In einem Titan-Heizstab, der Niederdruckdampf (150 Grad, 4 bar) überhitzt und in einen Soletank injiziert, arbeitet das Hauptrohr mit trockenem Dampf und bleibt passiv mit einer Korrosionsrate von weniger als 0,01 mm pro Jahr. Allerdings enthält die Kondensatrücklaufleitung, in der Dampf nach der Wärmeübertragung kondensiert, aufgrund von Rückdiffusion oder Verschleppung flüssiges Wasser mit gelösten Chloriden aus dem Soletank. Der Kondensatfilm ist dünn und konzentriert, wodurch eine äußerst aggressive Chloridumgebung entsteht. Die Kombination aus fließendem Kondensat und konzentrierten Chloriden verursacht einen rillenförmigen Angriff-ein lokalisiertes, lineares Erosionsmuster-Korrosionsmuster-am unteren Ende der Kondensatrücklaufleitung. Die Furchungsrate kann 0,3–1,5 mm pro Jahr erreichen, was innerhalb von 1–5 Jahren zur Perforation führt, während das Hauptrohr unberührt bleibt.

Der Mechanismus des Groove-Angriffs in Kondensatrücklaufleitungen

In der Hauptdampfleitung ist der Hochtemperaturdampf (150 Grad) trocken und enthält weniger als 0,1 % flüssiges Wasser. Die Chloridkonzentrationen bleiben niedrig. In der Kondensatrückführung kondensiert Dampf an den kühleren Rohrwänden und bildet einen dünnen Flüssigkeitsfilm. Chloride aus der Rück-diffusion des Soletanks (1.000–10.000 ppm) konzentrieren sich in diesem Film durch Verdunstung. Das fließende Kondensat erzeugt am Rohrboden eine Scherspannung, wodurch der Passivfilm mechanisch entfernt wird. Die Kombination aus hoher Chloridkonzentration (10.000–50.000 ppm an der Metalloberfläche) und Strömung entfernt das schützende Oxid und führt zu linearen Rillen entlang der Unterseite des Rohrs.

Quantitative Nutraten in Kondensatrücklaufleitungen

Durch kontrollierte Tests in simuliertem Kondensat (variierende Chloridkonzentrationen), das mit 1 m/s über Titan der Güteklasse 2 fließt, wurden die folgenden Rillengeschwindigkeiten ermittelt. Bei einer Kondensatchloridkonzentration von 100 ppm beträgt die Rillenrate 0,05–0,10 mm pro Jahr und die Zeit bis zur Perforation einer 1,5 mm dicken Wand beträgt 15–30 Jahre. Bei 500 ppm beträgt die Rillenrate 0,15–0,30 mm pro Jahr und die Zeit bis zur Perforation beträgt 5–10 Jahre. Bei 1.000 ppm beträgt die Rillungsrate 0,30–0,60 mm pro Jahr und die Zeit bis zur Perforation beträgt 2,5–5 Jahre. Bei 5.000 ppm beträgt die Rillungsrate 0,80–1,50 mm pro Jahr und die Zeit bis zur Perforation beträgt 1–2 Jahre. Bei 10.000 ppm beträgt die Rillungsrate 1,50–3,00 mm pro Jahr und die Zeit bis zur Perforation beträgt 0,5–1 Jahr. Zum Vergleich: Das Trockendampf-Hauptrohr weist bei demselben Chlorid-Übertragungsgrad keine messbare Rillenbildung auf.

Einfluss der Kondensatströmungsgeschwindigkeit und der Rohrausrichtung auf die Nutbildung

Die Groove-Rate nimmt mit der Strömungsgeschwindigkeit zu. Bei 0,5 m/s und 1.000 ppm Chlorid beträgt die Furchengeschwindigkeit 0,15–0,30 mm pro Jahr. Bei 1,0 m/s und 1.000 ppm beträgt die Rate 0,30–0,60 mm pro Jahr. Bei 2,0 m/s und 1.000 ppm beträgt die Rate 0,50–1,00 mm pro Jahr. Auch die Ausrichtung der Rohre ist wichtig; Horizontale Rohre mit Bodenrillung sind am anfälligsten. Bei vertikalen Rohren mit Abwärtsströmung kommt es zu weniger Riefenbildung, da der Kondensatfilm gleichmäßiger verteilt wird. Rohre mit häufigen Abscheidern, die das Kondensat entfernen, weisen eine geringere Rillenrate auf, da der Flüssigkeitsfilm dünner ist.

Leitfaden zur Schadensminderung bei Dampfinjektionssystemen

Die folgende Tabelle enthält Empfehlungen zur Verhinderung von Rillenangriffen in Titan-Kondensatrücklaufleitungen in Dampfinjektionssystemen mit Soletanks.

Ingenieurwesen jenseits der Nutminderung

Die Titansorte beeinflusst die Rillenfestigkeit. Grad 7 (Palladium-stabilisiert) weist in Kondensat mit hohem -Chloridgehalt zwei- bis dreimal geringere Rillenraten auf als Grad 2. Note 12 bietet eine mittlere Verbesserung. Die Wandstärke sorgt für eine Nutzugabe; Eine 2,5-mm-Wand mit einer Rillenrate von 0,5 mm pro Jahr hält 5 Jahre. Am tiefsten Punkt der Kondensatleitung sollte ein Kondensatableiter installiert werden, um Kondensat sofort abzuleiten. Ein Rückschlagventil verhindert die Rückdiffusion der Sole in die Kondensatleitung. Regelmäßiges Spülen mit Frischwasser (täglich) verdünnt Chloride in der Kondensatleitung. Das Rohr sollte zum Siphon hin geneigt sein, um eine Kondensatansammlung zu verhindern.

Erstellen einer fundierten Spezifikation

Für einen Heizstab aus Titan, der zum Überhitzen von Dampf verwendet wird, der in einen Soletank eingespritzt wird, konstruieren Sie die Kondensatrücklaufleitung mit einer 1 mm dicken PTFE-Auskleidung, einem Kondensatableiter am tiefsten Punkt und einem Rückschlagventil, um eine Rückdiffusion zu verhindern. Installieren Sie bei bestehenden Systemen mit Rillen einen Wassersprüher, der 1 l pro Stunde Frischwasser in die Kondensatleitung einspritzt, um Chloride zu verdünnen. Geben Sie für die Kondensatrücklaufleitung Titan der Güteklasse 7 an. Überprüfen Sie während des Betriebs jährlich den Boden der Kondensatleitung mithilfe einer Ultraschall-Dickenmessung. Wenn die Rillentiefe mehr als 0,3 mm beträgt, ersetzen Sie den betroffenen Abschnitt. Durch die Kontrolle der Chloridkonzentration im Kondensat und die Verwendung von PTFE-Auskleidungen verhindert der Ingenieur Rillenangriffe und sorgt gleichzeitig dafür, dass das Haupttitanrohr unbeeinträchtigt funktioniert.