В скруберите за десулфуризация на димни газове при 70 градуса, как концентрацията на хлорид над 20 000 ppm диктува минималната стена на титаниевата тръба за предотвратяване на дупки?

Електроцентралите, захранвани с въглища, и промишлените котли са оборудвани със скрубери за десулфуризация на димни газове (FGD), които работят в някои от най-корозионните условия на екологично оборудване. Скруберната течност е сложна смес от калциев сулфит/сулфат, летлива пепел и разтворени хлориди, които се концентрират при рециркулацията на скруберната верига. Титан клас 2 е стандартният материал за конструкцията на тръбите за повторно нагряване и разпръскващите колектори в FGD системите поради неговата устойчивост на сулфитно нападение. Концентрациите на хлорид обаче често са по-високи от 20 000 ppm (2%) в FGD скрубери и дори могат да достигнат 50 000-80 000 ppm в системи с нулево-течно-отвеждане. При тези концентрации на хлорид титанът е чувствителен към точкова и цепнатина корозия и единствената защита срещу перфорация през стената е самата стена на тръбата, както дебелината, така и металургичното качество. Тази статия представя минималната дебелина на стената на титаниевата тръба, необходима за предотвратяване на перфорация на дупка като функция на концентрацията на хлорид, температурата и пукнатината в услугата на скрубер FGD.

Питинг на метали в FGD течност с високо съдържание на хлорид
Точковата корозия на титан при високо-Cl и ниско-pH FGD настройки следва добре-документиран начален-модел на разпространение. Разрушаването на пасивния TiO 2 филм става на отделни места, където хлоридните йони заместват кислорода в решетката на филма. След като ямата е стартирана, киселинният хлориден разтвор в ямата (pH може да спадне до 1-2) продължава активното разтваряне, докато околната пасивна повърхност е защитена. Ямката се разширява полусферично и времето до перфорация е приблизително пропорционално на квадрата на дебелината на стената за определена скорост на растеж на ямата.

Критичната температура на питинг (CPT) на титан от степен 2 в хлоридни разтвори намалява с увеличаване на концентрацията на хлорид. При рН 4 (типично за FGD скрубери), 20 000 ppm Cl- дава CPT от около 85 градуса, над средната работна температура на скрубера от 70 градуса и осигурява граница на безопасност. При 40 000 ppm Cl- CPT намалява до 70 градуса, т.е. скруберът работи точно на прага. CPT пада до 55 градуса при 60 000 ppm Cl- и при нормални експлоатационни температури може да възникне активен питинг. Скоростите на разпространение на ямка нарастват логаритмично с увеличаване на концентрацията на хлорид: при 20 000 ppm Cl- и 70 градуса разпространяващата се ямка се задълбочава с 0,2-0,3 mm на година; при 40 000 ppm Cl- скоростта е 0,5-0,8 mm на година; при 60 000 ppm Cl- се записват скорости от 1,0-1,5 mm на година.

Дебелина на стената: Подход за предотвратяване на дупки
Минималната дебелина на стената, необходима за осигуряване на 5-годишен експлоатационен живот без перфорация на дупка на нагревателите на скруберите FGD и тръбните снопове, зависи от прогнозираната скорост на разпространение на ямата и статистическото разпределение на началните места на ямата. Използва се консервативен модел на растеж на ямата (дълбочина на ямата=k*t^0,5, където k е функция на концентрацията на хлорид) и се приема, че животът на тръбата се определя от най-дълбоката яма. Необходимата дебелина на стената се изчислява, както следва:

Константата на разпространение на ямата k при 20 000 ppm Cl- е 0,28 mm/година^0,5. За 5 години живот, максимална дълбочина на вдлъбнатината=0.28 × √5=0.63 mm. Маржът на безопасност за тръба със стена от 1,2 mm е около 0,6 mm, което е достатъчно за чисти тръби без съществуващи проблеми.

40 000 ppm Cl- k=0.48 mm/година^0,5 Максимална дълбочина на ямата за 5 години=0.48 * sqrt(5)=1.07 mm. 1.65mm тръба със стена осигурява марж, 1,2 mm тръба би перфорирала.

k=0.70 mm/година 0,5 при 60 000 ppm Cl-. Максимална дълбочина на ямата за 5 години=0.7 × √5=1.57 mm. За надеждна 5-годишна експлоатация е необходима 2,0 mm тръба за стена. 1.65 mm ще даде само 3-4 години.

Титаниеви тръби за матрица за приложение на скрубер FGD
Тип система FGD Типична концентрация на хлорид Препоръчителна степен на титан Минимална дебелина на стената Очакван експлоатационен живот
Електроцентрала, работеща с въглища, мокър варовик (регулиран поток на изтичане) 15 000-25 000 ppm Клас 2 1.2-1.5 mm 5-8 години
Електроцентрала с въглища, въглища с високо съдържание на хлорид 25 000-40 000 ppm клас 2 или клас 7 1.65 mm 4-6 години
Нулев{0}}течен-разряд FGD (затворен контур) 40 000-60 000 ppm Степен 7 (Ti-0,15Pd) 2,0 mm 5-7 години
Промишлен котел FGD (променливи въглища) 10 000-20 000 ppm Клас 2 .8-.12 mm 8-10 години
Отпадък{0}}в-енергия FGD (високо съдържание на хлорид от отпадъци) 50 000-80 000 ppm Степен 12 или Степен 7 2.5 mm 4-6 години
Проблеми с качеството на тръбите и процепите
-Съществуващите пукнатини в тръбата не предотвратяват перфорацията на дупка, дори ако дебелината на стената е увеличена. При обслужването на скрубер FGD се появяват пукнатини в валцованите съединения на тръба-към-тръбна ламарина, под уплътнения и под отлагания от гипс или летлива пепел. Корозията в пукнатини увеличава скоростта на възникване и разпространение на ями с коефициент 3-10. Заварените връзки между тръба- и тръбна плоча (без пукнатини) са за предпочитане пред валцувани или фланцови връзки при всякаква концентрация на хлорид над 20 000 ppm. Повърхностите на тръбите не трябва да имат котлен камък, вградени железни частици (от инструментите за формоване) и повърхностни драскотини, по-дълбоки от 10 процента от дебелината на стената. Най-добрата устойчивост на питинг се предлага от електрополирани или ецвани покрития.

За FGD скрубери, работещи при 70 градуса с концентрации на хлорид над 20 000 ppm, се изисква минимална дебелина на стената на титаниевата тръба от 1,65 mm за степен 2 в умерено концентрирани системи (20 000-40 000 ppm), нарастваща до 2,0 mm за системи от степен 7 над 40 000 ppm. Инженерите трябва да уточняват декапирани или електрополирани тръбни повърхности, заварени, а не валцовани съединения между тръбни-тръбни решетки и да наблюдават концентрацията на хлорид ежеседмично, за да открият нарушения, преди да се появи питинг перфорация. За нива на хлорид над 60 000 ppm трябва да се имат предвид други материали като титан или цирконий от клас 12.