Titaani legendaarne korrosioonikindlus on merevees vaid pool lugu; teine pool on hõljuva liiva lakkamatu-liivapritsimine ja suure-kiirusega vee jõud toru sisselaskeava juures, mis võib õhukese titaanoksiidi erodeerida kiiremini kui uuesti kasvada. Merevee soojusvahetites ei määra toru eluiga mitte ainult keemia, vaid ka hüdrodünaamika, turbulents ja vedelikuvooga kantud abrasiivne energia.
Inseneri väljakutse raamestitaantoru seina paksus erosioon korrosioon merevesi, valitakse õige torusein, tasakaalustades rõhu piiramise nõuded pikaajalise -erosioonikindlusega.
Miks titaan merevees nii hästi toimib?
Titaan moodustab hapnikurikka mereveega kokkupuutel äärmiselt stabiilse ja iseparaneva{0}}oksiidkile. See passiivne kiht tagab märkimisväärse vastupidavuse:
Kloriidi korrosioon
Pitting
Prao rünnak
Biomäärdumisega{0}}seotud lagunemine
Puhta merevee teenindamisel saavutavad titaantorud tavapäraselt aastakümnete pikkuse kasutuse ja vähese üldise korrosiooniga.
Piirang on mehaaniline kulumine
Kuigi oksiidkile on keemiliselt vastupidav, jääb see füüsiliselt õhukeseks. Hõljuvad liivaosakesed ja suure -kiirusega turbulentsus võivad kaitsepinda mehaaniliselt kulutada kiiremini, kui see rasketes voolutingimustes uueneb.
Seda protsessi nimetatakse erosiooniks{0}}korrosiooniks.
Probleem muutub kõige tõsisemaks:
Toru sisselaskeavad
Suure{0}}turbulentsusega piirkonnad
Voolu kokkupõrke tsoonid
Küünarnukkidest või piirangutest allavoolu jäävad alad
Mereveesüsteemid, mis kannavad heljumit
Sel põhjusel peab soojusvaheti toru seina paksus arvestama nii konstruktsiooni kui{0}}kulumisega seotud nõudeid.
Survepaksus on esikohal
Toruseina valimise lähtepunktiks on surveanuma projekteerimiskoodides nõutav minimaalne paksus.
ASME ja TEMA nõuded
Rõhul{0}}põhine minimaalne seinapaksus määratakse tavaliselt järgmiselt:
ASME VIII jagu
TEMA standardid
Kohaldatavad kliendi spetsifikatsioonid
Projekteeritud rõhu ja temperatuuri tingimused
Arvutus tagab, et toru peab ohutult vastu:
Sisemine rõhk
Väline surve
Mehaaniline laadimine
Termilised pinged
Vibratsioonijõud
See arvutatud väärtus määrab konstruktsiooni minimaalse paksuse enne erosioonivarude lisamist.
Erosioon-Mereveeteenuse korrosioonitoetus
Kui rõhunõue on kindlaks määratud, võidakse lisada seina paksust, et võtta arvesse voolavast mereveest tulenevat pikaajalist{0}}mehhaanilist kulumist.
Puhta merevee tingimused
Suhteliselt puhtas merevees mõõduka kiirusega alla umbes:
v<2 m/sv < 2\ \mathrm{m/s}v<2 m/s
titaanoksiidi kile jääb väga stabiilseks.
Nendel tingimustel:
Erosioonimäär on äärmiselt madal
Täiendav korrosioonivaru võib olla tühine
Sageli piisab toruseina standardsetest ajakavadest
Titaan toimib sellistes keskkondades erakordselt hästi, kuna passiivne kile parandab end pidevalt pärast väiksemaid pinnakatkestusi.
Liiv-Täidetud merevesi nõuab täiendavat paksust
Olukord muutub oluliselt, kui esinevad heljumid.
Liivaosakeste mõju
Liivaosakesed toimivad mikroskoopiliste abrasiivsete mürskudena, mis löövad suurel kiirusel toru seina. Korduvad löögid kulutavad järk-järgult oksiidkilet ja eemaldavad selle alt väikese koguse mitteväärismetalli.
See erosioon on kõige agressiivsem seal, kus vool siseneb kõigepealt torusse, kuna turbulentsi intensiivsus ja osakeste kiirus on suurimad sisselaskepiirkonnas.
Nendes teenustes lisatakse tavaliselt rõhu miinimumist kõrgemale seinavaru.
Tüüpiline lisatoetus
Kaasavõetud liiva või tahkeid osakesi sisaldava merevee puhul lisatakse seinapaksus ligikaudu:
0,2 mm Väiksem või võrdne Δt Väiksem või võrdne 0,3 mm0,2\\ \\mathrm{mm} \\leq \\Delta t \\leq 0,3\\ \\mathrm{mm}0,2 mm Väiksem või võrdne Δt Väiksem või võrdne 0,3 mm
on sageli täpsustatud.
See lisamaterjal kompenseerib järk-järgulist mehaanilist kulumist soojusvaheti kasutusea jooksul.
Toru kannab veidi paksemat soomust seal, kus liivatorm kõige agressiivsemalt tabab.
Tüüpiline minimaalne toruseina valik
Paljude mereveevaheti rakenduste puhul algavad praktilised minimaalsed seinapaksused umbes:
t suurem või võrdne 0,7 mmt \\geq 0,7\\ \\mathrm{mm}t 0,7 mm või suurem
sõltuvalt:
Toru läbimõõt
Disaini surve
Voolu kiirus
Liiva kontsentratsioon
Eeldatav kasutusiga
Hooldusfilosoofia
See paksus tagab sageli vastuvõetava tasakaalu:
Konstruktsioonide usaldusväärsus
Soojusülekande efektiivsus
Valmistatavus
Erosioonikindlus
Õhemad seinad parandavad veidi soojuslikkust, kuid vähendavad erosiooni- ja käsitsemiskahjustuste taluvust.
Toru sisselaskepiirkonna kaitsmine
Toru sissepääs on tavaliselt soojusvaheti kõige haavatavam koht.
Miks on sisselaskeava erosioon tõsine
Kui merevesi siseneb torukimpu, tõuseb turbulentsi intensiivsus järsult. Liivaosakesed löövad vastu seina muutuva nurga all, samas kui lokaalne voolukiirendus suurendab löögienergiat.
See tekitab kontsentreeritud kulumise toru pikkuse esimeste sentimeetrite lähedal.
Kahekordsed-jämedad toruotsad
Vastupidavuse parandamiseks on mõne soojusvaheti konstruktsiooniga ette nähtud:
Topelt{0}}paksud toruotsad
Tugevdatud sisselaskeosad
Lühikesed keevitatud sisselaskevarrukad
Raskemad-seina sisetükid
Mõnes konfiguratsioonis keevitatakse sisselaskeava otsa lühike osa paksemast titaantorust, et absorbeerida erosioonikahjustusi, säilitades samal ajal õhema toru kogu ülejäänud soojusvaheti osas.
See strateegia vähendab materjali kogukulusid, tugevdades samas kõrgeimat{0}}riskipiirkonda.
Kiiruse juhised ja tööstuse soovitused
Voolukiirus mängib erosiooni{0}}korrosiooni käitumises keskset rolli.
Soovitatavad kiiruspiirangud
Sellised organisatsioonid nagu Nikliinstituut ja mitmesugused mereveeinseneri juhised avaldavad soovituslikke kiirusvahemikke, mis põhinevad:
Liiva kontsentratsioon
Osakeste suurus
Voolurežiim
Toru materjal
Süsteemi geomeetria
Tüüpilised juhised püüavad hoida kiirust madalamal tasemel, kus osakeste kokkupõrge muutub liiga agressiivseks.
Kuigi titaan talub suuremaid kiirusi kui paljud vase{0}}põhised sulamid, võib liigne turbulents koos liivakoormusega siiski pika tööperioodi jooksul kulumist kiirendada.
Termilise jõudluse ja vastupidavuse tasakaalustamine
Toru seina paksuse suurendamine vähendab veidi soojusülekande jõudlust, kuna soojustakistus suureneb koos seina paksusega.
Siiski on juhtivuse trahv üldiselt tagasihoidlik võrreldes toru enneaegse rikke operatsiooniriskiga.
Tehnikavahetus-väljas
Seetõttu on toruseina valikul tasakaal:
| Disaini eesmärk | Mõju paksusele |
|---|---|
| Soojusülekande efektiivsus | Eelistab õhemaid seinu |
| Erosioonikindlus | Eelistab paksemaid seinu |
| Struktuuri terviklikkus | Eelistab paksemaid seinu |
| Kulude vähendamine | Eelistab optimeeritud paksust |
| Pikk kasutusiga | Soosib erosioonitoetust |
Enamikus mereveesüsteemides kaalub{0}}pikaajaline töökindlus üles veidi paksema torustikuga seotud väikese termilise kahju.
Järeldus
Titaanist soojusvaheti toru seina paksust ei määrata ainult rõhuarvutustega. See on hoolikalt konstrueeritud muutuja, mis sisaldab ka erosiooni{1}}korrosiooni, mida põhjustavad voolav merevesi ja hõljuvad liivaosakesed.
Mõõduka kiirusega puhas merevesi võib vajada vähe või üldse mitte lisavarusid, kuid liiva-koormatud tingimused õigustavad sageli lisamist 0,2–0,3 mm rõhul- põhinevast minimaalsest seinapaksusest. Tugevdatud sisselaskeosad ja topelt{5}}paksud toruotsad pakuvad täiendavat kaitset seal, kus turbulents ja osakeste kokkupõrge on kõige tõsisem.
Kombineerides ASME ja TEMA konstruktsiooninõudeid praktiliste erosioonitoetustega, võivad titaanist soojusvahetitorud saavutada erakordselt pika tööea karmides merekeskkondades. Soojussüsteemide tehnikas võib üks millimeeter metallist kergesti tähendada kümnendikku täiendavat kasutusiga.
