Οι μονάδες θέρμανσης τιτανίου που αναπτύσσονται σε μονάδες επεξεργασίας υγροποιημένου φυσικού αερίου, υγρής αμμωνίας και υγρού αζώτου λειτουργούν συχνά υπό εναλλασσόμενες συνθήκες θερμικού κύκλου εξαιρετικά-χαμηλών θερμοκρασιών και κανονικών-θερμοκρασιών. Τα συμβατικά βιομηχανικά υλικά τιτανίου θα παρουσιάσουν συστολή πλέγματος, μείωση ολκιμότητας και εύθραυστη μετάβαση όταν εκτεθούν σε κρυογονικά περιβάλλοντα κάτω από -40 βαθμούς. Σε συνδυασμό με την υπολειπόμενη τάση συγκόλλησης, το φορτίο κρούσης ρευστού και την εναλλασσόμενη τάση κυκλικής θερμοκρασίας, οι μικρορωγμές ξεκινούν εύκολα στις ραφές συγκόλλησης, στα τμήματα μετάβασης κάμψης και στις σταθερές θέσεις σύσφιξης. Μόλις σχηματιστούν μικροσκοπικές εύθραυστες ρωγμές σε υποστρώματα τιτανίου, ίχνη διαβρωτικών ακαθαρσιών σε υγροποιημένα μέσα θα διεισδύσουν στα ελαττωματικά κενά και θα επιταχύνουν τη διάδοση των ρωγμών μέσω του φαινομένου σύζευξης διάβρωσης τάσης, οδηγώντας τελικά σε ξαφνικό εύθραυστο σπάσιμο των συστατικών θέρμανσης και διαρροή εύφλεκτων, τοξικών κρυογονικών ρευστών. Η διαμόρφωση τυποποιημένων κριτηρίων διαλογής υλικού εξαιρετικά{7}χαμηλών θερμοκρασιών μαζί με ταιριαστούς κανόνες λειτουργικών περιορισμών μπορεί να εγγυηθεί την εγγενή κρυογονική αντοχή επιλεγμένων υλικών βάσης τιτανίου, να μειώσει τη συγκέντρωση θερμικής καταπόνησης κατά τη διάρκεια της αλλαγής θερμοκρασίας, να καταστέλλει την έναρξη εύθραυστης ρωγμής και να εξασφαλίσει τη δομική ασφάλεια του εξοπλισμού θέρμανσης τιτανίου που εξυπηρετεί μακροχρόνιες συνθήκες επεξεργασίας υγροποιημένου αερίου.
Η δοκιμή σκληρότητας κρυογονικής κρούσης στην ελάχιστη θερμοκρασία λειτουργίας σχεδιασμού χρησιμεύει ως ο βασικός δείκτης διαλογής για την επιλογή υλικού τιτανίου. Πριν από την προμήθεια πρώτων υλών και την επεξεργασία εξαρτημάτων, οι υποψήφιοι σωλήνες τιτανίου πρέπει να υποβληθούν σε δοκιμές πρόσκρουσης χαμηλής{1} θερμοκρασίας Charpy κάτω από την πραγματική ελάχιστη θερμοκρασία λειτουργίας για να επαληθευτεί εάν το υλικό διατηρεί επαρκή αντοχή σε όλκιμο θραύση. Το συνηθισμένο εμπορικά καθαρό τιτάνιο με ασταθή περιεκτικότητα σε στοιχεία ακαθαρσίας είναι επιρρεπές σε όλκιμο-εύθραυστη μετάβαση υπό βαθιές κρυογονικές συνθήκες. Το τιτάνιο υψηλής{4}}καθαρότητας με αυστηρά ελεγχόμενα όρια ακαθαρσίας σιδήρου, άνθρακα και οξυγόνου θα πρέπει να επιλέγεται κατά προτίμηση για να διατηρείται σταθερή υψηλή σκληρότητα σε εξαιρετικά-χαμηλές θερμοκρασίες. Τα υλικά πλήρωσης συγκόλλησης πρέπει να ταιριάζουν με την ποιότητα του βασικού μετάλλου και οι συγκολλημένες ενώσεις πρέπει να ολοκληρώσουν κρυογονική μη-επιθεώρηση σκληρότητας για την εξάλειψη των εύθραυστων μικροδομών συγκόλλησης, όπως οι χονδροειδείς στηλώδεις κόκκοι και ο διακοκκώδης διαχωρισμός, οι οποίοι είναι ιδιαίτερα ευαίσθητοι σε ρωγμές σε χαμηλή{{8} θερμοκρασία. Απαγορεύεται η υιοθέτηση υλικών τιτανίου που πληρούν τις προϋποθέσεις μόνο για υπηρεσίες{10}}περιβάλλουσας θερμοκρασίας για εξοπλισμό κρυογονικής θέρμανσης χωρίς ειδική επαλήθευση απόδοσης χαμηλής{11} θερμοκρασίας.
Ο περιορισμός της θερμικής κλίσης κατά τη διάρκεια της κρυογονικής-εναλλαγής κανονικής θερμοκρασίας είναι ο βασικός λειτουργικός περιορισμός για την αποφυγή εύθραυστης θραύσης θερμικής καταπόνησης. Η ταχεία πλήρωση υγροποιημένου μέσου εξαιρετικά-χαμηλής θερμοκρασίας σε προθερμασμένα συγκροτήματα θέρμανσης τιτανίου δημιουργεί ακραίες κλίσεις θερμοκρασίας μεταξύ των εσωτερικών και εξωτερικών επιφανειών του τοιχώματος του σωλήνα, δημιουργώντας τεράστια παροδική θερμική τάση εφελκυσμού που υπερβαίνει το κρυογονικό όριο αντοχής στη θραύση του τιτανίου. Οι χειριστές πρέπει να εφαρμόζουν σταδιακή τροφοδοσία μέσου και έλεγχο αργής αλλαγής θερμοκρασίας: προ-ψύξη ολόκληρου του αγωγού θέρμανσης με χαμηλή-θερμοκρασία αδρανούς αερίου βήμα προς βήμα πριν από την εισαγωγή υγροποιημένων πρώτων υλών, περιορίστε τον ρυθμό αλλαγής θερμοκρασίας εντός του ασφαλούς εύρους για να αποφύγετε τα τοπικά σημεία υπερψύξης. Κατά τη διάρκεια της προθέρμανσης του εξοπλισμού-απενεργοποίηση απόψυξης και συντήρησης, απαγορεύεται ο καθαρισμός υψηλής θερμοκρασίας μέσου ή ατμού. Το ζεστό υγρό χαμηλής-θερμοκρασίας που κυκλοφορεί υιοθετείται για σταδιακή ανάκτηση της θερμοκρασίας, ώστε να αποτραπεί το αντίστροφο θερμικό σοκ από την πρόκληση εύθραυστης διαστολής ρωγμών σε προ{10}}συστατικά τιτανίου υπό κρυογονική καταπόνηση. Όλες οι διαδικασίες αύξησης και πτώσης θερμοκρασίας πρέπει να κλειδώνονται{12}}από το σύστημα ελέγχου για να αποφευχθεί η χειροκίνητη κακή λειτουργία της ταχείας εναλλαγής θερμοκρασίας.
Η δομική ευέλικτη βελτιστοποίηση σε συνδυασμό με την περιοδική επιθεώρηση ελαττωμάτων χαμηλής{0}}θερμοκρασίας αποτελεί μια διπλή προστασία έναντι αστοχίας κρυογονικής ευθραυστότητας. Τα άκαμπτα σταθερά στηρίγματα περιορίζουν εύκολα τη θερμική συστολή και διαστολή των σωλήνων θέρμανσης τιτανίου κάτω από εναλλασσόμενες κρυογονικές θερμοκρασίες και θερμοκρασίες περιβάλλοντος, με αποτέλεσμα συσσωρευμένη πίεση περιορισμού. Τα συρόμενα στηρίγματα και τα τμήματα αντιστάθμισης διαστολής εγκαθίστανται κατά διαστήματα για την απελευθέρωση της τάσης θερμικής μετατόπισης και την αποφυγή συγκέντρωσης τάσεων στα σημεία σύσφιξης. Η τριμηνιαία επιθεώρηση πάχους με υπερήχους και η ετήσια ανίχνευση ελαττωμάτων με κρυογονικό φθορίζον διεισδυτικό μέσο πραγματοποιούνται σε συγκολλήσεις, τμήματα κάμψης και θέσεις περιορισμού για την εξέταση μικροσκοπικών εύθραυστων μικρορωγμών αόρατες υπό κανονική θερμοκρασία. Για εξαρτήματα που παρουσιάζουν σημάδια εξασθένησης της σκληρότητας μετά από μακροχρόνια κρυογονική ανακύκλωση, απαιτείται τοπική θερμική επεξεργασία ανακούφισης από την καταπόνηση και επαναπαθητοποίηση της επιφάνειας για την εξάλειψη της υπολειπόμενης τάσης εφελκυσμού και την επιδιόρθωση ελαττωμάτων παθητικής μεμβράνης που μπορεί να προκαλέσουν διάδοση ρωγμών λόγω διάβρωσης λόγω καταπόνησης.
Ο παρακάτω πίνακας εμφανίζει ταξινομημένα συστήματα κρυογονικής προστασίας για διαφορετικά σενάρια υπηρεσιών θέρμανσης με τιτάνιο με υγροποιημένο αέριο:
表格
| Σενάριο κρυογονικής υπηρεσίας υγροποιημένου αερίου | Συνιστώμενη προδιαγραφή ελέγχου υλικού και λειτουργικών περιορισμών | Βασική τιμή προστασίας κατά του κατάγματος |
|---|---|---|
| Μονάδα πηνίου θέρμανσης LNG εξαιρετικά-χαμηλής θερμοκρασίας (−162 βαθμοί ). | Υλικό βάσης τιτανίου υψηλής-καθαρότητας + προσαρμοσμένο σύρμα συγκόλλησης χαμηλής-θερμοκρασίας + βαθμιδωτό αδρανές αέριο προ-ψύξης + εύκαμπτη διάταξη διαστολής | Διατηρεί επαρκή κρυογονική αντοχή στην κρούση και περιορίζει την παροδική θερμική καταπόνηση-που προκαλείται από την έναρξη εύθραυστης ρωγμής |
| Συγκρότημα θέρμανσης παρτίδας υγρής αμμωνίας μέτριας-κρυογονικής θερμοκρασίας (−33 βαθμοί ) | Έλεγχος ποιότητας τιτανίου χαμηλής ακαθαρσίας | Αποφεύγει διαβρωτικό μέσο ίχνους αμμωνίας που επιταχύνει την εύθραυστη διαστολή ρωγμών υπό κυκλικό θερμικό φορτίο |
| Πειραματικός εξοπλισμός διαλείπουσας θέρμανσης υγρού αζώτου | Κρυογονική δοκιμή πρόσκρουσης δειγματοληψίας παρτίδας + μετασχηματισμός σταθερής στήριξης ολίσθησης + ρύθμιση αργής προθέρμανσης- | Αποτρέπει τη συσσώρευση περιορισμένης θερμικής καταπόνησης και εξαλείφει τους κινδύνους κακής λειτουργίας χειροκίνητης ταχείας εναλλαγής θερμοκρασίας |
| Αγωγός εξωτερικής κρυογονικής θέρμανσης τερματικού παράκτιου υγροποιημένου αερίου | Πιστοποίηση ανθεκτικότητας σε χαμηλή{0}}θερμοκρασία + εποχιακό κρύο προ-μόνωση + ανίχνευση ελαττωμάτων σημείου συγκέντρωσης καταπόνησης τριμηνιαίας | Αντιστέκεται στη θερμική καταπόνηση υπέρθεσης του περιβάλλοντος υπερψύξης και αναστέλλει τη διάβρωση λόγω εύθραυστης πίεσης που προκαλείται από χλωρίδιο- |
Ο έλεγχος υλικού εξαιρετικά{0}χαμηλών θερμοκρασιών και οι τυποποιημένοι περιορισμοί λειτουργίας κρυογονικής αποτρέπουν την καταστροφική αστοχία εύθραυστη θραύση του εξοπλισμού θέρμανσης τιτανίου που προέρχεται από την υποβάθμιση της σκληρότητας του υλικού και την υπερβολική τάση θερμικής κλίσης. Ακόμη και-αντιδιαβρωτικά υλικά τιτανίου υψηλής ποιότητας-δεν μπορούν να αντισταθούν στην όλκιμο-εύθραυστη μετάβαση και τη διάδοση ρωγμών κάτω από εξαιρετικά χαμηλή-θερμοκρασία εναλλασσόμενα φορτία. Η αυστηρή επαλήθευση της απόδοσης της πρώτης ύλης, ο έλεγχος διασύνδεσης της διαδικασίας εναλλαγής θερμοκρασίας και η ευέλικτη δομική βελτιστοποίηση μειώνουν αποτελεσματικά τους κρυμμένους κινδύνους κρυογονικής ευθραυστότητας, αποτρέπουν ατυχήματα διαρροής εύφλεκτων και τοξικών υγροποιημένων υλικών και πραγματοποιούν μακροπρόθεσμη ασφαλή και σταθερή λειτουργία συστημάτων θέρμανσης τιτανίου σε σκληρό βιομηχανικό περιβάλλον υγροποιημένου αερίου.
