Kokie lydiniai skirti cheminio apdorojimo įrangai?

Netinkamo lydinio pasirinkimas cheminio apdorojimo įrangai gali sukelti katastrofišką gedimą, brangiai kainuojančią prastovą ir rimtus pavojus saugai. Šis vadovas atsako į svarbų inžinerinį klausimą: kurie lydiniai geriausiai tinka cheminio apdorojimo įrangai?

Įvertiname dešimt plačiai naudojamų lydinių -, apimančių nerūdijančio plieno rūšis, nikelio-lydinius ir titano -, atsižvelgiant į atsparumą korozijai, mechanines savybes, taikymo aplinką ir kainą. Objektyvios duomenų lentelės pateikiamos siekiant padėti priimti pagrįstus sprendimus{4}}.

Kodėl lydinio pasirinkimas yra svarbus cheminiame apdirbime

Cheminio perdirbimo įmonėse apdorojamos kai kurios agresyviausios žemėje medžiagos - koncentruotos rūgštys, šarminiai šarmai, oksiduojančios dujos ir halogenidų-turintys sūrymai. Tokia įranga kaip reaktoriai, šilumokaičiai, akumuliacinės talpos, vamzdynai, vožtuvai ir kolonos turi būti atsparūs korozijai 15–30 metų nepertraukiamo naudojimo.

Prastas lydinio pasirinkimas sukelia:

Vienoda korozija - bendras kraujagyslių sienelių retinimas

Taškinė korozija - lokalizuota prasiskverbimas į chlorido-raiškiąją terpę

Įtempių korozijos įtrūkimas (SCC) - staigus trapus gedimas esant tempimo įtempimui + korozinė aplinka

plyšių korozijos - ataka uždarose erdvėse, pvz., flanšuose ir po tarpikliais

Galvaninė korozija -, kai elektrolite elektriškai liečiasi skirtingi metalai

Remiantis NACE International (dabar AMPP), korozija pasaulinei chemijos ir naftos chemijos pramonei kainuoja apie 170 mlrd. USD per metus. Medžiagų pasirinkimas yra vienintelis efektyviausias būdas sumažinti išlaidas.

Pagrindinio lydinio pasirinkimo kriterijai

Nurodydami lydinį chemijos priežiūrai, inžinieriai įvertina šiuos veiksnius:

Atsparumas korozijai

Lydinys turi atlaikyti specifinę korozinę terpę be nepriimtinų medžiagų nuostolių per visą įrenginio eksploatavimo laiką. Atitinkama metrika apima:

Korozijos greitis (mm/metus arba mils per metus, mpy)

Atsparumo įdubimams ekvivalentinis skaičius (PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N) - didesnis PREN rodo geresnį atsparumą chloridui

Kritinė duobių temperatūra (CPT) ir kritinė plyšio temperatūra (CCT)

Mechaninės savybės

Įranga turi atitikti slėgio -kodo reikalavimus (ASME, EN 13480, PED). Svarbūs mechaniniai duomenys yra: didžiausias tempiamasis stipris (UTS), takumo riba, pailgėjimas ir kietumas.

Temperatūros diapazonas

Padidėjusi temperatūra pagreitina koroziją ir sumažina leistinus įtempius. Daugelio lydinių maksimali eksploatavimo temperatūra cheminėse terpėse yra žemesnė už metalurgines ribas.

Gamyba

Lydiniai turi būti suvirinami, apdirbami ir formuojami į slėginių indų geometriją. Nikelio lydiniams ypač reikalingos specializuotos suvirinimo procedūros (ASME IX skyrius).

Bendras nuosavybės mokestis (TCO)

Medžiagos kaina yra tik vienas elementas. TCO apima montavimą, patikrą, priežiūrą irišvengta prastovų išlaidų. Hastelloy C-276 reaktoriaus indas gali kainuoti 4 kartus daugiau nei 316 l SS, bet 5 kartus ilgiau tarnaus naudojant druskos rūgštį, o tai užtikrina puikų TCO.

Greitas-nuorodinis lydinių palyginimas

1 lentelėje pateikiama greita-dešimties lydinių, dažniausiai nurodytų cheminio apdorojimo įrangai, nuskaitymo apžvalga. Išsamesnius duomenis žr. 2–4 lentelėse.

1 lentelė|Lydinio greitas-nuorodų vadovas - Cheminio apdorojimo įranga. Tinkamumo korozijai įvertinimai yra bendrosios rekomendacijos; visada patikrinkite korozijos kupono bandymus arba paskelbtas izokorozijos diagramas, skirtas konkrečioms terpėms, koncentracijoms ir temperatūroms.

Nerūdijančio plieno lydiniai, skirti cheminiam apdorojimui

Nerūdijantis plienas yra geležies-chromo lydiniai, kuriuose yra mažiausiai 10,5 % chromo. Chromas reaguoja su deguonimi, sudarydamas pasyvią chromo oksido (Cr₂O₃) plėvelę, kuri savaime-gyja, kai yra pažeista. Siekiant padidinti atsparumą korozijai, pridedama molibdeno, nikelio ir azoto.

304 ir 304L nerūdijantis plienas (UNS S30400 / S30403)

■ Bendrosios paskirties{0}}darbo arkliukas

304 tipasyra plačiausiai gaminamas nerūdijantis plienas pasaulyje. Su 18 % Cr ir 8 % Ni, jis gerai veikia silpnai ėsdinančioje vandeninėje aplinkoje, aprūpinant maistą, gaminant vaistus ir veikiant atmosferai. L variantas (304L) turi ribotą anglies kiekį (Mažiau nei 0,03%), kad sumažintų jautrumą suvirinimo metu ir apsaugotų nuo tarpkristalinės korozijos.

Tačiau 304 netinka terpėms, kurių koncentracija viršija pėdsakus chlorido{1}}, nei vandenilio chlorido ar sieros rūgštims, kurių koncentracija yra reikšminga. Tai dažna specifikacijos klaida augaluose, kurie vėliau patiria greitą duobių susidarymą arba SCC.

316 ir 316L nerūdijantis plienas (UNS S31600 / S31603)

■ Plačiausiai naudojama klasė chemijos pramonėje

2–3 % molibdeno pridėjimas prie 316 žymiai pagerina chlorido atsparumą duobėms, palyginti su 304, ir užtikrina geresnį veikimą praskiestoje sieros, fosforo ir acto rūgšties aplinkoje. Maždaug 24 žmonių PREN yra chemijos paslaugų pramonės arkliukas.

316L SS yra farmacinių reaktorių, acto rūgšties proceso vamzdynų, jūros vandeniu-aušinamų šilumokaičių ir praskiestų rūgščių saugyklų konstrukcijos standartas. Jis netinka naudoti vandenilio chlorido rūgštimi esant bet kokiai reikšmingai koncentracijai.

317L nerūdijantis plienas (UNS S31703)

■ Didesnis molibdeno kiekis pagerina atsparumą chloridui

317L yra 3–4 % molibdeno ir daugiau nikelio nei 316 l, todėl PREN yra daugiau nei 30. Dažnai nurodoma, kad balinimo gamyklose, celiuliozės ir popieriaus įrangoje ir skiesto chlorido paslaugoje patobulinta nuo 316 l. 317L siūlo šiek tiek geresnį atsparumą korozijai už nedidelę kainą, viršijančią 316 l.

904L nerūdijantis plienas (UNS N08904)

■ Didelio{0}}našumo austenitas sieros rūgščiai

904L yra labai -legiruotas austenitinis nerūdijantis plienas, kuriame yra 4–5 % molibdeno, 23–28 % nikelio ir maždaug 1,5 % vario. Jis buvo specialiai sukurtas sieros rūgšties naudojimui ir užtikrina puikų atsparumą H2SO₄ plačiame koncentracijos diapazone esant aplinkos temperatūrai. Jo PREN (~37) prilygsta 6 % Mo super{11}}austenitinėms klasėms.

904L yra ekonomiškas-sieros rūgšties vamzdynams, šilumokaičiams ir akumuliacinėms talpykloms, kur 20 lydinio arba Hastelloy klasės viršytų-nurodytas.

Nikelio lydiniai, skirti cheminiam apdorojimui

Nikelio{0}}lydiniai pasižymi geru atsparumu korozijai, palyginti su nerūdijančiu plienu, ypač labai agresyvioje aplinkoje, pvz., koncentruotose rūgštyse, redukcinėje terpėje ir aukštos{1}}temperatūrų cheminėse medžiagose. Jų kaina yra didelė, - paprastai 4–8 kartus didesnė už 316 L SS kainą -, tačiau dažnai tai yra vienintelis techniškai perspektyvus pasirinkimas.

20 lydinys (UNS N08020) - "Carpenter 20"

■ Sieros rūgšties specialistas

20 lydinysbuvo sukurtas specialiai sieros rūgšties aptarnavimui. Jo sudėtis - 20% Cr, 29% Ni, 2,5% Mo, 3,5% Cu, subalansuota geležyje - užtikrina išskirtinį atsparumą H₂SO₄ beveik visoms koncentracijoms esant aplinkos ar vidutinei temperatūrai. Vario pridėjimas yra labai svarbus jo veikimui mažinant sieros rūgšties aplinką.

20 lydinys yra plačiai naudojamas sieros rūgšties ėsdinimo įrangoje, cheminių medžiagų laikymo rezervuaruose, fosforo rūgšties proceso sistemose ir sprogmenų gamyboje. Tai ekonomiškas tiltas tarp nerūdijančio plieno ir brangesnių nikelio lydinių.

Hastelloy C-276 (UNS N10276)

■ Pramonės etalonas sunkios korozijos priežiūrai

Hastelloy C276yra vienas iš labiausiai korozijai{0}}atsparių lydinių, galimų statyti chemijos gamyklas. Didelis molibdeno (15–17 %) ir volframo (3–4,5 %) kiekis užtikrina išskirtinį atsparumą įdubimams, plyšinei korozijai ir įtempių korozijos įtrūkimams, naudojant nepaprastai platų cheminių medžiagų spektrą.

C-276 yra pirminis lydinys, naudojamas išmetamųjų dujų desulfuravimo (FGD) skruberiams, druskos rūgšties proceso įrangai, šlapio chlorinimo sistemoms, atliekų rūgščių tvarkymui ir farmacijos sintezės indams. Jo maždaug 70 PREN yra vienas didžiausių iš visų komercinių lydinių.

Hastelloy C-22 (UNS N06022)

■ Puikiai tinka mišrioje oksiduojančioje/redukuojančioje aplinkoje

C-22 turi daugiau chromo (22 %) ir šiek tiek mažiau molibdeno nei C-276. Ši kompozicija suteikia C-22 pranašumą prieš C-276 oksiduojančioje aplinkoje ir mišriose rūgštyse (pvz., HNO₃ + HCl mišiniai, chromo rūgštis). C-22 dažnai teikiama pirmenybė farmacinės API sintezės ir aplinkos inžinerijos programose, kur susiduriama su įvairiomis mišrios chemijos sąlygomis.

Inconel 625 (UNS N06625)

■ Atsparumas{0}} aukštai temperatūrai ir nuovargiui

Inconel 625jo stiprumas gaunamas iš kombinuoto niobio ir molibdeno kieto tirpalo stiprinimo nikelio-chromo matricoje. Jis atsparus cikliniam šiluminiam nuovargiui, turi puikų kriogeninį atsparumą ir išlaiko tvirtumą maždaug iki 815 laipsnių temperatūroje.

Cheminio apdorojimo atveju 625 nurodytas šilumokaičio vamzdžiams agresyvioje aplinkoje, atviroje jūroje ir jūrų procesų įrangai, cheminių medžiagų įpurškimo vamzdeliams ir jūros vandeniu{1}}aušinamiems kondensatoriams. Jo PREN yra ~51, todėl jis yra labai atsparus duobėms jūros vandenyje ir halogenidų{4}}sudėtinguose proceso srautuose.

Monel 400 (UNS N04400)

■ Vandenilio fluorido rūgšties paslaugos pasirinkimas

Monel 400yra nikelio -vario lydinys (67 % Ni, 23–28 % Cu), pasižymintis unikaliu savybių deriniu: puikiu atsparumu vandenilio fluorido rūgščiai beveik visomis koncentracijomis, atsparumu jūros vandeniui ir sūrymui bei geromis mechaninėmis savybėmis plačiame temperatūrų diapazone.

„Monel 400“ yratinkamiausias lydinys vandenilio fluorido rūgšties alkilinimo vienetamsnaftos perdirbimo, HF rūgšties saugojimo ir tvarkymo įrangos, jūrų įrangos ir geriamojo vandens paslaugų srityse. Jo niekada negalima naudoti, kai yra oksiduojančių rūgščių, tokių kaip azoto rūgštis.

Titanas, skirtas cheminio apdorojimo įrangai

Komerciniu požiūriu grynas titanas (1 ir 2 klasės) ir titano lydiniai sudaro itin stabilią, savaime gyjančią pasyvią TiO₂ plėvelę, kuri užtikrina išskirtinį atsparumą korozijai oksiduojančioje aplinkoje. 12 laipsnis (Ti-0,3Mo-0,8Ni) padidina šį atsparumą iki šiek tiek mažinančių sąlygų.

Pagrindiniai titano privalumai chemijos paslaugų srityje yra puikus atsparumas šlapiam chlorui, hipochloritui, chloruotiems sūrymams ir azoto rūgščiai. Jo mažas tankis (4,5 g/cm³) yra maždaug perpus mažesnis nei nikelio lydinių, todėl dideliuose slėginiuose induose galima sutaupyti svorio. Tačiau titaną puola vandenilio fluorido rūgštis, stipriai redukuojančios rūgštys ir bevandenės sąlygos, todėl suvirinimo metu jį reikia specialiai tvarkyti.

Mechaninių savybių palyginimas

Visa cheminio apdorojimo įranga turi būti suprojektuota pagal taikomus slėginių indų kodus. 2 lentelėje pateiktos minimalios mechaninės savybės pagal ASTM standartus kambario temperatūroje. Projektiniai leistini įtempiai turi būti gaunami iš ASME BPVC II-D skyriaus arba lygiaverčio.

2 lentelė|Tipinės minimalios mechaninės savybės kambario temperatūroje (pagal atitinkamus ASTM standartus: A240, A276, B574, B575, B443, B127, B265). Faktinės vertės gali skirtis priklausomai nuo gaminio formos ir terminio apdorojimo. Patvirtinkite naudodami medžiagų bandymo ataskaitas (MTR).

Cheminės aplinkos pasirinkimo vadovas

3 lentelėje pateikiamos įprastos proceso cheminės medžiagos pagal tinkamiausius lydinio pasirinkimus ir nurodomos svarbios perspėjimai kiekvienai aplinkai. Ši lentelė skirta kaip atrankos priemonė; Prieš nustatant galutinę specifikaciją, būtinas išsamus korozijos įvertinimas naudojant izokorozijos diagramas ir tiekėjo duomenis.

3 lentelė|Lydinio pasirinkimas pagal cheminę aplinką. Duomenys pagrįsti paskelbtais korozijos duomenimis iš NACE International, ASM Handbook Vol{2}} ir lydinių tiekėjų techninės literatūros. Temperatūra, koncentracija ir priemaišų lygiai labai veikia lydinio veikimą - visada atlikite konkrečios vietos-bandymą.

Atsparumo įdubimui lygiaverčiai skaičiai (PREN)

PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) yra apskaičiuotas indeksas, naudojamas teoriniam lydinio atsparumui chlorido{0}}sukeltai taškinei korozijai įvertinti. Formulė yra tokia:

PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N

Didesnis PREN rodo didesnį atsparumą duobėms. Lydiniai, kurių PREN > 40, klasifikuojami kaip „super lydiniai“ dėl atsparumo įdubimams. Vien PREN nenumato atsparumo visų formų korozijai - plyšių korozija, SCC ir vienoda korozija reikalauja atskiro įvertinimo.

4 lentelė|Lydinių, dažniausiai naudojamų cheminio apdorojimo įrangoje, atsparumo įdubimams ekvivalentų numeriai (PREN). PREN reikšmės apskaičiuojamos pagal vardines kompozicijas; tikrosios vertės skiriasi priklausomai nuo šilumos chemijos. PREN nenumato SCC, vienodos korozijos ar atsparumo redukuojančioje aplinkoje.

Gamybos ir suvirinimo svarstymai

Medžiagos pasirinkimas nesibaigia lydinio specifikacija. Tai, kaip lydinys gaminamas į įrangą, labai veikia-tarnaujantį korozijos efektyvumą.

Nerūdijančio plieno gamyba

Naudokite mažai -anglies (L) arba stabilizuotas klases (321, 347), kad sumažintumėte jautrumo riziką suvirinimo metu

Po-suvirinimo terminis apdorojimas (PWHT) retai reikalingas austenitiniam SS, tačiau storoms sekcijoms rekomenduojamas atkaitinimas tirpalu

Venkite geležies užteršimo - reikalingi specialūs įrankiai, šepečiai ir šlifavimo diskai

Pasyvavimas pagal ASTM A380 / A967 turėtų būti atliktas po pagaminimo

Nikelio lydinio gamyba

Nikelio lydiniai veikia-greitai sukietėja - naudojant aštrius įrankius, mažesnį greitį ir didesnį padavimą nei nerūdijančio plieno atveju

Suvirinant turi būti naudojami sutampantys arba sutampantys užpildai (pvz., ERNiCrMo-4, skirtas C-276)

Kruopščiai valdykite šilumos įvedimą, kad sumažintumėte{0}}šilumos paveiktos zonos (HAZ) jautrumą

Iš anksto pašildyti paprastai nereikia; Atkaitinimas po-suvirinimo tirpalo pagerina atsparumą korozijai atliekant svarbias paslaugas

Titano gamyba

Suvirinkite tik inertinėje atmosferoje (argono arba helio prapūtimas) - deguonies ir azoto užterštumas sukelia trapumą

Karštai formavimui-virš 480 laipsnių reikalinga inertiška atmosfera, kad būtų išvengta oksidacijos („gaisro apnašos“)

Titanas yra suderinamas su daugeliu nerūdijančio plieno ir nikelio lydinių užpildų metalų plakiruotuose

Atitinkami standartai ir specifikacijos

Šiuos lydinius naudojanti įranga turi atitikti pripažintus kodus ir standartus. Dažniausiai nurodoma:

Medžiagų standartai (ASTM)

A240 / A240M - Nerūdijančio plieno plokštė slėginiams indams

A276 / A276M - Nerūdijančio plieno strypas ir formos

B574 / B575 - Hastelloy C-276 ir C-22 plokštė, lakštas, juostelė

B443 / B444 - Inconel 625 plokštė ir vamzdelis

B127 / B163 - Monel 400 plokštelė ir vamzdelis

B265 - Titano juostelė, lakštas ir plokštė

Dizaino kodai

ASME BPVC VIII skyrius (Div{0}} & 2) - Nekaitinami slėginiai indai (JAV)

LT 13445 - Nekaitinami slėginiai indai (Europa)

NACE MR0103 / ISO 17945 - Medžiagos, atsparios sulfido korozijos įtrūkimams perdirbant naftą

NACE SP{0}} Požeminių vamzdynų išorinės korozijos kontrolė

Dažnai užduodami klausimai

Kl .: koks yra geriausias sieros rūgšties įrangos lydinys?

For sulfuric acid across all concentrations, Alloy 20 is the most cost-effective choice. For hot, concentrated H₂SO₄ (>60 %, > 60 laipsnių), Hastelloy C-276 arba C-22 užtikrina puikų našumą. 904L SS yra veiksmingas atskiestam H₂SO₄ aplinkos temperatūroje.

Klausimas: Ar galiu naudoti 316 l nerūdijantį plieną druskos rūgščiai?

Ne{0}}L nerūdijantis plienas nėra atsparus druskos rūgščiai (HCl) esant bet kokiai reikšmingai koncentracijai. HCl sukelia greitą duobių susidarymą, plyšių koroziją ir SCC austenitiniame nerūdijančiame pliene. Hastelloy C-276 yra HCl paslaugų pramonės standartas.

K: Kas yra PREN ir kodėl tai svarbu?

PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) yra apskaičiuotas indeksas, pagal kurį nustatomas lydinio atsparumas chlorido įbrėžimams pagal chromo, molibdeno ir azoto kiekį. Didesnis PREN=geresnis atsparumas duobėms. Tai atrankos įrankis -, nepakeičiantis tikrojo korozijos bandymo.

Klausimas: Ar titanas arba Hastelloy C-276 yra geresni chloro aptarnavimui?

Abu lydiniai puikiai tinka chlorui naudoti, tačiau tinka skirtingoms sąlygoms. Titano 2 klasė yra pageidautina šlapiam chlorui ir chloruotam vandeniui iki ~315 laipsnių. Hastelloy C-276 pirmenybė teikiama mišrioms rūgšties/chloro aplinkoms, kur gali būti redukuojančių sąlygų.

Kl .: Kaip perkant patikrinti lydinio kokybę?

Visada reikalaukite medžiagų bandymo ataskaitos (MTR / malūno sertifikatas) pagal EN 10204 3.1 arba 3.2 tipą. Jei reikia ypatingos svarbos paslaugų, papildykite PMI (teigiamos medžiagos identifikavimas) naudodami XRF arba OES analizatorius ir patikrinkite ASTM / ASME medžiagų sertifikatą.

Išvada

Tinkamo lydinio parinkimas cheminio apdorojimo įrangai yra svarbus inžinerinis sprendimas, turintis tiesioginės įtakos gamyklos saugai, patikimumui ir bendroms nuosavybės išlaidoms. Dešimt šiame vadove apžvelgtų lydinių - nuo ekonomiško 304 l nerūdijančio plieno iki didelio -našumo Hastelloy C-276 - apima daugumą chemijos paslaugų aplinkos, su kuria susiduria šiuolaikinės gamybos įmonės.

Pagrindiniai sprendimo veiksniai yra aiškūs: išsamiai supraskite savo cheminę aplinką (koncentraciją, temperatūrą, priemaišas, pH), naudokite 1–4 lentelių duomenis kaip atrankos įrankį, o tada patvirtinkite naudojant izokorozijos diagramas, NACE leidinius ir, jei įmanoma, kupono testavimą faktiniame proceso sraute.

Jei kyla abejonių, pasitarkite su kvalifikuotu medžiagų inžinieriumi arba lydinio tiekėjo technine komanda. Tinkamos medžiagų specifikacijos kaina yra nedidelė įrangos gedimo kainos dalis.