Suurema korrosioonikindluse ja suurepärase eritugevusega titaanist paisumisvuugi lõõtsad on muutunud väga korrodeerivates ja ekstreemsetes tingimustes töötavate torujuhtmesüsteemide (nt keemiatehnika, meretehnika ning energia- ja elektritootmise) peamisteks kompensatsioonikomponentideks. Korrosioonileke ja väsimusmurd jäävad siiski kaheks põhirikkeks, millega nad hoolduse ajal kokku puutuvad.
See artikkel selgitab süstemaatiliselt titaanist paisumisvuugi lõõtsade korrosiooni ja väsimuse rikete põhjuslikke mehhanisme ning pakub vastavaid tehnilisi lahendusi viiest dimensioonist: materjali valik, konstruktsiooniprojekt, tootmisprotsess, paigaldus ja ehitamine ning käitamine ja hooldus. Uuringud näitavad, et kohandades materjale söövitava keskkonnaga materjalide liigitamise, pingekontsentratsiooni vähendamiseks lainekuju parameetrite optimeerimise, keevituskvaliteedi ja raua ioonide saastumise range kontrolli, paigaldus- ja survetestimise standardite ning täieliku eluiga -tsüklilise kontrolli- ja hooldussüsteemi loomisega, saab titaani paisumisvuugi ohutust, töökindlust ja kasutusiga oluliselt parandada. See artikkel võib anda teoreetilisi ja praktilisi viiteid projekteerimise ning käitamise ja hoolduse juhtimiseks.
Nõudlikes töötingimustes, nagu keemiatehnoloogia, nafta rafineerimine ja mereehitus, seisavad torujuhtmesüsteemid pikka aega silmitsi kõrge temperatuuri, kõrge rõhu ja väga söövitava keskkonna koosmõjuga. Torujuhtme soojuskompensatsiooni ja vibratsiooni summutamise põhikomponendina mõjutab paisumisvuugi lõõtsa töökindlus otseselt kogu süsteemi tööohutust. Titaanist ja titaanisulamist lõõtsad, millel on suurepärane korrosioonikindlus (eriti stabiilsus kloriidioonides, märjas kloorigaasis ja erinevates happelistes keskkondades), kerge konstruktsioon (kaalu vähenemine üle 30% võrreldes roostevaba terasega) ja hea väsimuskindlus, on muutumas uue põlvkonna põhikomponentideks, mis asendavad traditsioonilisi roostevabast terasest tooteid.
Titaanist paisumisvuugi lõõtsad seisavad tegelikus kasutuses siiski silmitsi kahe peamise väljakutsega: esiteks, punktkorrosioon, pragukorrosioon ja pingekorrosioonipragud, mis on põhjustatud kandja korrosioonist; ja teiseks väsimusmurd tsüklilise koormuse korral, eriti korrosiooni{0}}väsimusega seotud rike kõrge temperatuuri, kõrge rõhu ja söövitava keskkonna koosmõjul. Need kaks rikkerežiimi on omavahel seotud ja üksteist tugevdavad, mis kujutab endast tõsist väljakutset torujuhtmesüsteemi ohutusele.
See artikkel, järgides loogikat "probleemide põhjuste analüüs → mitmedimensioonilised lahendused", kirjeldab süstemaatiliselt lahendusi titaanist paisumisvuugi lõõtsade korrosiooni- ja väsimustõrke jaoks, eesmärgiga anda praktilisi tehnilisi juhiseid projekteerijatele ning käitamis- ja hooldusjuhtidele.
1. Korrosioonitõrge ja süsteemilahendused
1.1 Korrosioonitõrgete peamised vormid ja põhjused
Korrosioonitõrge on lõõtsa paisumisvuukide kõige levinum rikete tüüp. Paljude ebaõnnestunud komponentide analüüs näitab, et korrosioonitõrge väljendub tavaliselt punktkorrosiooni ja pingekorrosiooni pragunemisena, kusjuures kloriidioonide pingekorrosioonipragunemine moodustab ligikaudu 95% kõigist korrosioonitõrgetest.
Kuigi titaan on tuntud oma suurepärase korrosioonikindluse poolest, võib see siiski esineda korrosioonitõrkeid järgmistel tingimustel:
(1) Raua ioonide saastumisest põhjustatud galvaaniline korrosioon. Titaan on äärmiselt tundlik rauaioonide saastumise suhtes. Kui pinnale kleepuvad raudviilud või rooste, tekib galvaaniline korrosioon (katoodina titaan ja anoodina raud), mis põhjustab lokaalset korrosiooni ja perforatsiooni.
(2) Corrosion risk in high-temperature, high-concentration chloride ion environments. Although titanium hardly corrodes in seawater at room temperature, crevice corrosion or pitting corrosion can still occur under harsh conditions of high temperature (>70 kraadi), kõrge kloriidioonide kontsentratsioon ja madal pH.
(3) Söötme kontsentratsiooni ja temperatuuri siduv toime. Mitme teguri, nagu kandja korrosioon, kõrge{2}}temperatuuri roome, madalal-temperatuuri haprus ja voolu-indutseeritud vibratsioon, koosmõjul on laineliste põhjas olevad seisvad alad altid lokaalsele punktkorrosioonile, mis kiirendab oluliselt jõudluse halvenemist.
1.2 Materjali -taseme lahendused
(1) Materjali valik söövitava aine klassifikatsiooni alusel. Tavaline roostevaba teras on peaaegu ebaefektiivne väga söövitavate ainete, näiteks vesinikkloriidhappe (mis tahes kontsentratsiooniga) vastu, ja valida tuleb titaanist gofreeritud torud. Üldiste söövitavate tingimuste korral võib tööstuslik puhas titaan (Gr1/Gr2) vastata põhinõuetele; kõrgema pingetaseme ja tugevama korrosiooniga tingimuste puhul tuleks üldise jõudluse parandamiseks valida titaanisulamid (nt Gr7/Gr12/TC4).
(2) Raua ioonide saastumise range kontroll. Paigalduskoht peab olema eraldatud süsinikterasest ja roostevabast terasest konstruktsioonialadest ning eraldama selleks spetsiaalse hoiuruumi. Maapinnale tuleks asetada kummimatid või puitplaadid, et vältida otsest kontakti titaantorude ja süsinikterasest tugede vahel. Enne ehitamist tuleb raudviilud ja tolm tolmuimejaga eemaldada. Tööriistad (mutrivõtmed, tangid) peavad olema spetsiaalsed või rasvatustatud ja rooste{5}}eemaldatud; otsene kokkupuude süsinikterasest tööriistade ja titaantoru pinna vahel on rangelt keelatud. (3) Pinnakaitse ja puhastuskorraldus. Pühkige titaanist toruliitmike pinda kord kuus neutraalse puhastusvahendi ja pehme lapi või käsnaga, vältides tugevaid happelisi või aluselisi pesuaineid, mis võivad materjali kahjustada; kontrollige regulaarselt tihendite ja liigeste seisukorda, vahetades kiiresti välja kõik vananenud või kahjustatud osad.
1.3 Korrosioonitõrjemeetmed projekteerimise tasandil
(1) Sujuv siseõõne disain. Optimeerige lainekuju, kasutades vedeliku arvutusliku dünaamika (CFD) simulatsiooni, et vältida kandja stagnatsiooni ja surnud tsoone, hoides põhimõtteliselt ära lokaalse kontsentratsiooni korrosiooni.
(2) Pragude struktuuride vältimine. Optimeerige äärikühendusi, keevisühendusi ja muid alasid, et minimeerida lünki ja vältida pragude korrosiooni.
(3) Tugevdatud gofreeritud konstruktsioonide kasutamine. Suure pingekorrosiooniriskiga töötingimustes kasutage tavaliste U-kujuliste laineliste asemel tugevdatud U--kujulisi lainelisi, et leevendada tõhusalt pingete kontsentratsiooni lainetusorgudes ja vähendada pingekorrosioonitundlikkust.
2. Väsimuse tõrge ja süsteemilahendused
2.1 Väsimushäirete mehhanism ja omadused
Pikaajalise-kasutamise ajal kogevad lõõtsakompensaatorid tsükliliselt muutuva pinge ja pinge korral väsimuskahjustusi, mis lõpuks põhjustab väsimuse rikke. Väsimushäirete peamised pingekontsentratsiooni alad asuvad tavaliselt lõõtsade ja keevisliidete süvendites.
Tugevdamata U{0}}kujuliste titaanlõõtsade väsimusuuringud näitavad, et võrreldes austeniitsest roostevabast terasest on titaanlõõtsadel lühem väsimuse kestus. Nende konstruktsiooni ohutustegur on suhteliselt suur ja ASME B31.3 lisa X302.1.3 valemi järgi projekteerimist peetakse ohutuks. Väsimusmurdumise režiim on sama, mis traditsiooniliste austeniitsete roostevabast terasest lõõtsade puhul, mõlemas otsas tekivad praod, mis levivad keskkoha suunas, millel on tüüpiline plastiline purunemine.
Praktilises tehnikas näitas küttevõrgu soojusvaheti lõõtsa paisumisvuuk (304 roostevaba teras, projekteeritud eluiga 8 aastat) potentsiaalset riket juba pärast 5,2 aastat tegelikku kasutust. Pingekontsentratsioon saavutas 1,3-kordse materjali voolavuspiiri, saades peamiseks väsimuspragude tekkeallikaks.
2.2 Struktuurne projekteerimine ja optimeerimine
(1) Lainekuju optimeerimine – "V"-st "U-ni" ja seejärel "hüperboolseks puutujani". U--kujulistel gofreeritud torudel on harjade ja süvendite vahelisel üleminekul suurem raadius, mille tulemuseks on ühtlasem pingejaotus ja parem väsimuskindlus võrreldes V--kujuliste gofreeritud torudega. Järkjärgulise kõveruse kasutamine teravate nurkade asemel vähendab oluliselt kohalikke pingepiike ning sujuv üleminek lainetuse piikide ja lohkude vahel väldib tõhusalt pingete kontsentratsioonipunkte. Lisaks saab gofreeritud südamiku struktuuri rekonstrueerida, kasutades biomimeetilise kärgstruktuuri topoloogia põhimõtet, optimeerides traditsioonilise ringkaarega gofreeritud profiili "hüperboolse puutuja" kuju, tagades ühtlase pingeülekande ja vähendades kohalikku pinge ülekoormust, kui gofreeritud toru seina sagedast nihkumist.
(2) Mitmekihiline lainepapi konstruktsioon. Kõrge -surve või suure-nihke tingimustes hajutab mitmekihiline gofreeritud toru konstruktsioon pinget, võimaldades iga gofreeritud toru kihil kanda ainult osa koormusest, mille tulemuseks on ühtlasem üldine pingejaotus ja märkimisväärselt pikendatud väsimuse eluiga.
(3) Seina paksuse ja lainevahede mõistlik sobitamine. Disaini täpse arvutamise ja optimeerimisega saab leida optimaalse vastavuse seina paksuse ja lainetuse sammu vahel, mis võib tõhusalt vähendada pingekontsentratsiooni ja parandada väsimuskindlust. Siiski tuleb märkida, et mida pikem on väsimuse eluiga, seda väiksem on ühe-laine kompensatsiooni summa; kui ühe-laine kompensatsiooni summat kulude vähendamiseks liigselt suurendatakse, suurendab see meridionaalset paindepinget oluliselt, suurendades ebastabiilsuse ohtu.
(4) Ohutusvaru väsimuse ajaks. ASME standardist tuletatud titaanlõõtsa väsimuse kestusvalemil on suur ohutusfaktor. Tegeliku projekteerimise korral tuleks see ohutusvaru täielikult ära kasutada ja projekteerimisetapis tuleks reserveerida piisav väsimusvaru.
2.3 Tootmisprotsess ja kvaliteedikontroll
(1) Keevitusprotsessi range kontroll. Lõõtsa pikisuunalised keevisõmblused peavad olema täielikult läbistatud ja keevitusprotsessi kvalifikatsioon peab vastama standardi NB/T 47014 nõuetele. Titaanil on kõrgel temperatuuril äärmiselt kõrge keemiline aktiivsus, -absorbeerides vesinikku üle 300 kraadi, hapnikku üle 600 kraadi ja lämmastikku üle 700 kraadi. Kaitseks tuleb kasutada argoongaasi, mille puhtus on suurem või võrdne 99,99% ja lõõtsa pinnale on kaare löömine või maandusjuhtme ühendamine rangelt keelatud. (2) Mitmed kaitsemeetmed mittepurustavate katsete jaoks. Enne gofreeritud torude moodustamist tuleb pikisuunalised keevisõmblused läbida 100% radiograafilise testimise; gofreeritud torude puhul, mille nimipaksus on väiksem kui 2,4 mm või sellega võrdne, võib selle asemel kasutada ühepoolset keevitust koos läbitungimiskatsega nii sise- kui ka välispinnal. Pärast gofreeritud torude moodustamist tuleb kõik juurdepääsetavad sise- ja välispinna keevisõmblused läbida läbitungimiskatse. Radiograafilise testimise hindamine peab vastama standardi GB/T 20801.5-2020 pikiõmbluste nõuetele ning läbitungimiskatse ei tohiks paljastada pragusid, sisselõiget ega puudulikku läbitungimist.
(3) Vormimisprotsessi mõistlik valik. Hea plastilisusega puhtast titaanist gofreeritud torude jaoks võib kasutada külmtöötlemisprotsesse (hüdrauliline vormimine, rullvormimine, tsentrifuugimine, paisutamine); titaanisulamist gofreeritud torude puhul, mille jõudlusnõuded on kõrged, saab jääkpinge kõrvaldamiseks ja mõõtmete täpsuse tagamiseks kasutada keevitusvormimist (argoon- ja plasmakaarkeevitus) või superplastist vormimist.. 3. Igakülgne paigaldus-, ehitus- ja tööjuhtimise tugi.
3.1 Peamised juhtimispunktid installimisel
Statistilised andmed näitavad, et ligikaudu 20% lõõtsakompensaatori rikke põhjustest on tingitud paigaldusest, mis ei vasta seadme spetsifikatsioonidele. Järgmised on kuus paigaldamise peamist juhtpunkti:
(1) Rauast tööriistade kasutamine on rangelt keelatud. Titaanist ja titaanisulamist torudest ei tohi paigaldamise ajal lüüa ega pigistada rauast tööriistu; Otsese kokkupuute vältimiseks tuleks süsinikterasest tugede/rippude ning titaanist ja titaanisulamist torude vahele asetada kummist või pehmest plastikust lehed.
(2) Standardne tugipaigaldus. Lähedusse tuleb paigaldada juhttoed ja-kandetoed. Aksiaalkompensaatorite puhul peaks eesmine juhttugi olema 1-2 korda suurem kui kompensaatorist lähtuv toru läbimõõt ja tagumine juhttugi 14-18 korda suurem kui kompensaatorist lähtuv toru läbimõõt, et torujuhe läbiks ainult teljesuunalise nihke ega edastaks lõõtsale täiendavat pinget.
(3) Räbukaitse. Paigaldamisel ei tohi lõõtsa pinnale pritsida räbu, samuti ei tohi lõõtsale tekitada muid mehaanilisi vigastusi. Kohapeal-monteerimise ja keevitamise ajal peab lõõtsa pind olema keevitusprotsessi ajal varjestatud ja kaitstud. (4) Voolu suuna märgistuste range järgimine. Sisemiste hülssidega kompensaatorite puhul veenduge, et sisemise hülsi suund ühtiks aine voolusuunaga; hingedega kompensaatorite puhul peaks hinge pöörlemistasand ühtima nihke pöörlemistasandiga.
(5) Paigaldushälvete reguleerimine kompensaatori deformeerimisega on rangelt keelatud. Torujuhtme paigaldamise kõrvalekaldeid on rangelt keelatud reguleerida lõõtsakompensaatori deformeerimisega, kuna see võib mõjutada kompensaatori normaalset tööd ja lühendada selle kasutusiga.
(6) Õigeaegne drenaaž pärast survekatset. Hüdrostaatilises katses või puhastusvedelikus kasutatud vee kloriidioonide sisaldus ei tohiks ületada 25 ppm; pärast hüdrostaatilist katset tuleks võimalikult kiiresti tühjendada lõõtsa kogunenud vesi ning kuivatada kiiresti lõõtsa sisepind.
3.2 Kasutamine, hooldus ja olelusringi juhtimine
(1) Regulaarne mittepurustav testimine. Kasutage mittepurustavaid katsemeetodeid, nagu ultraheli testimine ja läbitungimiskatse, et regulaarselt hinnata defekte, nagu lõõtsa sisemised praod ja seina õhenemine.
(2) Keskkonnakontroll. Lõõtsaga kokkupuutuv isolatsioonimaterjal peab olema kloriidi-vaba; kontrollige regulaarselt äärikühenduste tihendusseisundit, et vältida keskmise lekke põhjustatud kiirenenud korrosiooni. (3) Kasutusseisundi andmete jälgimine ja varajane hoiatamine. Luuakse teenuse oleku andmebaas, mis keskendub temperatuuritsükli sageduse, rõhukõikumiste amplituudi ja kandja söövitusnäitajate muutuste jälgimisele, et saavutada nihe "tõrkejärgselt hoolduselt" "ennustavale hooldusele".
4. Inseneripraktika kvantitatiivsed tulemused
Tehnilised rakendused näitavad, et ülaltoodud mitmedimensiooniliste optimeerimisskeemide{0}} rakendamine parandab oluliselt jõudlust.
Tööpinge väheneb 31,6% ja väsimuskahjustuste akumulatsiooni määr väheneb 80,2%.
Väsimuse prognoositav eluiga pikeneb 5,2 aastalt 15,3 aastale, mis on enam kui kolm korda suurem.
Lekkemäär on vähendatud alla 0,02%, parandades oluliselt töökindlust.
Keemiatööstuses on titaanlõõtsa edukalt kasutatud soolakeemiatehastes, leelistehastes ja väetisetehastes, kus kloriidioonide kontsentratsioon on kõrge ja söövitav, lahendades täielikult roostevabast terasest toodete kiire korrosiooni ja lühikese eluea probleemid. Katalüütilise krakkimise seadmetes põhjustavad roostevabast terasest lõõtsade paisumisvuugid kuni 80% korrosioonitõrgetest, samas kui titaanist lõõtsade paisumisvuugid, millel on kõrge korrosioonikindlus, on palju madalamad kui roostevabast terasest toodetel.
5. Järeldus Titaanist paisumisvuugi lõõtsade korrosiooni- ja väsimustõrgete vältimine ja kontroll ei ole midagi, mida ei saa saavutada ainult ühe tehnilise meetmega, vaid pigem süstemaatiline projekt, mis hõlmab kogu ahelat "materjalide valik → konstruktsiooniprojekt → tootmisprotsess → paigaldamine ja ehitamine → käitamise ja hoolduse juhtimine". Käesolevas artiklis uuritakse süstemaatiliselt erinevate rikete põhjuseid ja vastavaid tehnilisi lahendusi viiest dimensioonist ning tehakse järgmised põhijäreldused:
(1) Korrosiooni vältimine ja tõrje peaks olema "materjali -kuju-protsessi kolmeosaline lähenemisviis". Materjali tasemel valige rangelt titaani klassid ja kontrollige raua ioonide saastumist; projekteerimise tasemel optimeerida sisemise õõnsuse voolujooned ja pilu struktuur; protsessi tasemel kontrollige rangelt keevituskvaliteeti. Ainult neid kolme aspekti käsitledes saab ehitada täieliku korrosioonikaitsetõkke.
(2) Väsimuse pikendamiseks on vaja järgida sünergilist lähenemisviisi, milleks on "optimaalne struktuur-rafineeritud protsess-tugev kontroll". Struktuuritasandil kasutage U-kujulisi või biomimeetilisi optimeeritud lainekujusid ning sobitage seina paksus ja laine samm mõistlikult; protsessi tasandil rakendama rangelt keevitusspetsifikatsioone ja mitmekihilist mittepurustavat -katset; ja projekteerimisetapis varuge piisavalt ohutustegureid, et saavutada väsimuse eluea oluline pikenemine.
(3) Paigaldamine, kasutamine ja hooldus on rikete vältimise ja kontrolli viimane miil. Standardne paigaldamine, teaduslik survetestimine, regulaarne ülevaatus ja keskkonnakontroll, -mis tahes detaili tähelepanuta jätmine võib põhjustada ebaõnnestumise ning kõik tuleb integreerida terviklikku elutsükli-haldussüsteemi.
Titaanmaterjalide töötlemise tehnoloogia pideva iteratsiooniga (nagu uute tehnoloogiate, nagu superplastiline vormimine ja vaakumlaserkeevitus) järkjärguline valmimine ja intelligentse testimistehnoloogia pidev arendamine, paraneb titaanist paisumisvuugi lõõtsade töökindlus veelgi ja selle kasutusvõimalused ekstreemsetes töötingimustes on veelgi laiemad.
Kontaktandmed:
Tel: +86-0917- 3664600
WhatsApp: +8618791798690
