Hastelloy G-30 fosforhappe aurustites: soojusvaheti toru jõudlusandmed

Miks on Hastelloy G-30 ette nähtud fosforhappe aurusti torude jaoks?

G-30-ndate keemia - kõrge kroomisisaldusega mõõduka molübdeeni ja vaselisandiga - töötati teadlikult välja nii, et see käsitleks spetsiifilist saasteainete kombinatsiooni, mida leidub märgprotsessis fosforhappes, ja Haynes International nimetab P2O5 aurustitorusid ühe kahe peasulami rakendusena.

Allikas: Haynes International nimikoostise andmeleht, HASTELLOY G-30 sulam.

Kõrge kroomisisaldus annab G-30-le tugeva vastupidavuse märg-protsesshappe oksüdeerivale omadusele ning lämmastikhappe ja lämmastik-happe segudele, samas kui selle molübdeeni- ja vaselisandid annavad sellele mõõduka vastupidavuse redutseerivatele hapetele, nagu vesinikkloriid- ja väävelhape -, mis mõlemad esinevad lisandina kaubanduslikus fosforis. Haynes International märgib ka, et G-30 on kloriidist põhjustatud pingekorrosioonipragude suhtes vähem vastuvõtlik kui austeniitsed roostevabad terased, mida see selles teenuses tavaliselt asendab, mis on otseselt oluline torukimpude puhul, mis näevad aurusti käivitamisel ja seiskamisel korduvat termilist tsüklit.

Mis muudab märg{0}}fosforhappe aurusti torusid nii söövitavaks?

Märgprotsessi käigus tekkiv fosforhape on söövitav eelkõige selles lahustunud aine, mitte fosforhappe enda tõttu: reageerimata väävelhape, metalliioonid, fluoriioonid, kloriidiioonid ja hõljuvad osakesed, nagu ränidioksiid, sõidavad kõik koos P2O5-ga ning nendest on keemiline kloriid, mis määrab torude elutegevuse.

"Märg{0}}protsess" fosforhape saadakse fosfaatkivimi reageerimisel väävelhappega ja selle valmistamisel sisaldab see ainult umbes 30% P2O5, kuna selle eraldamiseks kaltsiumsulfaadi kõrvalproduktist on vaja palju loputusvett. Fluoriioonid kalduvad moodustama lahuses olevate metalliioonidega stabiilseid komplekse ja on seetõttu torumaterjalide suhtes vähem agressiivsed kui kloriidioonid, mis mõjutavad tugevalt happe ja metalli pinna vahelisi elektrokeemilisi reaktsioone. Seetõttu sõltub aurusti torude sulamite valik rohkem kloriidi-korrosioonikindlusest ja pragude{7}}korrosioonikindlusest, mitte ainult happe nominaalsest fosforhappetugevusest.

Aurustamisprotsessi käigus tõstetakse P2O5 kontsentratsiooni tavaliselt 30%-lt ligikaudu 54%-ni aurusti mitmes etapis. Ainuüksi kõrgem kontsentratsioon viitab suuremale söövitavusele, kuid Haynes International märgib, et see mõju on osaliselt kompenseeritud, kuna lisandite tase -, sealhulgas kõige olulisemate kloriidide - tase, kipub happe kontsentreerumise tõttu langema.

Kuidas G-30 toimib tõelises märg{2}}happes, mitte ainult reaktiiviklassi happes?

Haynes International toetab oma reaktiivi -kvaliteediga laboratoorseid andmeid tüüpiliste välikatsetega, mis viidi läbi tegelikus märg-protsessi happes, mille tarnib Florida fosfaaditootja kolmes tegelikus tootmiskontsentratsioonis (36%, 48% ja 54% P2O5) ja 121 kraadi juures (250 konkureerivas staadiumis}3). terased tingimustes, mis on palju lähedasemad töötavale aurustile kui reaktiiviklassi keeduklaasi katse.

See eristus on oluline kõigile, kes määravad andmelehel torumaterjali: reaktiivi -klassi korrosioonitabelid (kasutatakse kogu käesolevas artiklis nende täpsuse ja korratavuse huvides) isoleerivad ainult happe kontsentratsiooni ja temperatuuri mõju, samas kui tõeline märg{1}}protsess hape lisab ülalpool käsitletud fluoriidi, kloriidi, sulfaadi ja tahkete osakeste koormuse. Haynes Internationali otsus viia läbi spetsiaalne tegelik -happevõrdlus tootmis-asjakohaste kontsentratsioonide juures on oluline hoolsuskohustus ja seepärast kannab G-30 selles rakenduses tõelist, kohapeal kinnitatud, mitte puhtalt teoreetiliselt.

Fosfor-happeprotsessi patentides esitatud sõltumatud väli- ja{0}}tehaseandmed lisavad Hastelloy G sulamite perekonnale täiendava, pikemaajalise{2}}andmepunkti: fosfaatkivimi kääritamise katsetes registreeris Hastelloy G sulamist tiivik korrosioonikiiruseks 6,65 miili aastas 6,65 miili. aastas ühes seedimistingimuste komplektis ja 11,71 mpy 15,77 mpy 625 puhul kõrgema -oksüdatsiooni{10}}potentsiaali tingimustes. Need arvud kirjeldavad üldist G-perekonda sulamit, mitte konkreetselt G-30, kuid need kinnitavad sama suunda järeldust, mida Haynesi enda andmed näitavad: G-perekonna nikli-kroomi-raua sulamid peavad reaalses fosforhappe tootmiskeskkonnas 625-le hästi vastu.

Kuidas G-30 korrosioonikiirus muutub, kui happe kontsentratsioon aurustamise ajal tõuseb?

G-30 korrosioonikiirus keevas fosforhappes tõuseb pidevalt kontsentratsioonilt 50% kuni 85% kontsentratsioonini, kuid jääb madalaks ja juhitavaks (0,01–0,84 mm/a) kogu vahemikus, mida aurustijada näeb, sealhulgas umbes 54% P2O5 lõpp-punkti, mis on tüüpiline kaubanduslikule märgprotsessile.

Allikas: Haynes Internationali reagent{0}}fosforhappe korrosioonitabel, HASTELLOY G-30 sulami andmeleht.

Kuna enamiku kaubanduslike märg{0}}protsessirongide sihiks on lõppkontsentratsioon umbes 54% P2O5, võivad torude projekteerijad eeldada, et G-30 reaktiivi-klassi korrosioonikiirus jääb selles lõpp-punktis - vahemikku 0,1-0,2 mm/a, mis tagab mugavas lokaalses korrosioonieelses torus korrosioonieelses disainis. kloriididest tulenevat ohtu, mida käsitletakse allpool.

Kuidas on G-30 võrreldav 316L, 254SMO ja sulamiga 625 aurustiga seotud hapetes?

Haynes Internationali enda võrdlusgraafikud asetavad G-30 ettepoole 316L ja 254SMO roostevabast terasest nii vesinikkloriidhappes kui ka väävelhappes ning enne Alloy 625 konkreetselt vesinikkloriidhappes – kuid Haynes väidab otse, et G-30 0,1 mm/a on hape, mis tähendab, et 26 väävelhape on veidi kõrgem, kui 26's 5' väävelhape on veidi kõrgem. omab väikest serva kõikjal, kus väävelhappesaaste on domineeriv probleem.

See on kasulik ja aus andmepunkt spetsifikatsiooniotsuste tegemiseks: G-30 ei ole üldiselt kõigist konkureerivatest sulamitest ees igas happes, mida aurusti võib näha. Kui domineerivaks lisandiks on kivimi kääritamisetapist üle kantud väävelhape, võib sulam 625 (või kõrgem -kroomisisaldusega HASTELLOY G-35, mida käsitletakse selle seeria kaasartiklis) pakkuda väikese lisavaru. Kui hape on oma iseloomuliku kloriidikoormusega puhtale märgprotsessi keemiale lähemal, annab G-30 kroomi, molübdeeni ja vase tasakaal sellele tõelise eelise nii roostevaba terase kui ka soolhappe 625 ees.

Mis on G-30-ndate vastupidavus ladestumise ja pragude korrosioonile?

Kahes standardses kiirendatud testis, mida kasutatakse kloriidi-määrdunud tingimuste - Green Death ja Yellow Death - simuleerimiseks, näitab G-30 esmalt 55-kraadist kaldenurka ja 45-kraadist (roheline surm) või 25-kraadist (kollane surm) või 25-kraadist (kollane surm) rünnakut, mis on täpselt torude purunemise ja eraldumise režiimid. toru pinnale.

Allikas: Haynes International punkt- ja pragukorrosiooni andmed (24-tunnised testid), HASTELLOY G-30 sulami andmeleht.

See on selles artiklis kõige olulisem andmekogum. Mahuline happekindlus, nagu on näidatud ülaltoodud kontsentratsioonitabelites, kirjeldab seda, mis juhtub puhta torupinnaga, mis puutub ühtlaselt kokku voolava happega. Tõelised aurustitorud koguvad katlakivi, kaltsiumsulfaadi ladestusi ja seisvaid tsoone deflektorite ja tugiplaatide juures - tingimustes, mis kontsentreerivad kloriide lokaalselt ja võivad vallandada süvendite või pragude tekke, mis on tunduvalt madalam kui puistehappe nominaalne töötemperatuur. G-30. pragude korrosioonilävi 25–45 kraadi on tähendusrikas, kvantifitseeritud marginaal, mis ületab paljude konstruktsioonide puhul tüüpilisi aurusti töötemperatuure, kuid see rõhutab ka seda, miks perioodiline mehaaniline puhastamine ja sademete all olev kontroll jääb sulami valikust sõltumata tavapäraseks praktikaks.

Kas G-30 on aurustiteenuses vastupidav kloriidi pinge-korrosioonipragunemisele?

Jah - standardses keeva 45% magneesiumkloriidi testis (ASTM G36),G-30talus pragunemist 168 tundi, ligikaudu seitse korda kauem kui 254SMO ja 84 korda kauem kui 316L, ning ületas selle kõrval testitud kahte võrdlust niklisulamit ('28' ja '31').

Allikas: Haynes International pinge{0}}korrosioonipragunemise andmed (keemistemperatuur 45% MgCl2, ASTM G36), HASTELLOY G-30 sulami andmeleht.

SCC-takistus on aurusti torukimpude puhul oluline, kuna need ühendavad kahte kolmest koostisosast SCC nõuab - tõmbepinge all (termilisest tsüklist, toruleheks rullumisest või keevisõmbluse jääkpingest) vastuvõtlikku materjali, mis puutub kokku kloriidi-kandva keskkonnaga. G-30-tunnine ligikaudu 168-tunnine lävi katses, mis on palju rangem kui tüüpilised kasutustingimused, annab torudisaineritele märkimisväärse, kvantifitseeritud ohutusvaru roostevabast terasest, mida kõige sagedamini peetakse odavamateks alternatiivideks.

Kuidas mõjutab keevitamine toru-õmblust ja toru-to-toru korrosioonikindlust?

G-30ndate täis-keevis-metallide korrosioonimäär püsib sepistatud mitteväärismetallide lähedal enamikes aurustiga seotud väävel- ja vesinikkloriidhappetingimustes, välja arvatud 90% väävelhape, kus nii keevismetall kui ka sepistatud mitteväärismetallid näitavad järsku ja sobivat tõusu - keevisõmbluse spetsiifiline nõrkus.

Allikas: Haynes International kõik-keevis-metalli (mitme-läbilaskmisega GMAW ristikujuline) vs. sepistatud alus-metalli korrosiooniandmed, HASTELLOY G-30 sulami andmeleht.

Keevitatud torust (ASTM B619/B626) valmistatud aurustitorude kimpude puhul, mis nõuavad torude -to-torude keevisõmblusi, toetavad need andmed G-30 määramist ilma keevistsoonide üldise vähendamiseta enamikes happelistes tingimustes, mille jaoks sulam on ette nähtud. 90% väävelhappe tulemus tuletab meelde, et G-30, nagu ka G-35, ei ole õige valik, kui tehase väävelhappe ülekandumine jõuab toru seinas regulaarselt selle kontsentratsioonini – olukord, kus 625 või rohkem kroomi sisaldav G-35 toru oleks konservatiivsem spetsifikatsioon.

Kuidas mõjutab G-30 soojusjuhtivus soojusvaheti torude disaini?

G-30-ndate soojusjuhtivus (umbes 10 W/m· kraadi toatemperatuuril, tõuseb ligikaudu 19-21 W/m· kraadini 400-600 kraadi juures) on vasesulamite ja isegi süsinikterase omast tunduvalt madalam, nii et soojuse{7}}ala ja torujuhtme paksusega tuleb arvestada kuid seda kompromissi kompenseerib oluliselt väga õhuke korrosioonivaru G-30, võrreldes paksemate seintega, mida vähem vastupidav ja odav sulam vajab.

Allikas: Haynes Internationali füüsiliste omaduste andmed, HASTELLOY G-30 sulami andmeleht.

See on tõeline insenertehniline kompromiss-, mitte turundusalane punkt, mille üle ei tohi üle vaadata: nikkel-kroom-raudtoru sein juhib soojust märgatavalt vähem tõhusalt kui võrreldava -paksusega vasesulamist või süsinikterasest toru ning soojusvaheti soojusdisain (torude arv, pikkus või seina paksus) peab otseselt arvestama{4} soojusvaheti. Praktikas kompenseerivad aurustite projekteerijad seda, kasutades ära G-30 korrosioonikindlust, et määrata õhema toru seina, kui süsinik-terasest või madalamast-sulamist konstruktsioon eeldab, mis taastab osaliselt soojuse{10}}transfereerimise trahvi madalama juhtivuse tõttu, pakkudes samal ajal siiski mitut{11}}seina{10 aastat kestva korrosioonikindluseta. vähem vastupidavale materjalile nõuaks.

Millised torutoodete vormid ja standardid kehtivad aurusti G-30 torudele?

G-30 aurustitorud on saadaval nii õmblusteta torudena ASTM/ASME B622/SB622 kui ka keevitatud toruna ASTM/ASME B619/B626 ja SB619/SB626 all, tarnitakse veskil-lõõmutatuna ja tuleks pärast külmvormimist uuesti-lõõmutada toru-painutamine, mis tekitab 7% või rohkem väliskiu pikenemist, et taastada täielik korrosioonikindlus.

Allikas: Haynes International "Specifications and Codes" tabel, HASTELLOY G-30 sulami andmeleht.

G-30 lõõmutamistemperatuur on 1177 kraadi (2150 kraadi F) ja soovitav on vesikarastus, kuigi õhu kiire jahutamine on teostatav konstruktsioonide puhul, mis on õhemad kui 10 mm (0,375 tolli) -, mis hõlmab enamiku aurustitorude{11}}seina paksuseid. G-30 on jäigem kui austeniitsed roostevabad terased ja kõveneb kergemini, mis on otseselt oluline torude painutamise ja laiendamise jaoks kimbu valmistamise ajal ning see tuleks planeerida tootmisjärjestusse.

Millised on G-30 aurustitorude praktilised disaini- ja tööpiirangud?

G-30 toimib usaldusväärselt kogu 30-54% P2O5 kontsentratsioonivahemikus ja kuni 121 kraadini tõelises märg-protsessi happes, kuid disainerid peaksid käsitlema lokaalset kloriidsaastet - mitte happe tugevust - kui konstruktsiooni reguleerivat piirangut{1} teravate kahjustuste korral ja jälgima spetsiaalselt korrosiooni G-30 enda vesinikkloriidhappe andmed näitavad teatud vahepealsete kontsentratsiooni ja temperatuuri kombinatsioone.

Haynes Internationali vesinikkloriidhappe tabel näitab, et korrosioonimäär tõuseb järsult teatud vahepealsetes tingimustes -, näiteks 2,5% HCl 93 kraadi juures (200 kraadi F) hüppab tasemele 4,23 mm/a ja keemistemperatuur 2-2,5% HCl ulatub 9,47 {{18}}0 mm/127-. hästi-kasutatud määrad nii madalamate kui ka kõrgemate kontsentratsioonide juures. Selline mittemonotoonne käitumine tuletab meelde, et isokorrosioonidiagramme ja kontsentratsioonitabeleid tuleks lugeda toru seinal eeldatava tegeliku kohaliku happekeemia (sealhulgas kõik keemise või aurustumise mõjud otse pinnal), mitte ainult protsessi nominaalse massikontsentratsiooni järgi.

• Projekteerimise ja kasutamise juhised:Jälgige kloriidi ja vaba -väävel-happe lisandite taset protsessihappes, kuna need -, mitte P2O5 nimikontsentratsioon - põhjustavad tegelikult toru korrosiooniriski.
• Projekteerimise ja kasutamise juhised:Planeerige perioodiline mehaaniline puhastus ja ülevaatus katlakivi ja lademete all, kuna G-30 pragude korrosiooniläve (kiirendatud katsetes 25–45 kraadi) võib läheneda kõikjal, kus saastumine kontsentreerib kloriide kohapeal.
• Projekteerimise ja kasutamise juhised:Vältige konstruktsioone, mis kontsentreerivad vesinikkloriidhapet paikselt 2-3% vahemikku kõrgendatud temperatuuril, kus G-30 enda andmed näitavad ebaproportsionaalset korrosioonikiiruse tõusu.
• Projekteerimise ja kasutamise juhised:Kui väävelhappe ülekandumine on ebatavaliselt kõrge või läheneb regulaarselt 90% kontsentratsioonile toru seinas, hinnake sulamit 625 või HASTELLOY G-35 konservatiivsema alternatiivina.
• Projekteerimise ja kasutamise juhised:Torude uuesti-lõõmutamine pärast külmvormimist-või painutamist, mis ületab umbes 7% väliskiu-pikenemist, et taastada täielikult korrosioonikindlus enne kasutuselevõttu.

Korduma kippuvad küsimused

K: Miks kasutatakse Hastelloy G-30 fosforhappe aurusti torude jaoks?

A: G-30 kõrge kroomisisaldus peab vastu märg-protsessi käigus tekkiva fosforhappe ja lämmastik-saaste oksüdeerivale iseloomule, samas kui selle molübdeeni- ja vasesisaldus on vastu igas märjas-protsessivoos esinevale väävelhappe lisandile. Haynes International nimetab P2O5 aurustitorusid üheks sulami kahest peamisest kasutusalast, mida toetavad nii reaktiivi -klassi kui ka tegeliku märgprotsessi happetestid.

K: Kas G-30 korrosioonikindlus püsib kogu 54% P2O5 kontsentratsiooni juures, mida kasutatakse kaubanduslikes aurustites?

A: Jah. Reaktiivi -puhtusastmega keeva fosforhappe andmed näitavad, et G-30 korrosioonikiirus tõuseb kogu kontsentratsioonivahemikus ainult järk-järgult, jäädes vahemikku 0,1–0,2 mm/a, ligikaudu 54–60% P2O5 -, mis jääb mugavasse konstruktsiooni.

K: Mis on G-30 torude suurim korrosioonirisk aurustiteenuses?

A: Kloor-saaste- ja pragukorrosioon katlakivi ja lademete all, mitte ühtlane happerünnak puhtale pinnale. Standardsed kiirendatud testid näitavad G-30 punktide ja pragude korrosiooniläve 25–55 kraadi juures, mistõttu on perioodiline puhastamine ja kontrollimine saastumise korral oluline, sõltumata sulami valikust.

K: Kas Hastelloy G-30 on fosforhappe aurustite jaoks parem kui Alloy 625?

A: See sõltub sellest, milline lisand domineerib. Haynes Internationali enda võrdlusandmed näitavad, et G-30 edestab 625 vesinikkloriidhappes, kuid 625 on väävelhappes veidi ees. Kui väävelhappe ülekanduvus on ebatavaliselt kõrge, võib konservatiivsem spetsifikatsioon olla 625 või kõrgema kroomisisaldusega HASTELLOY G-35.

K: Kas keevitamine vähendab G-30 korrosioonikindlust aurusti torude valmistamisel?

A: Üldiselt ei. Avaldatud keevisõmbluse -metalli- versus- sepistatud andmed näitavad vaid väikest erinevust enamiku aurustiga seotud väävel- ja vesinikkloriidhappe tingimuste vahel, kusjuures nii keevismetalli kui ka sepistatud mitteväärismetalli puhul on keemiline -põhine tõus ainult kõige raskemates testitud tingimustes (90% väävelhape).

K: Kuidas on G-30 soojusjuhtivus võrreldes teiste soojusvaheti torumaterjalidega?

A: G-30 soojusjuhtivus (umbes 10 W/m· kraadi toatemperatuuril) on vasesulamite ja süsinikterase omadest tunduvalt madalam, seega tuleb soojusülekandeala suurust- vastavalt määrata. Praktikas on see osaliselt kompenseeritud, kuna G-30 korrosioonikindlus võimaldab õhemat toruseina, kui vähem vastupidav sulam sama kasutusea jaoks vajaks.