ในเครื่องทำความร้อนหน่วยกำจัดซัลเฟอร์ไรเซชันของก๊าซไอเสีย เหตุใดการมีอยู่ของอนุภาคเถ้าลอยจึงกัดกร่อนด้านต้นน้ำของท่อไทเทเนียมที่ส่วนโค้งเป็นพิเศษ
ฝากข้อความ
หน่วยกำจัดซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (FGD) ในโรงไฟฟ้าถ่านหิน-ใช้เครื่องทำความร้อนซ้ำเพื่อเพิ่มอุณหภูมิของก๊าซไอเสียที่ทำความสะอาดแล้วก่อนที่จะเข้าสู่ปล่อง ไทเทเนียมเป็นวัสดุที่เลือกใช้เนื่องจากมีความทนทานต่อการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดและมีคลอไรด์สูง- อย่างไรก็ตาม ก๊าซไอเสีย FGD มีอนุภาคเถ้าลอย-เชิงมุม แข็ง (ส่วนใหญ่เป็นซิลิกาและอลูมินา) โดยมีขนาดตั้งแต่ 1 ถึง 100 µm อนุภาคเหล่านี้เดินทางกับก๊าซที่ความเร็ว 15–25 m/s เมื่อกระแสก๊าซพบกับส่วนโค้งในท่อไทเทเนียม อนุภาคที่หนักกว่าจะไม่สามารถเปลี่ยนทิศทางได้เร็วเท่ากับก๊าซ พวกมันเคลื่อนที่ต่อไปตามวิถีเดิม โดยกระทบกับผนังท่อที่รัศมีด้านนอกของส่วนโค้ง ผลกระทบของอนุภาคนี้ทำให้เกิดการกัดเซาะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเอาวัสดุออกจากด้านต้นน้ำของส่วนโค้ง เมื่อเวลาผ่านไป ผนังบางลงจะนำไปสู่การเจาะและการรั่วไหลของก๊าซหุงต้มหรือคอนเดนเสท
กลไกการกัดเซาะของเถ้าลอยที่โค้งท่อ
กลไกการกัดเซาะเป็นการผสมผสานระหว่างการสึกหรอและการตัดกระแทก อนุภาคเถ้าลอยกระทบพื้นผิวไทเทเนียมในมุมปกติ 20–50 องศาสัมพันธ์กับสัมผัสพื้นผิว ไทเทเนียม แม้จะมีความเหนียว แต่มีความแข็งค่อนข้างต่ำ (180–220 HV สำหรับเกรด 2) เมื่อเทียบกับซิลิกา (ประมาณ 1,200 HV) การกระแทกของอนุภาคแต่ละครั้งจะแทนที่ไททาเนียมปริมาตรเล็กน้อย-ตามลำดับ 1–10 µm³ สำหรับอนุภาคขนาด 20 µm ที่ 20 m/s อัตราการกัดเซาะเป็นไปตามกฎกำลัง: การกัดเซาะ ∝ (V)^n × (d)^m × (ความเข้มข้นของอนุภาค) โดยที่ V คือความเร็ว d คือเส้นผ่านศูนย์กลางของอนุภาค n มีค่าประมาณ 2.3 สำหรับไทเทเนียม และ m มีค่าประมาณ 2.0 ที่ทางโค้ง ความเร็วกระแทกที่มีประสิทธิผลจะสูงกว่าความเร็วของก๊าซเทกอง เนื่องจากการเร่งอนุภาครอบเส้นโค้ง ด้านต้นน้ำของท่อได้รับแรงกระแทกที่มีความหนาแน่นสูงสุด เนื่องจากอนุภาคยังไม่ถูกเบี่ยงเบนจากการชนครั้งก่อน
อัตราการกัดเซาะเชิงปริมาณที่ตำแหน่งโค้งงอต่างๆ
การวัดภาคสนามและการทดสอบในห้องปฏิบัติการ (ความเร็วก๊าซ 20 ม./วินาที, เถ้าลอย 50 มก./ลบ.ม., ขนาดอนุภาคเฉลี่ย 20 µm) ได้กำหนดอัตราการกัดเซาะสำหรับไทเทเนียมเกรด 2 ดังต่อไปนี้:
ส่วนท่อตรง การไหลสม่ำเสมอ: อัตราการกัดเซาะ 0.05–0.10 มม. ต่อปี การกำจัดวัสดุค่อนข้างสม่ำเสมอทั่วทั้งเส้นรอบวง อายุการใช้งาน 10-15 ปี ผนังหนา 1.5 มม.
รัศมีวงนอกโค้งงอ 90 องศา ฝั่งต้นน้ำ: อัตราการกัดเซาะ 0.6–1.2 มม. ต่อปี การสูญเสียผนังสูงสุดเกิดขึ้น ณ จุดที่วิถีโคจรของอนุภาคสัมผัสกับท่อเป็นอันดับแรก การทำให้ผอมบางเฉพาะจุดสามารถเจาะผนังขนาด 1.5 มม. ได้ภายใน 1-2 ปี
รัศมีวงนอกโค้งงอ ด้านท้ายน้ำ (หลังกระแทก): อัตราการกัดเซาะ 0.2–0.4 มม. ต่อปี อนุภาคสูญเสียพลังงานจลน์หลังจากการชนครั้งแรก การกัดเซาะทุติยภูมิยังคงมีนัยสำคัญ
รัศมีภายในโค้งงอ (อินทราโดส): อัตราการกัดเซาะ 0.02–0.05 มม. ต่อปี ความหนาแน่นของการกระแทกของอนุภาคลดลง โดยทั่วไปมีการป้องกันโดยชั้นขอบเขตก๊าซ
การโค้งงอหลายครั้งต่อเนื่องกัน (เช่น เครื่องทำความร้อนแบบคดเคี้ยว): อัตราการกัดเซาะเพิ่มขึ้น 20–50% ในแต่ละโค้งที่ตามมา เนื่องจากอนุภาคจะมีมุมและรุนแรงมากขึ้นหลังจากการกระแทกครั้งแรก
คู่มือการเลือกการบรรเทาและการออกแบบการกัดเซาะ
ตารางต่อไปนี้แสดงกรอบการตัดสินใจในการจัดการการกัดกร่อนของเถ้าลอยที่ส่วนโค้งของท่อไทเทเนียมโดยพิจารณาจากการโหลดอนุภาคและความเร็วของก๊าซ:
| สภาพเครื่องทำความร้อน FGD | การป้องกันการกัดเซาะที่แนะนำ | อัตราการกัดเซาะที่คาดหวังที่โค้งงอ | คำแนะนำความหนาของผนัง |
|---|---|---|---|
| ปริมาณเถ้าต่ำ (<20 mg/m³), low velocity (<15 m/s) | มาตรฐานเกรด 2 ไม่มีการป้องกัน | 0.2–0.4 มม./ปี | 1.5 มม |
| เถ้าปานกลาง (20–50 มก./ลบ.ม.) ความเร็ว 15–20 ม./วินาที | รัศมีการโค้งงอขนาดใหญ่ (มากกว่าหรือเท่ากับ 3D), ไทเทเนียมเกรด 7 | 0.3–0.5 มม./ปี | 2.0 มม |
| เถ้าสูง (50–100 มก./ลบ.ม.) ความเร็ว 20–25 ม./วินาที | การซ้อนทับทังสเตนคาร์ไบด์ (0.5 มม.) บนพื้นผิวโค้งต้นน้ำ | <0.05 mm/year (coated) | 1.5 มม. พร้อมการเคลือบ |
| Severe ash (>100 มก./ลบ.ม.), เถ้าลอยที่มีฤทธิ์กัดกร่อน (ซิลิกาสูง) | แผ่นกันสึกหรือปลอกถอดเปลี่ยนได้ที่ส่วนโค้ง | N/A (เปลี่ยนชิ้นส่วนสึกหรอแล้ว) | ท่อขนาด 1.2 มม. พร้อมแผ่นกันสึก 2 มม |
| FGD ที่มีอยู่พร้อมการกัดเซาะส่วนโค้งที่ทราบ | ติดตั้งใบพัดหมุนบริเวณต้นทางโค้ง | ลดการกัดเซาะลง 60–80% | N/A |
วิศวกรรมที่เหนือกว่าความต้านทานการกัดกร่อน
เกรดโลหะผสมไทเทเนียมส่งผลต่อความต้านทานการกัดกร่อน เกรด 7 (แพลเลเดียม-เสถียร) มีความแข็งใกล้เคียงกัน (180–220 HV) และอัตราการกัดเซาะเป็นเกรด 2 เกรด 12 (โมลิบดีนัม-นิกเกิล) มีความแข็งกว่าเล็กน้อย (200–240 HV) และลดการกัดเซาะลง 15–20% การรักษาพื้นผิวสามารถเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนได้ โดยการทำไนไตรดิ้งจะสร้างชั้นผิว TiN (500–800 HV) ซึ่งลดการกัดเซาะได้ 70–80% แต่จะเพิ่มต้นทุน ควรเพิ่มความหนาของผนังท่อที่ส่วนโค้งเกินข้อกำหนดส่วนตรง การออกแบบทั่วไปใช้ผนัง 1.5 มม. สำหรับส่วนตรง และผนัง 2.5 มม. สำหรับรัศมีด้านนอกโค้งงอ รูปทรงโค้งงอเป็นสิ่งสำคัญ: การโค้งงอในรัศมี-ยาว (R=5D) มีการกัดเซาะต่ำกว่ารัศมีการโค้งงอมาตรฐาน- (R=1.5D) ถึง 50% รูปแบบการไหลของก๊าซสามารถแก้ไขได้ด้วยการหมุนใบพัดไปทางต้นน้ำของส่วนโค้งเพื่อเปลี่ยนทิศทางของอนุภาคออกไปจากรัศมีภายนอก
จัดทำข้อกำหนดเฉพาะ
เมื่อระบุท่อรีฮีตเตอร์ไทเทเนียมสำหรับบริการ FGD ที่มีเถ้าลอย ให้ระบุส่วนโค้งทั้งหมดในเส้นทางก๊าซ สำหรับการโค้งงอแต่ละครั้ง ให้ระบุความหนาของผนังที่เพิ่มขึ้น (2.0–2.5 มม.) ที่รัศมีด้านนอก ไม่ว่าจะโดยการใช้ท่อโค้งงอไร้ตะเข็บที่มีผนังหนาขึ้น หรือโดยการใช้การซ้อนทับรอยเชื่อมของไทเทเนียมหรือทังสเตนคาร์ไบด์ที่ด้านต้นทาง ขอการสร้างแบบจำลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD) ของวิถีโคจรของอนุภาคผ่านเครื่องทำความร้อนซ้ำเพื่อระบุโซนที่มีการกัดเซาะสูง- ในระหว่างการปฏิบัติงาน ให้ทำการทดสอบความหนาของอัลตราโซนิกเป็นประจำทุกปีที่รัศมีด้านนอกโค้งงอ กำหนดเกณฑ์ความหนาของผนังที่สำคัญ (เช่น เหลือ 0.8 มม.) ที่ควรเปลี่ยนหรือซ่อมแซมท่อ สำหรับการติดตั้งใหม่ ให้ระบุรัศมีการโค้งงอขั้นต่ำ 3D (เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อสามเท่า) หากพื้นที่จำกัดจำเป็นต้องโค้งงออย่างแน่นหนา (R=1.5D) จำเป็นต้องเคลือบทังสเตนคาร์ไบด์หรือปลอกสวมแบบถอดเปลี่ยนได้ ด้วยการคำนึงถึงการกัดเซาะเป็นพิเศษที่ส่วนโค้งเป็นการพิจารณาการออกแบบที่แตกต่าง วิศวกรจึงขยายอายุการใช้งานของเครื่องทำความร้อนไทเทเนียม FGD จาก 1–2 ปีเป็น 10–15 ปีในกระแสก๊าซไอเสีย-เถ้า-ที่ภาระหนัก
