Hvorfor GR1 titanrørsvarmevekslere lækker ved det flydende rørark
Apr 01, 2024
Grade 1 titanium rør fejler sjældent i rørvæggen. Når man fylder-bokse af titanium-varmevekslere, udvikler de lækager, som kunderne oftest rapporterer, et helt andet sted, ved den flydende rørplade, og forståelse af hvorfor sparer en hel del uplanlagt nedetid.
Designkompromiset bag fyldnings-boks Titanium varmevekslere
Titaniumrør er dyrt, så traditionelle design sparer, hvor de kan. Rør er specificeret i klasse 1, mens rørpladen ofte er en titanium-stålbeklædt plade. Fordi titanium og stål ikke kan smeltesvejses direkte uden at danne sprøde intermetalliske faser, er rørboksen i en pakdåseveksler ofte lavet som en kulstofstål eller lavlegeret stålskal med en indvendig foring snarere end som en solid beklædt komponent. Det valg sænker omkostningerne og fjerner en vanskelig svejsning, men det introducerer også en forskellig-metalsamling i den mest ætsende del af udstyret.
Den flydende rørplade følger samme logik. Dens skørt, den cylindriske sektion, der leder rørpladen inde i skallen, er normalt kulstofstål, fordi den ikke ser havvand i den oprindelige design hensigt, og fordi svejsning af titanium til kulstofstål undgås.
Hvor lækagen faktisk starter
Fejlen er koncentreret ved den flydende rørpladeforsegling. Når emballagen komprimeres under samlingen, skubbes en del af kulstofstålskørtet uden for emballagen. Havvand når derefter mellemrummet mellem rørpladen og rørkassen og rører bart kulstofstål. Fra det øjeblik er resultatet forudsigeligt: stålet korroderer hurtigt, tætningen mister sin siddeflade, og veksleren begynder at lække.
Feltrapporter beskriver, at kulstofstål på det sted bliver forbrugt i en meget kort periode, når kontakt med havvand begynder. I alvorlige tilfælde er kun den tynde titaniumsektion tilbage. Reparation er vanskelig, fordi skaden sidder under en pakket samling i stedet for i et tilgængeligt rør. Patch-svejsning kan udskyde problemet, men metallet omkring lappen er allerede blevet forstyrret, og den samme spaltegeometri forbliver, så en anden fejl følger inden for en kort driftsperiode.
Sammenligning af de involverede materialer
| Komponent | Sædvanligt materiale | Adfærd i havvand | Rolle i lækagen |
|---|---|---|---|
| Rør | Grad 1 titanium til ASTM B338 | Passiv oxidfilm, effektivt immun i omgivende havvand inklusive chlorider | Sjældent fejlpunktet |
| Flydende tubesheet-skørt | Kulstofstål | Ensartet og hurtigt angreb uden beskyttende film | Primær fejlplacering |
| Rørboksforing | Kulstofstål eller lavlegeret stål med foring | Afhænger helt af foringens integritet | Sekundær risiko, hvis foringen er beskadiget |
| Beklædt rørplade | Titanium på stål, fremstillet som beklædt plade | Godt, forudsat at titaniumlaget er kontinuerligt | Foretrukken alternativ til nederdeldesignet |
Reaktiv metalbeklædt plade af denne type er omfattet af ASTM B898, som eksisterer netop fordi direkte svejsning af titanium til stål ikke er en farbar vej.
Hvorfor reparation ved lappesvejsning ofte mislykkes
Titaniumsvejsning kræver fuld inert-gasafskærmning, indtil metallet er afkølet til under ca. 400 grader, en ren oxid-fri overflade og fri for jernforurening. I en pakket samling på stedet er ingen af disse forhold nemme at garantere. Jern opsamlet fra værktøj eller fra slibeaffald, eller brint absorberet under en lysbuereparation, fører til hydriddannelse, og ASTM B338 sætter et brintmaksimum på 0,015 % netop af den grund. Et plaster, der ser sundt ud, kan derfor blive skørt og revne under brug.
Designændringer, der fjerner fejltilstanden
Den mest effektive løsning er at stoppe med at sætte kulstofstål i kontakt med havvand. Muligheder, der er dokumenteret i drift, omfatter en flydende rørplade i fuldt titanium, en titanium-beklædt skørt, så den fugtede overflade er titanium overalt, eller en ændring af vekslertypen til en, hvor rørpladen er svejset i stedet for pakket. Hvor en pakket samling skal bibeholdes, kan skørtet beklædes eller muffes og pakningen ændres til et design, der ikke kan ekstrudere stålet ind i havvandsspalten.
Et andet beskyttelseslag er inspektion. Spaltekorrosion af titanium i chloridopløsninger bliver en reel risiko over ca. 70 grader, så vekslere, der fungerer varmere end det, skal både titaniumsiden og eventuelle resterende sprækker kontrolleres ved planlagte nedlukninger i stedet for kun, når en lækage opstår.
Ofte stillede spørgsmål
Q:Kan grad 1 titanium rør selv korrodere i havvand?
A: I omgivende havvand holder den passive oxidfilm grad 1 titanium effektivt immun, også i chloridopløsninger. Den korrosion, der ses i disse vekslere, forekommer på kulstofstålkomponenterne, ikke på titaniumrøret.
Q:Hvorfor er den flydende tubesheet-skørt ikke bare lavet af titanium?
A: Fordi et titanium-skørt normalt skal forbindes til en stålkonstruktion, og titanium kan ikke smeltesvejses til kulstofstål uden sprød intermetallisk dannelse. Beklædt plade eller et boltet design undgår den samling og er det bedre svar.
Q:Hvor hurtigt svigter kulstofstål, når havvand når det?
A: Uden en beskyttende film er angrebet hurtigt, og sektionen kan forbruges i en meget kort driftsperiode, hvorfor lækager opstår hurtigt efter første havvandsindtrængning snarere end efter måneders gradvis udtynding.
Q:Løser lappesvejsning problemet?
A: Det genopretter trykintegriteten midlertidigt. Den underliggende spaltegeometri og det forstyrrede metal forbliver, brint- og jernforurening kan sprøde reparationen, og yderligere lækager følger typisk inden for kort tid.
Q:Hvilke standarder gælder for røret og for enhver beklædt komponent?
A: ASTM B338 dækker det sømløse og svejsede titaniumrør, ASTM B265 dækker titaniumplade og plade, og ASTM B898 dækker reaktiv og ildfast metalbeklædt plade, der anvendes, hvor en titaniumoverflade skal limes til en stålbagside.
