Kuidas valida titaanist soojusvaheti toru jaoks õige seina paksus, võttes aluseks erosiooni{0}}korrosiooni voolavas merevees?

Hõljuva liiva lakkamatu liivapritsiga töötlemine ja suure -kiirusega vee jõud toru sisselaskeava juures võivad õhukese titaanoksiidi kiiremini eemaldada kui uuesti kasvada, muutes titaani muinasjutulise vastupidavuse merevees korrosioonile vaid pooleks. Lisaks keemiale mõjutavad merevee soojusvahetites toru eluiga hüdrodünaamika, turbulents ja vedelikuvoo poolt edastatav abrasiivne energia.

Titaantoru seina paksuse erosiooni ja ilmastikumõjuga merevee tehnilise probleemi puhul valitakse õige torusein, tasakaalustades rõhu piiramise vajadused pikaajalise -erosioonikindlusega.

Miks titaan merevees nii hästi toimib?
Kui titaan puutub kokku hapnikurikka soolase veega, loob see uskumatult stabiilse ja iseparaneva-oksiidkatte. See passiivne kiht annab suurepärase vastupidavuse:

Kloriidi korrosioon

Pitting

Prao rünnak

Biomäärdumisega{0}}seotud riknemine

Puhta merevee teenindamisel töötavad titaantorud sageli aastakümneid ilma üldise korrosioonita.

Piirang on mehaaniline kulumine
Kuigi oksiidkile on keemiliselt tugev, jääb see füüsiliselt õhukeseks. Hõljuvad liivaosakesed ja suure -kiirusega turbulents võivad kaitsepinda mehaaniliselt kahjustada kiiremini, kui see rasketes voolutingimustes uueneb.

Erosioon{0}}korrosioon on selle protsessi mõiste.

Probleem süveneb järgmistel juhtudel:

Torude sisselaskeavad

Suure turbulentsiga alad

Voolu kokkupõrke tsoonid

Küünarnukkidest või piirangutest allavoolu jäävad alad

Mereveesüsteemid, mis sisaldavad hõljuvaid setteid

Sel põhjusel peab soojusvaheti toru seina paksus arvestama nii konstruktsiooni kui ka kulumisega{0}}seotud kriteeriume.

Esiteks, rõhu paksus
Toruseina valimise lähtepunktiks on surveanuma projekteerimise eeskirjades nõutav minimaalne paksus.

ASME ja TEMA nõuded
Tavaliselt arvutatakse rõhul{0}}põhine minimaalne seinapaksus järgmiselt:

ASME VIII jagu

TEMA standardid

Kohaldatavad kliendi spetsifikatsioonid

Projekteeritud rõhu ja temperatuuri tingimused

Arvutus tagab, et toru talub:

Sisemine jõud

Rõhk väljastpoolt

Laadimine mehaaniliste vahenditega

Termilised pinged

Vibratsioonijõud

Konstruktsiooni minimaalne paksus määratakse selle arvutatud väärtusega enne mis tahes erosioonivaru lisamist.

Erosiooni ja korrosiooni hüvitis mereveeteenustes
Kui rõhunõue on teada, võib seinale lisada täiendavat paksust, et arvestada voolava merevee pikaajalise mehaanilise kulumisega-.

Puhta merevee tingimused
Suhteliselt puhtas soolases vees mõõduka kiirusega alla umbes:

v<2 m/sv < 2\ \mathrm{m/s}v<2 m/s

Titaanoksiidi kile on endiselt väga stabiilne.

Nendel asjaoludel:

Erosiooni on väga vähe.

Täiendav korrosioonivaru võib olla tühine

Tavaliselt piisab toruseina standardsetest ajakavadest

Kuna titaani passiivne kate parandab end pidevalt pärast kerget pinnakatkestust, toimib titaan nendes tingimustes märkimisväärselt hästi.

Liiv-Täidetud merevesi nõuab täiendavat paksust
Heljumi olemasolu muudab stsenaariumi drastiliselt.

Liivaosakeste mõju
Liivaosakesed käituvad mikroskoopiliste abrasiivsete mürskudena, mis löövad suurel kiirusel toru seina. Korduvad löögid kulutavad järk-järgult oksiidkilet ja eemaldavad selle alt väikese koguse mitteväärismetalli.

See erosioon on agressiivsem seal, kus vool siseneb kõigepealt torusse, kuna turbulentsi intensiivsus ja osakeste kiirus on suurimad sisselaskepiirkonnas.

Rõhu miinimumist kõrgemale lisatakse nendes teenustes sageli täiendav seinatolerants.

Keskmine lisatoetus
Täiendav seinapaksus ligikaudu järgmine merevee puhul, mis sisaldab kaasahaaratud liiva või osakesi:

0,2 mm Väiksem või võrdne Δt Väiksem või võrdne 0,3 mm0,2\\ \\mathrm{mm} \\leq \\Delta t \\leq 0,3\\ \\mathrm{mm}0,2 mm Väiksem või võrdne Δt Väiksem või võrdne 0,3 mm

on tavaliselt täpsustatud.

Vaheti kasutusea jooksul korvab see lisamaterjal järkjärgulise mehaanilise riknemise.

Seal, kus liivatorm kõige jõulisemalt lööb, on torul veidi paksem soomuskate.

Minimaalsete toruseinte tüüpiline valik
Praktilised minimaalsed seinapaksused erinevate mereveevaheti rakenduste jaoks algavad:

t suurem või võrdne 0,7 mmt \\geq 0,7\\ \\mathrm{mm}t 0,7 mm või suurem

põhineb:

Toru läbimõõt

Disaini surve

voolu kiirus

liiva kontsentratsioon

Eeldatav eluiga

Hoolduse filosoofia

See paksus annab sageli hea kompromissi järgmiste vahel:

Konstruktsioonide usaldusväärsus

Soojusülekande efektiivsus

Tootmisvõime

Erosioonikindlus

Kuigi õhemate seinte soojusnäitajad on veidi paranenud, on need vähem vastupidavad käsitsemiskahjustustele ja erosioonile.

Toru sisselaskepiirkonna kaitsmine
Vaheti kõige haavatavam osa on tavaliselt toru sisend.

Miks on sisselaskeava tugev erosioon
Kui merevesi siseneb torukimpu, suureneb turbulentsi tugevus oluliselt. Kui lokaalne voolukiirendus suurendab löögienergiat, siis liivaosakesed löövad seina erineva nurga all.

See tekitab kontsentreeritud kulumise toru pikkuse esimeste sentimeetrite lähedal.

Topelt{0}}jämedate torude otsad
Teatud soojusvaheti konstruktsioonid hõlmavad vastupidavuse suurendamiseks järgmist:

Topelt{0}}paksud toruotsad

Tugevdatud sisselaskeosad

Lühikesed keevitatud sisselaskevarrukad

Vahetükid raskemate seinte jaoks

Mõnes korralduses keevitatakse sisselaskeotsa lühike segment paksemast titaantorust, et absorbeerida erosioonikahjustusi, säilitades samal ajal õhema toru kogu ülejäänud soojusvaheti osas.

See taktika tugevdab kõige haavatavamat asukohta, alandades samal ajal materjalide üldkulusid.

Kiiruse ja tööstuse soovituste juhised
Voolukiirus mängib erosiooni{0}}korrosioonikäitumises otsustavat rolli.

Soovitatavad kiiruspiirangud
Sellised organisatsioonid nagu Nikliinstituut ja arvukad mereveeinseneri soovitused pakuvad soovitatud kiirusvahemikke sõltuvalt:

liiva kontsentratsioon

Osakeste suurus

voolu režiim

Materjal torude jaoks

Süsteemi geomeetria

Tüüpiliste juhiste eesmärk on hoida kiirust madalamal tasemel, kus osakeste kokkupõrge muutub liiga tugevaks.

Pikema tööaja jooksul võib liigne turbulents koos liivakoormusega kiirendada kulumist, kuigi titaan talub suuremaid kiirusi kui paljud vase{0}}põhised sulamid.

Soojusjõudlus ja vastupidavus tasakaalus
Kuna soojustakistus suureneb koos seina paksusega, vähendab toru seina paksuse suurendamine veidi soojusülekande jõudlust.

Kui aga võrrelda toru varase rikke operatsiooniriskiga, on juhtivuse trahv tavaliselt tühine.

Vahetus{0}}inseneritöös
Seetõttu on toruseina valimisel tasakaal:

Disaini eesmärgi mõju paksusele
Soojusülekande efektiivsus eelistab õhemaid seinu
Erosioonikindlus Soosib paksemaid seinu
Konstruktsiooni terviklikkus Soosib paksemaid seinu
Kulude vähendamine Soosib optimaalset paksust
Pikendatud kasutusiga, mis võimaldab halveneda
Enamikus mereveesüsteemides kaalub{0}}pikaajaline töökindlus üles veidi paksema torustikuga seotud väikese termilise kahju.

Kokkuvõtteks
Lisaks rõhu hinnangutele on ka teisi tegureid, mis mõjutavad titaanvaheti toru seina paksust. See on hoolikalt konstrueeritud muutuja, mis sisaldab ka erosiooni{1}}korrosiooni, mida põhjustavad voolav merevesi ja hõljuvad liivaosakesed.

Kuigi liiva-täidisega tingimused õigustavad sageli 0,2–0,3 mm lisamist rõhul-põhinevast minimaalsest seinapaksusest, võib puhas soolane vesi mõõduka kiirusega nõuda vähesel määral või üldse mitte. Tugevdatud sisselaskeosad ja topelt{5}}paksud toruotsad pakuvad täiendavat kaitset seal, kus turbulents ja osakeste kokkupõrge on kõige tõsisem.

Kombineerides ASME ja TEMA struktuuristandardeid praktiliste erosioonivarustega, võivad titaanist soojusvahetitorud saavutada erakordselt pika kasutusea rasketes merekeskkondades. Soojussüsteemide projekteerimisel võib üks mm metallist potentsiaalselt tähendada kümne aasta pikkust pikemat kasutusiga.