Ja titāna sildīšanas cauruli izmanto, lai uzsildītu kondensācijas tvaiku, kas satur amonija hlorīdu (NH₄Cl) nogulsnes naftas pārstrādes rūpnīcas gaisa līnijā, kā nogulšņu biezums zem apvalka izraisa lokālus karstos punktus un ūdeņraža pūslīšu veidošanos?
Atstāj ziņu
Pamata{0}}atlaide titāna sildītāju dizainam pārstrādes rūpnīcas piekrastes pakalpojumiem
Rafinēšanas rūpnīcas augšējos cauruļvados ir amonija hlorīda (NH4 Cl) nogulsnes tvaika kondensātā. Nosēdumi rodas, sajaucot NH3 un HCl no jēlnaftas apstrādes kondensācijas tvaikos. Titāna sildīšanas caurules ir uzstādītas, lai uzsildītu kondensātu, lai novērstu koroziju pakārtotajos oglekļa tērauda cauruļvados. NH₄Cl nogulsnes uzkrājas uz titāna apvalka virsmas. Šīs nogulsnes ir higroskopiskas un mitras rada koncentrētu sālījumu. To vissvarīgākā ietekme ir termiskā: NH4Cl ir ļoti zema siltumvadītspēja (apmēram 0,5-0,8 W/mK), salīdzinot ar titānu (17 W/mK). Viena 1 mm bieza slāņa nogulsnēšanās izraisa 20–40 grādu temperatūras kāpumu titāna kontakta nogulsnē. Šī lokālā pārkaršana rada divus atteices režīmus: karstos punktus, kas bojā iekšējo MgO izolāciju, un ūdeņraža pūslīšu veidošanos no NH4Cl sadalīšanās. Sienas biezums palielina temperatūras paaugstināšanos, bet nosēdumu biezums ir dominējošais mainīgais. Šī izmeklēšana parāda mehānismu un to, ka noguldījumu pārvaldība ir svarīgāka par sienas biezumu.
Ūdeņraža pūslīšu veidošanās mehānisms - Ietekme uz mehānisko integritāti
The ammonium chloride decomposes under the NH₄Cl deposit at a titanium sheath temperature >120 grādi: NH₄Cl → NH₃ + HCl. HCl ir diezgan kodīgs un bojā titāna pasīvo slāni, radot atomu ūdeņradi kā blakusproduktu: Ti + 3HCl → TiCl₃ + 3H. Atomu ūdeņradis tiek uzņemts titāna režģī. Tas atkal-savienojas ar molekulāro H2 pie graudu robežas vai iekļaušanas vai tukšuma. Ūdeņraža gāze nevar tālāk izkliedēties un lokāli rada spiedienu, veidojot tulznas{11}}paceltus, kupolveida{12}}izspiedumus uz apvalka virsmas. Blisteri var būt 2–5 mm diametrā un 0,1–0,5 mm augstumā. Blisteris pārsprāgst, jo joprojām tiek ražots ūdeņradis. Tas veido bedri, kas iet cauri sienai.
The deposit below which breakdown occurs is remarkably thin. Field measurements of NH4Cl deposits of 0.5-1.0 mm on refinery overhead lines show sheath surface temperatures of 140-180°C at typical heat flux (2.0 W/cm2) above decomposition temperature of 120°C. Thicker deposits (2–3 mm) can reach temperatures >250 grādu un rada ātru ūdeņraža burbuļu veidošanos.
Ietekme uz termisko veiktspēju: temperatūras paaugstināšanās aprēķināšana
Interfeisa temperatūras paaugstināšanās Ti{0}}nogulsnē ir Delta T=qx t_depozīts / k_depozīts, kur q ir siltuma plūsma, t_depozīts nogulsnes biezums un k_deposit NH₄Cl siltumvadītspēja (~0,6 W/m·K). Tipiskai siltuma plūsmai 2,0 W/cm^2 (20 000 W/m^2) 1,0 mm NH4Cl nogulsnes rada ΔT= 20,000x0,001/0.6=33 grādu. Kad tilpuma kondensāta temperatūra ir 100 grādi, titāna virsma zem nogulsnes tiek uzkarsēta līdz 133 grādiem. Papildu kritums titāna sieniņu biezuma dēļ ir neliels (1-2 grādi) un ir minimāls attiecībā uz nogulsnes efektu.
Sintēzes kompromiss: nogulsnes biezums pret nepieciešamo sienas biezumu
NH4Cl nogulsnes biezums (mm) Virsmas temperatūra zem nogulsnes ( grāds ) (q=2.0 W/cm2, tilpums=100 grāds ) Ūdeņraža pūslīšu veidošanās risks Vajadzīgā blistera pielaide Titāna sienas biezums (mm) mm 0.2 107 grāds Nav (zem sliekšņa) uc0. 0.5 117 grāds Zems (margināls) 1.0 1.0 133 grāds Vidējs (pūslīšu veidošanās mēnešos) 1,5 (pūslīši joprojām veidosies)
2.0 mm 167 °C High (blistering in weeks) >3 mm (neefektīvs)
3,0 mm 200 grādi Smags (ātrs pūslīšu veidošanās) Nepraktisks
Pat 1,5 mm siena neapstājas ar pūslīšu veidošanos, tas tikai nozīmē, ka jūs saņemat vairāk materiāla, pirms tulzna plīst un noplūst. Plikais risinājums ir izvairīties no nogulsnēšanās, nevis sienas biezuma.
Sienu projektēšana: nogulšņu novēršana un tīrīšana
Noguldījuma biezums ir galvenais mainīgais lielums. Labākās metodes ir tās, kas neizraisa NH4Cl uzkrāšanos. Ir uzstādīta ūdens mazgāšanas sistēma, kas periodiski apsmidzina sildītāju ar dejonizētu ūdeni, lai izšķīdinātu NH₄Cl nogulsnes, pirms tās kļūst biezākas par 0,2 mm. Nogulsnes biezums ir mazāks par 0,2 mm un virsmas temperatūra ir mazāka par 110 grādiem. Neatkarīgi no sieniņu biezuma ar ikdienas mazgāšanu netiek novērota tulznu veidošanās. Vai arī PTFE nepiedegošais pārklājums (25–50 µm) neļauj NH4Cl pielipt pie titāna virsmas. Pārklājumam nedrīkst būt caurumiem, jo temperatūras gradients ātri veidos nogulsnes uz atklātā titāna. Vēl viena iespēja ir darbināt sildītāju ar zemāku siltuma plūsmu (1,0 W/cm 2, nevis 2,0 W/cm2), kas samazina Δ T caur 1,0 mm nogulsnējumu no 33 grādiem līdz 17 grādiem, vienlaikus saglabājot virsmu zem 120 grādiem pat ar ievērojamu nogulšņu uzkrāšanos-. Tas ir kompromiss starp lielāku sildītāja virsmas laukumu vai ilgāku uzsilšanas laiku.
Secinājums: sienas biezums nenovērš pūslīšu veidošanos, noguldījumu pārvaldība to dara
Ja kondensācijas tvaiku, kas satur amonija hlorīda nogulsnes, atkārtoti uzsilda ar titāna sildīšanas cauruli rafinēšanas gaisvadu līnijā, nogulšņu biezums zem apvalka ir galvenais mainīgais lielums, kas ietekmē lokalizētos karstos punktus un ūdeņraža pūslīšu veidošanos. NH4Cl ir ļoti zema siltumvadītspēja (≈0,6 W/mK), līdz ar to 1,0 mm nogulsnes izraisa titāna virsmas temperatūras paaugstināšanos par 33 grādiem pie tipiskas siltuma plūsmas, pārsniedzot 120 grādu sadalīšanās slieksni. Sadalīšanās izraisa HCl koroziju, kā rezultātā rodas atomu ūdeņradis, kas izraisa pūslīšu veidošanos un galu galā noplūdi. Ieteicamā specifikācija nav biezāka titāna siena (ar mazām priekšrocībām), bet gan nogulšņu novēršanas stratēģija: vai nu ikdienas tīrīšana ar ūdeni, lai nogulšņu biezums būtu mazāks par 0,2 mm, vai PTFE nepiedegošais pārklājums. Sienas biezums nav galvenais mainīgais, lai kontrolētu pūslīšu veidošanos, lai gan tam vajadzētu būt 1,2–1,5 mm, lai nodrošinātu konstrukcijas stabilitāti. Sniedziet ražotājam paredzamo NH₄Cl koncentrāciju un ūdens mazgāšanas iespējamību. Ja jūs neregulējat nogulsnes, pat 3,0 mm titāna siena var sapūst un sadalīties dažu mēnešu laikā." Depozīta kontrole nodrošina vairāk nekā 10 gadu kalpošanas laiku 1,2 mm pamata sienā.
