В циркуляционных химических трубопроводах, системах рекуперации тепла сточных вод и оборудовании с высокой-технологической средой нагревательные трубы из нержавеющей стали 316 постоянно подвергаются воздействию высокоскоростной-текущей жидкости, твердых взвешенных частиц, двухфазной турбулентности газа-жидкости-и локальных струйных потоков. Длительная-размывка жидкостью приведет к механическому износу богатой хромом пассивной пленки-на поверхности трубки; Между тем, непрерывное обновление пограничного слоя электролита ускоряет скорость анодного растворения нержавеющей стали после повреждения защитного слоя. Совместный эффект механического истирания и электрохимической коррозии образует типичную эрозионную-коррозию, которая часто возникает в местах воздействия входного отверстия, коленчатых секциях, наветренных сторонах пучка и в зонах резкого изменения потока. Многие проектировщики оборудования рассчитывают только среднюю скорость потока во всей системе без оптимизации локального распределения поля потока, что приводит к чрезмерной скорости потока, мертвым зонам потока, вихревой эрозии и газовой кавитации вблизи пучков нагревательных труб. Местная пассивная пленка не может быть своевременно отремонтирована при постоянном воздействии жидкости, что приводит к быстрому истончению стенок и преждевременному нарушению проникновения нагревательных трубок. Таким образом, рациональная оптимизация схемы поля потока является экономичным и эффективным способом существенно снизить риск эрозии-коррозии пучков нагревательных труб.
Эрозионная-коррозия возникает в результате синергетического эффекта воздействия механического потока и электрохимической коррозии. Когда жидкость течет с чрезмерной скоростью, высокоскоростной-поток жидкости и захваченные твердые частицы постоянно снимают пассивную оксидную пленку с поверхности нержавеющей стали. В статических мертвых зонах с низким-потоком взвешенные твердые частицы и агрессивные ионы постоянно накапливаются, образуя области окклюзии осадка, вызывая под-щелевую коррозию под отложениями. Вихрь и кавитация, возникающие в результате резкого изменения направления потока, создают мгновенные ударные волны высокого-давления, вызывая повторяющиеся усталостные повреждения локальных поверхностных защитных слоев. После каждого разрыва пассивной пленки текущий электролит быстро дополняет оголенную металлическую матрицу коррозионными ионами, такими как хлорид, что значительно сокращает время восстановления пассивной пленки. При нормальной низкой скорости потока пассивная пленка может быстро-самовосстанавливаться; как только интенсивность размыва жидкости превышает способность к восстановлению пленки, происходит непрерывная потеря материала, проявляющаяся равномерным или бороздчатым-утончением стенок на наветренной поверхности нагревательных трубок.
В этом исследовании предлагаются четыре стратегии оптимизации поля потока для сдерживания эрозии-коррозии нагревательных трубок из нержавеющей стали 316.
Во-первых, установите разумный безопасный диапазон скорости потока и ограничьте локальное пиковое значение скорости потока. Для чистой однофазной циркулирующей воды оптимальная скорость потока контролируется в диапазоне от 1,0 до 1,8 м/с; для среды, содержащей мелкие твердые частицы, скорость потока должна быть снижена до 0,6–1,2 м/с для уменьшения ударного износа. Установите перегородки, выравнивающие поток, на входе в камеру нагрева для рассеивания концентрированного струйного потока и устранения локальных-зон воздействия высокой скорости на переднем ряду нагревательных трубок. Избегайте прямого контакта с пучком нагревательных труб с входными патрубками трубопровода; используйте тангенциальную подачу или переход буферной полости, чтобы уменьшить начальную энергию удара жидкости.
Во-вторых, оптимизируйте расположение пучка нагревательных трубок, чтобы устранить завихрения и мертвые зоны потока. Примените расположение труб в шахматном порядке вместо-линейного расположения, чтобы улучшить однородность турбулентности жидкости и предотвратить образование застойных зон с низким-потоком между зазорами труб. Поддерживайте разумное расстояние между трубками, чтобы обеспечить полный обмен среды внутри пакета, избежать осаждения взвешенных частиц и накопления биологической слизи. Для вертикально установленных нагревательных трубок предотвратите задержку газа вверху, разместив выпускные отверстия для устранения кавитационной эрозии, вызванной двухфазным потоком газа-жидкости-. В местах изгиба и перехода нагревательного бака используйте обтекаемую конструкцию, чтобы уменьшить отрыв потока и образование вихрей.
В-третьих, установите буферизацию потока и вспомогательные-антиэрозионные вспомогательные компоненты в местах-риска ударов. Установите дугообразные противо-перегородки, защищающие от ударов, на впускной наветренной стороне нагревательных пучков, чтобы буферизировать жидкость с высокой-скоростью и плавно менять направление потока. Для секций нагревательных трубок, подвергающихся длительному-истиранию частицами, используйте локальную лазерную наплавку или -стойкое к износу покрытие, чтобы улучшить характеристики поверхности, защищающие от-истирания. Регулярно проверяйте степень износа противоударных-экранов; Своевременно заменяйте сильно изношенные перегородки, чтобы избежать выхода из строя буфера и вторичной концентрированной эрозии нагревательных трубок.
В-четвертых, принять динамическое регулирование потока и механизм периодической проверки поля потока. Установите насосы с преобразованием частоты, чтобы избежать длительной-переоцененной работы, приводящей к устойчивой чрезмерной скорости потока; отрегулируйте рабочие параметры насоса в соответствии с сезонной вязкостью среды и колебаниями сопротивления системы. Регулярно используйте вычислительное моделирование гидродинамики, чтобы восстановить распределение внутреннего поля потока в нагревательном баке, обнаружить скрытые положения высокоскоростных вихрей и мертвых зон, а также выполнить локальное структурное исправление. После длительной-эксплуатации проведите определение толщины стенок на участках,-подверженных наветренной эрозии, чтобы отслеживать скорость утонения эрозии, а также скорректировать параметры потока или заранее добавить противо-противоэрозионные сооружения, когда скорость утонения превышает порог безопасности.
Данные многолетней-эксплуатации показывают, что нагревательное оборудование с оптимизацией поля потока может контролировать годовую скорость утонения стенок, вызванную эрозией-коррозией, ниже 0,03 мм, а срок службы нагревательных трубок увеличивается более чем в два раза по сравнению с системами без-оптимизированного поля потока. В заключение, разумное ограничение скорости потока, единообразная компоновка пучка труб, защита от ударов в зонах высокого-риска и динамическое регулирование параметров потока могут эффективно отсекать путь сопряжения механического истирания и электрохимической коррозии. Оптимизация поля потока устраняет скрытые опасности местной серьезной эрозии, сохраняет целостность и способность к самовосстановлению пассивной пленки из нержавеющей стали, а также обеспечивает надежную гарантию среды для жидкости для долгосрочного-безопасного обслуживания нагревательных трубок из нержавеющей стали 316 в промышленных циркуляционных системах с высоким-потоком.
