Các thiết bị gia nhiệt titan được triển khai trong các nhà máy xử lý khí tự nhiên hóa lỏng, amoniac lỏng và nitơ lỏng thường xuyên hoạt động trong các điều kiện luân chuyển nhiệt độ-nhiệt độ cực thấp và nhiệt độ bình thường-bình thường xen kẽ. Vật liệu titan công nghiệp thông thường sẽ bị co lại mạng, giảm độ dẻo và chuyển tiếp giòn khi tiếp xúc với môi trường đông lạnh dưới −40 độ. Kết hợp với ứng suất hàn dư, tải trọng tác động của chất lỏng và ứng suất xen kẽ nhiệt độ theo chu kỳ, các vết nứt nhỏ dễ dàng hình thành tại các mối hàn, các phần chuyển tiếp uốn và các vị trí kẹp cố định. Khi các vết nứt giòn nhỏ hình thành trên nền titan, các tạp chất ăn mòn trong môi trường hóa lỏng sẽ xuyên qua các khoảng trống khuyết tật và đẩy nhanh quá trình lan truyền vết nứt thông qua hiệu ứng ăn mòn ứng suất, cuối cùng dẫn đến gãy giòn đột ngột các bộ phận làm nóng và rò rỉ chất lỏng đông lạnh dễ cháy, độc hại. Việc xây dựng các tiêu chí sàng lọc vật liệu ở nhiệt độ cực thấp-được tiêu chuẩn hóa cùng với các quy tắc ràng buộc vận hành phù hợp có thể đảm bảo độ bền đông lạnh nội tại của vật liệu cơ bản titan đã chọn, giảm nồng độ ứng suất nhiệt trong quá trình chuyển đổi nhiệt độ, ngăn chặn sự hình thành vết nứt giòn và đảm bảo an toàn về cấu trúc của thiết bị gia nhiệt titan phục vụ lâu dài-trong điều kiện làm việc xử lý đông lạnh khí hóa lỏng.
Thử nghiệm độ bền va đập ở nhiệt độ vận hành thiết kế tối thiểu đóng vai trò là chỉ số sàng lọc cốt lõi để lựa chọn vật liệu titan. Trước khi thu mua nguyên liệu thô và xử lý thành phần, các ống titan dự kiến phải trải qua-các thử nghiệm va đập Charpy ở nhiệt độ thấp dưới nhiệt độ sử dụng tối thiểu thực tế để xác minh xem vật liệu có duy trì đủ khả năng chống gãy dẻo hay không. Titan tinh khiết thương mại thông thường có hàm lượng nguyên tố tạp chất không ổn định dễ bị chuyển đổi dễ gãy-dẻo trong điều kiện đông lạnh sâu; Titan cấp độ tinh khiết cao có giới hạn tạp chất sắt, cacbon và oxy được kiểm soát chặt chẽ nên được ưu tiên lựa chọn để duy trì độ bền cao ổn định ở nhiệt độ cực thấp. Vật liệu hàn phụ phải phù hợp với loại kim loại cơ bản và các mối hàn cần phải hoàn tất quá trình kiểm tra độ bền không-phá hủy khi đông lạnh để loại bỏ các cấu trúc vi mô hàn dễ gãy như các hạt dạng cột thô và sự phân tách giữa các hạt vốn rất dễ bị nứt ở nhiệt độ-thấp. Nghiêm cấm sử dụng vật liệu titan chỉ đủ tiêu chuẩn cho dịch vụ nhiệt độ{10}môi trường xung quanh cho thiết bị gia nhiệt đông lạnh mà không có xác minh hiệu suất{11}ở nhiệt độ thấp đặc biệt.
Giới hạn độ dốc nhiệt trong quá trình chuyển đổi nhiệt độ bình thường-ở chế độ đông lạnh là hạn chế vận hành chính để tránh hiện tượng đứt gãy do ứng suất nhiệt dễ gãy. Việc đổ nhanh môi trường hóa lỏng ở nhiệt độ cực thấp vào các cụm gia nhiệt titan đã được làm nóng trước sẽ tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ cực cao giữa bề mặt bên trong và bên ngoài thành ống, tạo ra ứng suất nhiệt kéo dài nhất thời rất lớn vượt quá ngưỡng độ bền nứt nẻ khi đông lạnh của titan. Người vận hành phải triển khai việc kiểm soát thay đổi nhiệt độ chậm và nạp môi trường theo từng giai đoạn:-làm mát trước toàn bộ đường ống sưởi ấm bằng khí trơ ở nhiệt độ-thấp từng bước trước khi đưa nguyên liệu thô hóa lỏng vào, hạn chế tốc độ thay đổi nhiệt độ trong phạm vi an toàn để tránh các điểm nóng quá nhiệt cục bộ. Trong quá trình làm nóng-thiết bị, rã đông và ngừng bảo trì, cấm-làm sạch môi trường nóng hoặc làm sạch bằng hơi nước ở nhiệt độ cao; chất lỏng ấm tuần hoàn ở nhiệt độ-thấp được sử dụng để phục hồi nhiệt độ dần dần nhằm ngăn ngừa sốc nhiệt ngược gây ra sự giãn nở vết nứt giòn trên-các thành phần titan đã được ứng suất lạnh trước. Tất cả các quá trình tăng và giảm nhiệt độ phải được khóa liên động{12}}bằng hệ thống điều khiển để tránh thao tác sai bằng cách thủ công khi chuyển đổi nhiệt độ nhanh.
Tối ưu hóa cấu trúc linh hoạt kết hợp với việc kiểm tra khiếm khuyết ở nhiệt độ-thấp định kỳ tạo thành một biện pháp bảo vệ kép chống lại hiện tượng giòn do đông lạnh. Các giá đỡ cố định cứng dễ dàng hạn chế sự co lại và giãn nở nhiệt của ống gia nhiệt titan dưới nhiệt độ đông lạnh và nhiệt độ môi trường xen kẽ, dẫn đến ứng suất hạn chế tích lũy. Các giá đỡ trượt và phần bù giãn nở được lắp đặt cách quãng để giải phóng ứng suất dịch chuyển nhiệt và tránh tập trung ứng suất tại các điểm kẹp. Kiểm tra độ dày siêu âm hàng quý và phát hiện lỗ hổng thẩm thấu huỳnh quang đông lạnh hàng năm được thực hiện trên các mối hàn, phần uốn và các vị trí hạn chế để sàng lọc các vết nứt vi mô giòn nhỏ không nhìn thấy được dưới nhiệt độ bình thường. Đối với các bộ phận có dấu hiệu suy giảm độ bền sau chu trình đông lạnh dài hạn-, cần phải xử lý nhiệt giảm ứng suất cục bộ và phục hồi bề mặt để loại bỏ ứng suất kéo dư và sửa chữa các khuyết tật màng thụ động có thể gây ra sự lan truyền vết nứt ăn mòn do ứng suất.
Bảng sau đây hiển thị các sơ đồ bảo vệ đông lạnh được phân loại cho các tình huống dịch vụ gia nhiệt bằng titan khí hóa lỏng khác nhau:
表格
| Kịch bản dịch vụ đông lạnh khí hóa lỏng | Thông số kỹ thuật sàng lọc vật liệu và hạn chế vận hành được đề xuất | Giá trị bảo vệ chống gãy xương cốt lõi-Đông lạnh{1}} |
|---|---|---|
| Bộ cuộn dây gia nhiệt LNG-nhiệt độ cực thấp (−162 độ ) | Vật liệu nền titan có độ tinh khiết cao- + dây hàn nhiệt độ-thấp phù hợp + làm mát trước-khí trơ theo giai đoạn + bố trí khớp nối giãn nở linh hoạt | Duy trì đủ độ bền va đập khi đông lạnh và hạn chế ứng suất nhiệt nhất thời-gây ra sự hình thành vết nứt giòn |
| Bộ gia nhiệt theo mẻ môi trường amoniac lỏng-nhiệt độ đông lạnh (−33 độ ) | Sàng lọc cấp độ titan-có tạp chất thấp + giới hạn khóa liên động tốc độ thay đổi nhiệt độ + kiểm tra độ thẩm thấu của mối hàn hàng năm | Tránh môi trường ăn mòn dấu vết amoniac làm tăng tốc độ mở rộng vết nứt giòn dưới tải nhiệt theo chu kỳ |
| Thiết bị gia nhiệt thí nghiệm không liên tục bằng nitơ lỏng | Thử nghiệm tác động lấy mẫu hàng loạt trong môi trường đông lạnh + chuyển đổi hỗ trợ trượt cố định + điều chỉnh khởi động-chậm | Ngăn chặn sự tích tụ ứng suất nhiệt hạn chế và loại bỏ rủi ro vận hành sai khi chuyển đổi nhiệt độ nhanh chóng thủ công |
| Thiết bị đầu cuối khí hóa lỏng ven biển đường ống sưởi ấm đông lạnh ngoài trời | Chứng nhận-độ bền nhiệt độ thấp + cách nhiệt-lạnh theo mùa + phát hiện lỗ hổng điểm tập trung ứng suất hàng quý | Chống lại ứng suất nhiệt chồng chất của môi trường siêu lạnh và ức chế clorua-gây ra vết nứt do ăn mòn do ứng suất giòn |
Sàng lọc vật liệu ở nhiệt độ cực thấp và các hạn chế vận hành đông lạnh được tiêu chuẩn hóa giúp tránh hiện tượng nứt gãy giòn thảm khốc của thiết bị gia nhiệt bằng titan có nguồn gốc từ sự suy giảm độ bền của vật liệu và ứng suất gradient nhiệt quá mức. Ngay cả vật liệu titan chống ăn mòn-chất lượng cao cũng không thể chống lại sự chuyển đổi dễ gãy-dẻo và sự lan truyền vết nứt dưới tải trọng xen kẽ ở nhiệt độ-cực thấp. Xác minh hiệu suất nguyên liệu thô nghiêm ngặt, kiểm soát khóa liên động của quy trình chuyển đổi nhiệt độ và tối ưu hóa cấu trúc linh hoạt giúp giảm thiểu một cách hiệu quả các mối nguy hiểm tiềm ẩn về giòn đông lạnh, ngăn ngừa tai nạn rò rỉ môi chất hóa lỏng dễ cháy và độc hại, đồng thời đảm bảo-hoạt động ổn định và lâu dài của hệ thống gia nhiệt titan trong môi trường công nghiệp đông lạnh khí hóa lỏng khắc nghiệt.
