Egy hidrometallurgiai autoklávban nikkel-laterit feldolgozására (magas klorid, 250 fok, 40 bar) miért jobb a varrat nélküli 7-es fokozatú, 3,0 mm-es falú titánhüvely az alacsonyabb hőátadás ellenére is, mint a 2,0 mm-es hegesztett?

Az alapvető csere{0}}a titán fűtőberendezés nagynyomású autoklávjaihoz
A nikkel-laterit hidrometallurgiai autoklávok 250 fokos és 40 °C-os nyomáson és magas kloridkoncentráció mellett (10 000-50 000 ppm) működnek. A titán fűtőberendezéseknek túl kell élniük a nagy korróziót és a mechanikai igénybevételt. Az általános szabványok közé tartozik a varrat nélküli 7-es fokozatú titán 3,0 mm-es fallal és a hegesztett Grade 2 vagy Grade 7 2,0 mm-es fallal. A vastagabb fal csökkenti a hőátbocsátást, de a varrat nélküli, 3,0 mm-es, 7-es fokozatú köpenynek jobb az élettartama, mint a hegesztett 2,0 mm-es köpenynek két okból: nincs hegesztéssel kapcsolatos korróziós helyek, és a 7. fokozatnak megfelelő korrózióállóság a magas hőmérsékletű kloridokban. Ez az elemzés megvitatja azokat az indokokat, amelyek miatt a látszólag túlzottan{21}}meghatározott vastag varrat nélküli csövet választották ehhez az extrém alkalmazáshoz.

Hatás a mechanikai integritásra: Hegesztési varrat meghibásodása és réskorrózió
Magas nyomású, magas kloridtartalmú autokláv körülmények között 250 fokos hőmérsékleten a titán csövek túlnyomórészt a hegesztési varratnál vagy a hőhatászónánál (HAZ) tönkremennek. A Welding 3 új sebezhetőséget ad hozzá. Először is, a maradó húzófeszültségek a hegesztési tartományban (150-250 MPa) magasabbak, mint a feszültségi korróziós repedés küszöbértéke klorid körülmények között. Másodszor, a HAZ-nak külön mikroszerkezete van (acicularis alfa{7}}elsődleges martenzit), amely hajlamosabb a hidrogén ridegségére. Harmadszor, a hegesztési varrat megerősítése repedést képez, ahol a kloridok összegyűlnek. A nikkel laterit autoklávokból származó helyszíni adatok azt mutatják, hogy a 2,0 mm falvastagságú, 2-es vagy 7-es fokozatú hegesztett csövek 12-24 hónap alatt meghibásodnak a hegesztéssel összefüggő repedés vagy lyukasztás miatt.

A varrat nélküli 7-es fokozatú csövek hosszirányú hegesztésektől és HAZ-tól mentesek. A fűtött hossza varratmentes, de a végsapkák hegeszthetők. A 7-es fokozat 0,12-0,25 százalék palládiumot tartalmaz, amely nemesíti a titánt, és a kritikus lyukasztási hőmérsékletet magas-kloridos oldatokban 80 fokról (2. fokozat) 200 fok fölé emeli. A 7. fokozat egyenletesen korrodál 0,05–0,10 mm/év, de 250 fokban, a 2. fokozat pedig 0,5–2,0 mm/év sebességgel. A 3,0 mm-es fal 30-60 éves korróziótűrést biztosít 0,05-0,10 mm/év mellett, ami jóval meghaladja az autokláv tervezett élettartamát.

Hőátadási veszteség: Hatás a hőhatékonyságra
A 3,0 mm-es fal vastagabb, és ezért nagyobb a vezető ellenállása: R_cond=t/k_Ti=0.003/17=1.76 × 10⁻⁴ m²·K/W vs. 1,18 × 10⁻⁴ egy 2,0 mm-es fal esetén. A különbség 0,58×10-4 m 2 K/W. Reprezentatív autokláv esetén: kényszerkeringetés (h ≈ 2000 W/m2·K) R konv=5 × 10–4 m2·K/W. Teljes ellenállás 3,0 mm esetén 6,76 x 10-4 . 2,0 mm esetén 6,18 x 10-4-9%-os növekedés. A 3,0 mm-es fal felületi hőmérséklete körülbelül 4 fokkal magasabb ugyanazon hőáram mellett. A kompromisszum csekély, és elfogadható, figyelembe véve a korrózióállóság és a megbízhatóság hatalmas növekedését.

A csere-összegzése: Varrat nélküli minőség 7 3.0 mm vs hegesztett 2,0 mm
Seamless Grade 7, 3,0 mm Parameter Grade 2, 2,0 mm műszaki ütés, hegesztett
Hegesztési varrat nincs (varrat nélküli) Hosszirányú varrat jelenléte A hegesztett cső meghibásodása a varratnál 12-24 hónapon belül
Grade Grade 7 (0,15% Pd) Grade 2 (nincs Pd) 10-20× klorid ellenállás a 7. fokozathoz
Korróziós sebesség (250 fok, magas Cl−) 0,05 – 0,10 mm/év 0,5 – 2,0 mm/év A 2. fokozat 10-40-szer gyorsabb
Korróziós megengedett élettartam (3,0/2,0 mm) 30 – 60 év 1 – 4 év A varrat nélküli 7. fokozatú tervezési élettartam túllépve
Relatív hőátadás 0,91× (9%-kal alacsonyabb) 1,00× (alapvonal) Ésszerű kompromisszum.
Elérhető élettartam > 5 év < 2 év Előnyben részesített varrat nélküli 7. fokozat
Mérnöki munka a falon túl: végzáró hegesztés és NDT
Még ha a cső varrat nélküli is, a végsapkákat és a karimákat rá kell hegeszteni. Ezek a varratok meghibásodási pontok lehetnek. A 3,0 mm-es falnál teljes áthatoló varratok készíthetők jó vasalással. A hegesztési varrat utó-hőkezelése (540 fok 1 órán keresztül) csökkenti a hegesztési zóna maradék feszültségét<50 MPa. All welds should be 100% radiographically (RT) or phased array ultrasound examined for porosity or lack of fusion. End cap welds last as long as the seamless tube with good welding processes.

Következtetés: Seamless Grade 7, 3,0 mm-es fal, előnyben részesített extrém autokláv szolgáltatáshoz
A nikkel-laterit hidrometallurgiai feldolgozásakor kloriddús autoklávban 250 fokos és 40 bar nyomáson a 7-es fokozatú, 3,0 mm-es falvastagságú varrat nélküli titáncső a csökkent hőátadás ellenére is jobban teljesít, mint a 2,0 mm-es hegesztett alternatíva, mivel kiküszöböli a kiváló paroswel-ion-ellenállást és a korllaion-ellenállást. A hegesztett csövek 12-24 hónap alatt meghibásodnak a hegesztési varrat korróziója vagy repedése miatt, de a varrat nélküli, 7-es fokozatú csövek 5+ év üzemidőt biztosítanak. A 9%-os hőátadási büntetés elfogadható a megbízhatóság és a hosszú élettartam tekintetében. Az ajánlott szabvány a varrat nélküli, 7-es fokozatú titáncsövek (ASTM B861), 3,0 mm falvastagsággal. Teljesen áthatoló varratok a végsapkákhoz, utólagos-hegesztési feszültségmentesítés és az összes varrat 100%-os NDT-je. Mondja el a gyártónak, hogy milyen kloridkoncentrációra számít, és milyen hőmérsékleten fog működni. A vastagabb varrat nélküli 7. fokozat nem haladja meg a nikkel-laterit autokláv{23}használatára vonatkozó előírásokat – ez a minimális vastagság a megbízható működéshez.