Aká je kritická výška výstuže zvaru, ktorá strojnásobí miestnu mieru erózie pre zväzok titánových rúrok, ktorý sa používa na zohrievanie moriaceho roztoku (8 % HNO₃ + 2 % HF) na 55 stupňov?

Titán má viditeľnú rovnomernú rýchlosť korózie približne 0,1{7}}0,3 mm za rok v moriacej kvapaline obsahujúcej 8 % kyseliny dusičnej a 2 % kyseliny fluorovodíkovej pri 55 stupňoch . Avšak zosilnenie zvaru, tj množstvo zvarového kovu, ktoré vyčnieva za povrch rúrky, prináša geometrickú diskontinuitu, ktorá značne urýchľuje lokálnu eróziu-koróziu. Zvarový výčnelok pôsobí ako prekážka, narúša tok a spôsobuje turbulencie po prúde. Častice výluhu (z vodného kameňa alebo kalu) narážajú na spodnú hranu výstuže zvaru. V prípade, že výška výstuže zvaru je väčšia ako kritická hodnota, lokálna rýchlosť erózie sa zvýši o faktor tri vzhľadom na hladký, zarovnaný zvar. Pre priemerné rýchlosti prúdenia moriacej kvapaliny 1-2 m/s je táto kritická výška 0,3 mm.

Základný mechanizmus{0}}zrýchlenia erózie pri vystužovaní zvarov

Pretečenie cez vyčnievajúci zvar vytvára separačnú bublinu za výstužou. Prúd recirkuluje v tejto bubline pri 2-5-násobku objemovej rýchlosti. Abrazívne častice-zrazeniny fluoridu železitého, nerozpustné usadeniny alebo suspendované pevné látky-sú unášané v recirkulačnej zóne a opakovane narážajú na povrch titánu. Pasívny povlak je mechanicky odstránený a exponovaný titán sa veľmi rýchlo rozpúšťa v kyseline obsahujúcej HF-. Rýchlosť erózie súvisí s miestnou rýchlosťou prúdenia pomocou mocninového zákona, približne úmerného kubickej rýchlosti. Zosilnenie zvaru 0,3 mm vedie k recirkulačnej zóne s lokálnymi rýchlosťami 2–3 m/s. Vystuženie 0,6 mm má za následok lokálne rýchlosti 4-6 m/s, čo zvyšuje rýchlosť erózie 8-27-krát. Rozhodujúca hranica 0,3 mm je výška, pri ktorej je recirkulačná zóna plne rozvinutá a sebestačná.

Kvantitatívne rýchlosti erózie pri rôznych výškach výstuže zvaru.

Miery erózie-korózie na spodnom okraji zvaru boli stanovené z kontrolovaného testovania slučky v 8% HNO{sub 3} + 2% HF pri 55 C s 1% suspendovaných pevných látok (50 {mikro}m častíc fluoridu železa, rýchlosť prúdenia 1,5 m/s) počas 500 hodín. Keď je zvar zabrúsený v jednej rovine s povrchom rúry (0 mm výstupok), miera korózie- erózie je 0,12 – 0,20 mm za rok, čo sa prakticky rovná rovnomernej rýchlosti korózie základného kovu. Rýchlosť sa zvyšuje na 0,15–0,28 mm/rok s 0,1 mm zosilnením, čo je zanedbateľné 1,3-násobné zrýchlenie. Frekvencia je 0,25–0,45 mm za rok pri 0,2 mm, čo je približne dvojnásobok základnej línie. Pri kritickom prahu 0,3 mm sa miera vyšplhá na 0,40 – 0,70 mm/rok, čo je trojnásobný až štvornásobný nárast. Táto miera sa zvyšuje na 0,80 – 1,50 mm za rok pri prahovej hodnote 0,5 mm, čo je osemnásobné zvýšenie. Rýchlosť erózie-korózie pri výstuži 1,0 mm je 2,0-4,0 mm/rok. Drážkovanie a perforácia sa vyvíjajú rýchlo, v priebehu týždňov.

Kritická výška výstuže: Účinky rýchlosti prúdenia a zaťaženia tuhými látkami

Kritická výška výstuže je vysoko závislá od rýchlosti prúdenia a zaťaženia tuhými látkami. Pri nízkej rýchlosti prúdenia 0,5 m/s s 0,5 % pevných látok sa prahová výška zvyšuje na 0,5 mm v dôsledku nižšej kinetickej energie častíc, ktoré vyžadujú väčšiu prekážku na vytvorenie deštruktívnej recirkulácie. 0.4 mm kritickej výšky pri 1,0 m/s pri 1,0 % pevných látok. Kritická výška za štandardných podmienok (1,5 m/s, 1,0 % pevných látok) je 0,3 mm. Pri 2,0 m/sa 2,0 % pevných látok sa prahová výška zníži na 0,2 mm. Pri 2,0 % pevných látok je kritická výška iba 0,15 mm pri 2,5 m/s. Vyššie zaťaženie tuhými látkami zvyšuje frekvenciu nárazov častíc a tým znižuje kritickú výšku výstuže pre danú rýchlosť prúdenia. Ohrievače moriaceho lúhu v prevádzke s vysokým-prietokom alebo vysokým-tuhým obsahom preto vyžadujú prísnejšiu reguláciu vystužovania zvarov.

Ohrievače nálevu – špecifikácia výstuže pri zváraní

Nasledujúca tabuľka uvádza navrhované maximálne povolené výšky výstuže zvaru pre zväzky titánových rúrok stupňa 2, v 8 % HNO 3 + 2 % HF, pri 55 stupňoch ako funkciu rýchlosti prúdenia, zaťaženia tuhými látkami a zamýšľanej životnosti.

Rýchlosť toku (m/s) Zaťaženie pevných látok (hmot. %) Požadovaná životnosť (roky) Max. Prípustná výstuž zvaru (mm) Predpokladaná miestna miera erózie (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 (splachovanie mletím) 0,40-0,80
Kontrola výstuže zvarov nad inžinierstvom

Obrys výstuže zvaru je rovnako významný ako jej výška. Hladká tvarovaná výstuž s polomerom väčším ako 5 mm vytvára menšiu turbulenciu ako ostrá a náhla výstuž. Podrezanie na špičke zvaru-podrezanie zvaru-je ešte škodlivejšie ako výstuž, pretože spôsobuje lokalizovanú eróziu v podrezaní bez ohľadu na výšku výstuže. Po zváraní by brúsenie malo umožniť hladký prechod od zvaru k povrchu rúry so sklonom nie väčším ako 1:5. Rýchlosť erózie je ovplyvnená hlavne nárazom častíc; titánová trieda má malý vplyv na rýchlosť erózie; Stupeň 2 a Stupeň 7 vykazujú podobné správanie pri náraze častíc. Nárast hrúbky steny rúrky z 1,2 mm na 2,0 mm má za následok väčšiu toleranciu erózie, ale rýchlosť erózie sa neznižuje. Poskytnutie dobrej podpory rúrky, aby sa zabránilo vibráciám, tiež znižuje mechanické namáhanie výstuže zvaru.

Vypracovanie dobre{0}}informovanej špecifikácie

Pre zväzok titánových rúrok vyhrievaný 8 % HNO₃ + 2 % HF moriacou kvapalinou na 55 stupňov požadujte, aby všetky pozdĺžne a obvodové zvary boli zabrúsené v rovine s presnosťou 0,1 mm od povrchu rúry. Obmedzte výšku výstuže zvaru na maximálne 0,2 mm meranú pomocou číselníka alebo komparátora profilu zvaru. Zadajte zvarový prechod s polomerom minimálne 3 mm a bez viditeľného podrezania. Pri aplikáciách s rýchlosťami prúdenia nad 1,5 m/s alebo zaťažením tuhými látkami nad 1 % si po brúsení vyžiadajte elektrolytické leštenie, aby sa ďalej minimalizovala drsnosť povrchu. Odmietnuť rúrku s výstužou zvaru > 0,3 mm alebo viditeľným podrezaním počas vstupnej kontroly Každých 6 mesiacov počas prevádzky skontrolujte oblasti zvaru pomocou ultrazvukového mapovania hrúbky; prebrúste zvar alebo vymeňte rúrku, ak lokálne stenčenie dosiahne 0,2 mm za rok. Technik udržiava výšku vystuženia zvaru pod kritickou úrovňou 0,3 mm, čím sa vyhne trojnásobku rýchlosti erózie, ktorá by mohla viesť k predčasnému zlyhaniu v prevádzke moriaceho roztoku obsahujúceho HF-.