Roostevabast terasest jõudlus kontsentreeritud väävelhappes

Roostevabast terasest jõudlus kontsentreeritud väävelhappes
Väävelhape on üks kõige sagedamini kasutatavaid kemikaale maailmas ja kontsentratsioonidenasuurem kui 90 massiprotsenti, on see ka väga söövitav. Selles artiklis käsitletakse materjalide valikutkontsentreeritud väävelhappe käitlemine, eriti kõrgendatud temperatuuridel (kuni 200 ° C)mis tekivad selle valmistamise ajal. Mõned kaasaegsed austeniidist ja dupleksist roostevabad terased onvaadatakse üle ning arutatakse nende piiranguid ja eeliseid.
Roger Francis, RR® Materjalid, Ühendkuningriik

SissejuhatusVäävelhape on kemikaal, mida kasutatakse paljudes tööstuslikes toodetesprotsessides kui ka nende metallide leostamiselmaagid. Seda toodetakse vääveldioksiidist, mis võib ollamis on tekkinud väävli põletamisel, võib see olla ametallurgiline sulatamisprotsess või selle võib saada termiliseltkasutatud happe lagunemine (regenereerimine). Vääveldioksiidreageerib katalüsaatori abil hapnikuga temperatuuril ~ 420 ° C kuni 625 ° C ja moodustubvääveltrioksiid. Viimane gaas reageerib seejärel veesneelavad tornid väävelhappe moodustamiseks. See protsess oneksotermiline ja hape võib tõusta kuni 180 ° -nitemperatuurini 200 ° C. Suurem osa sellest energiast saadakse mitmesuguste vahendite abilminimeerida energiatarbimist. Tavaliselt hape seejärel jahutataksetemperatuuril umbes 100 ° C kuni ümbritseva keskkonna lähedale.


MaterjalidTraditsiooniliselt kasutati selliseid materjale nagu happega tellistest vooderdatud terasanumad ja kõrgtugevad triikrauad, näiteks Mondi® või vähese legeeritud austeniitroostevabast terasest, nagu näiteks torustik 316, piiratud ulatusestemperatuuri ja happe kontsentratsioonivahemik. Siiskikaasaegsete, legeeritud roostevabade teraste väljatöötamine, täiustatudvastupidavus kuumale kontsentreeritud happele on materjale muutnudvalikuvõimalused. Tabelis 1 on toodud mõnede koostisroostevabast terasest, mida kasutatakse koos väävelhappega. 304 ja 316 on- tavalised austeniidi klassid, midakeemia- ja protsessitööstus. Sulam 310 on kõrge kroomisisaldusnikli austeniitsulam, millel on hea happekorrosioonikindlusvõrreldes 304 ja 316. ZERON®100 ja 2507 onsuperdupleks roostevabast terasest ligikaudse väärtusega 50/50austeniidi / ferriidi faasi tasakaal. See struktuur annab palju kõrgematugevus (~ 2,5 korda) kui austeniitsete sulamite ja pakkumiste tugevusseina paksuse kokkuhoiu võimalus rakendustega, mis hõlmavad:kõrge rõhk ja / või temperatuur.Saramet®, Sandvik SX® ja ZeCor® on kõik patenteeritud austeniididroostevabast terasest, mis sisaldab ~ 5% räni, mis parandabkorrosioonikindlus kuumas tugevas happes. Saramet tuleb kaheksvariandid, veidi erineva koostisega. ZeCor on sissepoole lahjemkroom ja nikkel kui ülejäänud kaks sulamit, kuid seesisaldab rohkem räni, mis on teadaolevalt korrosiooni soodustav elementvastupidavus kuumas tugevas happes.

KorrosioonJoonisel 1 on kujutatud mõnede tavaliste sulamite iso-korrosioonikõveradväävelhappes. On näha, et superduplex sulamid onparem kui 316L. ZERON 100 on samuti parem 2507-st, mis onarvatakse, et see on tingitud volframi javask kuni ZERON 100. Sulamit 20 kasutatakse tavaliselt väävelhappesja umbes 50% kuni 90% happest on see parem kui ZERON100. Tugevas happes (GG gt; 90%) näitab ZERON 100 aga amärgatav korrosioonikindluse suurenemine võrreldes 2507 jasulam 20.

Joonisel 2 võrreldakse nende kolme iso-korrosioonikõveraidpatenteeritud sulamid, mis sisaldavad räni ja ZERON 100. Onsulamite ja räni sisaldavate ainete vahel on selgelt erinevusisulamid, millel on parem lahjendatud happe korrosioonikindlus.Selle artikli uurimisel ei õnnestunud autoril ühtegi leidaavaldatud 310 roostevaba terase andmed selle happe kontsentratsiooni kohtavahemik. Selle põhjuseks on ilmselt happetaimede tootjadkäsitleda seda kui tundlikku äriteavet. Kuid see on teadaet roostevabast terasest 310 korrosioonikindlus väheneb märkimisväärseltkui happe kontsentratsioon langeb alla 96%.Joonisel 3 on kujutatud 304, 310 ja 3 iso-korrosioonikõveradSaramet 23 väga tugevas happes1,2. On näha, et on olemasnii 310 kui ka Sarameti korrosioonikindluse suurenemine aastaltemperatuurivahemik 180º kuni 200ºC. Eeldatakse, et SX jaZeCor näitab sarnast käitumist. See tähendab, et need sulamid suudavadkasutada happeliste taimede kõrgema temperatuuriga osades. Seal onPuuduvad andmed ZERON 100 kohta kogu temperatuurivahemikusJoonis 3 ja pole teada, kas ka superduplex roostevabast terasest terasnäita seda funktsiooni.

Joonisel 4 on näidatud mõnede roostevabade teraste korrosioonikiirustugev väävelhape temperatuuril 110 ° C, mis on võetud tootjateavaldatud andmed. On näha, et korrosioonikindlusSaramet 23 väheneb happe kontsentratsiooni suurenemisega erinevaltmuud sulamid. Happekontsentratsioonides, mis on seal üle 100%on liigne vääveltrioksiid ja segu on siis tuntud kuioleum. See on teadaolevalt rohkem söövitav sellistele sulamitele nagu Sarametkui ZERON 100 ja sulamist 310.Kuigi aastal 310 roostevabast terasest pole avalikult kättesaadavaid andmeidväga tugev hape, on olemas üks andmepunkt. Happe juureskontsentratsioon 99% ja temperatuur 110ºC, korrosioonkiirus 310 oli 0,1 mm / a1. See näitabSellel temperatuuril on ZERON 100 üle 310 roostevaba (joonis 4).ZERON 100 on samuti sarnane korrosioonikindlusega kui ZeCor jaSandvik SX tugevamas happes,> 97 massiprotsenti.Kaubanduslikes happetaimedes on tavaliselt väike kogus rauda(tavaliselt 5ppm) ja see võib mõjutadamõned sulamid.

Joonis 5 näitab 5ppm raua mõju raualekorrosioonikiirus ZERON 100 temperatuuril 110 ° C. On näha, et seeskatselise vea tõttu ei olnud raual märkimisväärset mõjukorrosioon. 200 ° C juures (joonis 6) 98,5% happes põhjustas raud vähekorrosioonikiiruse suurenemine, kuid mitte midagi inseneritöösttähtsus.

Kiiruse mõjuKuna roostevabad terased on sageli aktiivsed (vastupidiselt passiivsetele)kuumas kontsentreeritud väävelhappes on korrosioonikiirus akiiruse funktsioon. Tavaliselt soovitatakse sulameidnagu 316 ja 310, piiratakse maksimaalse voolukiirusega 01,5 m / sek2. Kiiruskatsed on läbi viidud õhustatud 95 massiprotsendi väävelhappeshappega 70 ° C juures, kasutades pöörlevaid silindrilisi proove. Analüüsi abilSilvermani kohta3 arvutati pöörlemisvoog samaväärsekskuni 2,5 m / sek NPS 4 torus. ZERON 100 korrosioonikiirusoli esimesed kaks või kolm päeva kõrge. Seejärel korrosioonmäär oli väiksem kui 0,1 mm / aasta. Kõrge esialgne korrosioonikiirusoli seotud õhukese musta kile moodustumisegametallpind. Tundub, et kile annab korrosioonikindluse nagumida näitab järgnev madal metallikao määr. Need tulemused näitavadet ZERON 100 saab kasutada kõrgematel temperatuuridel jatugeva väävelhappega kiirused üle 316L. Testib tugevamalthappe korrosioonikiirus oli veelgi madalam.Räni lisandid eemaldavad kiiruse tundlikkuseroostevabad terased kuni korrosioonini kuumas tugevas väävelhappes. Sandvikteatavad SX-i eriti madalatest korrosioonimääradest (GG lt; 0,01 mm / a) 96% -lsulami andmelehel happe temperatuuril 70 ° C ja 25 m / s. Nad saidsarnane korrosioonikiirus 98,5% happes temperatuuril 115 ° C ja voolu 10 m / skiirus. Saramet 35 näitas sarnaseid väga madalaid korrosioonimäärasid aastal98,5% hapet 120 ° C juures kiirusel 9 ja 25 m / s4. Kuigi onZeCori kohta suurtel kiirustel andmeid pole avaldatud, eeldatakse, et see onsee on ka parem 304 ja 316 klassist.

RakendusedJoonisel 3 esitatud andmed näitavad, et sulam 310 võib olla väga sobivsoojustagastuse sektsioon tingimusel, et happe kontsentratsioon ontöötab 98% või rohkem. Mõnes taimes ekskursioonid siiskimadalad happekontsentratsioonid on tavalised ja seejärel patenteeritudräni sisaldavad sulamid on usaldusväärsemad, nende kasutuspiirides.Kõiki kolme räni sisaldavat sulamit on kasutatud tornide jaoks,mahutid, torud, liitmikud, kurnad, künajaoturid, soojussoojusvahetid ja udu eemaldajad, kui tingimused on olnud310 jaoks liiga koormav5,6. Sulamit 310 kasutatakse endiselt tugevas happes laialdaselt,eriti seal, kus oneniumi saab toota. SoojusvahetitesAnoodiga kasutatakse sageli 316L (sageli Mo≥2,5%) torusidkaitse nende passiivsena hoidmiseks.Ülaltoodud andmed näitavad selgeltZERON 100 kontsentreeritud väävelhappes temperatuuril kuni200 ° C. See võib olla eriti efektiivne kõrgel temperatuurilväävelhappetaimede taaskasutamise sektsioon. PCS-fosfaadidUSA paljastas 18 kuud ZERON 100 NPS1 poolikontsentreeritud hape temperatuuril 200 ° C. Korrosioonikiirus oli&0,2 mm / a.PCS on paigaldanud väävelhappest ülesvoolu ka ZERON 100 filtrihappepump, mis töötab kõrgel temperatuuril (~ 200 ° C). Pärast 18kuud kasutusel olnud filter oli suurepärases seisukorras. See oli aoluliselt parandada kasutatud 310 roostevabast terasest filtritvarem.ZERON 100 on kasutanud ka üks peamisi väävelvesinikkehappetehaste projekteerimisettevõtted avausplaatide jaoks (joonis 7).

Need onkasutatakse voolu juhtimiseks sellistes rakendustes nagu küttejaoturid.See kasutab ära ZERONi head korrosioonikindlust100. ZERON 100 on saadaval ka õmblustega keevitatud soojusvahetinatorud. See muudab selle ideaalselt sobivaks happe jahutite jaoks, kusjahutusvesi on riimvesi või merevesi, kuna ZERON 100-l ontõestatud ajalugu suurepärasele vastupidavusele selle keskkonna suhtes7.

SaadavusNende sulamite kasutamine uute projektide jaoks ei ole üldiselt probleemkuna tavaliselt on vaja veskis töötavat kogust. Hilise lisamise korralremonditööd või tehase ümberehitused, tavaliselt väiksemad kogusednõutud. Patenteeritud räni sisaldavad sulamid ei ole ettevõtte valdusesroostevabast terasest aktsionärid selliste toodete jaoks märkimisväärses kogusesrakendused. Suuremate originaalseadmete tootjate aktsiad on mõnes piiratudtootevormid oma klientide toetamiseks. Sulam 310 on laialt levinudsaadaval plaadina, kuid pole torude ja liitmikena nii hõlpsasti saadavalja äärikud.
ZERON 100 onseega kasuliksulam rakendusteks, kus kiire kohaletoimetamine on oluline või väikevaja on koguseid.ZERON 100 on täielikult keevitatav kõigi tavaliste kaarkeevituste abiltehnikat ning sulami laialdast kasutamist nafta- ja gaasitööstusestähendab, et kvalifitseeritud tootjaid on palju. Sulam 310 onkeevitatav tingimusel, et süsinik on mõistlikult madal; 0,04% on amõistlik maksimum. See tuleb spetsiaalselt määratleda kui UNSS31000 süsiniku maksimum on 0,08% ja madala süsinikusisaldusegaversioon (UNS S31002) pole hõlpsasti saadaval. Kõrge räniausteniidisulameid on samuti suhteliselt lihtne valmistada ja kõik tulevadmille süsiniku sisaldus on maksimaalselt 0,03%, et tagada karbiidide moodustumise vältiminekeevitamise kohta.

Järeldused
1. Sulamil 310 on hea vastupidavus kontsentreeritud väävelhappelekõrgendatud temperatuuril, kuid see pole nii vastupidav kui hapekontsentratsioon väheneb 98% -lt. Sulam pole hõlpsasti kättesaadavsaadaval muul kujul kui plaadina.
2. Kõrge ränisisaldusega austeniitsetes roostevabades terastes on hea korrosioonvastupidavus kuumas kontsentreeritud väävelhappes ja on paremadnõrgemas happes kui 310. Räni annab nendele sulamitele headvastupidavus väävelhappele suurel voolukiirusel. Need sulamidon oleumis vähem vastupidavad kui sulam 310.
3. ZERON 100 on kasulik vastupidavus kuumale kontsentreeritudväävelhape, vahe sulami 310 ja metalli vahelkõrge ränisisaldusega austeniitsulamid. Selle valmis kättesaadavus laitootevormide valik muudab selle sobivaks nii uue taime jaoksja kõrgema klassi.

Viited
1. CM Schillmoller, nikliinstituudi tehniline aruanne nr 10 057.
2. DK Louie, väävelhappe tootmise käsiraamat, 2. kVäljaanne, 2008, väljaandja DKL Engineering.
3. DG Silverman, Corrosion 44, 1 (1988) 42.
4. S. Clarke, „Sarameti sulamid - rakendused nõudlikes tingimustesVäävelhappe rakendused ”, AIChE konventsioon, Florida, USA,Juuni 2003.
5. “Saramet Austentic roostevaba teras”, Aker SolutionsVäljaanne, 2009.
6. S Richardson, M Spence ja J Horne, „Insener ZeCorSeadmed väävelhappe teenindamiseks ”, AIChE konventsioon,Florida, USA, juuni 2007.
7. R. Francis ja G. Byrne, „Kogemused superdupleksigaRoostevaba teras merevees ”Stainless Steel World, Vol 16,Juuni 2004, KCI, lk 53.® Registreeritud kaubamärgid

Artikkel roostevabast terasest maailmast.