कोयले से चलने वाले बिजली संयंत्रों में ग्रिप गैस डीसल्फराइजेशन (एफजीडी) इकाइयां स्टैक में प्रवेश करने से पहले साफ की गई ग्रिप गैस का तापमान बढ़ाने के लिए रिहीटर्स का उपयोग करती हैं। अम्लीय, क्लोराइड युक्त वातावरण में इसके संक्षारण प्रतिरोध के कारण टाइटेनियम पसंदीदा सामग्री है। हालाँकि, FGD ग्रिप गैस में फ्लाई ऐश कण कोणीय, कठोर (मुख्य रूप से सिलिका और एल्यूमिना) होते हैं, जिनका आकार 1 से 100 µm तक होता है। ये कण गैस के साथ 15-25 मीटर/सेकेंड के वेग से चलते हैं। जब गैस धारा को टाइटेनियम ट्यूब में मोड़ का सामना करना पड़ता है, तो भारी कण गैस जितनी तेज़ी से दिशा नहीं बदल सकते हैं। वे मोड़ के बाहरी त्रिज्या पर ट्यूब की दीवार को प्रभावित करते हुए, अपने मूल प्रक्षेपवक्र के साथ आगे बढ़ते रहते हैं। यह कण प्रभाव क्षरण का कारण बनता है, अधिमानतः मोड़ के ऊपरी हिस्से से सामग्री को हटा देता है। समय के साथ, दीवार के पतले होने से ग्रिप गैस या कंडेनसेट में छिद्र और रिसाव होता है।

ट्यूब मोड़ पर फ्लाई ऐश कटाव का तंत्र

क्षरण तंत्र प्रभाव घिसाव और कटाव का एक संयोजन है। फ्लाई ऐश के कण टाइटेनियम की सतह से आम तौर पर सतह स्पर्शरेखा के सापेक्ष 20-50 डिग्री के कोण पर टकराते हैं। टाइटेनियम, कठोर होते हुए भी, सिलिका (लगभग 1,200 एचवी) की तुलना में अपेक्षाकृत कम कठोरता (ग्रेड 2 के लिए 180-220 एचवी) है। प्रत्येक कण का प्रभाव 20 मीटर/सेकेंड पर 20 माइक्रोमीटर कण के लिए 1-10 माइक्रोमीटर के क्रम पर टाइटेनियम की एक छोटी मात्रा को विस्थापित करता है। क्षरण दर एक शक्ति नियम का पालन करती है: क्षरण ∝ (वी)^एन × (डी)^एम × (कण एकाग्रता), जहां वी वेग है, डी कण व्यास है, एन टाइटेनियम के लिए लगभग 2.3 है, और एम लगभग 2.0 है। मोड़ पर, वक्र के चारों ओर कण त्वरण के कारण प्रभावी प्रभाव वेग थोक गैस वेग से अधिक होता है। ट्यूब के ऊपरी हिस्से में प्रभावों का घनत्व सबसे अधिक होता है क्योंकि कणों को अभी तक पिछली टक्करों से विक्षेपित नहीं किया गया है।

विभिन्न मोड़ स्थानों पर मात्रात्मक कटाव दरें

फ़ील्ड माप और प्रयोगशाला परीक्षण (20 m/s गैस वेग, 50 mg/m³ फ्लाई ऐश, 20 µm माध्य कण आकार) ने ग्रेड 2 टाइटेनियम के लिए निम्नलिखित क्षरण दरें स्थापित की हैं:

सीधा ट्यूब अनुभाग, समान प्रवाह: प्रति वर्ष 0.05–0.10 मिमी की कटाव दर। परिधि के चारों ओर सामग्री निष्कासन अपेक्षाकृत समान है। 1.5 मिमी दीवार मोटाई के साथ 10-15 साल के जीवन के लिए स्वीकार्य।

बाहरी त्रिज्या, 90 डिग्री कोहनी, ऊपर की ओर मोड़ें: प्रति वर्ष 0.6-1.2 मिमी की कटाव दर। दीवार का अधिकतम नुकसान उस बिंदु पर होता है जहां कण प्रक्षेपवक्र सबसे पहले ट्यूब से संपर्क करता है। स्थानीयकृत पतलापन 1-2 वर्षों के भीतर 1.5 मिमी की दीवार में छेद कर सकता है।

बाहरी त्रिज्या को मोड़ें, नीचे की ओर (प्रभाव के बाद): प्रति वर्ष 0.2-0.4 मिमी की कटाव दर। प्रारंभिक प्रभाव के बाद कणों ने गतिज ऊर्जा खो दी है। द्वितीयक क्षरण अभी भी महत्वपूर्ण है.

आंतरिक त्रिज्या मोड़ें (इंट्राडोस): प्रति वर्ष 0.02–0.05 मिमी की कटाव दर। कम कण प्रभाव घनत्व। आम तौर पर गैस सीमा परत द्वारा संरक्षित।

श्रृंखला में एकाधिक मोड़ (उदाहरण के लिए, सर्पेन्टाइन रीहीटर): प्रत्येक बाद के मोड़ पर कटाव की दर 20-50% बढ़ जाती है क्योंकि प्रारंभिक प्रभावों के बाद कण अधिक कोणीय और आक्रामक हो जाते हैं।

कटाव शमन और डिजाइन चयन गाइड

निम्नलिखित तालिका कण लोडिंग और गैस वेग के आधार पर टाइटेनियम ट्यूब मोड़ पर फ्लाई ऐश क्षरण के प्रबंधन के लिए एक निर्णय रूपरेखा प्रदान करती है:

कटाव प्रतिरोध से परे इंजीनियरिंग

टाइटेनियम मिश्र धातु ग्रेड क्षरण प्रतिरोध को प्रभावित करता है। ग्रेड 7 (पैलेडियम-स्थिर) में ग्रेड 2 के समान कठोरता (180-220 एचवी) और क्षरण दर होती है। ग्रेड 12 (मोलिब्डेनम-निकल) थोड़ा सख्त (200-240 एचवी) होता है और क्षरण को 15-20% तक कम कर देता है। सतह के उपचार से क्षरण प्रतिरोध में सुधार हो सकता है: नाइट्राइडिंग एक TiN सतह परत (500-800 HV) का उत्पादन करती है जो क्षरण को 70-80% तक कम कर देती है लेकिन लागत बढ़ा देती है। मोड़ पर ट्यूब की दीवार की मोटाई सीधे खंड की आवश्यकता से अधिक बढ़ाई जानी चाहिए। एक विशिष्ट डिज़ाइन में सीधे खंडों के लिए 1.5 मिमी की दीवार और बाहरी त्रिज्या को मोड़ने के लिए 2.5 मिमी की दीवार का उपयोग किया जाता है। मोड़ ज्यामिति महत्वपूर्ण है: लंबे {{22}त्रिज्या मोड़ (आर=5डी) मानक {{25}त्रिज्या मोड़ (आर=1.5डी) की तुलना में 50% कम क्षरण का अनुभव करते हैं। बाहरी त्रिज्या से दूर कणों को पुनर्निर्देशित करने के लिए गैस प्रवाह पैटर्न को मोड़ के ऊपर की ओर घुमाने के साथ संशोधित किया जा सकता है।

एक सूचित विशिष्टता बनाना

फ्लाई ऐश के साथ एफजीडी सेवा के लिए टाइटेनियम रीहीटर ट्यूब निर्दिष्ट करते समय, गैस पथ में सभी मोड़ों की पहचान करें। प्रत्येक मोड़ के लिए, बाहरी त्रिज्या पर एक बढ़ी हुई दीवार की मोटाई (2.0-2.5 मिमी) निर्दिष्ट करें, या तो मोटी दीवार के साथ एक सीमलेस बेंट ट्यूब का उपयोग करके या अपस्ट्रीम साइड पर टाइटेनियम या टंगस्टन कार्बाइड का वेल्ड ओवरले लगाकर। उच्च कटाव क्षेत्रों की पहचान करने के लिए रिहीटर के माध्यम से कण प्रक्षेपवक्र के कम्प्यूटेशनल तरल गतिशीलता (सीएफडी) मॉडलिंग का अनुरोध करें। ऑपरेशन के दौरान, मोड़ की बाहरी त्रिज्या पर सालाना अल्ट्रासोनिक मोटाई परीक्षण करें। एक महत्वपूर्ण दीवार मोटाई सीमा स्थापित करें (उदाहरण के लिए, 0.8 मिमी शेष) जिस पर ट्यूब को बदला या मरम्मत किया जाना चाहिए। नई स्थापनाओं के लिए, 3डी का न्यूनतम मोड़ त्रिज्या (ट्यूब बाहरी व्यास का तीन गुना) निर्दिष्ट करें। यदि जगह की कमी के कारण तंग मोड़ की आवश्यकता होती है (आर=1.5डी), तो टंगस्टन कार्बाइड कोटिंग या बदली जाने योग्य पहनने वाली आस्तीन की आवश्यकता होती है। एक विशिष्ट डिजाइन विचार के रूप में मोड़ों पर तरजीही क्षरण को संबोधित करके, इंजीनियर फ्लाई {{19}राख -युक्त ग्रिप गैस धाराओं में टाइटेनियम एफजीडी रीहीटर्स की सेवा जीवन को 1-2 साल से बढ़ाकर 10-15 साल तक कर देता है।