จะเลือกความหนาของผนังที่ถูกต้องสำหรับท่อแลกเปลี่ยนไทเทเนียมโดยพิจารณาจากการกัดกร่อน-การกัดกร่อนในน้ำทะเลที่ไหลได้อย่างไร

ความต้านทานการกัดกร่อนในตำนานของไทเทเนียมมีเพียงครึ่งหนึ่งของเรื่องราวในน้ำทะเล อีกครึ่งหนึ่งเป็นการพ่นทรายอย่างไม่หยุดยั้ง-ของกรวดแขวนลอยและแรงที่แท้จริงของน้ำที่มีความเร็วสูง-ที่ทางเข้าของท่อ ซึ่งสามารถกัดกร่อนไททาเนียมออกไซด์บางๆ ออกไปได้เร็วกว่าที่มันจะงอกใหม่ได้ ในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนน้ำทะเล อายุการใช้งานของท่อถูกกำหนดไม่เพียงแต่โดยเคมีเท่านั้น แต่ยังพิจารณาจากอุทกพลศาสตร์ ความปั่นป่วน และพลังงานการเสียดสีที่ถูกพาโดยกระแสของเหลวด้วย

ภายในความท้าทายด้านวิศวกรรมของความหนาของผนังท่อไทเทเนียม การกัดเซาะ การกัดกร่อน น้ำทะเลผนังท่อที่ถูกต้องจะถูกเลือกโดยการปรับสมดุลข้อกำหนดในการกักเก็บแรงดันกับความต้านทานการกัดกร่อนในระยะยาว-

เหตุใดไทเทเนียมจึงทำงานได้ดีในน้ำทะเล

ไทเทเนียมจะสร้างฟิล์มออกไซด์ที่เสถียรอย่างยิ่ง-และหายได้เองเมื่อสัมผัสกับน้ำทะเลที่มีออกซิเจน ชั้นเชิงรับนี้ให้ความต้านทานที่โดดเด่นต่อ:

การกัดกร่อนของคลอไรด์

บ่อ

การโจมตีรอยแยก

การย่อยสลายที่เกี่ยวข้องกับการปนเปื้อนทางชีวภาพ-

ในการให้บริการน้ำทะเลที่สะอาด ท่อไทเทเนียมมักใช้งานได้นานหลายทศวรรษโดยมีการกัดกร่อนโดยทั่วไปเล็กน้อย

ข้อจำกัดคือการสึกหรอของกลไก

แม้ว่าฟิล์มออกไซด์จะมีความทนทานทางเคมี แต่ก็ยังมีความบางอยู่ อนุภาคทรายที่แขวนลอยและความปั่นป่วนที่ความเร็วสูง-สามารถสึกกร่อนพื้นผิวป้องกันได้เร็วกว่าการปรับปรุงสภาพภายใต้สภาวะการไหลที่รุนแรง

กระบวนการนี้เรียกว่าการกัดกร่อน-การกัดกร่อน

ปัญหาจะรุนแรงที่สุดที่:

ทางเข้าท่อ

บริเวณที่มีความปั่นป่วนสูง-

โซนการปะทะของการไหล

บริเวณปลายข้อศอกหรือบริเวณที่มีข้อจำกัด

ระบบน้ำทะเลที่บรรทุกสารแขวนลอย

ด้วยเหตุนี้ ความหนาของผนังท่อแลกเปลี่ยนจึงต้องคำนึงถึงความต้องการที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างและการสึกหรอ-ด้วย

ความหนาของแรงดันต้องมาก่อน

จุดเริ่มต้นสำหรับการเลือกผนังท่อคือความหนาขั้นต่ำที่กำหนดตามรหัสการออกแบบภาชนะรับความดัน

ข้อกำหนด ASME และ TEMA

โดยทั่วไปความหนาของผนังขั้นต่ำ{0}}ตามแรงกดจะถูกกำหนดโดยใช้:

ASME มาตรา 8

มาตรฐาน TEMA

ข้อกำหนดของลูกค้าที่เกี่ยวข้อง

การออกแบบสภาวะความดันและอุณหภูมิ

การคำนวณช่วยให้มั่นใจได้ว่าท่อสามารถทนต่อ:

ความดันภายใน

แรงกดดันจากภายนอก

การโหลดทางกล

ความเครียดจากความร้อน

แรงสั่นสะเทือน

ค่าที่คำนวณได้นี้จะกำหนดความหนาขั้นต่ำของโครงสร้างก่อนที่จะบวกค่าเผื่อการกัดเซาะใดๆ

การกัดเซาะ-ค่าเผื่อการกัดกร่อนในบริการน้ำทะเล

เมื่อกำหนดข้อกำหนดแรงดันแล้ว อาจมีการเพิ่มความหนาของผนังเพิ่มเติมเพื่อพิจารณาการสึกหรอทางกลในระยะยาว-จากน้ำทะเลที่ไหล

สภาพน้ำทะเลที่สะอาด

ในน้ำทะเลที่ค่อนข้างสะอาดโดยมีความเร็วปานกลางต่ำกว่าประมาณ:

v<2 m/sv < 2\ \mathrm{m/s}v<2 m/s

ฟิล์มไทเทเนียมออกไซด์ยังคงมีความเสถียรสูง

ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้:

อัตราการกัดเซาะต่ำมาก

ค่าเผื่อการกัดกร่อนเพิ่มเติมอาจมีเล็กน้อย

ตารางผนังท่อมาตรฐานมักจะเพียงพอ

ไทเทเนียมทำงานได้ดีเป็นพิเศษในสภาพแวดล้อมเหล่านี้ เนื่องจากฟิล์มพาสซีฟจะซ่อมแซมตัวเองอย่างต่อเนื่องหลังจากการหยุดชะงักของพื้นผิวเล็กน้อย

ทราย-น้ำทะเลที่รับภาระต้องมีความหนาเพิ่มเติม

สถานการณ์เปลี่ยนแปลงไปอย่างมากเมื่อมีสารแขวนลอยอยู่

ผลกระทบของอนุภาคทราย

อนุภาคทรายทำหน้าที่เป็นโปรเจกไทล์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่กระทบผนังท่อด้วยความเร็วสูง การกระแทกซ้ำๆ จะค่อยๆ ทำให้ฟิล์มออกไซด์สึกหรอและขจัดโลหะพื้นฐานจำนวนเล็กน้อยที่อยู่ด้านล่างออก

การกัดเซาะนี้จะรุนแรงที่สุดที่การไหลเข้าสู่ท่อก่อน เนื่องจากความเข้มของความปั่นป่วนและความเร็วของอนุภาคจะสูงที่สุดที่บริเวณทางเข้า

ในบริการเหล่านี้ โดยทั่วไปจะมีการบวกค่าเผื่อผนังเพิ่มเติมไว้เหนือแรงดันขั้นต่ำ

ค่าเผื่อเพิ่มเติมทั่วไป

สำหรับน้ำทะเลที่มีทรายหรือฝุ่นละออง ความหนาของผนังเพิ่มประมาณ:

0.2 มม. น้อยกว่าหรือเท่ากับ Δt น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.3 มม.0.2\\ \\mathrm{mm} \\leq \\Delta t \\leq 0.3\\ \\mathrm{mm}0.2 มม. น้อยกว่าหรือเท่ากับ Δt น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.3 มม.

มีการระบุอยู่บ่อยครั้ง

วัสดุเพิ่มเติมนี้จะชดเชยการสึกหรอทางกลไกทีละน้อยตลอดอายุการใช้งานของตัวแลกเปลี่ยน

ท่อสวมชุดเกราะที่หนาขึ้นเล็กน้อยซึ่งพายุทรายจะโจมตีอย่างรุนแรงที่สุด

การเลือกผนังท่อขั้นต่ำโดยทั่วไป

สำหรับการใช้งานแลกเปลี่ยนน้ำทะเลหลายๆ ประเภท ความหนาของผนังขั้นต่ำในทางปฏิบัติจะเริ่มต้นที่:

t มากกว่าหรือเท่ากับ 0.7 mmt \\geq 0.7\\ \\mathrm{mm}t มากกว่าหรือเท่ากับ 0.7 mm

ขึ้นอยู่กับ:

เส้นผ่านศูนย์กลางท่อ

แรงกดดันในการออกแบบ

ความเร็วการไหล

ความเข้มข้นของทราย

อายุการใช้งานที่คาดหวัง

ปรัชญาการบำรุงรักษา

ความหนานี้มักจะให้ความสมดุลที่ยอมรับได้ระหว่าง:

ความน่าเชื่อถือของโครงสร้าง

ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน

ความสามารถในการผลิต

ความต้านทานการกัดกร่อน

ผนังที่บางกว่าจะปรับปรุงประสิทธิภาพการระบายความร้อนเล็กน้อย แต่ลดความทนทานต่อการกัดเซาะและความเสียหายในการจัดการ

การปกป้องบริเวณทางเข้าท่อ

ทางเข้าท่อมักจะเป็นจุดที่มีความเสี่ยงมากที่สุดในตัวแลกเปลี่ยน

เหตุใดการกัดเซาะทางเข้าจึงรุนแรง

เมื่อน้ำทะเลเข้าสู่มัดท่อ ความเข้มข้นของความปั่นป่วนจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว อนุภาคทรายกระทบผนังด้วยมุมที่เปลี่ยนแปลง ในขณะที่การเร่งการไหลเฉพาะจุดจะเพิ่มพลังงานกระแทก

ทำให้เกิดการสึกหรอแบบเข้มข้นใกล้กับความยาวท่อประมาณสองสามเซนติเมตรแรก

ปลายท่อหนาสองเท่า-

เพื่อปรับปรุงความทนทาน การออกแบบตัวแลกเปลี่ยนบางแบบจึงระบุ:

ปลายท่อหนาสองเท่า-

ส่วนทางเข้าเสริมแรง

ปลอกท่อเข้าแบบเชื่อมสั้น

ส่วนแทรกทางเข้าผนังที่หนักกว่า-

ในการกำหนดค่าบางอย่าง จะมีการเชื่อมส่วนสั้นของท่อไทเทเนียมที่หนาขึ้นเข้ากับปลายทางเข้าเพื่อดูดซับความเสียหายจากการกัดเซาะ ขณะเดียวกันก็รักษาท่อที่บางกว่าไว้ตลอดส่วนที่เหลือของตัวแลกเปลี่ยน

กลยุทธ์นี้ช่วยลดต้นทุนวัสดุทั้งหมดในขณะเดียวกันก็เสริมความแข็งแกร่งให้กับพื้นที่ที่มีความเสี่ยงสูงสุด-

แนวทางด้านความเร็วและข้อแนะนำทางอุตสาหกรรม

ความเร็วการไหลมีบทบาทสำคัญในพฤติกรรมการกัดกร่อน-ของการกัดกร่อน

ขีดจำกัดความเร็วที่แนะนำ

องค์กรต่างๆ เช่น สถาบันนิกเกิลและแนวปฏิบัติด้านวิศวกรรมน้ำทะเลต่างๆ เผยแพร่ช่วงความเร็วที่แนะนำโดยพิจารณาจาก:

ความเข้มข้นของทราย

ขนาดอนุภาค

ระบอบการปกครองการไหล

วัสดุท่อ

เรขาคณิตของระบบ

คำแนะนำโดยทั่วไปพยายามรักษาความเร็วให้ต่ำกว่าระดับที่การปะทะของอนุภาครุนแรงเกินไป

แม้ว่าไทเทเนียมจะทนทานต่อความเร็วสูงกว่าโลหะผสมที่มีทองแดง-หลายชนิด แต่ความปั่นป่วนที่มากเกินไปรวมกับภาระของทรายยังคงสามารถเร่งการสึกหรอได้ตลอดระยะเวลาการทำงานที่ยาวนาน

ปรับสมดุลประสิทธิภาพการระบายความร้อนและความทนทาน

การเพิ่มความหนาของผนังท่อจะลดประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนลงเล็กน้อย เนื่องจากความต้านทานความร้อนจะเพิ่มขึ้นตามความหนาของผนัง

อย่างไรก็ตาม ค่าปรับการนำไฟฟ้าโดยทั่วไปจะอยู่ในระดับปานกลางเมื่อเทียบกับความเสี่ยงในการปฏิบัติงานของความล้มเหลวของหลอดก่อนเวลาอันควร

การค้าวิศวกรรม-ปิด

การเลือกผนังท่อจึงเกิดความสมดุลระหว่าง:

ในระบบน้ำทะเลส่วนใหญ่-ความน่าเชื่อถือในระยะยาวมีค่ามากกว่าค่าปรับจากความร้อนเล็กน้อยที่เกี่ยวข้องกับท่อที่หนากว่าเล็กน้อย

บทสรุป

ความหนาของผนังของท่อแลกเปลี่ยนไทเทเนียมไม่ได้ถูกกำหนดโดยการคำนวณแรงดันเพียงอย่างเดียว เป็นตัวแปรที่ออกแบบมาอย่างพิถีพิถันซึ่งรวมเอาค่าเผื่อการกัดเซาะ-การกัดกร่อนที่เกิดจากน้ำทะเลไหลและอนุภาคทรายแขวนลอยด้วย

น้ำทะเลที่สะอาดที่ความเร็วปานกลางอาจต้องเผื่อเพิ่มเติมเพียงเล็กน้อยหรือไม่ต้องเลย แต่สภาพที่มีทราย-มักทำให้ต้องเพิ่มความหนาขั้นต่ำของผนังขึ้น 0.2 ถึง 0.3 มม. เหนือความดัน- ส่วนทางเข้าเสริมและปลายท่อหนา-สองเท่าให้การป้องกันเพิ่มเติมในกรณีที่ความปั่นป่วนและการปะทะของอนุภาครุนแรงที่สุด

ด้วยการรวมข้อกำหนดด้านโครงสร้าง ASME และ TEMA เข้ากับค่าเผื่อการกัดเซาะในทางปฏิบัติ ท่อแลกเปลี่ยนไทเทเนียมจึงมีอายุการใช้งานยาวนานเป็นพิเศษในสภาพแวดล้อมทางทะเลที่รุนแรง ในทางวิศวกรรมระบบระบายความร้อน โลหะเพียง 1 มิลลิเมตรสามารถยืดอายุการใช้งานได้นานถึงสิบปี