बहते समुद्री जल में कटाव के आधार पर टाइटेनियम एक्सचेंजर ट्यूब के लिए सही दीवार की मोटाई कैसे चुनें?

टाइटेनियम का प्रसिद्ध संक्षारण प्रतिरोध समुद्री जल में कहानी का केवल आधा हिस्सा है; अन्य आधा भाग निलंबित ग्रिट का निरंतर रेत विस्फोट और ट्यूब इनलेट पर उच्च वेग वाले पानी का तीव्र बल है, जो पतले टाइटेनियम ऑक्साइड को दोबारा बढ़ने की तुलना में तेजी से नष्ट कर सकता है। समुद्री जल हीट एक्सचेंजर्स में, ट्यूब का जीवन न केवल रसायन विज्ञान द्वारा निर्धारित होता है, बल्कि हाइड्रोडायनामिक्स, अशांति और द्रव धारा द्वारा की गई अपघर्षक ऊर्जा द्वारा भी निर्धारित होता है।

की इंजीनियरिंग चुनौती के भीतरटाइटेनियम ट्यूब दीवार की मोटाई कटाव जंग समुद्री जल, सही ट्यूब दीवार का चयन दीर्घकालिक कटाव प्रतिरोध के साथ दबाव रोकथाम आवश्यकताओं को संतुलित करके किया जाता है।

समुद्री जल में टाइटेनियम इतना अच्छा प्रदर्शन क्यों करता है?

ऑक्सीजन युक्त समुद्री जल के संपर्क में आने पर टाइटेनियम एक अत्यंत स्थिर और स्व-उपचारात्मक ऑक्साइड फिल्म बनाता है। यह निष्क्रिय परत निम्नलिखित के विरुद्ध उल्लेखनीय प्रतिरोध प्रदान करती है:

क्लोराइड संक्षारण

खड़ा

दरार पर हमला

जैव प्रदूषण से संबंधित गिरावट

स्वच्छ समुद्री जल सेवा में, टाइटेनियम ट्यूब नियमित रूप से नगण्य सामान्य क्षरण के साथ दशकों के संचालन को प्राप्त करते हैं।

सीमा यांत्रिक पहनावा है

यद्यपि ऑक्साइड फिल्म रासायनिक रूप से मजबूत है, यह शारीरिक रूप से पतली रहती है। निलंबित रेत के कण और उच्च वेग की अशांति गंभीर प्रवाह स्थितियों के तहत सुधार की तुलना में सुरक्षात्मक सतह को यांत्रिक रूप से तेजी से खराब कर सकती है।

इस प्रक्रिया को क्षरण(क्षरण) के रूप में जाना जाता है।

समस्या सबसे गंभीर हो जाती है:

ट्यूब इनलेट्स

उच्च -अशांत क्षेत्र

प्रवाह टकराव क्षेत्र

कोहनियों या प्रतिबंधों के नीचे की ओर के क्षेत्र

निलंबित ठोस पदार्थ ले जाने वाली समुद्री जल प्रणालियाँ

इस कारण से, एक्सचेंजर ट्यूब की दीवार की मोटाई संरचनात्मक और टूट-फूट दोनों संबंधित मांगों को ध्यान में रखनी चाहिए।

दबाव की मोटाई सबसे पहले आती है

ट्यूब दीवार चयन के लिए प्रारंभिक बिंदु दबाव पोत डिजाइन कोड द्वारा आवश्यक न्यूनतम मोटाई है।

ASME और TEMA आवश्यकताएँ

दबाव पर आधारित न्यूनतम दीवार की मोटाई आमतौर पर निम्न का उपयोग करके निर्धारित की जाती है:

एएसएमई अनुभाग आठवीं

टेमा मानक

लागू ग्राहक विशिष्टताएँ

डिज़ाइन दबाव और तापमान की स्थिति

गणना यह सुनिश्चित करती है कि ट्यूब सुरक्षित रूप से इसका सामना कर सकती है:

आंतरिक दबाव

बाहरी दबाव

यांत्रिक लोडिंग

तापीय तनाव

कंपन बल

यह परिकलित मान किसी भी क्षरण भत्ते को जोड़ने से पहले संरचनात्मक न्यूनतम मोटाई स्थापित करता है।

समुद्री जल सेवा में क्षरण-संक्षारण भत्ता

एक बार दबाव की आवश्यकता स्थापित हो जाने पर, बहते समुद्री जल से दीर्घकालिक यांत्रिक क्षति को ध्यान में रखते हुए अतिरिक्त दीवार की मोटाई जोड़ी जा सकती है।

स्वच्छ समुद्री जल की स्थिति

लगभग निम्न मध्यम वेग के साथ अपेक्षाकृत स्वच्छ समुद्री जल में:

v<2 m/sv < 2\ \mathrm{m/s}v<2 m/s

टाइटेनियम ऑक्साइड फिल्म अत्यधिक स्थिर रहती है।

इन शर्तों के तहत:

कटाव की दर बेहद कम है

अतिरिक्त संक्षारण भत्ता नगण्य हो सकता है

मानक ट्यूब दीवार शेड्यूल अक्सर पर्याप्त होते हैं

टाइटेनियम इन वातावरणों में असाधारण रूप से अच्छा प्रदर्शन करता है क्योंकि निष्क्रिय फिल्म मामूली सतह व्यवधान के बाद लगातार खुद की मरम्मत करती है।

रेत से भरे हुए समुद्री जल को अतिरिक्त मोटाई की आवश्यकता होती है

निलंबित ठोस मौजूद होने पर स्थिति महत्वपूर्ण रूप से बदल जाती है।

रेत के कणों का प्रभाव

रेत के कण सूक्ष्म अपघर्षक प्रक्षेप्य के रूप में कार्य करते हैं जो ट्यूब की दीवार पर तेज गति से प्रभाव डालते हैं। बार-बार प्रहार करने से ऑक्साइड फिल्म धीरे-धीरे घिस जाती है और इसके नीचे से थोड़ी मात्रा में आधार धातु निकल जाती है।

यह क्षरण सबसे अधिक आक्रामक होता है जहां प्रवाह सबसे पहले ट्यूब में प्रवेश करता है क्योंकि प्रवेश क्षेत्र में अशांति की तीव्रता और कण वेग सबसे अधिक होता है।

इन सेवाओं में, आमतौर पर न्यूनतम दबाव से ऊपर एक अतिरिक्त दीवार भत्ता जोड़ा जाता है।

विशिष्ट अतिरिक्त भत्ता

फंसे हुए रेत या कणीय पदार्थ वाले समुद्री जल के लिए, लगभग अतिरिक्त दीवार की मोटाई:

0.2 मिमी Δt से कम या उसके बराबर 0.3 मिमी0.2\\ \\mathrm{mm} \\leq \\Delta t \\leq 0.3\\ \\mathrm{mm}0.2 मिमी Δt से कम या उसके बराबर 0.3 मिमी से कम या उसके बराबर

बार-बार निर्दिष्ट किया जाता है।

यह अतिरिक्त सामग्री एक्सचेंजर सेवा जीवन के दौरान क्रमिक यांत्रिक टूट-फूट की भरपाई करती है।

ट्यूब कवच का थोड़ा मोटा कोट पहनती है जहां रेत का तूफ़ान सबसे आक्रामक तरीके से टकराता है।

विशिष्ट न्यूनतम ट्यूब दीवार चयन

कई समुद्री जल एक्सचेंजर अनुप्रयोगों के लिए, व्यावहारिक न्यूनतम दीवार की मोटाई इस प्रकार शुरू होती है:

t 0.7 मिमी से अधिक या उसके बराबर \\geq 0.7\\ \\mathrm{mm}t 0.7 मिमी से अधिक या उसके बराबर

इस पर निर्भर करते हुए:

ट्यूब व्यास

डिजाइन दबाव

प्रवाह वेग

रेत की सघनता

अपेक्षित सेवा जीवन

रखरखाव दर्शन

यह मोटाई अक्सर इनके बीच एक स्वीकार्य संतुलन प्रदान करती है:

संरचनात्मक विश्वसनीयता

ऊष्मा अंतरण दक्षता

manufacturability

कटाव प्रतिरोध

पतली दीवारें थर्मल प्रदर्शन में थोड़ा सुधार करती हैं लेकिन कटाव और क्षति से निपटने के प्रति सहनशीलता कम कर देती हैं।

ट्यूब इनलेट क्षेत्र की सुरक्षा करना

ट्यूब का प्रवेश द्वार आमतौर पर एक्सचेंजर में सबसे कमजोर स्थान होता है।

इनलेट कटाव गंभीर क्यों है?

जैसे ही समुद्री जल ट्यूब बंडल में प्रवेश करता है, अशांति की तीव्रता तेजी से बढ़ जाती है। रेत के कण बदलते कोणों पर दीवार से टकराते हैं जबकि स्थानीयकृत प्रवाह त्वरण प्रभाव ऊर्जा को बढ़ाता है।

इससे ट्यूब की लंबाई के पहले कुछ सेंटीमीटर के पास सघन घिसाव पैदा होता है।

डबल-मोटी ट्यूब सिरे

स्थायित्व में सुधार के लिए, कुछ एक्सचेंजर डिज़ाइन निर्दिष्ट करते हैं:

डबल-मोटी ट्यूब सिरे

प्रबलित इनलेट अनुभाग

लघु वेल्डेड इनलेट आस्तीन

दीवार पर भारी प्रवेश द्वार सम्मिलित है

कुछ विन्यासों में, मोटे टाइटेनियम ट्यूब के एक छोटे खंड को एक्सचेंजर के शेष भाग में पतली ट्यूबिंग को संरक्षित करते हुए क्षरण क्षति को अवशोषित करने के लिए इनलेट छोर पर वेल्ड किया जाता है।

यह रणनीति उच्चतम जोखिम वाले क्षेत्र को मजबूत करते हुए कुल सामग्री लागत को कम करती है।

वेग दिशानिर्देश और उद्योग अनुशंसाएँ

प्रवाह वेग क्षरण {{0}संक्षारण व्यवहार में एक केंद्रीय भूमिका निभाता है।

अनुशंसित वेग सीमाएँ

निकेल इंस्टीट्यूट और विभिन्न समुद्री जल इंजीनियरिंग दिशानिर्देश जैसे संगठन निम्नलिखित के आधार पर अनुशंसित वेग सीमाएँ प्रकाशित करते हैं:

रेत की सघनता

कण आकार

शासन प्रवाह

ट्यूब सामग्री

सिस्टम ज्यामिति

विशिष्ट मार्गदर्शन उन स्तरों से नीचे वेग बनाए रखने का प्रयास करता है जहां कण टकराव अत्यधिक आक्रामक हो जाता है।

यद्यपि टाइटेनियम कई तांबे आधारित मिश्र धातुओं की तुलना में उच्च वेग को सहन करता है, रेत लोडिंग के साथ संयुक्त अत्यधिक अशांति अभी भी लंबी परिचालन अवधि में पहनने में तेजी ला सकती है।

थर्मल प्रदर्शन और स्थायित्व को संतुलित करना

ट्यूब की दीवार की मोटाई बढ़ने से गर्मी हस्तांतरण प्रदर्शन थोड़ा कम हो जाता है क्योंकि दीवार की मोटाई के साथ थर्मल प्रतिरोध बढ़ता है।

हालाँकि, समयपूर्व ट्यूब विफलता के परिचालन जोखिम की तुलना में चालकता जुर्माना आम तौर पर मामूली होता है।

इंजीनियरिंग ट्रेड-बंद

इसलिए ट्यूब दीवार का चयन इनके बीच एक संतुलन बन जाता है:

अधिकांश समुद्री जल प्रणालियों में, दीर्घकालिक विश्वसनीयता थोड़ी मोटी टयूबिंग से जुड़े मामूली थर्मल दंड से अधिक होती है।

निष्कर्ष

टाइटेनियम एक्सचेंजर ट्यूब की दीवार की मोटाई केवल दबाव गणना द्वारा निर्धारित नहीं की जाती है। यह एक सावधानीपूर्वक इंजीनियर किया गया वैरिएबल है जिसमें बहते समुद्री जल और निलंबित रेत कणों के कारण होने वाले क्षरण के लिए अनुमति भी शामिल है।

मध्यम वेग पर स्वच्छ समुद्री जल को बहुत कम या कोई अतिरिक्त भत्ते की आवश्यकता नहीं हो सकती है, लेकिन रेत से भरी स्थिति में अक्सर दबाव आधारित न्यूनतम दीवार मोटाई में 0.2 से 0.3 मिमी ऊपर जोड़ने को उचित ठहराया जाता है। प्रबलित इनलेट अनुभाग और डबल -मोटी ट्यूब सिरे अतिरिक्त सुरक्षा प्रदान करते हैं जहां अशांति और कण टकराव सबसे गंभीर होते हैं।

ASME और TEMA संरचनात्मक आवश्यकताओं को व्यावहारिक क्षरण भत्ते के साथ जोड़कर, टाइटेनियम एक्सचेंजर ट्यूब कठोर समुद्री वातावरण में असाधारण रूप से लंबे समय तक परिचालन जीवन प्राप्त कर सकते हैं। थर्मल सिस्टम इंजीनियरिंग में, धातु की एक मिलीमीटर का मतलब आसानी से एक दशक का अतिरिक्त सेवा जीवन हो सकता है।