Mewn Gwresogyddion heli Dihalwyno (Fflach Aml-Gam) ar 120 gradd gyda Halen Wedi'i Ddihalwyno, Pa Drwch Wal o Titaniwm Gradd 2 sy'n Atal Difrod Hydrogen?

Mae gwresogyddion heli dihalwyno aml-gyfnod-fflach (MSF) yn gweithredu ar 110-120 gradd gyda heli gwanedig (ocsigen toddedig<20 ppb). Deaeration is required to prevent corrosion of the carbon steel components, but it provides a reducing environment for titanium. The passive layer of titanium is less stable in high temperature chloride brine without oxygen and hydrogen can be absorbed from water reduction ( 2H 2 O + 2e − → H 2 + 2OH − ) . Hydrogen absorption causes brittle hydride (TiH₂) formation, leading to hydrogen damage-cracking and embrittlement without significant wall weakening. In this article the minimal wall thickness to avoid hydrogen damage over a typical 10 years campaign of a desalination plant is established.

Mecanwaith difrod hydrogen mewn heli daerated
Mewn heli awyredig, mae ocsigen yn cael ei leihau ar yr wyneb titaniwm, gan gadw'r potensial bonheddig ac atal esblygiad hydrogen. Mewn heli daerated (ocsigen<20 ppb) the cathodic reaction is shifted to water reduction. Atomic hydrogen formed at the surface may permeate into the titanium lattice Hydrogen atoms concentrate in areas of tensile stress (welds, tube bends, inflated tube ends). Titanium hydride precipitates when the local concentration surpasses the solid solubility (about 150 ppm at 120°C). Hydride platelets are brittle and microcracking occurs. Such process results in crack propagation followed by tube perforation or fracture due to further hydrogen absorption.

Mae cyfradd amsugno hydrogen yn swyddogaeth tymheredd, cemeg heli a chyflwr wyneb titaniwm. Yn amsugno hydrogen mewn heli MSF ar 120 gradd (70,000-80,000 ppm Cl-, wedi'i ddaeru) 0.05-0.15 ppm/awr Gradd 2

Amser Hanfodol Crynodiad Hydrogen
Gan ddechrau o'r lefel hydrogen gychwynnol o 30-50 ppm (Anelwyd Gradd 2) yr hyd i gyrraedd y trothwy critigol o 150 ppm yw: amsugniad sydd ei angen=100-120 ppm. Gan dybio cyfradd amsugno canol-ystod o 0.10 ppm/awr, amser=100 / 0.10=1,000 awr. Ar 0.15 ppm yr awr, amser=100/0.15=667 awr.

Mae amserlenni byr o'r fath (1-2 fis) yn dangos y byddai Gradd 2 yn britho'n gyflym mewn heli wedi'i ddaeru ar 120 gradd . Fodd bynnag, yn ymarferol mae gwresogyddion heli MSF yn defnyddio heli daerated gydag ocsigen gweddilliol (10-20 ppb) ac yn aml yn gweithredu ar amodau ychydig yn ocsideiddiol ar wyneb titaniwm oherwydd cloramin neu ychwanegion eraill. Mewn planhigion go iawn mae'r cyfraddau amsugno yn is, 0.01-0.05 ppm yr awr, fel ei bod yn cymryd 2,000-10,000 awr (3-12 mis) i gyrraedd y crynodiad critigol. Mae hyn yn dal yn rhy araf ar gyfer gwasanaeth hirdymor.

Trwch wal o liniaru
Nid yw unrhyw drwch wal yn rhwystr i amsugno hydrogen. Mae hydrogen yn tryledu mewn titaniwm yn annibynnol ar drwch wal. Mae waliau mwy trwchus yn darparu mwy o ddeunydd i wrthsefyll hollti hydrid cyn trydylliad. Unwaith y bydd hydrid wedi'i ffurfio mae holltau'n teithio drwy'r wal. Po fwyaf trwchus yw'r wal, yr hiraf pan fydd i gracio.

Ar gyfer Gradd 2 mewn heli aeredig ar 120 gradd mae'r cysylltiad rhwng trwch wal ac amser i drydylliad oherwydd difrod hydrogen (ar ôl i'r amsugno ddechrau) yn weddol llinol:

Trwch Wal (mm) Amser i Hydrid Cychwyn Crac (misoedd) Amser o'r Cychwyn i Berforation (misoedd Cyfanswm Bywyd Gwasanaeth (misoedd)
0.9 mm 3-6 1-2 4-8 1.2 mm 3-6 2-3 5-9 1.65 mm 3-6 3-5 6-11 2.0 mm 3-6 4-6 7-12
2.5 mm 3-6 5-8 8-14
Ni fydd unrhyw drwch wal yn rhoi bywyd 10 mlynedd oherwydd nad yw amsugno hydrogen yn cael ei atal. Bydd cracio yn dechrau o fewn misoedd, ni waeth pa drwch a ddefnyddir. Mae waliau mwy trwchus yn gohirio tyllu ond nid ydynt yn atal methiant.

Opsiynau Eraill
Nid yw trwch wal uwch yn rhoi bywyd hirdymor, felly mae angen camau eraill:

Ocsigen, gweddilliol: Dylai ocsigen toddedig fod yn fwy na 50 ppb (llai na 200 ppb i gyfyngu ar gyrydiad dur carbon). Mae hyn yn gwneud yr adwaith cathodig yn lleihau ocsigen. Mae hyn yn atal esblygiad hydrogen.

Use Chloramine or other oxidants: Add 0.5-2 ppm of chloramine to the brine to act as a cathodic oxidant.

Uwchraddio i Radd 7: Mae Palladium (0.12-0.25%) yn cataleiddio gostyngiad mewn ocsigen hyd yn oed ar grynodiadau ocsigen isel iawn ac yn atal amsugno hydrogen. Mae gradd 7 mewn heli daerated ar 120 gradd yn amsugno hydrogen<0.005 ppm per hour, providing 10+ year life.

* Gwrthdroi amddiffyniad cathodig: Cysylltwch titaniwm â metel mwy nobl (platinwm neu aur) i symud y potensial i'r ystod lleihau ocsigen. Ddim yn ymarferol ar gyfer gwresogyddion MSF.

Matrics Cais Gwresogyddion heli MSF
Cyflwr heli Ocsigen Toddedig (ppb) Trwch Wal Graddfa Titaniwm a Argymhellir Oes Disgwyliedig
Wedi marw (MSF nodweddiadol)<20 ppb Grade 7 1.2-1.65 mm 10-15 years
Deaerated gydag ychwanegiad cloramin<20 ppb + 1 ppm ClO2- Grade 2 or Grade 7 1.65 mm 8-12 years (Grade 2)
Ocsigen isel (cyflwr cynhyrfu) 20-50 ppb Gradd 2 2.0 mm 3-5 mlynedd
Aerated (maintenance bypass) >200 ppb Gradd 2 1.65 mm 10+ mlynedd (er bod dur carbon yn cyrydu)
Nid yw titaniwm Gradd 2 yn addas ar gyfer gwresogyddion heli dihalwyno MSF ar 120 gradd gyda heli daerated (ocsigen<20 ppb) regardless of wall thickness. Hydride cracking 6-12 months; perforation 6-14 months depending on wall thickness due to hydrogen absorption. This service requires grade 7 titanium (Ti-0.15Pd). Standard 1.2-1.65 mm wall gives 10-15 year life. The higher cost of Grade 7 is offset by the lack of hydrogen damage. If Grade 2 must be used (e.g., existing plant), keep dissolved oxygen above 50 ppb or add chloramine to suppress hydrogen evolution. Specify seamless tubing for new MSF plants, pickled finish, Grade 7. "Don't just use wall thickness as a shield against hydrogen damage in deaerated high temperature brine. Perform annual hydrogen monitoring using sacrificial Grade 2 coupon analysis for hydrogen content and replace heaters if the hydrogen content exceeds 100 ppm (below the critical threshold of 150 ppm) to avoid an unexpected failure.