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[en] HIGH TEMPERATURE CORROSION OF STEELS IN SINGLE AND DUAL CONDITIONS USING ATMOSPHERES RELATED TO THE OXYFUEL PROCESS / [pt] CORROSÃO DE AÇOS EM ALTA TEMPERATURA EM CONDIÇÕES SIMPLES E DUPLAS UTILIZANDO ATMOSFERAS RELACIONADAS AO PROCESSO DE OXICOMBUSTÃO

DANIEL MASSARI DE SOUZA COELHO 15 April 2019 (has links)
[pt] A crescente demanda mundial por energia e a necessidade do controle de emissão de gás carbônico (CO2), principal gás responsável pelo aquecimento global, exigem o desenvolvimento de novas tecnologias para a produção de energia com menor emissão de CO2. O uso de fontes alternativas na produção energética está aumentando, mas não é suficiente para suprir a demanda, portanto o uso de combustíveis fósseis ainda é necessário. Neste contexto, o uso da oxicombustão em usinas a carvão em conjunto com a captura e sequestro de carbono (CCS) surge como uma alternativa às usinas convencionais a carvão, pois não emite CO2 na produção de energia. O processo de oxicombustão difere basicamente do convencional pela queima de O2 puro e gás reciclado ao invés de ar. Com isso uma atmosfera rica em CO2 e H2O é formada no boiler, podendo aumentar a corrosão dos materiais em contato com o gás. Este trabalho teve como objetivo investigar o comportamento em corrosão em alta temperatura de ligas de ferro submetidas a condições simples e duplas em atmosferas ricas em CO2. Ligas experimentais e comerciais de ferro com diferentes teores de cromo, cobalto e carbono foram expostas a atmosferas contendo CO2, H2O e SO2 a 600 graus Celsius durante 1000 horas. As amostras foram analisadas em condição simples, onde a amostra é exposta a um mesmo gás em todas as faces e em condição dupla onde a amostra é exposta a vapor d água de um lado e um gás do outro, criando um gradiente de hidrogênio na amostra. As amostras foram caracterizadas por MEV, MET, EDS e microscópio ótico. Os resultados demonstraram que há maior corrosão em condição dual que em condição simples. A maioria das ligas experimentais apresentaram menor oxidação que o aço comercial VM12 em atmosferas ricas em CO2. Entretanto o aço VM12 apresentou melhores resultados quando exposto ao vapor d água. / [en] The world s increasing demand for energy and the need to control carbon dioxide (CO2) emissions, the main gas responsible for global warming, requires development of new technologies to produce energy with lower CO2 emission. Use of alternative renewable sources in energy production is increasing, but not enough to meet the demand. Thus, fossil fuel is still necessary. In this context, oxyfuel together with carbon capture and sequestration (CCS) arises as an alternative to conventional coal-fired power plants, because it does not emit CO2 during energy production. The oxyfuel process differs from the conventional process by burning pure O2 and recycled fuel gas instead of air. Therefore, a CO2-H2O-rich atmosphere is formed in the boiler, increasing the materials corrosion in contact with this atmosphere. The objective of this work was to investigate the high temperature corrosion behavior of iron alloys subjected to single and dual conditions in CO2-rich atmospheres. Model and commercial iron alloys with different chromium, cobalt and carbon content were exposed to atmospheres containing CO2, H2O and SO2 at 600 Celsius degrees for 1000 hours. The samples were analyzed in single atmosphere condition, when all sample faces were exposed to the same gas, and in dual atmosphere condition where the samples were exposed to water vapor on one side, to a gas on the other, creating an hydrogen gradient in the sample. The samples were characterized using TEM, SEM, EDS and light microscope. Results showed different corrosion rates according to chemical composition and microstructure of the samples and gases. Results showed that corrosion is higher in dual condition than in single condition. Most of the model alloys presented less corrosion than commercial steel VM12 in CO2-rich atmospheres. However, steel VM12 presented better results when exposed to water vapor.
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[en] EVALUATION OF THE EFFICIENCY OF ALUMINA-COATED P92 STEEL TO HIGH TEMPERATURES CORROSION / [pt] AVALIAÇÃO DA EFICÁCIA DA ALUMINA COMO REVESTIMENTO DO AÇO P92 NA CORROSÃO EM ALTAS TEMPERATURAS

GERSON ORTIZ GALLO 07 January 2019 (has links)
[pt] A redução na emissão de CO2 na atmosfera é um dos desafios atuais mais importantes enfrentados por diferentes indústrias no mundo. A geração de energia através da queima de combustíveis fósseis utilizando oxigênio puro [1], também chamada de tecnologia de oxicombustão, é uma opção utilizada pelas indústrias de geração de energia para minimizar os índices de concentração de CO2 até emissão ZERO [1,2]. Inevitavelmente, as tubulações dos trocadores de calor que conformam aquelas plantas de energia, sofrem corrosão em contato com os gases de combustão (H2O-CO2) em altas temperaturas. Estas tubulações, fabricadas com aço ou com ligas ferro-cromo vem sendo utilizadas no intuito de reduzir a corrosão. Tubulações com revestimentos/recobrimentos protetores tem sido também considerados para aumentar a resistência a processos corrosivos sem requerer o emprego de ligas de alto custo. Um revestimento adequado deve ser inerte e estável em altas temperaturas como é o caso dos materiais cerâmicos. A alumina, sendo um material estável em ambientes característicos do processo de oxicombustão apresenta características favoráveis para esta proteção [3]. Amostras de Fe-Cr foram oxidadas sob condições que simularam processos de Oxicombustão nos laboratórios do Bundesanstalt Für Materialforschung Und-Prüfung (BAM) Berlim-Alemanha. O processo ocorreu a 650 graus Celsius durante 2000 h, em atmosfera contendo 60 por cento CO2,30 por cento H2O, 7 por cento N2, 2 por cento O2 e 1 por cento SO2. A caracterização microestrutural das amostras oxidadas foi realizada nos laboratórios do instituto Nacional de Tecnologia (INT), utilizando técnicas de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia por Dispersão de Energia de Raios-X (EDS). Foram produzidos riscos na superfície do revestimento de Al2O3, previamente aos testes de oxidação, para simular falhas no revestimento; além da eficácia do revestimento de alumina, foi também avaliado o papel do cromo como meio protetor contra a corrosão e de outros elementos de liga no processo de oxidação do aço P92, buscando identificar o mecanismo de oxidação. Como resultado do fluxo dos gases de oxicombustão há formação de camadas de Fe3O4, Fe2O3 e cromo-espinélio nas ligas sem revestimento. As amostras que possuíam o revestimento de alumina apresentaram ótima proteção, com resultados de uma alta eficácia, enquanto as amostras que tinham riscos apresentaram uma oxidação interna de oxidação cromo-espinélio protetor na matriz logo abaixo da região afetada. / [en] The reduction in the emission of CO2 in the atmosphere is one of the most important problems faced by different industries in the world. The generation of energy from oxyfuel oxygen, [1], also called Oxyfuel technology, is a matter of CO2 emission for ZERO [1,2]. Inevitably, as pipes of the heat exchangers that make up these power plants, they suffer corrosion in contact with the flue gases (H2O-CO2) at high temperatures. These pipes, made of steel or iron-chromium alloys, are not used instead of reducing corrosion. Pipes with protective coatings have already been submitted to increase resistance to corrosive processes without requiring the use of high cost alloys. One which must be inert and static at high temperatures is the case of ceramic materials. An alumina, being a suitable material to the environments characteristic of the Oxyfuel process, presents characteristics favorable to the protection [3]. Fe-9Cr samples were oxidized under conditions that simulated Oxyfuel processes in the laboratories of the Bundesanstalt Für Materialforschung Und-Prüfung (BAM) Berlin-Germany. The process occurred at 650 degree Celsius for 2000 h, in an atmosphere containing 60 percent CO2, 30 percent H2O, 7 percent N2, 2 percent O2 and 1 percent SO2. The microstructural characterization of the oxidized samples was performed in the laboratories of the National Institute of Technology (INT), using Scanning Electron Microscopy (SEM) and X-ray Energy Dispersion Spectroscopy (EDS) techniques. Risks were produced on the Al2O3 coating surface, prior to the oxidation tests, to simulate coating failures; besides the effectiveness of the alumina coating, the role of chromium as a protective medium against corrosion and other alloying elements in the oxidation process of P92 steel was also evaluated, in order to identify the oxidation mechanism. As a result of the flow of oxyfuel gases, Fe3O4, Fe2O3 and chromium-spinel layers are formed in the alloys without coating. The samples that had the alumina coating presented optimum protection, with results of a high efficiency, while the samples that had scratches presented an internal oxidation of protective chromium-spinel oxidation in the matrix just below the affected region.

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