酸洗液 (8% HNO₃ + 2% HF) を 55 度で再加熱するために使用されるチタン管バンドルの場合、局部浸食率を 3 倍にする臨界溶接補強の高さはどれくらいですか?

チタンは、8% 硝酸と 2% フッ化水素酸を含む 55 度の酸洗い液中で年間約 0.1-0.3 mm という顕著な均一腐食速度を示します。しかし、溶接補強、つまり管表面を越えて突き出る溶接金属の量により、幾何学的不連続性が生じ、局所的なエロージョンコロージョンが大幅に加速されます。溶接突起が障害物となって流れを乱し、下流側で乱流を引き起こします。酒の粒子（スケールまたはスラッジから）が溶接補強材の下流端に衝突します。溶接補強の高さが臨界値よりも大きい場合、局所的な浸食速度は、滑らかな研磨溶接部と比較して 3 倍増加します。酸洗い液の平均流速が 1 ～ 2 m/s の場合、この臨界高さは 0.3 mm です。

溶接補強部の侵食速度が速くなる基本メカニズム{0}}

突出した溶接部を超える流れにより、補強材の下流に分離気泡が発生します。流れはこの気泡内でバルク速度の 2-5 倍で再循環します。研磨粒子-フッ化鉄の沈殿物、不溶性スケール、または浮遊固体-は再循環ゾーンに取り込まれ、チタン表面に繰り返し衝突します。不動態コーティングは機械的に除去され、露出したチタンは HF- を含む酸に非常に早く溶解します。浸食速度は、べき乗則によって局所的な流速に関係し、速度の 3 乗にほぼ比例します。 0.3 mm の溶接補強により、局所速度 2 ～ 3 m/s の再循環ゾーンが形成されます。 0.6 mm の補強により、局所速度は 4 ～ 6 m/s となり、浸食速度は 8 ～ 27 倍に増加します。 0.3 mm という重要なしきい値は、再循環ゾーンが完全に発達し、自立する高さです。

さまざまな溶接補強高さでの定量的な浸食速度。

溶接部の下流端におけるエロージョン-腐食速度は、8% HNO{sub 3} + 2% HF、1% 浮遊固体 (50{μ}m のフッ化鉄粒子、流速 1.5 m/秒) を含む 55 ℃での 500 時間の制御ループ試験から決定されました。溶接部が管表面と面一に研磨される場合（突出量 0 mm）、エロージョン-腐食速度は年間 0.12 ～ 0.20 mm であり、これは母材の均一な腐食速度と実質的に同じです。この速度は、0.1 mm の補強で 0.15 ～ 0.28 mm/年に増加しますが、これは 1.3- 倍の加速で無視できます。速度は0.2mmで年間0.25～0.45mmで、ベースラインの約2倍です。臨界閾値 0.3 mm では、速度は 0.40 ～ 0.70 mm/年に上昇し、3 倍から 4 倍に増加します。この速度は、0.5 mm の閾値で 1 年あたり 0.80 ～ 1.50 mm に増加し、8 倍に増加します。 1.0 mm の補強材でのエロージョンコロージョン速度は 2.0 ～ 4.0 mm/年です。溝や穴は数週間以内に急速に形成されます。

臨界鉄筋高さ: 流速と固体荷重の影響

補強材の臨界高さは、流速と固体負荷に大きく依存します。固形分 0.5% で流速が 0.5 m/s と低い場合、粒子の運動エネルギーが低いため、破壊的再循環を発生させるにはより大きな障害物が必要となるため、閾値高さは 0.5 mm に増加します. 0.4 固形分 1.0% で 1.0 m/s での臨界高さ . 0.4 mm。標準環境 (1.5 m/s、固形分 1.0%) での臨界高さは 0.3 mm です。 2.0 m/s および 2.0% 固形分では、しきい値の高さは 0.2 mm に減少します。固形分が 2.0% の場合、臨界高さは 2.5 m/s でわずか 0.15 mm です。固体負荷が高くなると、粒子衝突の頻度が増加するため、所定の流速に対する臨界補強高さが減少します。したがって、高流量または高固形物サービスでの酸洗液ヒーターには、溶接補強のより厳格な規制が必要です。-

ピックル酒ヒーター 溶接補強仕様

次の表は、8% HNO3 + 2% HF、55 度におけるグレード 2 チタン管束の提案された最大許容溶接補強高さを、流速、固形物負荷、および予定の耐用年数の関数として示しています。

流速 (m/s) 固形物負荷 (wt%) 望ましい耐用年数 (年)許容溶接補強量 (mm) 予想される局部浸食速度 (mm/年)
<1.0 <0.5 5 0.4 0.15–0.30
1.0–1.5 0.5–1.0 5 0.3 0.20–0.40
1.0–1.5 0.5–1.0 3 0.4 0.30–0.55 1.5–2.0 1.0–2.0 3 0.2 0.25–0.50
1.5-2.0 1.0-2.0 2 0.3 0.35-0.65 >2.0 >2.0 1 0.1 (研磨面一) 0.40-0.80
エンジニアリング上の溶接補強の制御

溶接補強の輪郭は、その高さと同様に重要です。半径が 5 mm を超える滑らかな輪郭の補強材は、鋭くて急な補強材よりも乱流の発生が少なくなります。溶接止端のアンダーカット-溶接アンダーカット-は、鉄筋の高さに関係なく、アンダーカットで局所的な浸食を引き起こすため、鉄筋よりもさらに有害です。溶接後、研削により溶接部から管表面まで 1:5 以下の勾配で滑らかに移行できるようにする必要があります。浸食速度は主に粒子の衝突によって影響を受けます。チタンのグレードは侵食速度にほとんど影響しません。グレード 2 とグレード 7 は、粒子の衝撃下で同様の挙動を示します。チューブの壁の厚さが 1.2 mm から 2.0 mm に増加すると、侵食許容量が増加しますが、侵食速度は低下しません。振動を防ぐためにチューブを適切にサポートすると、溶接補強材にかかる機械的ストレスも軽減されます。

十分な情報に基づいた仕様の作成-

8% HNO₃ + 2% HF 酸洗い液で 55 度に加熱したチタン管束の場合、すべての長手方向および円周方向の溶接部を管表面の 0.1 mm 以内まで面一に研磨する必要があります。溶接補強の高さは、ダイヤル ゲージまたは溶接プロファイル コンパレータを使用して測定して、最大 0.2 mm に制限します。少なくとも 3 mm の半径で目に見えるアンダーカットのない溶接遷移を指定します。流速が 1.5 m/秒を超える場合、または固形分添加量が 1% を超える場合は、表面粗さをさらに最小限に抑えるために研削後に電解研磨を依頼してください。溶接補強が 0.3 mm を超えるか、受入検査時に目に見えるアンダーカットのあるチューブは不合格です。 稼働中に 6 か月ごとに、超音波厚さマッピングによって溶接領域を検査します。局所的な減肉が年間 0.2 mm に達した場合は、溶接を再研磨するかチューブを交換してください。エンジニアは溶接補強の高さを臨界レベルの 0.3 mm 以下に維持し、HF- を含む酸洗い液のサービスで早期破損につながる可能性がある浸食速度の 3 倍を回避しています。