Kuinka valita oikea seinämän paksuus titaanivaihdinputkelle virtaavan meriveden eroosion{0}}korroosion perusteella?

Suspendoituneen hiekan hellittämätön hiekkapuhallus ja suuren{0}}nopeuden veden pelkkä voima putken imuaukossa voivat syövyttää ohuen titaanioksidin pois nopeammin kuin se voi kasvaa uudelleen, jolloin titaanin tarujen mukainen korroosionkestävyys merivedessä on vain puolet tarinasta. Kemian lisäksi hydrodynamiikka, turbulenssi ja nestevirran tuottama hankausenergia vaikuttavat kaikki putken käyttöikään meriveden lämmönvaihtimissa.

Titaaniputken seinämän paksuuden aiheuttaman meriveden eroosion aiheuttaman teknisen ongelman puitteissa oikea putken seinämä valitaan tasapainottamalla paineeneristystarpeet pitkän -eroosionkestävyyden kanssa.

Miksi titaani toimii niin hyvin merivedessä
Kun titaani altistuu happipitoiselle suolavedelle, se muodostaa uskomattoman vakaan ja itse{0}}paranevan oksidipinnoitteen. Tämä passiivinen kerros antaa erinomaisen vastuksen:

Kloridikorroosio

Pitting

Raon hyökkäys

Biolikaantumiseen{0}} liittyvä heikkeneminen

Puhtaalla merivedellä titaaniputket toimivat usein vuosikymmeniä ilman yleistä korroosiota.

Rajoitus on mekaaninen kuluminen
Vaikka oksidikalvo on kemiallisesti vahva, se pysyy fysikaalisesti ohuena. Suspendoituneet hiekkahiukkaset ja nopea{1}}pyörteet voivat mekaanisesti vahingoittaa suojaavaa pintaa nopeammin kuin se uudistuu ankarissa virtausolosuhteissa.

Eroosio{0}}korroosio on termi tälle prosessille.

Ongelma pahenee:

Sisääntulot putkille

Alueet, joilla on korkea turbulenssi

Virtauksen törmäysvyöhykkeet

Alueet kyynärpäiden tai rajoitusten jälkeen

Merivesijärjestelmät, jotka sisältävät suspendoituneita sedimenttejä

Tästä syystä vaihtimen putken seinämän paksuudessa on otettava huomioon sekä rakenteelliset että kulumiseen liittyvät kriteerit.

Ensinnäkin paineen paksuus
Putken seinämän valinnan lähtökohtana on paineastian suunnittelumääräysten edellyttämä vähimmäispaksuus.

ASME- ja TEMA-vaatimukset
Tyypillisesti paine{0}}pohjainen seinämän vähimmäispaksuus lasketaan käyttämällä:

ASME Osa VIII

TEMA-standardit

Sovellettavat asiakkaan tekniset tiedot

Suunnittelupaine- ja lämpötilaolosuhteet

Laskelma takaa, että putki kestää:

Sisäinen voima

Painetta ulkopuolelta

Lastaus mekaanisin keinoin

Lämpöjännitykset

Värähtelyvoimat

Rakenteellinen vähimmäispaksuus määräytyy tämän lasketun arvon perusteella ennen eroosion lisäystä.

Eroosion ja korroosion korvaus merivesipalveluissa
Kun painevaatimus on tiedossa, seinämän paksuutta voidaan lisätä, jotta se kestää juoksevan meriveden aiheuttaman pitkäaikaisen -mekaanisen kulumisen.

Puhdas merivesiolosuhteet
Suhteellisen puhtaassa suolaisessa vedessä kohtalaisella nopeudella alle suunnilleen:

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

Titaanioksidikalvo on edelleen erittäin vakaa.

Näissä olosuhteissa:

Eroosiota on hyvin vähän.

Ylimääräinen korroosiovara voi olla mitätön

Normaalit putken seinän aikataulut ovat yleensä riittävät

Koska titaanin passiivinen pinnoite korjaa itseään jatkuvasti pienen pintavaurion jälkeen, titaani toimii erittäin hyvin näissä olosuhteissa.

Hiekka-Kuormattu merivesi vaatii lisäpaksuutta
Suspendoituneiden kiintoaineiden esiintyminen muuttaa skenaariota dramaattisesti.

Hiekkahiukkasten vaikutus
Hiekkahiukkaset käyttäytyvät mikroskooppisina hankaavina ammuksina, jotka iskevät putken seinämään suurella nopeudella. Toistuvat iskut kuluttavat asteittain oksidikalvoa ja poistavat pieniä määriä epäjaloa metallia sen alta.

Tämä eroosio on aggressiivisempaa siellä, missä virtaus tulee ensin putkeen, koska turbulenssin intensiteetti ja hiukkasten nopeus ovat korkeimmat imualueella.

Paineminimitason yläpuolella näihin palveluihin lisätään usein ylimääräinen seinätoleranssi.

Keskimääräinen lisäkorvaus
Suunnilleen seuraava seinämän paksuus merivedelle, joka sisältää mukanaan kulkevaa hiekkaa tai hiukkasia:

0,2 mm Pienempi tai yhtä suuri kuin Δt Pienempi tai yhtä suuri kuin 0,3 mm0,2\\ \\mathrm{mm} \\leq \\Delta t \\leq 0,3\\ \\mathrm{mm}0,2 mm Pienempi tai yhtä suuri kuin Δt Pienempi tai yhtä suuri kuin 0,3 mm

on yleisesti määritelty.

Vaihtimen käyttöiän aikana tämä ylimääräinen materiaali korvaa progressiivisen mekaanisen kulumisen.

Siellä missä hiekkamyrsky iskee voimakkaimmin, putkessa on hieman paksumpi haarniska.

Tyypillinen vähimmäisputkiseinien valinta
Käytännön vähimmäisseinämäpaksuudet eri merivedenvaihdinsovelluksissa alkavat:

t suurempi tai yhtä suuri kuin 0,7 mmt \\geq 0,7\\ \\mathrm{mm}t suurempi tai yhtä suuri kuin 0,7 mm

perustuu:

Putken halkaisija

Suunnittelupaine

virtausnopeus

hiekan pitoisuus

Odotettu käyttöikä

Huollon filosofia

Tämä paksuus tarjoaa usein hyvän kompromissin:

Rakenteellinen luotettavuus

Lämmönsiirron tehokkuus

Valmistuskyky

Eroosionkestävyys

Vaikka ohuemmilla seinillä on pieni parannus lämmönsuorituskykyyn, ne kestävät vähemmän käsittelyvaurioita ja eroosiota.

Putken sisääntuloalueen suojaaminen
Vaihtimen haavoittuvin osa on tyypillisesti putken sisääntulo.

Miksi sisääntuloaukon eroosio on vakava
Kun merivesi tulee putkikimpuun, turbulenssin voimakkuus kasvaa merkittävästi. Vaikka paikallinen virtauksen kiihtyvyys lisää iskuenergiaa, hiekkahiukkaset iskevät seinään eri kulmissa.

Tämä aiheuttaa keskittynyttä kulumista lähellä putken pituuden ensimmäisiä senttimetrejä.

Kaksinkertaisten{0}}paksujen putkien päät
Tietyt vaihtimen mallit sisältävät seuraavat kestävyyden lisäämiseksi:

Kaksinkertaiset-paksut putkenpäät

Vahvistetut tuloosat

Lyhyet hitsatut sisääntuloholkit

Sisäosat raskaammille seinille

Joissakin järjestelyissä lyhyt segmentti paksumpaa titaaniputkea hitsataan sisääntulopäähän absorboimaan eroosiovaurioita samalla kun ohuempi putki säilyy koko vaihtimen jäljellä olevassa osassa.

Tämä taktiikka vahvistaa haavoittuvinta sijaintia ja alentaa materiaalien kokonaiskustannuksia.

Ohjeita nopeus- ja teollisuusehdotuksille
Virtausnopeudella on ratkaiseva rooli eroosio{0}}korroosiokäyttäytymisessä.

Suositellut nopeusrajoitukset
Organisaatiot, kuten Nickel Institute ja lukuisat merivesitekniikan suositukset, tarjoavat ehdotettuja nopeusalueita riippuen:

hiekan pitoisuus

Partikkelikoko

virtausjärjestelmä

Materiaali putkille

Järjestelmän geometria

Tyypillinen ohjaus pyrkii pitämään nopeudet alle tasojen, joissa hiukkasten törmäys muuttuu kohtuuttoman voimakkaaksi.

Pitkän käyttöajan aikana liiallinen turbulenssi yhdistettynä hiekkakuormitukseen voi nopeuttaa kulumista, vaikka titaani kestää suurempia nopeuksia kuin monet kupari{0}}pohjaiset seokset.

Lämpöteho ja kestävyys tasapainossa
Koska lämpövastus kasvaa seinämän paksuuden myötä, putken seinämän paksuuden lisääminen heikentää hieman lämmönsiirtokykyä.

Kuitenkin, kun sitä verrataan putken varhaisen epäonnistumisen toiminnalliseen riskiin, johtavuussakko on tyypillisesti mitätön.

Tekniikan vaihto-
Putken seinän valinnasta tulee siten tasapaino seuraavien välillä:

Suunnittelutavoitteen vaikutus paksuuteen
Lämmönsiirron tehokkuus suosii ohuempia seiniä
Eroosionkestävyys Suosii paksumpia seiniä
Rakenteellinen eheys Suosii paksumpia seiniä
Kustannusten vähentäminen Suosii optimaalista paksuutta
Pidentynyt käyttöikä mahdollistaa huonontumisen
Useimmissa merivesijärjestelmissä{0}}pitkän aikavälin luotettavuus painaa enemmän kuin hieman paksumpaan letkuun liittyvä pieni lämpövaikutus.

Lopuksi
Painearvioiden lisäksi on muitakin tekijöitä, jotka vaikuttavat titaanivaihdinputken seinämän paksuuteen. Se on huolellisesti suunniteltu muuttuja, joka ottaa huomioon myös virtaavan meriveden ja suspendoituneiden hiekkahiukkasten aiheuttaman eroosion{1}}korroosion.

Vaikka hiekka-täytetyt olosuhteet oikeuttavat usein lisäämisen 0,2–0,3 mm paineeseen- perustuvan vähimmäisseinämän paksuuden yläpuolelle, puhdas suolavesi kohtuullisilla nopeuksilla saattaa vaatia vain vähän tai ei ollenkaan ylimääräistä toleranssia. Vahvistetut tuloosat ja kaksinkertaiset{5}}paksut putkenpäät antavat lisäsuojaa paikoissa, joissa turbulenssi ja hiukkasten törmäykset ovat vakavimpia.

Yhdistämällä ASME- ja TEMA-rakennestandardit käytännön eroosiorajoituksiin, titaanivaihdinputket voivat saavuttaa poikkeuksellisen pitkän käyttöiän ankarissa meriympäristöissä. Lämpöjärjestelmien suunnittelussa yksi millimetri metallia voi mahdollisesti merkitä vuosikymmenen pidennettyä käyttöikää.