70도의 연도 가스 탈황 스크러버에서 20,000ppm 이상의 염화물 농도가 핀홀 방지를 위한 최소 티타늄 튜브 벽을 어떻게 결정합니까?

석탄{0}}화력 발전소와 산업용 보일러에는 가장 부식성이 강한 환경 장비 조건에서 작동하는 배연탈황(FGD) 세정기가 장착되어 있습니다. 세정기 유체는 황산칼슘/황산염, 비산회 및 용해된 염화물의 복잡한 혼합물로 세정 루프가 재순환되면서 농축됩니다. 티타늄 등급 2는 아황산염 공격에 대한 저항성으로 인해 FGD 시스템의 재가열기 튜브 및 스프레이 헤더의 표준 구성 재료였습니다. 그러나 염화물 농도는 FGD 스크러버에서 20,000ppm(2%)을 초과하는 경우가 많으며 심지어 무-액체 배출 시스템에서는 50,000-80,000ppm에 도달할 수도 있습니다. 이러한 염화물 농도에서 티타늄은 구멍 및 틈새 부식에 민감하며 벽 관통 천공에 대한 유일한 보호는 튜브 벽 자체의 두께와 야금 품질입니다. 이 기사에서는 FGD 스크러버 서비스에서 염화물 농도, 온도 및 틈새의 함수로서 핀홀 천공을 방지하는 데 필요한 최소 티타늄 튜브 벽 두께를 제시합니다.

고염화물 FGD 주류의 금속 피팅
높은-Cl 및 낮은-pH FGD 설정에서 티타늄의 공식 부식은 잘 문서화된-시작-전파 패턴을 따릅니다. 수동형 TiO 2 필름의 파괴는 필름 격자에서 염화물 이온이 산소를 대체하는 개별 위치에서 발생합니다. 피트가 시작되면 피트의 산성 염화물 용액(pH는 1-2로 떨어질 수 있음)이 활성 용해를 계속하는 동시에 주변 수동 표면은 보호됩니다. 구덩이는 반구형으로 확장되며 천공 시간은 특정 구덩이 성장 속도에 대한 벽 두께의 제곱에 대략 비례합니다.

염화물 용액에서 2등급 티타늄의 임계 피팅 온도(CPT)는 염화물 농도가 증가함에 따라 감소합니다. pH 4(FGD 스크러버의 일반적인 경우)에서 20,000ppm Cl-는 평균 스크러버 작동 온도인 70도보다 높은 약 85도의 CPT를 제공하며 안전 여유를 제공합니다. 40,000ppm Cl-에서 CPT는 70도로 감소합니다. 즉, 스크러버는 임계값에서 정확하게 작동합니다. CPT는 60,000ppm Cl-에서 55도까지 떨어지며 정상적인 사용 온도에서는 활성 피팅이 발생할 수 있습니다. 피트 전파 속도는 염화물 농도가 증가함에 따라 대수적으로 증가합니다. 20,000ppm Cl- 및 70도에서 전파 피트는 연간 0.2-0.3mm로 깊어집니다. 40,000ppm Cl-에서 비율은 연간 0.5-0.8mm입니다. 60,000ppm에서 연간 1.0-1.5mm의 Cl 비율이 기록됩니다.

벽 두께: 핀홀 방지 접근 방식
FGD 스크러버 히터 및 튜브 번들의 핀홀 천공 없이 5년의 사용 수명을 제공하는 데 필요한 최소 벽 두께는 예상 피트 전파율과 피트 시작 지점의 통계적 분포에 따라 달라집니다. 보수적인 피트 성장 모델(피트 깊이=k*t^0.5, 여기서 k는 염화물 농도의 함수)이 사용되며 튜브 수명은 가장 깊은 피트에 의해 결정되는 것으로 가정됩니다. 필요한 벽 두께는 다음과 같이 계산됩니다.

20,000ppm Cl-에서 피트 전파 상수 k는 0.28mm/년^0.5입니다. 5년 수명 동안 최대 피트 깊이=0.28 × √5=0.63 mm. 1.2mm 벽 튜브의 안전 여유는 약 0.6mm로 기존 문제가 없는 깨끗한 튜브에 충분합니다.

40,000ppm Cl- k=0.48 mm/년^0.5 5년 후 최대 피트 깊이=0.48 * sqrt(5)=1.07 mm. 1.65mm 벽 튜브는 여유를 제공하고 1.2mm 튜브는 천공됩니다.

k 60,000ppm Cl-에서=0.70mm/년 ​​0.5. 5년 후 최대 구덩이 깊이=0.7 × √5=1.57 mm. 안정적인 5년 서비스를 위해서는 2.0mm 벽 튜브가 필요합니다.{11}}mm는 3~4년만 제공됩니다.

FGD 스크러버 애플리케이션 매트릭스용 티타늄 튜브
FGD 시스템 유형 일반 염화물 농도권장 티타늄 등급 최소 벽 두께 예상 서비스 수명
석탄 화력 발전소, 습식 석회암(블리드 스트림 규제)15,000-25,000ppm 등급 2 1.2-1.5 mm 5-8년
석탄 화력 발전소, 고염화물 석탄 25,000-40,000ppm 2등급 또는 7 1.65등급 mm 4-6년
제로-액체-방전 FGD(폐쇄 루프) 40,000-60,000ppm 등급 7(Ti-0.15Pd) 2.0mm 5-7년
산업용 보일러 FGD(가변 석탄) 10,000-20,000ppm 등급 2 .8-.12 mm 8-10년
폐기물-대-에너지 FGD(폐기물에서 높은 염화물) 50,000-80,000ppm 12등급 또는 7 2.5등급 mm 4-6년
튜브 품질 및 틈새 문제
튜브의 기존-틈새는 벽 두께가 증가하더라도 핀홀 천공을 방지하지 못합니다. FGD 스크러버 서비스에서는 튜브{2}}대-튜브시트 롤링 조인트, 개스킷 아래, 석고 퇴적물 또는 비산재 아래에 틈이 있습니다. 틈새 부식은 피트 시작 및 전파 속도를 3-10배 증가시킵니다. 20,000ppm 이상의 염화물 농도에서는 용접된 튜브--튜브시트 접합부(균열 없음)가 롤링 또는 플랜지 연결부보다 선호됩니다. 튜브 표면에는 스케일, 내장된 철 입자(성형 도구에서 나온) 및 벽 두께의 10%보다 깊은 표면 스크래치가 없어야 합니다. 최고의 피팅 저항성은 전해연마 또는 산세 마감 처리로 제공됩니다.

염화물 농도가 20,000ppm 이상인 70도에서 작동하는 FGD 스크러버의 경우 중간 농도 시스템(20,000-40,000ppm)의 등급 2에는 최소 티타늄 튜브 벽 두께가 1.65mm가 필요하며, 40,000ppm을 초과하는 등급 7 시스템의 경우 2.0mm까지 증가합니다. 엔지니어는 압연 튜브--튜브 시트 접합이 아닌 용접된 피클링 또는 전해연마 튜브 표면을 지정하고 매주 염화물 농도를 모니터링하여 구멍 뚫림이 발생하기 전에 문제를 감지해야 합니다. 60,000ppm을 초과하는 염화물 수준의 경우 12등급 티타늄 또는 지르코늄과 같은 다른 재료를 고려해야 합니다.