בסורגים להסרת גזי פליטה ב-70 מעלות, כיצד ריכוז כלוריד מעל 20,000 ppm מכתיב את קיר צינור הטיטניום המינימלי למניעת חריר?

תחנות כוח-פחמיות ודוודים תעשייתיים מצוידים במקרצפות גז פליטה (FGD) הפועלות בכמה מהתנאים המאכלים ביותר של ציוד סביבתי. נוזל הקרצוף הוא תערובת מסובכת של סידן סולפיט/סולפט, אפר זבוב וכלורידים מומסים שמתרכזים כאשר לולאת הקרצוף עוברת מחזור. טיטניום דרגה 2 היה החומר הסטנדרטי לבנייה עבור צינורות מחממים וראשי ריסוס במערכות FGD בשל עמידותו בפני התקפת סולפיט. עם זאת, ריכוזי הכלוריד לרוב גבוהים מ-20,000 ppm (2%) בסורגים FGD ואף עשויים להגיע ל-50,000-80,000 ppm במערכות אפס-נוזל-. בריכוזי כלוריד אלו הטיטניום רגיש לקורוזיה ולקורוזיה של חריצים וההגנה היחידה מפני ניקוב דרך הקיר היא דופן הצינור עצמו, הן בעובי והן באיכות מתכתית. מאמר זה מציג את עובי דופן צינור הטיטניום המינימלי הנדרש כדי למנוע ניקוב חריר כפונקציה של ריכוז הכלוריד, הטמפרטורה והחריץ בשירות סקראב FGD.

פירוק של מתכות באלכוהול גבוה FGD
קורוזית החרחורים של טיטניום בהגדרות גבוהות-Cl ו--pH FGD עוקבות אחר דפוס התפשטות-מתועד היטב- פירוק הסרט TiO 2 הפסיבי מתרחש במקומות נפרדים שבהם יוני כלוריד מחליפים חמצן בסריג הסרט. ברגע שמתחילים בור, תמיסת הכלוריד החומצית בבור (ה-pH יכול לרדת ל-1-2) ממשיכה להתמוסס פעיל, בעוד המשטח הפסיבי שמסביב מוגן. הבור מתרחב בחצי כדור וזמן הניקוב הוא בערך פרופורציונלי לריבוע של עובי הדופן עבור קצב גידול מסוים של בור.

טמפרטורת הבור הקריטית (CPT) של טיטניום דרגה 2 בתמיסות כלוריד יורדת עם עלייה בריכוז הכלוריד. ב-pH של 4 (אופייני לסורגים FGD), 20,000 ppm Cl- נותן CPT של כ-85 מעלות, מעל לטמפרטורת העבודה הממוצעת של 70 מעלות ומספק מרווח בטיחות. ב-40,000 ppm Cl- ה-CPT יורד ל-70 מעלות, כלומר ה-scrubber עובד בדיוק בסף. ה-CPT יורד ל-55 מעלות ב-60,000 ppm Cl- ופיתול פעיל יכול להתרחש בטמפרטורות שירות רגילות. שיעורי התפשטות הבור עולים לוגריתמית עם ריכוז הכלוריד הגובר: ב-20,000 ppm Cl- ו-70 מעלות בור התפשטות מעמיק ב-0.2-0.3 מ"מ בשנה; ב-40,000 ppm Cl- הקצב הוא 0.5-0.8 מ"מ בשנה; ב-60,000 ppm Cl- נרשמים שיעורים של 1.0-1.5 מ"מ בשנה.

עובי קיר: גישה למניעת חורים
עובי הדופן המינימלי הדרוש כדי לתת 5 שנות חיי שירות ללא ניקוב חריר של מחממי קרצוף FGD וחבילות צינורות תלוי בקצב התפשטות הבור החזוי ובהתפלגות הסטטיסטית של אתרי תחילת הבור. נעשה שימוש במודל שמרני של צמיחת בור (עומק בור=k*t^0.5 כאשר k הוא פונקציה של ריכוז הכלוריד) ומניחים שחיי הצינור נקבעים על ידי הבור העמוק ביותר. עובי הדופן הדרוש מחושב כך:

קבוע התפשטות הבור k ב-20,000 ppm Cl- הוא 0.28 מ"מ/שנה^0.5. למשך 5 שנות חיים, עומק הבור המרבי=0.28 × √5=0.63 מ"מ. מרווח הבטיחות עבור צינור הקיר 1.2 מ"מ הוא כ-0.6 מ"מ, וזה מספיק עבור צינורות נקיים ללא בעיות קיימות.

40,000 ppm Cl- k=0.48 מ"מ/שנה^0.5 עומק בור מקסימלי בעוד 5 שנים=0.48 * sqrt(5)=1.07 מ"מ. 1.65 מ"מ צינור קיר מספק שוליים, צינור של 1.2 מ"מ יחורר.

k=0.70 מ"מ/שנה 0.5 ב-60,000 ppm Cl-. עומק מקסימלי של בור בעוד 5 שנים=0.7 × √5=1.57 מ"מ. צינור קיר בגודל 2.0 מ"מ נחוץ לשירות אמין של 5 שנים. 1.65 מ"מ יעניק רק 3-4 שנים.

צינורות טיטניום עבור מטריצת יישום Scrubber FGD
סוג מערכת FGD ריכוז כלוריד טיפוסי דרגת טיטניום מומלצת עובי קיר מינימלי חיי שירות צפויים
תחנת כוח פחמית, אבן גיר רטובה (מוסדר זרימת דם)15,000-25,000 ppm כיתה 2 1.2-1.5 מ"מ 5-8 שנים
תחנת כוח פחמית, פחם עתיר כלוריד 25,000-40,000 ppm דרגה 2 או דרגה 7 1.65 מ"מ 4-6 שנים
אפס-נוזל-פריקה FGD (לולאה סגורה) 40,000-60,000 ppm דרגה 7 (Ti-0.15Pd) 2.0 מ"מ 5-7 שנים
דוד תעשייתי FGD (פחם משתנה) 10,000-20,000 ppm כיתה 2 .8-.12 מ"מ 8-10 שנים
פסולת-ל-אנרגיה FGD (כלוריד גבוה מפסולת) 50,000-80,000 ppm דרגה 12 או דרגה 7 2.5 מ"מ 4-6 שנים
איכות צינור ובעיות חריצים
חריצים קיימים-קודמים בצינור אינם מונעים ניקוב חריר, גם אם עובי הדופן גדל. בשירותי קרצוף FGD, חריצים נמצאים בחיבורים מגולגלים בין צינורות-ל-צינורות, מתחת לאטמים ומתחת למשקעים של גבס או אפר. קורוזיה של חריצים מגבירה את קצב התחלת הבור וההתפשטות בפקטור של 3-10. חיבורי צינור מרותך-ל-צינור (ללא סדקים) עדיפים על חיבורים מגולגלים או מאוגנים בכל ריכוז כלוריד מעל 20,000 ppm. משטחי הצינור צריכים להיות נטולי אבנית, חלקיקי ברזל מוטבעים (מכלי יצירה), ושריטות פני השטח עמוקים מ-10 אחוזים מעובי הדופן. ההתנגדות הטובה ביותר לבור מוצעת על ידי גימורים מלוטשים או כבושים.

עבור מקרצפים FGD העובדים ב-70 מעלות עם ריכוזי כלוריד מעל 20,000 ppm, נדרש עובי דופן מינימלי של צינור טיטניום של 1.65 מ"מ לדרגה 2 במערכות מרוכזות בינוניות (20,000-40,000 ppm), העולה ל-2.0 מ"מ ל-0,0 ppm. על המהנדסים לציין משטחי צינור כבושים או מלוטשים, מרותך ולא מגולגל של חיבורי צינור-ל-שפופרת ולפקח על ריכוז הכלוריד מדי שבוע כדי לזהות הפרעות לפני מתרחשת ניקוב בורות. עבור רמות כלוריד מעל 60,000 ppm, יש לשקול חומרים אחרים כגון טיטניום דרגה 12 או זירקוניום.