70 度の排煙脱硫スクラバーにおいて、20,000 ppm を超える塩化物濃度はピンホール防止のための最小チタン管壁をどのように決定しますか?

石炭火力発電所や産業用ボイラーには、環境設備の中でも最も腐食性の高い条件で動作する排煙脱硫（FGD）スクラバーが装備されています。{0}スクラバー流体は、亜硫酸カルシウム/硫酸カルシウム、フライアッシュ、およびスクラビングループが再循環されるにつれて濃縮される溶解塩化物の複雑な混合物です。チタン グレード 2 は、亜硫酸塩の攻撃に対する耐性があるため、FGD システムの再熱器チューブおよびスプレー ヘッダーの標準的な構造材料となっています。ただし、FGD スクラバーでは塩化物濃度が 20,000 ppm (2%) を超えることが多く、ゼロ-液体-排出システムでは 50,000-80,000 ppm に達する場合もあります。これらの塩化物濃度では、チタンは孔食や隙間腐食に敏感であり、壁貫通穴に対する唯一の保護は、厚さと冶金学的品質の両方でチューブ壁自体です。この記事では、FGD スクラバーのサービスにおける塩化物濃度、温度、隙間の関数として、ピンホールの穿孔を防止するために必要なチタン チューブの最小肉厚を示します。

高塩化物 FGD 酒における金属の孔食
高-Clおよび低-pHのFGD設定におけるチタンの孔食は、十分に文書化された-開始-伝播パターンに従います。不動態 TiO 2 膜の破壊は、膜格子内の酸素が塩化物イオンに置き換わる離散的な場所で発生します。ピットが開始されると、ピット内の酸性塩化物溶液 (pH は 1 ～ 2 に低下する可能性があります) は活発な溶解を続けますが、周囲の不動態表面は保護されます。ピットは半球状に拡大し、穿孔までの時間は、特定のピットの成長速度における壁厚の二乗にほぼ比例します。

塩化物溶液中のグレード 2 チタンの臨界孔食温度 (CPT) は、塩化物濃度が増加するにつれて低下します。 pH 4 (FGD スクラバーの典型) では、20,000 ppm Cl- により CPT が約 85 度になり、スクラバーの平均使用温度である 70 度を超え、安全マージンが得られます。 40,000 ppm Cl- では、CPT は 70 度に減少します。つまり、スクラバーはしきい値で正確に動作します。 60,000 ppm Cl- では CPT が 55 度に低下し、通常の使用温度では活発な孔食が発生する可能性があります。ピットの伝播速度は塩化物濃度の増加とともに対数的に増加します。20,000 ppm Cl- および 70 度では、伝播するピットは年間 0.2-0.3 mm 深くなります。 40,000 ppm Cl- では、その速度は年間 0.5 ～ 0.8 mm です。 60,000 ppm の Cl では、年間 1.0 ～ 1.5 mm の割合が記録されます。

肉厚: ピンホール防止アプローチ
FGD スクラバー ヒーターおよびチューブ束にピンホールの穴が開くことなく 5 年間の耐用年数を与えるために必要な最小壁厚は、予測されるピットの伝播速度とピット開始サイトの統計的分布によって決まります。保守的なピット成長モデル (ピット深さ =k*t^0.5、k は塩化物濃度の関数) が使用され、チューブの寿命は最も深いピットによって決まると想定されます。必要な壁の厚さは次のように計算されます。

20,000 ppm Cl- でのピット伝播定数 k は 0.28 mm/年 ^0.5 です。 5 年間の寿命の場合、最大ピット深さは=0.28 × √5=0.63 mm です。壁厚 1.2 mm のチューブの安全マージンは約 0.6 mm で、既存の問題のないクリーンなチューブには十分です。

40,000 ppm Cl- k=0.48 mm/年^0.5 5 年間の最大ピット深さ=0.48 * sqrt(5)=1.07 mm. 1.65 mm 壁チューブにはマージンがあり、1.2 mm チューブでは穴が開きます。

k= 0.70 mm/年、60,000 ppm Cl- で 0.5。 5年間の最大のくぼみの深さ= 0.7 × √5=1.57 mm。信頼性の高い 5 年間のサービスを実現するには、2.0 mm 肉厚チューブが必要です。. 1.65 mm では 3 ～ 4 年しか持続しません。

FGD スクラバー用チタン チューブ アプリケーション マトリックス
FGD システムのタイプ 一般的な塩化物濃度 推奨されるチタン グレード 最小肉厚 予想される耐用年数
石炭火力発電所、湿った石灰岩 (流出流規制)15,000 ～ 25,000 ppm グレード 2 1.2-1.5 mm 5 ～ 8 年
石炭火力発電所、高塩化物石炭 25,000 ～ 40,000 ppm グレード 2 またはグレード 7 1.65 mm 4 ～ 6 年
ゼロ-液体-放電 FGD (閉ループ) 40,000～60,000 ppm グレード 7 (Ti-0.15Pd) 2.0 mm 5～7 年
工業用ボイラー FGD (変動炭) 10,000-20,000 ppm グレード 2 .8-.12 mm 8-10 年
廃棄物-から-エネルギーへの FGD (廃棄物由来の高塩化物) 50,000～80,000 ppm グレード 12 またはグレード 7 2.5 mm 4～6 年
チューブの品質と隙間の問題
たとえ肉厚が厚くなっても、チューブ内に既存の隙間があるとピンホールの穿孔は防止されません。- FGD スクラバーのサービスでは、管-と-の管板の圧延接合部、ガスケットの下、石膏やフライアッシュの堆積物の下に隙間が存在します。隙間腐食は、ピットの発生と伝播の速度を 3 倍に増加させます-10.塩化物濃度が 20,000 ppm を超える場合は、チューブ-とチューブシートの溶接接合部（亀裂のないもの）が、ロール接続またはフランジ接続よりも優先されます。チューブの表面には、スケール、埋め込まれた鉄粒子（成形工具から）、および壁厚の 10 パーセントを超える深い表面傷がない必要があります。最高の耐孔食性は、電解研磨仕上げまたは酸洗い仕上げによって提供されます。

塩化物濃度が 20,000 ppm を超える 70 度で動作する FGD スクラバーの場合、中濃度システム (20,000-40,000 ppm) のグレード 2 では最小チタンチューブ壁厚 1.65 mm が必要で、40,000 ppm を超えるグレード 7 システムでは 2.0 mm まで増加します。エンジニアは、酸洗いまたは電解研磨された管表面、圧延された管ではなく溶接された管と管板の接合部を指定し、塩化物濃度を毎週監視して、孔食が発生する前に異常を検出する必要があります。{14}}塩化物レベルが 60,000 ppm を超える場合は、グレード 12 のチタンやジルコニウムなどの他の材料を考慮する必要があります。