একটি চাপযুক্ত জাহাজে গরম (200 ডিগ্রি) সংকুচিত জলের নিমজ্জিত উত্তাপের জন্য, হাইড্রাইডিং হওয়ার আগে সর্বাধিক অনুমোদিত টিউব প্রাচীরের তাপমাত্রা কত?

200 ডিগ্রী সি সংকুচিত জল নিমজ্জিত গরম টাইটানিয়াম নিমজ্জন উনান জন্য একটি বিশেষ অসুবিধা প্রস্তাব. এই তাপমাত্রায় উচ্চ চাপে জল শুধুমাত্র তরল থাকে (প্রায় 16 বার)। উচ্চ তাপমাত্রা, উচ্চ চাপ জলের পরিবেশ হাইড্রোজেন শোষণের ক্ষেত্রে টাইটানিয়ামের থার্মোডাইনামিক অস্থিরতার কারণ হয়। হাইড্রাইডিং, উদাহরণস্বরূপ, পৃষ্ঠের ক্ষয় বা পিটিং ছাড়াই প্রসারণ-নিয়ন্ত্রিত এবং অগ্রসর হয়; কোনো স্পষ্ট পৃষ্ঠের অবনতি ঘটবে না যতক্ষণ না ভ্রুকুটি একটি আকস্মিক ফাটল সৃষ্টি করে। বাল্ক ওয়াটার তাপমাত্রার পরিবর্তে টিউব প্রাচীরের তাপমাত্রা হাইড্রাইডিংয়ের জন্য নিয়ন্ত্রক পরামিতি। অভ্যন্তরীণ গরম করার উপাদান থেকে তাপ প্রবাহ টাইটানিয়াম টিউবের ভেতরের প্রাচীরকে পানির সংস্পর্শে বাইরের প্রাচীরের চেয়ে অনেক বেশি গরম করে। এই অভ্যন্তরীণ প্রাচীরের তাপমাত্রার কিছু স্তরে হাইড্রোজেন শোষণের হার অত্যধিক উচ্চ হয়ে যায় এবং হাইড্রাইড উত্পাদন বছরের তুলনায় মাসগুলিতে ঘটে।

সংকুচিত জলে উচ্চ তাপমাত্রার হাইড্রাইডিংয়ের প্রক্রিয়া

150 ডিগ্রির বেশি টাইটানিয়ামের পৃষ্ঠে জল বিচ্ছিন্ন হয় : H2O → H+ + OH-। প্রোটনগুলি পারমাণবিক হাইড্রোজেনে রূপান্তরিত হয়, যা টাইটানিয়াম জালিতে ছড়িয়ে পড়ে। টাইটানিয়ামে হাইড্রোজেনের দ্রবণীয়তা 200 পিপিএম থেকে 100 ডিগ্রিতে 1,500 পিপিএমের বেশি তাপমাত্রার সাথে 200 ডিগ্রিতে নাটকীয়ভাবে বৃদ্ধি পায়। যখন হাইড্রোজেনের স্থানীয় ঘনত্ব টার্মিনাল সলিড সলিবিলিটি (TSS) ছাড়িয়ে যায়, তখন টাইটানিয়াম হাইড্রাইড (TiH2) অবক্ষয় হয়। হাইড্রাইড পর্বের আয়তন পার্শ্ববর্তী টাইটানিয়ামের তুলনায় 17% বেশি যা অভ্যন্তরীণ উত্তেজনা সৃষ্টি করে যা মাইক্রোক্র্যাকিং সৃষ্টি করে। গভর্নিং প্যারামিটার হল অভ্যন্তরীণ প্রাচীরের তাপমাত্রা, যা তাপ প্রবাহ এবং প্রাচীরের বেধের উপর নির্ভর করে বাইরের দেয়ালের চেয়ে 20-50 ডিগ্রি বেশি হতে পারে। ডিফিউশনটি 220 ডিগ্রীতে একটি অভ্যন্তরীণ প্রাচীর এবং 200 ডিগ্রীতে বাইরের প্রাচীর দ্বারা তৈরি হাইড্রোজেন ঘনত্বের গ্রেডিয়েন্ট দ্বারা চালিত হয়, শীতল বাইরের পৃষ্ঠে যেখানে হাইড্রাইডগুলি অগ্রাধিকারমূলকভাবে বৃষ্টিপাত করে।

হাইড্রাইডিং রেট এবং ভিতরের প্রাচীরের তাপমাত্রার মধ্যে পরিমাণগত সম্পর্ক

বিভিন্ন তাপ প্রবাহের অধীনে গ্রেড 2 টাইটানিয়াম টিউবে 200 ডিগ্রি (16 বার) সংকুচিত জলে নিয়ন্ত্রিত পরীক্ষা প্রতি 1,000 ঘন্টায় হাইড্রোজেন ঘনত্ব বৃদ্ধির কারণে নিম্নলিখিত হাইড্রাইডিং হারগুলি নিশ্চিত করেছে:

অভ্যন্তরীণ প্রাচীর তাপমাত্রা<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.

ভিতরের দেয়ালের তাপমাত্রা: 210-230 ডিগ্রি হাইড্রাইডিং রেট: 50-100 পিপিএম/1000 ঘন্টা। 2,000-4,000 ঘন্টা TSS পৌঁছানোর সময় (3-6 মাস)। ঘন ঘন পরিদর্শন এবং প্রান্তিক পরিষেবা প্রয়োজন।

অভ্যন্তরীণ প্রাচীরের তাপমাত্রা. 230 থেকে 250 ডিগ্রি সেলসিয়াস: হাইড্রাইডিং রেট 200 থেকে 400 পিপিএম/1,000 ঘণ্টা। 500-1,000 ঘন্টা (3-6 সপ্তাহ) এর TSS পৌঁছানোর সময়। হাইড্রাইড প্লেটলেট 500 ঘন্টা পরে ধাতবভাবে দৃশ্যমান।

ভিতরের দেয়ালের তাপমাত্রা > 250 ডিগ্রি : হাইড্রাইডিং রেট > 500 পিপিএম/1,000 ঘন্টা। TSS 200-400 ঘন্টার মধ্যে অতিক্রম করেছে। পৃষ্ঠ ঝলসানো এবং ক্র্যাকিং পর্যবেক্ষণ করা হয়েছে। সর্বনাশা ব্যর্থতা আসন্ন।

সর্বাধিক অনুমোদিত ভিতরের প্রাচীর তাপমাত্রার জন্য গণনা নির্দেশিকা

নীচের সারণীটি একটি পছন্দসই পরিষেবা জীবনের জন্য সর্বাধিক অনুমোদিত অভ্যন্তরীণ প্রাচীরের তাপমাত্রা এবং সহগামী তাপ প্রবাহের সীমাবদ্ধতা অনুমান করার জন্য একটি বাস্তবসম্মত পদ্ধতি দেয়।

সর্বাধিক অনুমোদিত অভ্যন্তরীণ প্রাচীরের তাপমাত্রা 200 ডিগ্রি জলের কাঙ্খিত পরিষেবা লাইফের অনুরূপ সর্বোচ্চ তাপ প্রবাহ (OD 20 মিমি, ওয়াল 1.2 মিমি) সমতুল্য সর্বোচ্চ তাপ প্রবাহ (25 মিমি ওডি, 1.5 মিমি ওয়াল)
5 বছর (43,800 ঘন্টা) 205 ডিগ্রি 12 W/cm2 10 W/cm2
2 বছর (17,500 ঘন্টা) 215 ডিগ্রী 18 W/cm2 15 W/cm2
1 বছর (8,760 ঘন্টা) 225 ডিগ্রী 25 W/cm2 22 W/cm2
6 মাস (4,380 ঘন্টা) 235 ডিগ্রি 32 ওয়াট/সেমি² 28 ওয়াট/সেমি²
শুধুমাত্র জরুরী পরিষেবা (1 মাস) 250 ডিগ্রি 45W/cm² 40W/cm²
হাইড্রাইডিং প্রতিরোধ করার জন্য ইঞ্জিনিয়ারিং ডিজাইন

অভ্যন্তরীণ প্রাচীরের তাপমাত্রা বাল্ক জলের তাপমাত্রা, তাপ প্রবাহ (q), দেয়ালের বেধ (t) এবং টাইটানিয়াম তাপ পরিবাহিতা (k=17 W/m·K 200 ডিগ্রিতে): ΔT=(q × t) / k ব্যবহার করে নির্ধারণ করা হয়। একটি 1.2 মিমি প্রাচীরের জন্য 20 W/cm2, ΔT=(200,000 W/m2 × 0.0012 m) / 17 W/m·K=14 ডিগ্রি। 200 ডিগ্রী --এ বাল্ক ওয়াটার - 214 ডিগ্রীতে অভ্যন্তরীণ প্রাচীর -- 2 বছরের জীবনসীমার বাইরে। মজার ব্যাপার হল, দেয়ালের বেধ কমলে একই তাপ প্রবাহের জন্য ভেতরের দেয়ালের তাপমাত্রা কমে যায় ক্ষয়ের জন্য সাধারণ নকশা দর্শনের বিপরীতে পাতলা দেয়ালগুলি হাইড্রাইডিং প্রতিরোধের জন্য ভাল। হাইড্রোজেন পুনঃসংযোগে প্যালাডিয়ামের অনুঘটক প্রভাব গ্রেড 7 টাইটানিয়াম (প্যালাডিয়াম-স্থিতিশীল) এর থ্রেশহোল্ড ভিতরের প্রাচীরের তাপমাত্রা প্রায় 15-20 ডিগ্রি বাড়িয়ে দেয়।

একটি স্পেসিফিকেশন জানানো হয়েছে

উদাহরণস্বরূপ, যদি একটি 200 ডিগ্রি সংকুচিত জল পরিষেবার জন্য একটি টাইটানিয়াম হিটার নির্দিষ্ট করা হয়, তবে পছন্দসই তাপ প্রবাহ এবং প্রস্তাবিত প্রাচীরের বেধ থেকে ভিতরের প্রাচীরের তাপমাত্রা গণনা করুন। যেকোনো অ্যাপ্লিকেশনের জন্য 2 বছরের বেশি পরিষেবা জীবন প্রয়োজন 210 ডিগ্রি অতিক্রম করবেন না। যদি তাপ প্রবাহের প্রয়োজন হয় > 25 W/cm2, হয় কম দেয়ালের বেধ ΔT কমাতে বা গ্রেড 7 টাইটানিয়াম প্রদান করুন। তাপ প্রবাহ ছড়িয়ে দিন। একটি উচ্চ ওয়াট ঘনত্বের হিটারের পরিবর্তে অনেক কম ওয়াটের ঘনত্বের হিটার ব্যবহার করুন। অপারেশনে হিটারের বৈদ্যুতিক প্রতিরোধের নিরীক্ষণ করুন। বেসলাইনের উপরে 10-15% বৃদ্ধি হাইড্রাইড উৎপাদন এবং ক্ষয়ক্ষতির নির্দেশক। টিউবের বাইরের দেয়ালে একটি থার্মোকল ইনস্টল করুন এবং ক্রমাগত ভিতরের দেয়ালের তাপমাত্রা গণনা করুন। যদি গণনা করা ভেতরের দেয়ালের তাপমাত্রা 100 ক্রমিক ঘন্টারও বেশি সময় ধরে 230 ডিগ্রি সেলসিয়াস অতিক্রম করে, তবে অবশিষ্ট দেয়ালের বেধ নির্বিশেষে হিটারটিকে পরিষেবা থেকে সরিয়ে দিন। বাল্ক ওয়াটারের তাপমাত্রা পরিচালনা করার পরিবর্তে, ইঞ্জিনিয়ার ভিতরের প্রাচীরের তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ করে। এটি উচ্চ তাপমাত্রার জল ব্যবস্থায় হাইড্রোজেন ক্ষয়ক্ষতির ক্রমান্বয়ে ব্যর্থতা প্রতিরোধ করে।