Turboşarj türbinlerinde sıcak korozyon: yakıt külü, birikinti ve metal sıcaklığı

Yakıt metal girdisini türbin birikintileriyle ilişkilendirin; sıcak korozyonu kirlenme ve erozyondan ayırın, sodyum/vanadyum analizinin gösterebildiği ve gösteremediği büyüklükleri hesaplayın.

Bu sayfada

Kirli turboşarj türbini otomatik olarak korozyonlu türbin değildir. Birikinti ana metali fazla tüketmeden akış kesitini değiştirebilir; sert parçacıklar metali mekanik olarak kaldırabilir; kimyasal olarak saldırgan tortu yüksek sıcaklıkta koruyucu yüzeye zarar verebilir. Mekanizmalar birlikte bulunabilir, fakat farklı kanıt ister. Yakıt külü kimyası, yerel metal sıcaklığı ve maruz kalma geçmişi birlikte incelenmelidir.

Kül, kimyayı egzoz yoluna taşır

Artık yakıtta bulunan metal içeren bileşenler yanmada oksit, sülfat ve daha karmaşık kül bileşiklerine dönüşebilir. Bir kısmı egzozla taşınır, bir kısmı nozül ve kanat yüzeyine yapışır. Vanadyumlu yakıt bileşenleri ve sodyum bulaşması önemlidir; oluşan karışık tortular ilgili koşullarda kısmen sıvı ve kimyasal olarak saldırgan hale gelebilir.

CIMAC Ek 7, külün turboşarj kanat yüzeylerine yapışmasını ve hasarını açıklar. Burada fiziksel açıklaması kullanılır; tarihsel belgedeki sayısal yakıt sınırları ve sıcaklık önerileri güncel ekipman için evrensel işletme sınırı olarak alınmaz. Yakıt numunesi element miktarını bildirir, belirli sıcak kanatta oluşacak bileşikleri doğrudan vermez.

Metal sıcaklığı egzoz gazı sıcaklığından farklıdır

Gaz termokuplunun gördüğü sıcaklık her nozülün veya dönen kanadın yerel yüzey sıcaklığı değildir. Isı geçişi, geometri, iletim, varsa soğutma, birikintiler ve geçici çalışma koşulları metal halini etkiler. Ortalama gaz sıcaklığı eğilimi incelemeye yardımcı olur fakat en sıcak veya kimyasal olarak en hassas yüzeyi doğrudan belirlemez.

Tortunun erime davranışı da “vanadyuma” atanan tek bir sıcaklık değil, karışımın özelliğidir. Başka kül bileşenleri hangi fazların bulunduğunu ve ne zaman yumuşayıp eridiğini değiştirebilir. Önemli kesişim, tortunun saldırgan haliyle metalin gerçek maruz kalma koşuludur. Genel bir sıcaklık sayısı bu yüzden makineye özgü bilgi olmadan güvenli ayara çevrilemez.

Kimyasal kaybı, birikintiyi ve parçacık çarpmasını ayırın

Kirlenme esas olarak malzeme ekler; geçiş kesitini, pürüzlülüğü veya dengeyi değiştirir. Sıcak korozyon yüzeyin kimyasal bozulmasıdır ve tortu altında metal tüketebilir; koruyucu oksit davranışının bozulması saldırıyı hızlandırabilir. Erozyon, parçacık veya damlacık çarpmasıyla malzeme kaldırır. Kopan tortu da çarpan parçaya dönüşebileceğinden bir mekanizma diğerine ortam hazırlayabilir.

MAN proje kılavuzu kül kimyasını aşındırıcı yabancı madde ve katalizör kalıntılarından ayırır. Muayenede her kirli yüzeye “korozyon” demek yerine birikinti, metal kaybı ve çarpma izlerinin yeri/görünümü korunmalıdır. Dış fotoğrafta benzer görünen mekanizmaları ayırmak için kesit ve tortu/metal analizi gerekebilir.

Sayısal örnek: mg/kg değerini metal girişine çevirin

Yakıt tüketimi 1000 kg/h, vanadyum 150 mg/kg, sodyum 30 mg/kg varsayılsın. Bunlar örnek değerlerdir, yakıt kabul sınırları değildir. 1000 mg = 1 g olduğundan vanadyum girişi 1000 × 150 / 1000 = 150 g/h; sodyum girişi 30 g/h olur. 24 saatte yakıt 3,6 kg vanadyum ve 0,72 kg sodyum getirir.

Na/V kütle oranı 30/150 = 0,20’dir. Atom oranı istenirse belirtilen yuvarlatılmış atom kütleleri kullanılır: Na/V = (30/22,99)/(150/50,94) = 0,44315. Kütle oranı ile atom oranı birbirinin yerine geçmez. İkisi de çok bileşenli egzoz tortusunda tek bir sodyum-vanadyum bileşiğini, erime noktasını veya korozyon hızını belirlemez.

Yakıt arıtımı vanadyumu kaldırmadan sodyumu değiştirebilir

İkinci varsayılan numunede yakıt arıtımının sodyumu 30’dan 6 mg/kg’a düşürdüğü, yakıt debisi ve vanadyumun aynı kaldığı kabul edilsin. Motora giren sodyum 30’dan 6 g/h’a iner; azalma 24 g/h veya %80’dir. Na/V kütle oranı 6/150 = 0,04 olur. Azalma, öncesi/sonrası numune varsayımından hesaplanır; tanımlanmamış separatör için öngörülmez.

MAN açıklaması yakıt ön arıtımında suyun ve suyla ilişkili çözünebilir sodyumun uzaklaştırılmasını ele alır. Yağla ilişkili vanadyum aynı uzaklaştırma yolunu izlemez. Çözünmüş veya suya bağlı olmayan sodyum kalabilir. Dolayısıyla separatörün su uzaklaştırma yeteneği, yakıt analizindeki bütün elementler için aynı giderim yüzdesini kanıtlamaz.

Örnek yakıt debisi 1000 kg/h, vanadyum girdisi 150 g/h ve sodyum girdisi 30 g/h olur. Varsayılan arıtımla sodyum 6 g/h’a inerken vanadyum 150 kalır. Ayrı %3 vanadyum tutulması varsayımı 24 saatte 108 g V, 0,5 m² üzerinde 216 g V/m² verir; bu metal kaybı değildir. — Özgün element envanteri örneği. Yakıt derişimleri, sodyum azalması ve %3 tutulma varsayımdır; yakıt kabul sınırı veya ölçülmüş turboşarj sonucu değildir. Element kütlesi, oksit eşdeğeri, gerçek tortu kütlesi ve korozyonla kaybolan metal farklı büyüklüklerdir.

Tutulan vanadyum birikinti kütlesiyle aynı değildir

Yalnız envanter göstermek amacıyla, gelen 150 g/h vanadyumun %3’ünün seçilmiş türbin yüzeyinde 24 saat tutulduğu ve sonra salınmadığı varsayılsın. Tutulan V 4,5 g/h ve dönem boyunca 108 g olur. Seçilmiş alan 0,50 m², dağılım eşit alınırsa yükleme 216 g V/m²’dir. Yakalanma oranı ve dağılım varsayımdır; erozyon veya birikme bağıntısı değildir.

Bu element miktarı yalnız V2O5 eşdeğeri olarak yazılsa kütlesi 108 × 181,88/(2 × 50,94) = 192,81 g olur. Ek kütle oksijenden gelir. Dönüşüm tortunun saf V2O5 olduğunu kanıtlamaz; sülfatlar, sodyum bileşikleri, başka metaller, karbon ve taşınan parçacıklar gerçek birikinti kütlesini ve davranışını değiştirir. Bu envanterden kanat kalınlık kaybı çıkarılamaz.

Düşük oran tek başına zararsız kül belgesi değildir

Wärtsilä’nın yakıt tablosu notu, saldırganlığın bileşen oranlarına ve toplam küle bağlı olduğunu; düşük sodyum/vanadyumun sıcak korozyonu dışlamadığını belirtir. İki elementli oran mutlak yükte büyük değişimi gizleyebilir. Örneğin Na/V = 0,20 olan iki yakıttan biri, aynı tüketimde iki elementi de saatte on kat fazla getirebilir.

Aynı oran tortunun kalış süresini, sıvı payını, kükürt kimyasını, başka metalleri veya yüzey sıcaklığını da söylemez. Bu nedenle örnekteki %80 sodyum azalması açıkça sodyum girdisinin azalmasıdır; korozyon hızının %80 azalması veya güvenli kül bileşimi kanıtı değildir. Kimyasal ve termal bulgular yorumu tamamlamalıdır.

Temizlik ve koruma mekanizmayla uyumlu olmalıdır

Tortunun kaldırılması akış kesitini iyileştirebilir fakat kaybolmuş metali geri getirmez. Temiz yüzey önceden gizli saldırıyı gösterebilir. Tersine, temizlik sonrası performans değişimi ilk kaybın korozyondan kaynaklandığını kanıtlamaz. Mekanizma atanmadan durum ve performans bulguları karşılaştırılmalıdır.

Yakıt seçimi, suya bağlı bulaşmanın etkili uzaklaştırılması, uygun malzeme ve onaylı termal sınırların korunması farklı önlem parçalarıdır. Katkı maddesi kül kimyasını değiştirebilir fakat kül yükünü artırabilir veya başka tortu oluşturabilir; seçim ve doz motor/turboşarj üreticisinin onayı ile doğrulanmış yakıt temeli ister. Genel çevrim içi öneri, yıkama ortamını, sıcaklıkları, dozlamayı veya koruma ayarlarını değiştirme gerekçesi değildir.

Mekanizmaya dayanan kanıt zinciri kurun

Temsil edici yakıt numuneleri arıtım konumu ve tarihle birlikte; yakıt tüketimi geçmişi, ilgili sıcaklık/yük eğilimleri, temizlik kayıtları ve muayene haritalarıyla saklanır. Yararlıysa tortu analiz edilir; element bileşimi ile altındaki metalin durumu ayrılır. Serin gövde duvarındaki numune sıcak nozül kenarındaki tortuyu temsil etmeyebilir.

Savunulabilir sıra yakıt envanteri → taşıma ve tutulma → tortu kimyası ve termal hali → malzeme tepkisidir. Sayısal denge yalnız ilkini ve varsayılan biçimde ikincinin bir kısmını kapsar. Sıcak korozyon değerlendirmesi kalan bağlantıları da ister; kirlenme, erozyon ve kimyasal saldırı, bulgular bunları ilişkilendirene kadar ayrı olasılıklar olarak tutulmalıdır.