận hành ở nhiệt độ nào. Lớp 7 liền mạch dày hơn không vượt quá{23}}thông số kỹ thuật dành cho việc sử dụng nồi hấp niken đá ong - đó là độ dày tối thiểu để vận hành đáng tin cậy.