Prečo v hydrometalurgickom autokláve na spracovanie lateritu niklu (vysoký obsah chloridov, 250 stupňov, 40 barov) bezšvové titánové puzdro triedy 7 s 3,0 mm stenou prekoná 2,0 mm zvárané puzdro napriek nižšiemu prenosu tepla?

Základný obchod-v dizajne titánového ohrievača pre vysokotlakové autoklávy
Nikel lateritové hydrometalurgické autoklávy pracujú pri tlaku 250 stupňov a 40 °C a pri vysokých koncentráciách chloridov (10 000 – 50 000 ppm). Titánové ohrievače musia prežiť vysokú koróziu a mechanické namáhanie. Bežné štandardy zahŕňajú bezšvíkový titán triedy 7 so stenou 3,0 mm a zváraný titán triedy 2 alebo triedy 7 s 2,0 mm stenou. Hrubšia stena má znížený prenos tepla, ale bezšvíkový 3,0 mm plášť triedy 7 má lepšiu životnosť ako zváraný 2,0 mm plášť, a to z dvoch dôvodov: žiadne miesta korózie súvisiace so zváraním a zlepšená odolnosť voči korózii stupňa 7 pri-vysokoteplotných chloridoch. Táto analýza pojednáva o dôvodoch výberu zdanlivo prehnane{21}}špecifikovanej hrubej bezšvovej rúry pre túto extrémnu aplikáciu.

Vplyv na mechanickú integritu: Porucha zvaru a štrbinová korózia
Pri vysokom tlaku a podmienkach autoklávu s vysokým obsahom chloridu pri 250 stupňoch zlyhávajú titánové rúry prevažne vo zvare alebo tepelne ovplyvnenej zóne (HAZ). Welding pridáva 3 nové zraniteľnosti. Po prvé, zvyškové ťahové napätia v oblasti zvaru (150–250 MPa) sú vyššie ako prah korózneho praskania v chloridových podmienkach. Po druhé, HAZ má výraznú mikroštruktúru (ajhlicovitý alfa-primárny martenzit), ktorá je náchylnejšia na vodíkové krehnutie. Po tretie, výstuž zvaru tvorí trhlinu, kde sa hromadia chloridy. Údaje z terénu z niklových lateritových autoklávov naznačujú, že zvárané rúry triedy 2 alebo triedy 7 s hrúbkou steny 2,0 mm zlyhajú za 12 až 24 mesiacov v dôsledku praskania alebo jamkovej jamky spojenej so zváraním.

Bezšvíkové rúry triedy 7 sú bez pozdĺžnych zvarov a HAZ. Vyhrievaná dĺžka je bezšvová, ale koncovky je možné zvariť. Stupeň 7 obsahuje 0,12 až 0,25 percent paládia, ktoré zušľachťuje titán a zvyšuje kritickú teplotu jamkovej jamky v roztokoch s vysokým-chloridom z 80 stupňov (2. stupeň) na viac ako 200 stupňov . Stupeň 7 koroduje rovnomerne rýchlosťou 0,05–0,10 mm/rok, ale pri 250 stupňoch a stupeň 2 koroduje rýchlosťou 0,5–2,0 mm/rok. Stena s hrúbkou 3,0 mm poskytuje toleranciu na koróziu 30 – 60 rokov pri 0,05 – 0,10 mm/rok, čo je oveľa dlhšie, ako je projektovaná životnosť autoklávu.

Strata prenosom tepla: Vplyv na tepelnú účinnosť
3,0 mm stena je hrubšia, a preto má väčší vodivý odpor: R_cond=t/k_Ti=0.003/17=1.76 × 10⁻⁴ m²·K/W oproti 1,18 × 10⁻⁴ pre 2,0 mm stenu. Rozdiel je 0,58×10-4 m 2 K/W. Pre reprezentatívny autokláv: nútený obeh (h ≈ 2000 W/m2·K) R conv=5 × 10–4 m2·K/W. Celkový odpor pre 3,0 mm 6,76 x 10-4 . Pre 2,0 mm 6,18 x 10-4 – nárast o 9 %. 3,0 mm stena má pri rovnakom tepelnom toku povrchovú teplotu približne o 4 stupne vyššiu. Kompromis je malý a je prijateľný vzhľadom na obrovský zisk v odolnosti proti korózii a spoľahlivosti.

Zhrnuté{0}}výhody: bezšvíkové triedy 7 3.0 mm vs. zvárané 2,0 mm
Bezšvový stupeň 7, 3,0 mm Parameter Grade 2, 2,0 mm inžiniersky náraz, zvárané
Zvarový šev Žiadny (bezšvíkový) Pozdĺžny zvar Zlyhanie zváranej rúrky pri zvare za 12-24 mesiacov
Stupeň 7 (0,15 % Pd) Stupeň 2 (bez Pd) 10-20× odolnosť voči chloridom pre Stupeň 7
Rýchlosť korózie (250 stupňov, vysoký Cl-) 0,05 – 0,10 mm/rok 0,5 – 2,0 mm/rok Stupeň 2 je 10-40× rýchlejší
Povolená životnosť pre koróziu (3,0/2,0 mm) 30 – 60 rokov 1 – 4 roky Bezšvová konštrukčná životnosť triedy 7 prekročená
Relatívny prenos tepla 0,91× (o 9 % nižší) 1,00× (základná hodnota) Rozumný kompromis.
Dosiahnutá životnosť > 5 rokov < 2 roky Preferovaná bezšvová trieda 7
Engineering Beyond the Wall: End Cap Welding & NDT
Aj keď je rúrka bezšvíková, musia byť koncové uzávery a príruby privarené. Tieto zvary môžu byť bodmi zlyhania. Pre stenu s hrúbkou 3,0 mm je možné získať zvary s úplným prevarením s dobrým zosilnením. Tepelné spracovanie po-zváraní (540 stupňov počas 1 hodiny) znižuje zvyškové napätie v zóne zvaru na<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.

Záver: Bezšvové triedy 7 s 3,0 mm stenou Uprednostňované pre extrémne autoklávové služby
Pri hydrometalurgickom spracovaní niklového lateritu v autokláve bohatom na chlorid- pri 250 stupňoch a 40 baroch má bezšvová titánová rúrka triedy 7 s hrúbkou steny 3,0 mm lepšie výsledky ako zváraná alternatíva s hrúbkou 2,0 mm, a to aj napriek zníženému prenosu tepla, pretože eliminuje miesta porúch spojených so zvarom a dosahuje vynikajúcu odolnosť proti korózii paládiovej zliatiny. Zvárané rúry zlyhajú za 12-24 mesiacov v dôsledku korózie alebo praskania zvarového švu, ale bezšvíková rúra triedy 7 bude poskytovať 5+ roky prevádzky. Pokuta za prenos tepla vo výške 9% je prijateľná pre obrovský nárast spoľahlivosti a životnosti. Odporúčaným štandardom sú bezšvíkové titánové rúrky triedy 7 (ASTM B861) s hrúbkou steny 3,0 mm. Zvary s úplným prevarením pre koncové uzávery, žíhanie po-zvare a 100 % NDT všetkých zvarov. Povedzte výrobcovi, akú koncentráciu chloridu očakávate a pri akej teplote budete pracovať. Hrubšia bezšvová trieda 7 nepresahuje{23}}špecifikáciu pre použitie v autokláve s niklovým lateritom – je to minimálna hrúbka pre spoľahlivú prevádzku.