Phương pháp thực tế nào có thể dự đoán tuổi thọ còn lại của ống sưởi điện bằng titan sau khi tiếp xúc với khí clo ướt ở 60 độ?

Khí clo ướt ở 60 độ. là một trong những điều kiện khắt khe nhất đối với thiết bị gia nhiệt bằng kim loại; Clo (Cl 2 ), hơi nước (thường là 0,5-2%) và sự tăng nhiệt độ kết hợp ở bề mặt kim loại để tạo thành axit clohydric (HCl) và axit hypochlorous (HOCl). Titan thường có khả năng chống lại clo khô, nhưng nhanh chóng bị clo khô tấn công khi có độ ẩm vượt quá 0,1% do sự phân hủy của lớp thụ động. Điều cần thiết là một phương pháp dự đoán thực tế, có thể áp dụng tại hiện trường để xác định xem ống sưởi điện bằng titan đã tiếp xúc với clo ướt có an toàn để sử dụng liên tục hay phải được thay thế ngay lập tức. Các phương pháp kiểm tra truyền thống (độ dày siêu âm, chụp X quang) không có khả năng phát hiện hư hỏng sớm vì sự xuống cấp bắt đầu bằng việc sản sinh hydrua dưới bề mặt hoặc rỗ cục bộ trước khi xảy ra hiện tượng mất thành có thể phát hiện được.

Cơ chế phân hủy của dịch vụ clo ướt

Trong vòng vài phút, clo ẩm tiếp xúc với ống gia nhiệt bằng titan ở nhiệt độ 60 độ sẽ bắt đầu một chuỗi phản ứng. Clo thủy phân thành HCl và HOCl, làm giảm độ pH cục bộ xuống 2-3 . Trong môi trường axit, lớp phủ TiO2 bảo vệ bị hòa tan và lớp titan trần lộ ra. Song song đó, hydro nguyên tử được tạo ra trong quá trình ăn mòn sẽ khuếch tán vào mạng titan. Titan thể hiện ái lực cao với hydro và tạo thành các khối titan hydrua (TiH 2) giòn dọc theo ranh giới hạt và các điểm tiếp xúc của lớp alpha. Pha hydrua này có thể tích lớn hơn khoảng 17% so với pha titan ban đầu, gây ra lực căng bên trong gây ra các vết nứt-vi mô. Sự giòn do hydrua dẫn đến sự mất đi độ dày của thành rất ít có thể phát hiện được cho đến khi bị gãy nghiêm trọng, so với sự ăn mòn hoặc rỗ thông thường. Các nghiên cứu thực địa từ các nhà máy kiềm clo{12}}cho thấy rằng lò sưởi titan tiếp xúc với clo ướt cho thấy khả năng hấp thụ hydro có thể đo được trong vòng 50 giờ kể từ khi tiếp xúc nhưng không thay đổi độ dày thành trong vòng 500 giờ đầu tiên.

Bốn phương pháp dự đoán thực tế dựa trên thực địa-Các phép đo áp dụng

Tiêu chuẩn vàng vẫn là phân tích hydro trong phòng thí nghiệm (phản ứng tổng hợp LECO) nhưng điều này cần lấy mẫu phá hủy. Bốn phương pháp thực tế được xác thực bằng dữ liệu lỗi thực tế để-dự đoán tại chỗ về thời gian sử dụng còn lại:

Đo vận tốc siêu âm; mô đun đàn hồi titan tăng cục bộ do sản xuất hydrua. Máy đo độ dày thông thường có thể được sử dụng ở chế độ vận tốc để đo tốc độ sóng dọc qua thành ống và xác định nồng độ hydrua trên 300 ppm. Vận tốc tăng 1,5% so với đường cơ sở (6.100 m/s đối với titan Loại 2 không phơi nhiễm so với. 6,190 m/s đối với vật liệu hydrat hóa) cho thấy khoảng 40% tuổi thọ còn lại đã bị tiêu hao.

Đánh giá độ cứng bề mặt (phương pháp Leeb hoặc UCI cầm tay) Titan hydrua cứng hơn nhiều so với kim loại cơ bản (350 HV so với 180 HV đối với loại 2). Bản đồ thiệt hại là kết quả của 5-10 lần đo độ cứng dọc theo chiều dài ống. Hàm lượng hydrua cao hơn 500 ppm tương ứng với độ cứng cao hơn 240 HV và mức tiêu thụ tuổi thọ là 60-70%.

Thử uốn ngược của phiếu giảm giá nhỏ (có tính phá hủy nhưng thực tế đối với các phần ống dự phòng): Uốn một đoạn vòng rộng 5 mm một góc 90 độ xung quanh một trục gá bằng hai lần đường kính ống. Titan không được phơi sáng sẽ uốn cong mà không bị nứt. Vật liệu có hàm lượng hydrua từ 800 ppm trở lên sẽ bị gãy với các vết nứt nhìn thấy được. Cách tiếp cận này cung cấp điểm quyết định có/không.

Electrochemical hydrogen probe (applied on the surface of the tube): A portable solid-state probe monitors the hydrogen activity at the metal surface. Readings >10-6 atm tương ứng với nồng độ hydro bên trong vượt quá giới hạn hòa tan (~200 ppm đối với loại 2 ở 60 độ ). Quy trình không phá hủy này cần làm sạch bề mặt nhưng mang lại hiệu quả nhanh chóng.

Mô hình dự đoán tuổi thọ sử dụng-dựa trên đo lường

Bảng sau đây chứa ma trận lựa chọn thực tế cho các ống gia nhiệt bằng titan trong clo ướt ở 60 độ dựa trên các thông số có thể đo được tại hiện trường.

Kết quả đo lường & Chỉ báo hư hỏng Ước tính thời gian sử dụng còn lại Hành động & lý do đề xuất
Vận tốc siêu âm bình thường (+/- 0.2%), độ cứng < 210 HV, không có vết nứt khi thử uốn cong 80 đến 100% tuổi thọ ban đầu còn lại Tiếp tục sử dụng. Tiến hành-kiểm tra lại hàng tháng. Loại bỏ việc kiểm tra nguồn clo ẩm.
Vận tốc tăng 0,5-1,0% Độ cứng 210-230 Thử nghiệm uốn cong HV đã vượt qua50-70% còn lại (khoảng 500-1000 giờ @ 60 độ) Giám sát hai tuần một lần. Lên lịch thay thế trong vòng 3 tháng. Giảm tốc độ tạo ra hydro bằng cách giảm 30% mật độ năng lượng của lò sưởi
Vận tốc tăng 1,0-1,8%, độ cứng tăng 230-260 HV, thử uốn cho thấy các vết nứt nhỏ ở phía chịu kéo Còn lại 20-40% (khoảng 150-300 giờ) Lên lịch thay thế ngay lập tức (trong vòng 2 tuần). Chỉ dành cho dịch vụ khẩn cấp, giảm nhiệt độ hoạt động xuống tối đa 50 độ.
Velocity >1.8% increase, hardness >260 HV, dừng thử uốn hoàn toàn Còn lại chưa đầy 50 giờ Ngừng sử dụng ngay lập tức. Nồng độ hydrua lớn hơn ngưỡng (khoảng 1.500 ppm). Thất bại thảm hại sắp xảy ra.
Kỹ thuật ngoài phương pháp dự đoán

Các phương pháp dự đoán này giả định rằng quá trình tiếp xúc với clo ẩm đã kết thúc. Việc tiếp xúc nhiều hơn của lò sưởi với clo ướt sẽ dẫn đến sự xuống cấp tăng theo cấp số nhân và việc ước tính tuổi thọ còn lại sẽ không còn giá trị trong vài ngày. Chỉ đo độ dày thành ống là không đủ vì ống có thể mất ít hơn 0,1 mm thành ống và vẫn chứa đủ hydrua để gây ra vết nứt nghiêm trọng. Và luôn thực hiện kiểm tra độ cứng hoặc đo vận tốc siêu âm bên cạnh việc kiểm tra độ dày khi kiểm tra lò sưởi titan sau khi tiếp xúc với clo ướt. Đối với các máy sưởi đã trải qua nhiều chu kỳ khô-ướt (clo sau đó là vận hành khô), hư hỏng do hydrua tích tụ và không được khắc phục bằng dịch vụ sấy khô tiếp theo. Titan loại 7 (chứa palladium) có khả năng chống chịu clo ướt được cải thiện nhiều so với loại 2, với tuổi thọ cao hơn khoảng 4 đến 5 lần trong cùng điều kiện.

Đánh giá có hiểu biết

Nếu ống sưởi điện bằng titan đã tiếp xúc với khí clo ẩm ở nhiệt độ 60 độ, không nên chỉ dựa vào kiểm tra bằng mắt hoặc chỉ đo độ dày đơn giản. Mua máy đo độ dày siêu âm cầm tay có thể đo vận tốc và máy đo độ cứng đã hiệu chuẩn. Đối với các ống không có số đo cơ bản, hãy so sánh số đọc với số đọc thu được từ một mẫu chưa được phơi nhiễm trong cùng một lô hoặc với các giá trị tham chiếu đã công bố cho loại titan cụ thể. Nếu xác nhận có phơi nhiễm hydro thì hãy sử dụng khuôn khổ ở trên để thiết lập chương trình kiểm tra-dựa trên rủi ro. Trong các ứng dụng quan trọng có thể xảy ra sự hiện diện của hơi nước trong dòng khí, hãy chỉ định titan cấp 7 và lắp đặt cảm biến độ ẩm có cảnh báo ở mức 0,05% hơi nước. Cách tiếp cận lựa chọn và giám sát vật liệu này biến đổi cơ chế hư hỏng thất thường của hiện tượng giòn hydrua thành một quá trình xuống cấp có thể dự đoán và theo dõi được.