Jaká je kritická výška vyztužení svaru, která ztrojnásobuje místní míru eroze, pro svazek titanových trubek používaný k opětovnému zahřátí mořicího louhu (8 % HNO₃ + 2 % HF) na 55 stupňů?

Titan má znatelnou rovnoměrnou rychlost koroze asi 0,1{7}}0,3 mm za rok v mořicí kapalině obsahující 8 % kyseliny dusičné a 2 % kyseliny fluorovodíkové při 55 stupních . Avšak zesílení svaru, tj. množství svarového kovu, které vyčnívá za povrch trubky, zavádí geometrickou diskontinuitu, která značně urychluje místní erozi-korozi. Svarový výčnělek působí jako překážka, narušuje proudění a způsobuje turbulence po proudu. Částice louhu (z okují nebo kalu) narážejí na spodní hranu výztuže svaru. V případě výšky vyztužení svaru větší než kritická hodnota se místní rychlost eroze zvýší o faktor tři vzhledem k hladkému svaru v rovině. Pro průměrné rychlosti proudění mořicí kapaliny 1-2 m/s je tato kritická výška 0,3 mm.

Základní mechanismus{0}}urychlení eroze při zpevnění svarů

Proudění přes vyčnívající svar vytváří separační bublinu po proudu výztuže. Proud recirkuluje v této bublině 2-5násobkem objemové rychlosti. Abrazivní částice-sraženiny fluoridu železitého, nerozpustné okují nebo suspendované pevné látky-jsou unášeny v recirkulační zóně a opakovaně narážejí na povrch titanu. Pasivní povlak je mechanicky odstraněn a vystavený titan se velmi rychle rozpouští v kyselině obsahující HF-. Rychlost eroze souvisí s místní rychlostí proudění pomocí mocninného zákona, přibližně úměrného krychlové rychlosti. Výztuž svaru 0,3 mm vede k recirkulační zóně s lokálními rychlostmi 2–3 m/s. Zpevnění o tloušťce 0,6 mm má za následek lokální rychlosti 4-6 m/s, které zvyšují rychlost eroze faktorem 8-27. Rozhodující prahová hodnota 0,3 mm je výška, ve které je recirkulační zóna plně rozvinutá a soběstačná.

Kvantitativní rychlosti eroze při různých výškách vyztužení svaru.

Rychlosti eroze-koroze na dolním okraji svaru byly stanoveny z řízené smyčky testování v 8% HNO{sub 3} + 2% HF při 55 C s 1% suspendovaných pevných látek (50 {mikro}m částic fluoridu železa, rychlost proudění 1,5 m/s) po dobu 500 hodin. Když je svar vybroušen v rovině s povrchem trubky (0 mm výstupek), je míra eroze-koroze 0,12–0,20 mm za rok, což se prakticky rovná jednotné rychlosti koroze základního kovu. Rychlost se zvyšuje na 0,15–0,28 mm/rok se zesílením 0,1 mm, což je zanedbatelné 1,3-násobné zrychlení. Frekvence je 0,25–0,45 mm za rok při 0,2 mm, což je asi dvojnásobek výchozí hodnoty. Při kritickém prahu 0,3 mm se frekvence vyšplhá na 0,40–0,70 mm/rok, což je trojnásobný až čtyřnásobný nárůst. Tato míra se zvyšuje na 0,80–1,50 mm za rok při prahu 0,5 mm, což je osminásobný nárůst. Rychlost eroze-koroze při výztuži 1,0 mm je 2,0-4,0 mm/rok. Drážkování a perforace se vyvíjejí rychle, během týdnů.

Kritická výška výztuže: Účinky rychlosti proudění a zatížení těles

Kritická výška výztuže je vysoce závislá na rychlosti proudění a zatížení pevnými látkami. Při nízké rychlosti proudění 0,5 m/s s 0,5 % pevných látek se prahová výška zvyšuje na 0,5 mm kvůli nižší kinetické energii částic, která vyžaduje větší překážku pro vytvoření destruktivní recirkulace . 0.4 mm kritické výšky při 1,0 m/s při 1,0 % pevných látek. Kritická výška za standardních podmínek (1,5 m/s, 1,0 % pevných látek) je 0,3 mm. Při rychlosti 2,0 m/sa 2,0 % pevných látek se výška prahu sníží na 0,2 mm. Při 2,0 % pevných látek je kritická výška pouze 0,15 mm při 2,5 m/s. Vyšší zatížení pevnými látkami zvyšuje frekvenci nárazů částic a tím snižuje kritickou výšku výztuže pro danou rychlost proudění. Ohřívače moření louhů v provozu s vysokým-průtokem nebo-sušinou proto vyžadují přísnější regulaci vyztužení svarů.

Ohřívače nálevu – specifikace výztuže při svařování

Následující tabulka uvádí navrhované maximální povolené výšky vyztužení svarem pro svazky titanových trubek Grade 2, v 8% HNO 3 + 2% HF, při 55 stupních jako funkce rychlosti proudění, zatížení pevnými látkami a zamýšlené životnosti.

Rychlost průtoku (m/s) Zatížení pevných látek (hmot. %) Požadovaná životnost (roky) Max. Povolené vyztužení svarem (mm) Předpokládaná místní rychlost eroze (mm/rok)
<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 (spláchnutí mletím) 0,40–0,80
Řízení vyztužení svarem nad inženýrstvím

Obrys výztuže svaru je stejně významný jako její výška. Hladká tvarovaná výztuž s poloměrem větším než 5 mm generuje menší turbulence než ostrá a náhlá výztuž. Podříznutí na špičce svaru-Podříznutí svaru-je ještě škodlivější než výztuž, protože způsobuje lokalizovanou erozi v podříznutí, bez ohledu na výšku výztuže. Po svařování by broušení mělo umožnit hladký přechod od svaru k povrchu trubky se sklonem ne větším než 1:5. Rychlost eroze je ovlivněna hlavně nárazem částic; titanová třída má malý vliv na rychlost eroze; Stupeň 2 a stupeň 7 vykazují podobné chování při nárazu částic. Zvýšení tloušťky stěny trubky z 1,2 mm na 2,0 mm má za následek větší přídavek na erozi, ale rychlost eroze se nesnižuje. Poskytnutí dobré podpory trubky, aby se zabránilo vibracím, také snižuje mechanické namáhání výztuže svaru.

Sestavení dobře{0}}informované specifikace

Pro svazek titanových trubek zahřátý 8% HNO₃ + 2% HF mořicí kapalina na 55 stupňů požadujte, aby všechny podélné a obvodové svary byly vybroušeny v rovině do 0,1 mm od povrchu trubky. Omezte výšku vyztužení svaru na maximálně 0,2 mm, měřeno číselníkovým úchylkoměrem nebo komparátorem profilu svaru. Zadejte svarový přechod s poloměrem alespoň 3 mm a bez viditelného podříznutí. Pro aplikace s rychlostmi proudění vyššími než 1,5 m/s nebo zatížením pevných částic nad 1 % požadujte po broušení elektrolytické leštění, aby se dále minimalizovala drsnost povrchu. Odmítněte trubku s vyztužením svaru > 0,3 mm nebo viditelným podříznutím během vstupní kontroly Každých 6 měsíců během provozu zkontrolujte oblasti svaru pomocí ultrazvukového mapování tloušťky; přebruste svar nebo vyměňte trubku, pokud lokalizované ztenčení dosáhne 0,2 mm za rok. Technik udržuje výšku vyztužení svaru pod kritickou úrovní 0,3 mm, čímž se vyhne trojnásobné rychlosti eroze, která by mohla vést k předčasnému selhání v provozu moření HF -.