1. TA1 je najmäkšia a najslabšia z bežných druhov titánu. Prečo je to potom často špecifikovaná a nákladovo najefektívnejšia voľba-pre náročné zariadenia na chemické spracovanie, ako sú výmenníky tepla a miešadlá reaktorov?
Výber TA1 je klasickým príkladom návrhu podľa primárneho režimu zlyhania aplikácie. Pri chemickom spracovaní je dominantnou hrozbou často korózia, nie mechanické preťaženie. Vynikajúci výkon TA1 v tejto aréne v kombinácii s jeho vynikajúcimi výrobnými vlastnosťami z neho robí dlhodobo najspoľahlivejšiu a ekonomicky najrozumnejšiu voľbu.
Optimálna odolnosť proti korózii: Odolnosť titánu proti korózii je odvodená od jeho húževnatého, samo{0}}samoliečiteľného pasívneho filmu oxidu titaničitého (TiO₂). V komerčne čistých (CP) triedach, ako je TA1, neprítomnosť legujúcich prvkov, ako je hliník a vanád, vytvára homogénnejšiu a stabilnejšiu vrstvu oxidu. Vďaka tomu je TA1 mimoriadne odolný voči širokému spektru agresívnych médií, vrátane:
Chloridy: Odolné voči jamkovej a štrbinovej korózii v morskej vode, soľanke a chlórovaných procesných prúdoch.
Oxidujúce kyseliny: Vynikajúca odolnosť voči kyseline dusičnej rôznych koncentrácií a teplôt.
Mokrý chlór: Je to jeden z mála kovov, ktorý si poradí s mokrým plynným chlórom a chlórovanou vodou bez korózie.
Nákladová efektívnosť{0}}cykla: Zatiaľ čo počiatočné náklady na materiál tyče TA1 môžu byť podobné ako pri vyššej-triede pevnosti, jej nákladová-efektívnosť sa odráža v celkových nákladoch{4}}životného cyklu. Hriadeľ čerpadla alebo komponent ventilu vyrobený z nehrdzavejúcej ocele 316L môže zlyhať v priebehu niekoľkých mesiacov v horúcej morskej vode, čo si vyžaduje nákladné odstávky, výmeny a stratu výroby. Komponent TA1 v tej istej službe vydrží desaťročia, vďaka čomu sú vyššie počiatočné investície zanedbateľné v porovnaní s úsporami na údržbe a prestojoch.
Výrobné výhody: Jeho vynikajúca ťažnosť umožňuje ľahké obrábanie, ohýbanie a zváranie do zložitých komponentov, ako sú špirálové zostavy pre výmenníky tepla alebo zložité konštrukcie miešadiel, čím sa znižujú výrobné náklady.
2. Pre chladiaci systém morskou vodou musí technik špecifikovať titánovú tyč TA1 pre hriadeľ čerpadla. Aké sú dve primárne korózne-riziká, ktoré je potrebné vziať do úvahy pri návrhu, napriek vynikajúcej všeobecnej odolnosti titánu proti korózii?
Zatiaľ čo TA1 je prakticky imúnny voči všeobecnej korózii v morskej vode, žiadny materiál nie je bez svojich slabých miest. Pre rotujúci komponent, ako je hriadeľ čerpadla, je dôležité riešiť dva špecifické korózne mechanizmy: galvanickú koróziu a štrbinovú koróziu.
1. Galvanická korózia:
Riziko: Titán je jedným z najušľachtilejších (katódových) kovov v galvanickej sérii v morskej vode. Ak je titánový hriadeľ TA1 priamo spojený s menej ušľachtilým kovom, ako je liatinové teleso čerpadla alebo obežné koleso z nehrdzavejúcej ocele, vytvorí sa galvanický článok. V tomto článku pôsobí titán ako veľká katóda a druhý kov (napr. železo) sa stáva malou koncentrovanou anódou. To dramaticky urýchli koróziu menej ušľachtilého kovu, čo môže viesť k jeho rýchlemu zlyhaniu.
Stratégia zmiernenia: Návrh musí zahŕňať elektrickú izoláciu. Dosahuje sa to pomocou izolačných komponentov, ako sú ne-kovové tesnenia a klzné ložiská. Okrem toho by obežné koleso malo byť tiež vyrobené z titánu alebo podobne ušľachtilého materiálu (ako je -kvalitná zliatina niklu), aby sa úplne vyhlo galvanickému páru.
2. Štrbinová korózia:
The Risk: Although TA1 has excellent resistance to crevice corrosion, it is not entirely immune, especially in hot (>70-80 stupňov / 158-176 stupňov F), stojatá, odvzdušnená morská voda. Pod tesnými štrbinami (napr. pod tesneniami, O-krúžkami alebo v mieste uloženia medzi hriadeľom a klzným ložiskom) môže dôjsť k ochudobneniu prostredia o kyslík. Pasívna fólia sa môže v tomto lokalizovanom kyslom prostredí rozpadnúť, čo vedie k agresívnemu vzniku jamiek v štrbine.
Stratégia zmiernenia:
Dizajn: Odstráňte štrbiny všade, kde je to možné, pomocou dobrého dizajnu (napr. zvary s úplným prevarením namiesto závitových spojov).
Vylepšenie zliatiny: Pre kritické aplikácie v horúcej stojatej morskej vode často postačuje malé množstvo zliatiny. Špecifikácia stupňa 2 (TA2) alebo dokonca stupňa vylepšeného paládiom- (Gr 7 alebo Gr 11) poskytuje výrazne vyššiu prahovú teplotu pre iniciáciu štrbinovej korózie. Pre hriadeľ čerpadla môže byť toto malé zvýšenie nákladov rozumnou poistkou.
3. Zvárateľnosť TA1 sa uvádza ako výborná. Aké konkrétne postupy a postupy tienenia sú povinné počas zvárania tyčí TA1 alebo vyrobených konštrukcií, aby sa zachovala ich odolnosť proti korózii a ťažnosť?
"Vynikajúca zvárateľnosť" predpokladá, že sú dodržané správne postupy. Zváranie titánu sa zásadne líši od zvárania ocele a vyžaduje chirurgickú čistotu a ochranu, aby sa zabránilo krehnutiu.
Základný problém: Absorpcia plynu: Pri teplotách nad 400 stupňov (750 stupňov F) má titán vysokú afinitu ku kyslíku, dusíku a vodíku zo vzduchu. Ak sú tieto prvky počas zvárania absorbované, spôsobujú:
Kyslík a dusík: Krehnutie vytváraním tvrdej, krehkej povrchovej vrstvy nazývanej „alfa prípad“. Táto vrstva môže pri namáhaní prasknúť a výrazne zhoršiť ťažnosť a odolnosť proti korózii.
Hydrogen: In sufficient quantities (>150 ppm), vodík môže viesť k tvorbe hydridu a vodíkovému krehnutiu, čo spôsobuje oneskorené praskanie.
Povinné zváracie postupy:
Ultra{0}}ochranný plyn vysokej čistoty: Použite argón alebo hélium s čistotou 99,998 %. Dokonca aj malé nečistoty kyslíka alebo vlhkosti v plyne kontaminujú zvar.
Rozšírené plynové tienenie: Pretože titán sa ochladzuje pomaly a zostáva reaktívny, tienenie musí chrániť zvar, kým neklesne pod 400 stupňov. To si vyžaduje:
Veľký plynový pohár: Na horáku TIG na pokrytie veľkej plochy.
Trailing Shield: Prídavné zariadenie, ktoré nasleduje za horákom a poskytuje prikrývku argónu cez horúci, tuhnúci zvar.
Čistenie chrbta: Thezadná stranazvar musí byť rovnako chránený argónom. Pri rúre alebo dutej tyči sa prečistí celý interiér. Pre platne je vybudovaná dočasná preplachovacia komora.
Dôkladná čistota: Všetky povrchy (základný kov, plniaci drôt) musia byť dokonale čisté, bez oleja, mastnoty, prachu a odtlačkov prstov. Akýkoľvek organický zvyšok sa v oblúku rozpadne a do zvaru vnesie uhlík a vodík.
Prídavný kov: Použite zodpovedajúci prídavný drôt, napríklad ERTi-1, aby ste zabezpečili, že zvarový kov má rovnaké zloženie a vlastnosti ako základná tyč TA1.
4. Pri konštrukcii doskových tepelných výmenníkov (PHE) sú bežné lisované titánové dosky TA1. Aké vlastnosti tyče TA1, ktorá sa používa na výrobu suroviny pre tieto dosky, sú rozhodujúce pre proces lisovania a dlhodobý-výkon výmenníka?
Výroba dosiek PHE je náročná operácia tvárnenia, ktorá posúva materiál na svoje hranice. Kvalita pôvodnej tyče TA1 (ktorá je za tepla-zvinutá do zvitku alebo plechu) je základom úspechu.
Vlastnosti pre lisovanie (tvarovateľnosť):
Vysoká ťažnosť a rovnomerné predĺženie: TA1 ponúka najvyššiu ťažnosť zo všetkých druhov titánu. To umožňuje, aby sa materiál podrobil intenzívnej deformácii raziaceho lisu bez praskania alebo trhania v rohoch zložitých zvlnení.
Konzistentné mechanické vlastnosti: Tyč/cievka musí mať rovnaké vlastnosti po celej dĺžke a po celej šírke. Akákoľvek lokálna zmena tvrdosti alebo ťažnosti môže viesť k nekonzistentnému razeniu, pruženiu alebo slabým miestam.
Nízky pomer{0}}k{1}}ťažnosti v ťahu: Nízky pomer Y/T naznačuje veľký rozsah plastickej deformácie pred hrdlom a porušením, čo je ideálne pre operácie hlbokého ťahania a tvárnenia.
Vlastnosti pre dlhodobú-výkonnosť:
Kvalita povrchu: Povrch tyče/cievky musí byť bezchybný-bez škrabancov, jamiek alebo inklúzií. Akýkoľvek povrchový defekt sa môže stať koncentrátorom napätia a potenciálnym miestom iniciácie únavového praskania pod cyklickými tlakovými impulzmi vo výmenníku tepla. Môže byť tiež východiskovým bodom pre koróziu.
Odolnosť proti korózii v tenkých častiach: Dosky sú veľmi tenké (často 0,5-0,7 mm). Materiál si musí zachovať svoju dokonalú pasívnu integritu filmu, aj keď je navinutý na tieto tenké meradlá, pričom musí odolávať horúcim stlačeným kvapalinám na oboch stranách.
Tepelná vodivosť: Aj keď je tepelná vodivosť titánu nízka, pre dizajn je dostatočná. Vynikajúca odolnosť proti korózii umožňuje veľmi tenké steny, čo kompenzuje nízku vodivosť a vedie k efektívnej a kompaktnej jednotke výmenníka tepla.
5. Pri porovnaní titánovej tyče TA1 so štandardnou tyčou z nehrdzavejúcej ocele 316L na použitie v brakickej vode, aké sú kľúčové faktory okrem počiatočných nákladov na materiál, ktoré odôvodňujú výber drahšieho titánu?
Málokedy sa rozhoduje o cene za kilogram tyčinky; ide o celkové náklady na vlastníctvo (TCO). V prípade brakickej vody-zmes sladkej a slanej vody, ktorá je vysoko korozívna-, výhody titánu rýchlo prevážia jeho počiatočnú cenu.
1. Odstránenie korózie-súvisiacich porúch:
Nerezová oceľ 316L: V brakickej-vode obsahujúcej chloridy je náchylná na jamkovú a štrbinovú koróziu, najmä v prípade stojatých podmienok alebo usadenín. Pokazený hriadeľ alebo teleso ventilu znamená neplánované prestoje, stratu výroby a vysoké náklady na núdzovú opravu.
TA1 Titanium: Je imúnny voči týmto režimom zlyhania. Poskytuje zaručenú spoľahlivosť, eliminuje náklady a narušuje neočakávané poruchy.
2. Znížená údržba a predĺžená životnosť:
316L: Môže vyžadovať pravidelnú kontrolu, čistenie, aby sa odstránili usadeniny, ktoré môžu iniciovať koróziu, a plánované výmeny, aj keď nedošlo k žiadnemu katastrofálnemu zlyhaniu.
TA1: Vyžaduje minimálnu až žiadnu údržbu súvisiacu s koróziou. Jeho životnosť sa meria v desaťročiach, nie v rokoch. Komponent zvyčajne vydrží dlhšie ako zvyšok zariadenia.
3. Výhody výkonu a efektivity:
Úspora hmotnosti: Hoci to nie je primárny pohon, nižšia hustota TA1 (4,51 g/cm³ oproti . 8.0 g/cm³ pre oceľ) znižuje hmotnosť rotujúcich komponentov, ako sú hriadele. To znižuje zaťaženie ložísk, znižuje rozbehový moment čerpadiel a môže viesť k úsporám energie.
Hladší povrch: Hladký, stabilný pasívny film titánu môže mať za následok nižší koeficient trenia a lepšiu odolnosť voči znečisteniu ako korodujúce oceľové povrchy, čo môže potenciálne zlepšiť hydrodynamickú účinnosť.
Na záver, špecifikácia titánovej tyče TA1 je strategickou investíciou do spoľahlivosti, bezpečnosti a dlhodobej-hospodárnosti prevádzky. Je to materiál voľby, keď sú náklady na zlyhanie-neprijateľne vysoké, či už v dôsledku prestojov, bezpečnosti alebo vplyvu na životné prostredie{4}}.
