Ar gyfer Gwresogi Dŵr Poeth Tanddwr (200 gradd ) Mewn Llestr Pwysedd, Beth Yw Uchafswm Tymheredd Wal Tiwbiau a Ganiateir Cyn i Hydriad Ddigwydd?

Mae gwresogi tanddwr dŵr cywasgedig 200 gradd C yn cynnig anhawster penodol i wresogyddion trochi titaniwm. Ar y tymheredd hwn dim ond hylif yw dŵr o dan bwysau uchel (tua 16 bar). Mae'r amgylchedd dŵr tymheredd uchel, pwysedd uchel yn achosi ansefydlogrwydd thermodynamig titaniwm mewn perthynas ag amsugno hydrogen. Er enghraifft, mae trylediad yn cael ei reoli ac mae'n symud ymlaen heb gyrydiad arwyneb na thyllu; nid oes unrhyw ddirywiad arwyneb amlwg yn digwydd hyd nes y bydd brithwaith yn achosi toriad sydyn. Tymheredd wal y tiwb yn hytrach na thymheredd y dŵr swmp yw'r paramedr rheoleiddio ar gyfer hydradu. Mae'r fflwcs gwres o'r elfen wresogi fewnol yn gwresogi wal fewnol y tiwb titaniwm yn llawer poethach na'r wal allanol mewn cysylltiad â dŵr. Ar ryw lefel o dymheredd y wal fewnol hon, mae cyfradd yr amsugno hydrogen yn mynd yn rhy uchel ac mae cynhyrchu hydrid yn digwydd mewn misoedd yn hytrach na blynyddoedd.

Mecanwaith hydradu tymheredd uchel mewn dŵr cywasgedig

Mae'r dŵr yn daduno ar wyneb titaniwm dros 150 gradd : H2O → H+ + OH-. Mae'r protonau'n cael eu trawsnewid yn hydrogen atomig, sy'n tryledu i'r dellt titaniwm. Mae hydoddedd hydrogen mewn titaniwm yn tyfu'n ddramatig gyda thymheredd o 200 ppm ar 100 gradd i fwy na 1,500 ppm ar 200 gradd. Pan fydd y crynodiad lleol o hydrogen yn fwy na hydoddedd solet terfynol (TSS), mae hydrid titaniwm (TiH2) yn gwaddodi. Mae cyfaint y cyfnod hydride 17% yn uwch na'r titaniwm amgylchynol gan achosi tensiynau mewnol sy'n achosi microcracio. Y paramedr llywodraethu yw tymheredd y wal fewnol, a all fod 20-50 gradd yn uwch na'r wal allanol, yn dibynnu ar y fflwcs gwres a thrwch wal. Mae trylediad yn cael ei yrru gan y graddiant crynodiad hydrogen sy'n cael ei greu gan wal fewnol ar 220 gradd a'r wal allanol ar 200 gradd, i'r wyneb allanol oerach lle mae hydridau yn gwaddodi'n ffafriol.

Perthynas Feintiol rhwng Cyfradd Hydriding a Thymheredd Wal Fewnol

Mae profion rheoledig mewn dŵr cywasgedig ar 200 gradd (16 bar) ar diwbiau titaniwm Gradd 2 o dan wahanol lifau gwres wedi cadarnhau'r cyfraddau hydreiddio canlynol wrth i grynodiad hydrogen godi fesul 1,000 awr:

Tymheredd wal fewnol<210°C: Hydriding rate 10-20 ppm/1000 hours. Time to attain TSS (200 ppm) 10,000-20,000 hours (1-2 years) Great for yearly tube replacement.

Tymheredd wal fewnol: 210-230 gradd Cyfradd hydradu: 50-100 ppm / 1000 awr. Amser i gyrraedd 2,000-4,000 awr TSS (3-6 mis). Angen archwiliad aml a gwasanaeth ymylol.

Tymheredd wal fewnol. 230 i 250 gradd C: Cyfradd hydradu 200 i 400 ppm/1,000 awr. Amser i gyrraedd TSS o 500-1,000 awr (3-6 wythnos). Platennau hydrid i'w gweld yn fetelegol ar ôl 500 awr.

Tymheredd wal fewnol> 250 gradd: Cyfradd hydreiddio> 500 ppm / 1,000 awr. Rhagorodd TSS mewn 200-400 awr. Arsylwyd cracio a cracio arwyneb. Mae methiant trychinebus ar fin digwydd.

Canllaw Cyfrifo ar gyfer Tymheredd Wal Fewnol Uchaf a Ganiateir

Mae'r tabl isod yn rhoi dull realistig ar gyfer amcangyfrif tymheredd uchaf y wal fewnol a ganiateir a'r cyfyngiadau fflwcs gwres cysylltiedig ar gyfer bywyd gwasanaeth dymunol.

Tymheredd Wal Fewnol Uchaf a Ganiateir ar 200 gradd Dŵr Gwasanaeth Dymunol Bywyd Tebyg Uchafswm Gwres Fflwcs (OD 20 mm, wal 1.2 mm) Cyfwerth Uchafswm Hylif Gwres (25mm OD, Wal 1.5mm)
5 mlynedd (43,800 awr) 205 gradd 12 W/cm2 10 W/cm2
2 flynedd (17,500 awr) 215 gradd 18 W/cm2 15 W/cm2
1 flwyddyn (8,760 awr) 225 gradd 25 W/cm2 22 W/cm2
6 mis (4,380 awr) 235 gradd 32 W/cm² 28 W/cm²
Gwasanaeth brys yn unig (1 mis) 250 gradd 45W/cm² 40W/cm²
Dylunio Peirianneg i Atal Hydriding

Mae tymheredd y wal fewnol yn cael ei bennu gan ddefnyddio tymheredd y dŵr swmp, llif gwres (q), trwch wal (t) a dargludedd thermol titaniwm (k=17 W/m·K ar 200 gradd ): ΔT=(q × t) / k. Ar gyfer wal 1.2 mm ar 20 W/cm2, ΔT=(200,000 W/m2 × 0.0012 m) / 17 W/m·K=14 gradd . Swmp dŵr ar 200 gradd --wal fewnol ar 214 gradd - y tu hwnt i derfyn oes 2 flynedd. Yn ddiddorol, mae gostwng trwch wal yn gostwng tymheredd y wal fewnol ar gyfer yr un fflwcs gwres. 0.8 mm wal 20 W/cm$^2$ yn rhoi $\\Delta T$=9$^o$C, wal fewnol ar 209$^o$C, sy'n dderbyniol am oes 5 mlynedd. Felly mae waliau teneuach yn well ar gyfer ymwrthedd hydriad yn wahanol i'r athroniaeth ddylunio arferol ar gyfer cyrydiad. Mae effaith catalytig palladium ar ailgyfuniad hydrogen yn codi tymheredd wal fewnol trothwy titaniwm Gradd 7 (wedi'i sefydlogi â palladiwm) tua 15-20 gradd.

Manyleb wedi'i hysbysu

Er enghraifft, os nodir gwresogydd titaniwm ar gyfer gwasanaeth dŵr cywasgedig 200 gradd, cyfrifwch dymheredd y wal fewnol o'r fflwcs gwres a ddymunir a thrwch wal arfaethedig. Ar gyfer unrhyw gais sydd angen bywyd gwasanaeth mwy na 2 flynedd, peidiwch â bod yn fwy na 210 gradd. Os yw anghenion fflwcs gwres yn > 25 W/cm2, naill ai gostwng trwch wal i leihau ΔT neu ddarparu titaniwm Gradd 7. Lledaenwch y llif gwres. Defnyddiwch lawer o wresogyddion dwysedd wat isel yn lle un gwresogydd dwysedd wat uchel. Monitro ymwrthedd trydanol y gwresogydd ar waith. Mae cynnydd o 10-15% dros y llinell sylfaen yn arwydd o gynhyrchu hydrid a breuo. Gosod thermocwl ar wal allanol y tiwb a chyfrifo tymheredd y wal fewnol yn barhaus. Os yw tymheredd y wal fewnol wedi'i gyfrifo yn uwch na 230 gradd C am fwy na 100 o oriau cronnol, tynnwch y gwresogydd o'r gwasanaeth waeth beth fo'r trwch wal sy'n weddill. Yn lle rheoli tymheredd y dŵr swmp, mae'r peiriannydd yn rheoli tymheredd y wal fewnol. Mae hyn yn atal methiant graddol brithiad hydrogen mewn systemau dŵr tymheredd uchel.