Hastelloy G-30 foszforsavas elpárologtatókban: hőcserélő cső teljesítményadatai

Miért ajánlják a Hastelloy G-30-at foszforsav elpárologtató csövekhez?

A G-30-as évek kémiája - magas krómtartalmú, mérsékelt molibdénnel és réz hozzáadásával - szándékosan úgy lett megtervezve, hogy kezelje a nedves eljárással előállított foszforsavban található szennyezőanyagok speciális kombinációját, és a Haynes International a P2O5 elpárologtató csöveket nevezi meg a két fejötvözet egyik alkalmazásának.

Forrás: Haynes International névleges összetételi adatlap, HASTELLOY G-30 ötvözet.

A magas krómtartalom a G-30-nak erős ellenállást biztosít a nedves-technológiai sav oxidáló jellegével, valamint a salétromsavval és salétromsav-keverékekkel szemben, míg a molibdén- és rézadalékai mérsékelten ellenállnak a redukáló savaknak, például a sósavnak és a kénsavnak -, amelyek a kereskedelemben kapható foszfor-szennyeződésként vannak jelen. A Haynes International azt is megjegyzi, hogy a G-30 kevésbé érzékeny a klorid által kiváltott feszültség-korróziós repedésekre, mint az ausztenites rozsdamentes acélok, amelyeket általában lecserélnek ebben a szolgáltatásban, ami közvetlenül számít azon csőkötegek esetében, amelyek ismétlődő hőciklust észlelnek a párologtató indítása és leállítása során.

Mitől olyan maró hatású a nedves{0}}folyamat foszforsav az elpárologtató csöveire?

A nedves-eljárású foszforsav elsősorban a benne oldott tartalom miatt maró hatású, nem pedig maga a foszforsav: a reagálatlan kénsav, fémionok, fluoridionok, kloridionok és lebegő részecskék, például a szilícium-dioxid együtt járnak a P2O5-tel, és ezek közül a csőben a kémiai klorid domináns a klorid.

A „nedves-eljárású” foszforsavat úgy állítják elő, hogy foszfátkőzetet reagáltatnak kénsavval, és előállítása szerint csak körülbelül 30% P2O5-ot tartalmaz, mivel nagy mennyiségű öblítővízre van szükség ahhoz, hogy elválassza a kalcium-szulfát melléktermékétől. A fluoridionok hajlamosak stabil komplexeket képezni az oldatban lévő fémionokkal, ezért kevésbé agresszívak a csőanyagokkal szemben, mint a kloridionok, amelyek erősen befolyásolják a sav és a fémfelület közötti elektrokémiai reakciókat. Ez az oka annak, hogy az elpárologtató csövek ötvözetének kiválasztását jobban befolyásolja a klorid-pontosodás és a réskorrózióállóság-, mint a sav névleges foszforsav-erőssége önmagában.

A bepárlási folyamat során a P2O5 koncentrációja jellemzően nagyjából 30%-ról körülbelül 54%-ra emelkedik a párologtatási lépések sorozata során. A magasabb koncentráció önmagában magasabb korrozivitásra utal, de a Haynes International megjegyzi, hogy ez a hatás részben ellensúlyozott, mivel a szennyeződések szintje -, beleértve a legfontosabb kloridokat is, - hajlamos csökkenni, ahogy a sav koncentráltabb lesz.

Hogyan teljesít a G-30 valódi nedves-savban, nem csak reagens minőségű savban?

A Haynes International a reagens-minőségű laboratóriumi adatait egy floridai foszfátgyártó által szállított, tényleges nedves-eljárású savban végzett reprezentatív helyszíni-teszttel támasztja alá, három valós termelési koncentrációban (36%, 48% és 54% P2O5) és 121 fokon (250 statiszta F}0-val közvetlenül szemben). acélok olyan körülmények között, amelyek sokkal közelebb állnak egy működő elpárologtatóhoz, mint egy reagens minőségű főzőpohár teszt.

Ez a megkülönböztetés mindenki számára fontos, aki adatlapon adja meg a csőanyagot: a reagens-minőségű korróziós táblázatok (amelyeket pontosságuk és megismételhetőségük miatt használunk ebben a cikkben) egyedül a savkoncentráció és a hőmérséklet hatását különítik el, míg a valódi nedves-eljárási sav hozzáadja a fent tárgyalt fluor-, klorid-, szulfát- és részecsketerhelést. A Haynes International döntése, miszerint a gyártási-koncentrációknál célzott valódi-sav-összehasonlítást végez, a kellő gondosság jelentős része, és ez az oka annak, hogy a G-30 valódi, helyszíni hitelesítéssel rendelkezik ebben az alkalmazásban, nem pedig pusztán elméleti.

A foszforsav-eljárási szabadalmakban közölt független helyszíni és kísérleti{0}}üzemi adatok további, hosszabb-távú adatpontot adnak a tágabb Hastelloy G ötvözetcsaládhoz: a foszfátkőzet-roncsolási kísérletekben egy Hastelloy G ötvözetből készült járókerék éves korróziós rátát mért 6,65 millió 6,65 mill/év. évente egy rothasztókörülmények között, és 11,71 mpy, szemben a 15,77 mpy 625-tel magasabb -oxidációs-potenciál mellett. Ezek az ábrák az általános G-család ötvözetét írják le, nem pedig konkrétan a G-30-at, de megerősítik ugyanazt az irányadó következtetést, amelyet Haynes saját adatai is mutatnak: A G-család nikkel-króm-vas ötvözetei jól ellenállnak a 625-höz képest valódi foszforsav-előállítási környezetben, nem csak a laboratóriumi környezetben.

Hogyan változik a G-30 korróziós sebessége, amikor a savkoncentráció emelkedik a párolgás során?

A G-30-as korróziós sebessége a forrásban lévő foszforsavban folyamatosan 50%-ról 85%-ra nő, de alacsony és kezelhető marad (0,01-0,84 mm/év) a teljes tartományban, amelyet az elpárologtató sorozat lát, beleértve a kereskedelmi nedves eljárásokra jellemző, nagyjából 54%-os P2O5 koncentrációs végpontot is.

Forrás: Haynes International reagent{0}}minőségű foszforsav korróziós táblázat, HASTELLOY G-30 ötvözet adatlapja.

Mivel a legtöbb kereskedelmi forgalomban kapható nedves-eljárási sorozat 54%-os P2O5 körüli végső koncentrációt céloz meg, a csőtervezők arra számíthatnak, hogy a G-30-as reagens-minőségű korróziós sebessége a 0,1-0,2 mm/év tartományba esik ezen a végponton - a kényelmes korrózió előtti csőtervezés érdekében a többrétegű korróziót megelőző cső kialakításához. az alábbiakban tárgyalt kloridok kockázata.

Hogyan viszonyul a G-30 a 316L-hez, a 254SMO-hoz és az Alloy 625-höz az elpárologtató szempontjából releváns savakban?

A Haynes International saját összehasonlító grafikonja a G-30-at a 316L és a 254SMO rozsdamentes acél elé helyezi sósavban és kénsavban is, és az Alloy 625-öt kifejezetten sósavban – de Haynes egyenesen kijelenti, hogy a G-30 0,1 mm/év értéke valamivel magasabb, mint a 26 kénsavas 25-ös vonala. kis széle van ott, ahol a kénsavszennyezés a domináns probléma.

Ez egy hasznos, őszinte adatpont a specifikációs döntések meghozatalához: a G-30 nem előzi meg minden konkurens ötvözetet minden savban, amelyet az elpárologtató láthat. Ahol a domináns szennyeződés a kőzet-emésztési lépéséből átvitt kénsav, az Alloy 625 (vagy a magasabb-krómtartalmú HASTELLOY G-35, amelyről a sorozat egy kísérőcikkje lefed) kínálhat egy kis kiegészítő tartalékot. Ahol a sav közelebb áll a tiszta nedves eljáráshoz a jellegzetes kloridterheléssel, a G-30 króm, molibdén és réz egyensúlya valódi előnyt jelent mind a rozsdamentes acélokhoz, mind a 625-höz képest kifejezetten a sósavban.

Mi a G-30-as évek ellenálló képessége a lerakódás alatti lyukacsos és réskorrózióval szemben?

A klorid -szennyezett állapotok szimulálására használt két szabványos gyorsított tesztben - Green Death és Yellow Death - G-30 először 55 fokos gödröcskét és 45 fokos (zöld halál) vagy 25 fokos (sárga halál) támadást mutat, ami pontosan a szilárd csőépítési módok és a szilárd csőépítési módok leginkább ki vannak téve. fel a cső felületére.

Forrás: Haynes International lyukkorróziós és réskorróziós adatok (24 órás tesztek), HASTELLOY G-30 ötvözet adatlap.

Ez az egyetlen, működési szempontból leginkább releváns adatkészlet ebben a cikkben. Az ömlesztett savállóság, amint az a fenti koncentrációs táblázatokban látható, leírja, hogy mi történik a tiszta csőfelülettel, amely egyenletesen ki van téve az áramló savnak. A valódi elpárologtató csövek vízkő, kalcium-szulfát lerakódások és pangó zónák halmozódnak fel a terelőlemezeken és a tartólemezeken - olyan körülmények között, amelyek lokálisan koncentrálják a kloridokat, és jóval az ömlesztett sav névleges üzemi hőmérséklete alatt gödör- vagy réstámadást válthatnak ki. A G-30-as 25-45 fokos réskorróziós küszöbérték jelentős, számszerűsített határérték a párologtató tipikus üzemi hőmérséklete felett számos kivitelnél, de azt is aláhúzza, hogy a lerakódások alatti időszakos mechanikai tisztítás és ellenőrzés miért továbbra is a szokásos gyakorlat az ötvözetválasztástól függetlenül.

A G-30 ellenáll a kloridos feszültség-korróziós repedésnek az elpárologtató szervizben?

Igen - a szabványos forráspontú 45%-os magnézium-klorid tesztben (ASTM G36),G-30168 órán keresztül ellenállt a repedésnek, nagyjából hétszer hosszabb, mint a 254SMO és 84-szer hosszabb, mint a 316L, és felülmúlta a vele együtt tesztelt két összehasonlító nikkelötvözetet ('28' és '31').

Forrás: Haynes International feszültség{0}}korróziós repedési adatok (45% MgCl2 forráspont, ASTM G36), HASTELLOY G-30 ötvözet adatlapja.

Az SCC-ellenállás fontos az elpárologtató csőkötegek esetében, mivel ezek a három összetevő közül kettőt egyesítenek. Az SCC-hez - húzófeszültségnek (hőciklusból, a csőlemezbe való gördülésből vagy maradék hegesztési feszültségből) érzékeny anyagra van szükség, és klorid-csapágyas környezetnek van kitéve. A G-30-as durván 168 órás küszöbérték egy tesztben, amely sokkal szigorúbb, mint a tipikus üzemi körülmények, jelentős, számszerűsített biztonsági ráhagyást ad a csőtervezőknek a leggyakrabban olcsóbb alternatívának tekintett rozsdamentes acélokhoz képest.

Hogyan befolyásolja a hegesztés a cső-varratát és a cső-a-csőlap korrózióállóságát?

A G-30-as évek csupa -hegesztési-fémkorróziós aránya a legtöbb kén- és sósav-körülmények között a kovácsolt nemesfémhez közel marad az elpárologtató működéséhez szükséges legtöbb esetben, a 90%-os kénsav kivételével, ahol mind a hegesztett fém, mind a kovácsolt nemesfém meredek, egymáshoz illő emelkedést mutat - hegesztés-specifikus gyengeség.

Forrás: Haynes International teljes-hegesztett-fém (több-pass GMAW kereszt alakú) vs. kovácsolt alap-fém korróziós adatai, HASTELLOY G-30 ötvözet adatlapja.

A hegesztett csőből (ASTM B619/B626) előállított párologtató csőkötegek esetében, amelyeknél cső---hegesztésre van szükség, ezek az adatok támogatják a G-30 megadását a hegesztési zónák leértékelése nélkül a legtöbb savas körülmények között, amelyekre az ötvözet készült. A 90%-os kénsav eredmény arra emlékeztet, hogy a G-30, a G-35-höz hasonlóan, nem a megfelelő választás, ha a növény kénsaváthordó mennyisége rendszeresen eléri ezt a koncentrációt a cső falán – ez az állapot, amikor a 625-ös vagy magasabb krómtartalmú G-35 cső lenne a konzervatívabb specifikáció.

Hogyan befolyásolja a G-30 hővezető képessége a hőcserélő csövek kialakítását?

A G-30-as hővezető képessége (körülbelül 10 W/m· fok szobahőmérsékleten, durván 19{5}}21 W/m· fokra emelkedve 400-600 fokon) jóval alatta marad a rézötvözetek, sőt a szénacélok hővezető képességének, ezért a hőátadási területet és a csővezeték vastagságát figyelembe kell venni{{9} de ezt a kompromisszumot lényegesen ellensúlyozza a nagyon vékony G-30 korróziós ráhagyás a vastagabb falakhoz képest, amelyekre egy kevésbé ellenálló, olcsóbb ötvözetnek szüksége lenne.

Forrás: Haynes International fizikai tulajdonságok adatai, HASTELLOY G-30 ötvözet adatlap.

Ez egy valódi mérnöki kompromisszum-, nem pedig egy marketing szempont, amelyet el kell fényezni: a nikkel-króm-vas csőfal észrevehetően kevésbé hatékonyan vezeti a hőt, mint egy hasonló -vastagságú rézötvözet vagy szénacél cső, és a hőcserélő termikus kialakításának (a csőszámnak, a hossznak vagy a falvastagságnak)} közvetlenül figyelembe kell vennie a hőátadást. A gyakorlatban a párologtató tervezői ezt úgy ellensúlyozzák, hogy a G-30 korrózióállóságát kihasználva vékonyabb csőfalat határoznak meg, mint amennyit egy szén-acél vagy alacsonyabb-ötvözetű kialakítás megkívánna, ami részben visszanyeri az alacsonyabb vezetőképességből adódó hőátadási büntetést, ugyanakkor több{11}}}fal{1évtizedes korróziós élettartam nélkül is biztosítható. kevésbé ellenálló anyagra lenne szükség.

Milyen csőtermék-formák és szabványok vonatkoznak a G-30 elpárologtató csőre?

A G-30-as elpárologtató cső ASTM/ASME B622/SB622 és ASTM/ASME B619/B626 és SB619/SB626 szabvány szerint hegesztett csőként is kapható, malomban-hevítve szállítjuk, és bármilyen hidegen hevítés után újra-{{10} kell végezni. cső-hajlítási művelet, amely legalább 7%-os külső szál megnyúlást eredményez a teljes korrózióállóság helyreállítása érdekében.

Forrás: Haynes International "Specifications and Codes" táblázat, HASTELLOY G-30 ötvözet adatlap.

A G-30 izzítási hőmérséklete 1177 fok (2150 F) vízhűtés javasolt, bár a 10 mm-nél (0,375 hüvelyk) vékonyabb szerkezeteknél lehetséges a gyors léghűtés -, amely a legtöbb elpárologtató cső falvastagságát tartalmazza. A G-30 merevebb, mint az ausztenites rozsdamentes acélok, és könnyebben megmunkálható, ami közvetlenül számít a csőhajlítási és -tágítási műveleteknél a kötegek gyártása során, és be kell tervezni a gyártási folyamatba.

Mik a G-30 elpárologtató csövek gyakorlati tervezési és működési korlátai?

A G-30 megbízhatóan teljesít a teljes 30-54%-os P2O5 koncentrációtartományban és akár 121 fokig valódi nedves-eljárási savban, de a tervezőknek a lokális klorid szennyeződést - kell kezelniük, nem pedig az ömlesztett savszilárdságot - az irányadó tervezési korlátként, és kifejezetten figyelniük kell az éles hatásokra. A G-30 saját sósavadatai bizonyos közepes koncentráció-hőmérséklet kombinációkat mutatnak.

A Haynes International sósavtáblázata azt mutatja, hogy a korrózió mértéke egyes köztes körülmények között meredeken emelkedik -, például a 2,5%-os HCl 93 fokon (200 F) 4,23 mm/év értékre ugrik, a forrásban lévő 2-2,5%-os HCl pedig eléri a 9,47 {{127}0 mm/127 {{8}0 mm-t. jól viselkedett{11}}árak mind alacsonyabb, mind magasabb koncentrációban a közelben. Ez a fajta nem monoton viselkedés emlékeztet arra, hogy az izokorróziós diagramokat és a koncentrációs táblázatokat a cső falánál várható aktuális, helyi savkémiával kell olvasni (beleértve a forrásból vagy a párolgásból eredő koncentrációs hatásokat közvetlenül a felszínen), nem csak a névleges tömeges folyamatkoncentrációnál.

• Tervezési és üzemeltetési útmutató:Kövesse nyomon a klorid és a szabad -kén-sav szennyeződések szintjét a technológiai savban, mivel ezek a - nem a névleges P2O5-koncentráció - okozzák a csőkorrózió kockázatát.
• Tervezési és üzemeltetési útmutató:Időszakos mechanikai tisztítást és ellenőrzést ütemezzen vízkő és lerakódások alatt, mivel a G-30-as réskorróziós küszöbérték (gyorsított teszteknél 25-45 fok) mindenhol megközelíthető, ahol a szennyeződés lokálisan koncentrálja a kloridokat.
• Tervezési és üzemeltetési útmutató:Kerülje azokat a terveket, amelyek a sósavat helyileg 2-3%-os tartományba koncentrálják emelt hőmérsékleten, ahol a G-30 saját adatai aránytalanul nagy korróziós sebességet mutatnak.
• Tervezési és üzemeltetési útmutató:Ahol szokatlanul magas a kénsav átvezetése, vagy rendszeresen megközelíti a 90%-os koncentrációt a cső falánál, akkor az Alloy 625 vagy a HASTELLOY G-35 konzervatív alternatívaként értékelje.
• Tervezési és üzemeltetési útmutató:A 7%-ot meghaladó külső-szálnyúlást meghaladó hidegalakítási vagy hajlítási műveletek után a csövek újra-lágyítása-a korrózióállóság teljes helyreállítása érdekében az üzembe helyezés előtt.

Gyakran Ismételt Kérdések

K: Miért használják a Hastelloy G-30-at foszforsavas elpárologtató csövekhez?

A: A G-30 magas krómtartalma ellenáll a nedves-folyamatban előforduló foszforsav és salétromsav-szennyeződés oxidáló jellegének, míg molibdén- és réztartalma ellenáll a minden nedves-folyamatban jelenlévő kénsav-szennyeződésnek. A Haynes International a P2O5 elpárologtató csöveket nevezi meg az ötvözet két elsődleges alkalmazásának egyikeként, amelyet mind a reagens -minőségű, mind a valódi, nedves eljárással végzett savtesztek támogatnak.

K: A G-30 korrózióállósága kitart a kereskedelmi elpárologtatókban használt teljes 54%-os P2O5 koncentráció mellett?

A: Igen. A reagens -minőségű forrásban lévő foszforsav adatai azt mutatják, hogy a G-30 korróziós sebessége csak fokozatosan emelkedik a koncentrációtartományban, és a 0,1-0,2 mm/év tartományban marad 54-60% P2O5 - körül, jóval a kényelmes tervezési ráhagyáson belül.

K: Mi a legnagyobb korróziós kockázat a G-30 csövek esetében az elpárologtató szervizben?

A: Klór-korrózió a vízkő alatt és a lerakódások alatt, nem egyenletes savhatás a tiszta felületen. A szabványos gyorsított tesztek a G-30-as lyukkorróziós és réskorróziós küszöbértékeket mutatják 25-55 fokos szögben, ezért az időszakos tisztítás és ellenőrzés szennyeződés esetén az ötvözetválasztástól függetlenül is fontos marad.

K: A Hastelloy G-30 jobb, mint az Alloy 625 a foszforsav elpárologtatókhoz?

A: Attól függ, hogy melyik szennyeződés dominál. A Haynes International saját összehasonlító adatai azt mutatják, hogy a G-30 megelőzi a 625-öt sósavban, de a 625-ös enyhe előnnyel rendelkezik kénsavban. Ahol szokatlanul magas a kénsav átvitel, ott a 625 vagy a magasabb krómtartalmú HASTELLOY G-35 lehet a konzervatívabb specifikáció.

K: Csökkenti-e a hegesztés a G-30 korrózióállóságát az elpárologtató cső gyártása során?

A: Általában nem. A közzétett hegesztési -fém- és a -kovácsolt adatok csak kis eltérést mutatnak a legtöbb kén- és sósavkörülmény között, amelyek relevánsak az elpárologtatók működése szempontjából, a hegesztett fém és a kovácsolt nemesfém esetében is csak a legsúlyosabb tesztelt kénsav (90%-os) kémiai -vezérelt emelkedése mutatkozik.

K: Milyen a G-30 hővezető képessége a többi hőcserélő csőanyaghoz képest?

A: A G-30 hővezető képessége (körülbelül 10 W/m· fok szobahőmérsékleten) jóval a rézötvözetek és a szénacél alatt van, ezért a hőátadási területet ennek megfelelően kell méretezni. A gyakorlatban ez részben ellensúlyozott, mert a G-30 korrózióállósága vékonyabb csőfalat tesz lehetővé, mint amennyire egy kevésbé ellenálló ötvözetnek szüksége lenne ugyanazon élettartamhoz.