Varför eroderar förekomsten av flygaskepartiklar helst titanrörets uppströmssida vid kurvor i en återuppvärmare av rökgasavsvavlingsenhet?
Lämna ett meddelande
Rökgasavsvavlingsenheter (FGD) i kol-kraftverk använder eftervärmare för att höja temperaturen på renad rökgas innan den kommer in i skorstenen. Titan är det valda materialet på grund av dess korrosionsbeständighet i den sura, kloridrika-miljön. FGD rökgas innehåller dock flygaskepartiklar-kantiga, hårda (främst kiseldioxid och aluminiumoxid), med storlekar från 1 till 100 µm. Dessa partiklar färdas med gasen med hastigheter på 15–25 m/s. När gasströmmen möter en krök i titanröret kan de tyngre partiklarna inte ändra riktning lika snabbt som gasen. De fortsätter längs sin ursprungliga bana och träffar rörväggen vid krökens yttre radie. Denna partikelpåverkan orsakar erosion och avlägsnar företrädesvis material från krökens uppströmssida. Med tiden leder vägggallring till perforering och läckage av rökgas eller kondensat.
Mekanism för flygaskaerosion vid rörböjar
Erosionsmekanismen är en kombination av stötslitage och skärning. Flygaskepartiklar träffar titanytan i vinklar typiskt 20–50 grader i förhållande till yttangensen. Titan, även om det är segt, har relativt låg hårdhet (180–220 HV för grad 2) jämfört med kiseldioxid (ungefär 1 200 HV). Varje partikelstöt förskjuter en liten volym titan-i storleksordningen 1–10 µm³ för en 20 µm partikel vid 20 m/s. Erosionshastigheten följer en kraftlag: Erosion ∝ (V)^n × (d)^m × (partikelkoncentration), där V är hastighet, d är partikeldiameter, n är ungefär 2,3 för titan och m är ungefär 2,0. Vid kurvor är den effektiva anslagshastigheten högre än bulkgashastigheten på grund av partikelacceleration runt kurvan. Uppströmssidan av röret får den högsta tätheten av stötar eftersom partiklar ännu inte har avböjts av tidigare kollisioner.
Kvantitativa erosionshastigheter vid olika böjplatser
Fältmätningar och laboratorietester (20 m/s gashastighet, 50 mg/m³ flygaska, 20 µm medelpartikelstorlek) har fastställt följande erosionshastigheter för grad 2 titan:
Rak rörsektion, jämnt flöde: Erosionshastighet på 0,05–0,10 mm per år. Materialavlägsnandet är relativt enhetligt runt omkretsen. Acceptabel för 10–15 års livslängd med 1,5 mm väggtjocklek.
Böj yttre radie, 90 graders armbåge, uppströms sida: Erosionshastighet på 0,6–1,2 mm per år. Maximal väggförlust inträffar vid den punkt där partikelbanan först kommer i kontakt med röret. Lokaliserad gallring kan perforera en 1,5 mm vägg inom 1–2 år.
Böj yttre radie, nedströms sida (efter kollisionen): Erosionshastighet på 0,2–0,4 mm per år. Partiklar har förlorat kinetisk energi efter den första stöten. Sekundär erosion fortfarande betydande.
Böj inre radie (intrados): Erosionshastighet på 0,02–0,05 mm per år. Lägre partikelslagdensitet. Generellt skyddad av gasgränsskiktet.
Flera böjar i serie (t.ex. serpentinvärmare): Erosionshastigheten ökar med 20–50 % vid varje efterföljande böj eftersom partiklarna blir kantigare och aggressivare efter de första stötarna.
Guide för erosionsreducering och designval
Följande tabell ger ett beslutsramverk för att hantera flygaskaerosion vid titanrörböjar baserat på partikelbelastning och gashastighet:
| FGD eftervärmare skick | Rekommenderat erosionsskydd | Förväntad erosionshastighet vid böjning | Väggtjockleksrekommendation |
|---|---|---|---|
| Låg askbelastning (<20 mg/m³), low velocity (<15 m/s) | Standardklass 2, inget skydd | 0,2–0,4 mm/år | 1,5 mm |
| Måttlig aska (20–50 mg/m³), hastighet 15–20 m/s | Överdimensionerad böjradie (större än eller lika med 3D), grad 7 titan | 0,3–0,5 mm/år | 2,0 mm |
| Hög aska (50–100 mg/m³), hastighet 20–25 m/s | Volframkarbidöverlägg (0,5 mm) på uppströms böjyta | <0.05 mm/year (coated) | 1,5 mm med beläggning |
| Severe ash (>100 mg/m³), slipande flygaska (hög kiseldioxid) | Utbytbara slitplåtar eller hylsor vid böjar | N/A (slitdel bytt) | 1,2 mm rör med 2 mm slitplatta |
| Befintlig FGD med känd böjerosion | Montera vändskovlar uppströms böjen | Minskar erosion med 60–80 % | N/A |
Engineering Beyond Erosions Resistance
Titanlegeringskvaliteten påverkar erosionsbeständigheten. Grad 7 (palladium-stabiliserad) har liknande hårdhet (180–220 HV) och erosionshastighet som grad 2. Grad 12 (molybden-nickel) är något hårdare (200–240 HV) och minskar erosion med 15–20 %. Ytbehandlingar kan förbättra erosionsbeständigheten: nitrering ger ett TiN-ytskikt (500–800 HV) som minskar erosionen med 70–80 % men ökar kostnaden. Rörets väggtjocklek vid böjar bör ökas utöver kravet på rak sektion. En typisk design använder 1,5 mm vägg för raka sektioner och 2,5 mm vägg för böjda ytterradier. Böjgeometri är avgörande: långa-radieböjar (R=5D) upplever 50 % lägre erosion än vanliga-radieböjar (R=1.5D). Gasflödesmönstret kan modifieras genom att vrida skovlar uppströms böjar för att omdirigera partiklar bort från den yttre radien.
Att göra en informerad specifikation
När du anger ett återuppvärmningsrör av titan för FGD-service med flygaska, identifiera alla krökar i gasbanan. För varje bock, specificera en ökad väggtjocklek (2,0–2,5 mm) på den yttre radien, antingen genom att använda ett sömlöst böjt rör med tjockare vägg eller genom att applicera ett svetsskikt av titan eller volframkarbid på uppströmssidan. Begär modellering av beräkningsvätskedynamik (CFD) av partikelbanor genom eftervärmaren för att identifiera hög-erosionszoner. Under drift, utför ultraljudstjocklekstestning årligen vid böjda yttre radier. Upprätta en kritisk väggtjocklekströskel (t.ex. 0,8 mm kvar) vid vilken röret ska bytas ut eller repareras. För nya installationer, specificera en minsta böjradie på 3D (tre gånger rörets yttre diameter). Om utrymmesbegränsningar kräver snäva böjar (R=1.5D), krävs volframkarbidbeläggning eller utbytbara slithylsor. Genom att ta itu med föredragen erosion vid kurvor som en distinkt designövervägande förlänger ingenjören livslängden för titan-FGD-återvärmare från 1–2 år till 10–15 år i flygaska-belastade rökgasströmmar.
