흐르는 바닷물의 침식{0}}부식을 기준으로 티타늄 교환기 튜브의 올바른 벽 두께를 선택하는 방법은 무엇입니까?

부유 모래의 끊임없는 분사와-튜브 흡입구에서의 고속 물의 강력한 힘은 얇은 티타늄 산화물을 다시 자라는 것보다 더 빠르게 침식할 수 있으며, 이로 인해 티타늄의 전설적인 바닷물 부식 저항성은 이야기의 절반에 불과합니다. 화학 외에도 유체 역학, 난류 및 유체 흐름에 의해 전달되는 마모 에너지는 모두 해수 열 교환기의 튜브 수명에 영향을 미칩니다.

티타늄 튜브 벽 두께 침식 풍화 해수라는 기술적 문제 내에서 압력 억제 요구 사항과 장기적인 침식 저항의 균형을 맞춰 올바른 튜브 벽을 선택합니다-.

티타늄이 바닷물에서 잘 작동하는 이유
티타늄이 산소가 함유된 염수에 노출되면 놀라울 정도로 안정적이고 자가 치유되는 산화물 코팅이 생성됩니다.{0}} 이 패시브 레이어는 다음에 대해 탁월한 저항력을 제공합니다.

염화물 부식

피팅

틈새 공격

생물 부착-관련 악화

깨끗한 해수 서비스에서 티타늄 튜브는 일반적인 부식 없이 수십 년 동안 작동하는 경우가 많습니다.

한계는 기계적 마모입니다
산화막은 화학적으로 강하지만 물리적으로는 얇은 상태를 유지합니다. 부유 모래 입자와 고속-난류는 심각한 흐름 조건에서 보호 표면이 재형성되는 것보다 더 빠르게 기계적으로 손상될 수 있습니다.

침식-부식은 이 과정을 가리키는 용어입니다.

다음과 같은 경우 문제가 더욱 악화됩니다.

튜브용 입구

난기류가 심한 지역

흐름 충돌 영역

팔꿈치 또는 제한 하류 영역

부유 퇴적물을 포함하는 해수 시스템

이러한 이유로 교환기 튜브 벽 두께는 구조적 및 마모 관련 기준을 모두 고려해야 합니다.-

첫째, 압력 두께
튜브 벽 선택의 출발점은 압력 용기 설계 규정에 필요한 최소 두께입니다.

ASME 및 TEMA 요구사항
일반적으로 압력- 기반 최소 벽 두께는 다음을 사용하여 계산됩니다.

ASME 섹션 VIII

주제표준

적용 클라이언트 사양

설계압력 및 온도조건

계산을 통해 튜브가 다음을 견딜 수 있음이 보장됩니다.

내부 힘

외부로부터의 압력

기계적 수단을 이용한 로딩

열 응력

진동의 힘

구조적 최소 두께는 침식 허용치를 추가하기 전에 계산된 값에 의해 결정됩니다.

압력 요구 사항이 알려지면 흐르는 해수로 인한 장기적인 기계적 마모를 수용하기 위해 벽 두께를 추가할 수 있습니다.-

깨끗한 바닷물 조건
대략 다음과 같은 중간 속도의 비교적 순수한 바닷물에서:

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

산화티탄 필름은 여전히 ​​매우 안정적입니다.

이러한 상황에서는:

침식이 거의 없습니다.

추가적인 부식 허용치는 무시할 수 있습니다.

일반적으로 표준 튜브 벽 일정이면 충분합니다.

티타늄의 패시브 코팅은 약간의 표면 손상 후에도 지속적으로 자체적으로 복구되기 때문에 티타늄은 이러한 조건에서 탁월한 성능을 발휘합니다.

모래-함유된 해수에는 추가 두께가 필요함
부유 물질의 존재는 시나리오를 크게 변화시킵니다.

모래 입자의 영향
모래 입자는 고속으로 튜브 벽에 충격을 가하는 미세한 연마성 발사체처럼 행동합니다. 반복된 충격으로 점차적으로 산화막이 침식되고 그 아래에 있는 소량의 비금속이 제거됩니다.

이러한 침식은 흐름이 처음 튜브에 유입되는 곳에서 더욱 공격적입니다. 왜냐하면 난류 강도와 입자 속도가 흡입구 영역에서 가장 높기 때문입니다.

이러한 서비스에는 최소 압력 이상으로 추가 벽 허용 오차가 추가되는 경우가 많습니다.

평균 추가 수당
연행 모래나 입자 물질을 포함하는 해수의 경우 추가 벽 두께는 대략 다음과 같습니다.

0.2 mm Δt 이하 0.3 mm 이하 0.2\\ \\mathrm{mm} \\leq \\Delta t \\leq 0.3\\ \\mathrm{mm}0.2 mm Δt 이하 0.3 mm 이하

일반적으로 지정됩니다.

교환기의 사용 수명 동안 이 추가 재료는 점진적인 기계적 저하를 보완합니다.

모래폭풍이 가장 강력하게 치는 곳에서는 튜브의 갑옷이 약간 더 두꺼워집니다.

최소 튜브 벽의 일반적인 선택
다양한 해수 교환기 적용을 위한 실제 최소 벽 두께는 다음에서 시작됩니다.

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

기반:

튜브 직경

설계압력

흐름의 속도

모래의 농도

예상 수명

유지보수의 철학

이 두께는 종종 다음 사이에서 좋은 절충안을 제공합니다.

구조적 신뢰성

열전달 효율

제조능력

침식 저항

벽이 얇을수록 열 성능이 약간 향상되지만 손상 및 침식 처리에 대한 저항력은 떨어집니다.

튜브 입구 영역 보호
교환기의 가장 취약한 부분은 일반적으로 튜브 입구입니다.

입구 침식이 심각한 이유
바닷물이 튜브다발에 유입되면 난류 강도가 크게 증가합니다. 국부적인 흐름 가속이 충격 에너지를 증가시키는 반면, 모래 입자는 다양한 각도로 벽에 부딪칩니다.

이로 인해 튜브 길이의 처음 몇 센티미터 근처에서 집중적인 마모가 발생합니다.

이중-두꺼운 튜브 끝
특정 교환기 설계에는 내구성을 높이기 위해 다음이 포함됩니다.

두 배-두꺼운 튜브 끝

강화된 입구 섹션

짧은 용접 흡입 슬리브

더 무거운 벽용 인서트

일부 배열에서는 더 두꺼운 티타늄 튜브의 짧은 세그먼트가 입구 말단에 용접되어 침식 손상을 흡수하는 동시에 교환기의 나머지 부분 전체에서 더 얇은 튜브를 보존합니다.

이 전술은 가장 취약한 위치를 강화하는 동시에 자재의 전체 비용을 낮춥니다.

속도 및 업계 제안에 대한 지침
유속은 침식-부식 거동에 중요한 역할을 합니다.

권장 속도 제한
Nickel Institute와 같은 조직 및 수많은 해수 공학 권장 사항은 다음에 따라 제안된 속도 범위를 제공합니다.

모래의 농도

입자 크기

흐름 체제

튜브용 재료

시스템 기하학

일반적인 지침은 입자 충돌이 지나치게 강해지는 수준 이하로 속도를 유지하는 것을 목표로 합니다.

작동 시간이 길어지면 티타늄이 많은 구리-기반 합금보다 더 높은 속도를 견딜 수 있더라도 모래 하중과 결합된 과도한 난류로 인해 마모가 가속화될 수 있습니다.

열 성능과 내구성의 균형
벽 두께에 따라 열 저항이 증가하기 때문에 튜브 벽 두께를 늘리면 열 전달 성능이 약간 감소합니다.

그러나 초기 튜브 고장으로 인한 작동 위험을 고려하면 전도도 저하는 일반적으로 무시할 수 있습니다.

엔지니어링의-절충점
따라서 튜브 벽 선택은 다음 사이의 균형이 됩니다.

설계 목표가 두께에 미치는 영향
열 전달 효율은 벽이 더 얇을수록 좋습니다.
침식 저항은 두꺼운 벽을 선호합니다.
구조적 무결성은 두꺼운 벽을 선호합니다.
비용 절감 최적의 두께 선호
성능 저하를 허용하는 연장된 서비스 수명 혜택
대부분의 해수 시스템에서 -장기적인 신뢰성은 약간 두꺼운 튜브와 관련된 작은 열 손실보다 더 중요합니다.

결론적으로
티타늄 교환기 튜브의 벽 두께에 영향을 미치는 압력 추정치 외에도 다른 요인이 있습니다. 흐르는 바닷물과 부유 모래 입자로 인해 발생하는 침식-부식에 대한 허용도 포함하는 세심하게 설계된 변수입니다.

모래{0}}가 채워진 조건에서는 압력 기반 최소 벽 두께보다 0.2~0.3mm 더 추가하는 것이 정당화되는 경우가 많지만, 중간 속도의 깨끗한 바닷물은 추가 허용 오차가 거의 또는 전혀 필요하지 않을 수 있습니다. 강화된 흡입 부분과 두 배{5}}두꺼운 튜브 끝 부분은 난류와 입자 충돌이 가장 심각한 곳에서 추가적인 보호 기능을 제공합니다.

ASME 및 TEMA 구조 표준과 실제 침식 허용치를 결합함으로써 티타늄 교환 튜브는 가혹한 해양 환경에서 매우 긴 작동 수명을 달성할 수 있습니다. 열 시스템 엔지니어링에서 1mm의 금속은 잠재적으로 10년의 향상된 서비스 수명을 의미할 수 있습니다.