דופלקס S31803 בעיסה ונייר: עמידות בפני קורוזיה במעכלי קראפט וסולפיט

דופלקס S31803(UNS S31803, 22Cr-5Ni-3Mo-0.15N) היא פלדת אל חלד של סוס עבודה עבור מעכלי עיסת נייר מודרניים. הוא עמיד בפני פיצוח קורוזיה קאוסטית באלכוהול לבן של קראפט עד 180 מעלות צלזיוס ושקעים באלכוהול סולפיט עם זיהום כלוריד, ומספק חיי שירות של 20-30 שנה בפרמיה של 30-50 אחוזים על פני 316L, אך TCO נמוך ב-40-60 אחוזים ל-20 שנה.

מדוע מפעלי עיסת נייר בוחרים ב-S31803 מעל 304L ו-316L עבור מעכלים?

S31803 מחליף 304L ו-316L בשירות המעכל מכיוון שהוא מספק חיי שירות ארוכים פי 2-3 במחיר חומר גבוה יותר ב-30-50 אחוז בלבד, תוך עמידה הן בפני פיצוח המתח הקורוזי שהורס 316L במעכלי קראפט והן בבור הכלוריד שתוקף 316L במעכל סולפיט.

מעכלי עיסת נייר הם בעצם כלי לחץ גדולים המבשלים שבבי עץ בטמפרטורה גבוהה בכימיקלים אגרסיביים. שני התהליכים הדומיננטיים, קראפט (אלקליין) וסולפיט (חומצי), יוצרים שתי סביבות קורוזיה שונות מאוד. דרגות אוסטניטיות סטנדרטיות כמו 304L ו-316L היו הבחירות ההיסטוריות, אך כשלי שדה תועדו בשנות ה-80 וה-90 (TAPPI Journal, 1992; Outokumpu Corrosion Handbook) הראו כי 316L סבל מפיצוח קורוזיה במתח קאוסטי בטמפרטורה של 0 מעלות צלזיוס של קראפט ו-0 מעלות נמוכות. באלכוהול סולפיט עם זיהום כלוריד.

S31803 נכנס לשירות המעכלים בתחילת שנות ה-80 ומאז הפך לסטנדרט בתעשייה עבור מעכלים חדשים וחידושים גדולים מכיוון שהמיקרו-מבנה הדופלקס שלו (כ-50 אחוז פריט, 50 אחוז אוסטניט) משלב את עמידות הכלוריד של ציונים פריטיים עם הקשיחות וקלות הייצור של ציונים אוסטניטים. טחנות מודרניות מדווחות על מעכלי S31803 שעדיין בשירות לאחר 25-30 שנים עם אובדן עובי דופן זניח, בעוד שמעכלים דומים בנפח 316L דורשים תיקונים גדולים או החלפה כל 10-15 שנים.

מקור: TAPPI Journal Vol. 75, No. 3 (1992); Outokumpu Corrosion Handbook, מהדורה 10, סעיף 7.3; ASM Handbook Volume 13A, Corrosion, 2003.

מהו S31803 נירוסטה דופלקס וכיצד המבנה שלה מתנגד בפני קורוזיה?

S31803 הוא 22 אחוזי כרום, 5 אחוזים ניקל, 3 אחוזי מוליבדן, 0.15 אחוזי חנקן דופלקס נירוסטה (UNS S31803) עם מיקרו-מבנה פריט מאוזן -אוסטניט המספק גם עמידות לכלוריד (PREN 32-35) ועמידות בפני מתח 32-35 של כלוריד ועמידות בפני קורוזיה סופר 4L 316L.

העמידות בפני קורוזיה של S31803 מגיעה משילוב מדויק של אלמנטים מתגזרים ומבנה המיקרו הדו--שלו. כרום (21-23 אחוז) יוצר סרט פסיבי יציב המגן מפני קורוזיה כללית וחמצון. מוליבדן (2.5-3.5 אחוזים) משפר באופן דרמטי את העמידות בפני גלעיני כלוריד וקורוזיה של חריצים. חנקן (0.08-0.20 אחוז) מייצב את הפאזה האוסטניטית, מעלה את המספר המקביל להתנגדות הגלעינים (PREN), ומגביר את החוזק באמצעות חיזוק תמיסת מוצקה בין-סטילית.

תכולת הניקל הנמוכה (4.5-6.5 אחוזים) בהשוואה ל-316L (10-14 אחוזים) ושלב הפריט תורמים שניהם לעמידות גבוהה יותר בפני פיצוח קורוזיה במתח קאוסטי. ערך ה-PREN, המחושב כאחוז Cr פלוס 3.3 פעמים Mo אחוז פלוס 16 כפול N אחוז, הוא 32-35 עבור S31803, בהשוואה ל-23-26 עבור 316L. ה-PREN הגבוה הזה בכ-30-40 אחוז מתורגם ישירות לשיעורי בור נמוכים יותר בסביבות המכילות כלוריד כמו מעכלי סולפיט.

טבלה 1. הרכב כימי S31803 (ASTM A240 UNS S31803)

מקור: ASTM A240/A240M-24 מפרט סטנדרטי עבור לוחות פלדת אל-חלד כרום וכרום-ניקל לכלי לחץ.

טבלה 2. S31803 מאפיינים מכניים בטמפרטורות החדר והעכל

מקור: ASTM A240-24; גיליון נתונים של Outokumpu 2205/S31803; מאגר מידע של Industeel/Waterhouse.

אילו אתגרי קורוזיה יוצרים מעכלי קראפט?

מעכלי קראפט משלבים טמפרטורה גבוהה (170-180 מעלות צלזיוס), ליקר לבן אלקליני חזק (8-12 אחוז NaOH, 2-4 אחוז Na2S, pH מעל 13), ולחץ לחץ מחזורי ליצירת שני מצבי כשל ראשוניים: פיצוח קורוזיה במתח קאוסטי (CSCC) וקורוזיה כללית, ששניהם תוקפים רק 304L וגרמים חיים אגרסיביים של 304L ו-15 בלבד. שנים.

תהליך קראפט מבשל שבבי עץ בתערובת של נתרן הידרוקסיד (NaOH) ונתרן גופרתי (Na2S), המכונה שיכר לבן, ב-170-180 מעלות צלזיוס למשך 1-3 שעות. לאחר הבישול, המשקאות השחורים שהתקבלו מכילים ליגנין מומס, המיצלולוזה ושאריות אלקליות. שתי הסביבות קורוזיביות מאוד לפלדות אל-חלד אוסטניטיות סטנדרטיות.

פיצוח קורוזיה במתח קאוסטי הוא מצב הכשל הדומיננטי עבור 304L ו-316L באלכוהול לבן. הסף ל-CSCC ב-50 אחוזי NaOH ב-100 מעלות צלזיוס הוא הרבה מתחת לתנאי ההפעלה של מעכלי קראפט, ולחץ ממחזורי לחץ מאיץ את התחלת הסדקים. שיעורי קורוזיה כלליים עבור 304L באלכוהול לבן ב-180 מעלות צלזיוס הם 0.1-0.3 מ"מ בשנה, ועבור 316L הם 0.05-0.15 מ"מ בשנה. במהלך חיי עיצוב של 20 שנה, זה צורך 2-3 מ"מ מהקצבה האופיינית לקורוזיה של 6-10 מ"מ. הצד של המשקאות השחורים אגרסיבי אפילו יותר בגלל חומרים אורגניים מומסים, יוני סולפיד וטמפרטורות גבוהות יותר בציוד מסוים.

טבלה 3. מצבי קורוזיה של קראפט מעכל לפי חומר (שירות משקאות לבנים)

מקור: TAPPI Journal 1992-2010 מחקרי קורוזיה; AISI נירוסטה לעכל; דוחות ניסיון של Sandvik duplex digester.

אילו אתגרי קורוזיה יוצרים מעכלי סולפיט?

מעכלי סולפיט פועלים בטמפרטורה של 130-160 מעלות צלזיוס בתמיסות בי-סולפיט חומצי או חומצה גופרתית (pH 1-5, 4-8 אחוזים סה"כ SO2) עם זיהום כלוריד משטיפת עיסת, ויוצרים סביבה הנשלטת על ידי קורוזיה כללית, פיתולים והתקפה בין-גרעינית במקום פיצוח קורוזיה במתח, אך עדיין נכשלת תוך 05-1 שנים.

תהליך הסולפיט משתמש בחומצה גופרתית (H2SO3) וביוני ביסולפיט (HSO3-) כדי להמיס ליגנין משבבי עץ. חומצת הבישול מוכנה בדרך כלל על ידי ספיגת SO2 למים, ומניבה תמיסה של 4-8 אחוז SO2 הכולל עם pH שנע בין 1 (סולפיט חומצי) ל-4-5 (ביסולפיט). במהלך הבישול, ה-pH בדרך כלל עולה עם צריכת החומצה, אך יוני כלוריד נכנסים למערכת ממי השטיפה ומהעץ עצמו (במיוחד באזורי החוף). רמות הכלוריד האופייניות בחומצת בישול סולפיט נעות בין 50-500 ppm, אך יכולות לעלות על 1000 ppm בעת שימוש במים מליחים.

שילוב זה של pH נמוך, טמפרטורה גבוהה וזיהום כלוריד הופך את 316L ללא מתאים לשירות מעכל סולפיט. מחקרים בשטח תיעדו שיעורי פיתול עבור 316L בשירות חומצה סולפיט ב-150 מעלות צלזיוס של 0.5-1.5 מ"מ בשנה, כאשר כשלים דרך הקיר מתרחשים תוך 5-8 שנים. S31803 עם 3 אחוזי מוליבדן ו-0.15 אחוז חנקן מציע עמידות טובה יותר באופן משמעותי, עם קצבי פיתול בדרך כלל מתחת ל-0.05 מ"מ בשנה בתנאים דומים.

טבלה 4. שיעורי קורוזיה של סולפיט מעכל לפי חומר (שירות של 150 מעלות צלזיוס)

מקור: TAPPI Journal Vol. 78 (1995); אווסטה שפילד מדריך קורוזיה; תיאורי מקרה של טחנת סולפיט Sandvik 2205.

כיצד מתפקד S31803 במעכלי קראפט לאורך זמן?

S31803 נמצא בשימוש מוצלח במעכלי קראפט מאז שנות ה-80, והדגים שיעורי קורוזיה כלליים מתחת ל-0.05 מ"מ בשנה בשימוש באלכוהול לבן ועמידות בפני פיצוח קורוזיה במתח קאוסטי בטמפרטורות של עד 180 מעלות צלזיוס, עם חיי שירות מתועדים העולה על 25 שנים בפעולת מעכל רציפה.

נתוני ביצועים-ארוכי טווח ממפעלי עיסת ונייר גדולים בצפון אמריקה, אירופה ואסיה מאשרים ש-S31803 מספק שירות אמין במעכלי קראפט כשהם מרותכים ומיוצרים כהלכה. סקר משנת 2010 על ידי האגודה הטכנית של תעשיית העיסה והנייר (TAPPI) של 47 מעכלים שנבנו בחיפוי S31803 או בנייה מוצקה בין השנים 1985 ו-2005 הראה: (1) אובדן עובי דופן ממוצע לאחר 20 שנות שירות היה 0.8 מ"מ בצריכה טיפוסית של 108 מ"מ, בטווח תכנון של צריכת קורוזיה; (2) אפס מקרים מדווחים של פיצוח קורוזיה במתח קאוסטי ברכיבי S31803, בהשוואה לשיעור כשל של 23 אחוז במעכלים 316L באותה תקופה; (3) לא משתנה יחס פריט-ניתן למדידה לאחר 20 שנות רכיבה תרמית. מבדיל הביצועים העיקריים הוא המבנה הדו-פאזי-: שלב הפריט מתנגד ל-SCC קאוסטית, בעוד שהפאזה האוסטניט מספקת את הקשיחות הדרושה להתמודדות עם מחזורי לחץ וריכוזי מתח בחרירים וענפים. S31803 מאושר גם לשימוש במעכלים רציפים הפועלים עד 180 מעלות צלזיוס תחת ASME BPVC Section VIII, והוא יכול להיות מסופק כפלטה (ASTM A240), צינור (ASTM A790), אביזרי פרזול (ASTM A815) ופרזול (ASTM A182) לבניית מעכל מלאה.

• שיעור קורוזיה באלכוהול לבן (170-180 מעלות צלזיוס, 8-12 אחוזי NaOH): 0.01-0.05 מ"מ בשנה
• שיעור קורוזיה באלכוהול שחור (170-180 מעלות צלזיוס, עשיר בסולפיד): 0.02-0.06 מ"מ בשנה
• חיי שירות מתועדים: 25-30+ שנים בשירות מעכל רציף
• סף SCC קאוסטית: לא נצפה מתחת ל-200 מעלות צלזיוס בשירות מעכל רגיל
• מאושר לבניית ASME BPVC Section VIII בטמפרטורות עיצוב של עד 180 מעלות צלזיוס

כיצד מתפקד S31803 במעכלי סולפיט ומהן הגבולות?

S31803 מספק עמידות מצוינת בפני קורוזיה של מעכל סולפיט עם שיעורי קורוזיה כלליים של 0.05-0.20 מ"מ בשנה בשירות סולפיט חומצי ב-150 מעלות צלזיוס ושיעורי בור בדרך כלל מתחת ל-0.05 מ"מ לשנה, אם כי יש לשקול 904L או דרגת S32205 משופרת עבור תנאי טמפרטורה גבוהים מאוד של כלוריד מעל 006 מעלות צלזיוס.

בשירות מעכל סולפיט, S31803 מוגבל בעיקר על ידי תכולת המוליבדן שלו (2.5-3.5 אחוזים) אשר מתאימה לרוב תנאי הטחנה אך הופכת לשולית בסביבות אגרסיביות מאוד. ניסיון שטח מ-12 מפעלי סולפיט אירופיים הפועלים מאז שנות ה-90 מראה: לרכיבי מעכל S31803 חיי שירות ממוצעים של 18-22 שנים, לעומת 5-8 שנים ל-316L.

שיעורי פיתול בשירות סולפיט חומצה ב-150 מעלות צלזיוס עם 200 ppm כלוריד הם 0.03-0.08 מ"מ בשנה. עם זאת, כאשר הכלוריד עולה על 500 עמודים לדקה (נפוץ במפעלי חוף המשתמשים במי ים לשטיפת עיסת), קצב הגלילה של S31803 יכול לעלות ל-0.10-0.20 מ"מ בשנה. בתנאים אלה, מומלץ לשדרג ל-S32205 (הגרסה המשופרת עם בקרת הרכב הדוקה יותר ו-PREN גבוה יותר של 35-38) או ל-904L (עם 4-5 אחוזי מו). עבור מעכלי סולפיט חדשים המיועדים לחיי שירות של 25+ שנים, בחירת החומר הטיפוסית היא S32205 עבור המסכים הראשיים והמעכלים, עם 904L או Alloy 825 לאזורים האגרסיביים ביותר, כגון מערכת הזנת השבבים וצינורות החימום המוקדם בחומצה.

• קורוזיה כללית בחומצה סולפיט (pH 1-2, 150 מעלות צלזיוס): 0.05-0.20 מ"מ בשנה
• פיתול עם 200 ppm כלוריד ב-150 מעלות צלזיוס:<0.05 mm per year
• בור עם 500 ppm כלוריד ב-150 מעלות צלזיוס: 0.10-0.20 מ"מ בשנה (שדרוג מומלץ)
• טמפרטורת שירות מקסימלית מומלצת: 160 מעלות צלזיוס בסולפיט חומצה, 170 מעלות צלזיוס בביסולפיט
• חיי שירות צפויים: 18-22 שנים בשירות סולפיט טיפוסי

S31803 לעומת 316L מול S32205 מול 904L מול סגסוגת 825: איזה חומר לאיזה מעכל?

עבור מעכלי קראפט טיפוסיים הפועלים ב-170-180 מעלות צלזיוס באלכוהול לבן, S31803 הוא הבחירה החסכונית ביותר עם היחס הטוב ביותר בין עלות לביצועים. עבור מעכלי סולפיט, יש לשקול S32205 (הגרסה המשופרת) או 904L עבור תנאי כלוריד גבוהים יותר מעל 500 ppm או טמפרטורות מעל 160 מעלות צלזיוס. עבור שירות סולפיט חמור עם כלורידים מעל 1000 ppm, Alloy 825 הופך לבחירה המועדפת למרות העלות הגבוהה יותר.

בחירת חומר לשירות מעכל דורשת איזון עמידות בפני קורוזיה, תכונות מכניות, יכולת ריתוך, זמינות ועלות. הטבלה שלהלן מסכמת את גורמי ההחלטה העיקריים עבור ששת החומרים הנחשבים ביותר. S31803 תופס עמדה ייחודית מכיוון שהוא מציע 80-90 אחוזים מעמידות בפני קורוזיה של סגסוגות ניקל גבוהות יותר בערך במחצית העלות.

הגרסה המשופרת S32205 (UNS S32205, נמכרת גם כ-SAF 2205) מוגדרת יותר ויותר עבור מעכלים חדשים מכיוון שיש לה מגבלות הרכב הדוקות יותר, PREN מינימום גבוה יותר (35-38 לעומת 32-35), ועמידות טובה יותר בפני קורוזיה מקומית. עבור מעכלים המטפלים במגוון תנאי תהליך תהליך העיסה והנייר, הבחירה האופיינית היא: (1) פלדת פחמן עם רירית גומי או הזרקת מעכב לציוד לא קריטי עם מגבלות טמפרטורה; (2) S31803 או S32205 עבור מעכלי קראפט וביסולפיט סטנדרטיים; (3) 904L עבור מעכלי סולפיט חומצי עם כלוריד גבוה; (4) סגסוגת 825 עבור שירות חומצה סולפיט החמור ביותר עם זיהום כלוריד ממים מליחים.

טבלה 5. מטריצת בחירת חומרים עבור מעכלי עיסת נייר

מקור: ASM Handbook Vol. 13A Corrosion (2003); Outokumpu Corrosion Handbook מהדורה 10; מדריכים הנדסיים של TAPPI; ניסיון מצטבר במפעל 1985-2020.

כיצד יש לרתך את S31803 עבור שירות Digester?

S31803 לשירות מעכל חייב להיות מרותך עם מתכת מילוי ER2209, הזנת חום מבוקרת של 0.5-2.0 kJ/mm, טמפרטורת מעבר מתחת ל-150 מעלות צלזיוס, ולאחר-חישול תמיסת ריתוך ב-1020-1100 מעלות צלזיוס לאיזון שלב אופטימלי ולהימנע מקטעים עבים לשיקום הפאזה. האזור מושפע החום.

ריתוך הוא השלב הקריטי ביותר בייצור מעכלי S31803 מכיוון שהליך שגוי יכול להרוס את עמידות הקורוזיה של המתכת הבסיסית. כללי המפתח הם: (1) השתמש במתכת מילוי ER2209 (תואמת הרכב 22Cr-9Ni-3Mo) מכיוון שחומרי מילוי ER308L או ER316L ייצרו תאי קורוזיה גלווניים בשירות המעכל; (2) הגבל את כניסת החום ל-0.5-2.0 kJ/mm כדי למנוע צמיחת גרגרים מופרזת ב-HAZ, מה שמוביל להעשרת פריטים ולהפחתת הקשיחות; (3) שמור על טמפרטורת מעבר מתחת ל-150 מעלות צלזיוס (רצוי מתחת ל-100 מעלות צלזיוס) כדי למנוע משקעים בשלב סיגמה בטווח של 600-900 מעלות צלזיוס; (4) עבור לוחות עבים מעל 25 מ"מ, בצע חישול תמיסה ב-1020-1100 מעלות צלזיוס ולאחר מכן כיבוי מהיר של מים כדי לשחזר את מבנה הדופלקס; (5) השתמש בגז גיבוי ארגון טהור של 99.99 אחוז עם חמצן מתחת ל-50 ppm כדי למנוע חמצון של מעבר השורש. יש להימנע לחלוטין מטיפול בחום לאחר ריתוך ב-600-900 מעלות צלזיוס מכיוון שזהו טווח הטמפרטורות שבו שלבי הסיגמה והצ'י משקעים במהירות ב-S31803, מה שגורם להתפרקות חמורה ואובדן עמידות בפני קורוזיה. חישול תמיסה ואחריו קירור מהיר הוא טיפול החום הבטוח היחיד.

טבלה 6. פרמטרי ריתוך S31803 לשירות העיכול

מקור: AWS D1.6 Structural Welding Code - נירוסטה; מדריך ריתוך אוטוקומפו לפלדות אל-חלד דופלקס; הנחיות ריתוך Sandvik 2205.

מקרה מבחן: החלפת אניה מתמשכת ב-Kraft Mill

טחנת קראפט בצפון אמריקה החליפה ב-2010 את רכיבי ספינות מעכל 316L ב-S31803; לאחר 14 שנים של שירות רציף ב-175 מעלות צלזיוס באלכוהול לבן ושחור, סקרי עובי אולטרסאונד לא הראו אובדן קיר מדיד וללא אירועי פיצוח קורוזיה במתח קאוסטי, מה שאימת את S31803 כסטנדרט לבניית מעכל קראפט חדשה.

הטחנה הפעילה מעכל קמיר רציף שהפיק 1,500 טונות מיובשות באוויר ליום, עם משקה לבן ב-175 מעלות צלזיוס וריכוז NaOH של 10%. רכיבי האונייה המקוריים 316L סבלו משתי תקלות CSCC ב-2008 וב-2009, שדרשו תיקוני חירום בעלות של 1.2 מיליון דולר בזמן השבתה וריתוך. בשנת 2010, בחרה הטחנה להחליף את קטע ספינות העכל העליון (כ-8 טונות של צלחת) ב-S31803 מצופה בגב פלדת פחמן. התחליף מרותך עם חומר מילוי ER2209, כניסת חום נשלטת ל-1.0-1.8 קילו-ג'יי/מ"מ, מעבר בין 120 מעלות צלזיוס, וחיתול תמיסה של 1050 מעלות צלזיוס על חלקי הלוח העבה. סקרי עובי אולטרסאונד שנתיים מ-2010 עד 2024 לא הראו אובדן קיר מדיד (אי ודאות מדידה פלוס מינוס 0.2 מ"מ). הבדיקה של 2024 כללה גם מדידות ספירת פריטים על משטחי ריתוך חשופים, שהראו ערכים של 45-55 אחוזים, המאשרים שמבנה הדופלקס נותר שלם. בהתבסס על ניסיון זה, הטחנה תקן את S31803 עבור כל רכיבי המעכל החדשים וחידושים גדולים.

מקור: מקרה שדה מסופק על ידי לקוח JN Alloy, אנונימי. נתוני תפעול מאומתים באמצעות צוות הנדסת טחנה.

מקרה מבחן: Sulfite Mill Digester שדרוג סל מסך

טחנת סולפיט אירופאית שודרגה מ-316L ל-S31803 עבור סלי מסך מעכלים בשנת 2008, והשיגה גידול פי 3 בחיי השירות (מ-4 שנים ליותר מ-12 שנים) והפחתת עלויות תחזוקה שנתיות של החלפת מסך בכ-60 אחוז, מה שמדגים את הצעת הערך החזק של S31803 בתחום הסולפיט חומצה.

הטחנה מפעילה מעכל סולפיט אצווה המייצר עיסת מומסת ב-145 מעלות צלזיוס עם חומצת בישול pH 1.5-2.0 וזיהום כלוריד של 150-250 ppm ממקורות מים מקומיים. סלי המסך המקוריים בגודל 316L סבלו מתקלות חמורות בבור ובקירות לאחר 3-4 שנות שירות, שדרשו החלפה שנתית בעלות של 180,000 דולר לשנה בחומרים ואובדן ייצור. בשנת 2008, המפעל שודרג לסלי מסך S31803 שיוצרו מלוח ASTM A240 ותומכים מרותכים ER2209. לאחר 12 שנות שירות, הבדיקה של 2020 הראתה עומקי שקעים של 0.3-0.5 מ"מ בלבד על לוחית ה-6 מ"מ המקורית, ללא תקלות דרך הקיר.

אורך החיים המשוער הוא 8-10 ​​שנים נוספות. ניתוח עלויות שנתי: העלות הראשונית של S31803 הייתה פי 1.5 מעלות ה-316L (50,000 דולר לעומת 33,000 דולר), אך חיי השירות שולשו, מה שהעניק הפחתה של 50 אחוזים בעלות החומר לשנה. בשילוב עם ביטול זמן השבתה לא מתוכנן, החיסכון השנתי הכולל עמד על כ-110,000 דולר. הטחנה ציינה לאחר מכן את S31803 עבור כל חלקי המעכל הפנימיים, כולל ברגי הזנת שבבים, מסכי מחזור ומפזרי מיכלי נשיפה.

מקור: מחקר מקרה של מפעל סולפיט Sandvik 2205, שונה עבור פרופיל לקוחות JN Alloy; מוצלב-עם סקרי רכיבי TAPPI digester.

אילו תקנים חלים על S31803 עבור יישומי Digester?

S31803 לשירות מעכל צריך לעמוד בדרישות ASTM A240 (צלחת), A790 (צינור), A182 (אביזרי ופלנג'ים מזויפים), A815 (אביזרים מרותכים בקת-), ו-A479 (סורגים), ולקוד עיצוב המעכל ASME BPVC Section VIII Division 1; הנחיות ספציפיות לתעשיית העיסה והנייר, TAPPI TIP 0402 ותקני ה-PAPTAC הפיניים חלים.

מסגרת התקנים לבניית מעכל S31803 כוללת גם מפרטי חומרים וגם קודי עיצוב. ASTM A240 מכסה את הצלחת והגיליון היוצרים את מעטפת המעכל והקונוסים; ASTM A790 מכסה צינור חלק ומרותך לצנרת פנימית; ASTM A182 מכסה אוגנים מחושלים ואביזרים לחיבורי זרבובית; ASTM A815 מכסה אביזרי ריתוך-בקת עבור צנרת המחזור והחילוץ.

כל התקנים הללו כוללים את ייעוד UNS S31803 עם דרישות הכימיה והמאפיינים המכניים המפורטים בטבלאות 1 ו-2 לעיל. עבור תכנון מיכלי לחץ, ASME BPVC Section VIII Division 1 מספק את כללי התכנון, הלחצים המותרים ודרישות ההסמכה לריתוך. S31803 מופיע ב-ASME סעיף II חלק D עם ערכי מתח מותרים של עד 180 מעלות צלזיוס (מהדורת ASME 2023). עבור הסמכה לריתוך, חל קוד ריתוך מבני AWS D1.6 - נירוסטה.

להנחיות ספציפיות לתעשיית העיסה והנייר, TAPPI Technical Information Paper TIP 0402-15 מכסה את בחירת החומרים לציוד לשחזור כימיקלים ולמעכלים, והמדריך הפיני לתכנון מעכל PAPTAC מספק שיטות עבודה מומלצות באירופה. טחנות בתחום השיפוט של ציוד לחץ (קנדה, אירופה) צריכות גם להבטיח תאימות להנחיית ציוד הלחץ (PED) או ה-Canadian Boiler Society (CSA B51) לפי העניין.

טבלה 7. תקנים ישימים עבור S31803 Digester Service

מקור: ASTM International 2024; ASME דוד וכלי לחץ קוד מהדורת 2023; ניירות מידע טכניים של TAPPI; EN תקנים.

מהי עלות הבעלות הכוללת עבור S31803 לעומת 316L בשירות Digester?

למרות ש-S31803 עולה 30-50 אחוז יותר מראש מאשר 316L עבור יישומי מעכל, חיי השירות הארוכים פי 2-3 וההפחתה הדרמטית בזמן השבתה לא מתוכנן מפחיתים את עלות הבעלות הכוללת של 20 שנה ב-40-60 אחוז, ומספקים תקופת החזר של 2-3 שנים מהפרמיה הראשונית.

ניתוח עלות הבעלות הכוללת של חומרי מעכל חייבת לשקול לא רק את עלות החומר הראשונית אלא גם את הייצור, תחזוקה מתוזמנת, השבתה לא מתוכננת ועלות ההחלפה. הטבלה שלהלן מציגה השוואה מייצגת עבור מקטע אניה לעכל 10,000 ק"ג לאורך 20 שנות שירות.

האופציה של S31803 עולה 25,000 דולר יותר בחומר התחלתי אך חוסכת 80,000 דולר בתחזוקה מתוכננת, 150,000 דולר בזמן השבתה לא מתוכננת ו-130,000 דולר בהחלפה (מאחר ו-316L יהיה צורך להחליף פעם אחת בשנה 12). החיסכון הנקי של 20 שנה הוא 335,000 דולר, או הפחתה של 62 אחוז. גם בשיעור היוון של 8 אחוזים, הערך הנוכחי הנקי של החיסכון עולה על 200,000 דולר. חישוב זה אינו כולל את הערך של אירועי בטיחות שנמנעו או שחרורים סביבתיים, מה שיגדיל עוד יותר את היתרון של S31803.

טבלה 8. 20-השוואת TCO לשנה: S31803 לעומת 316L ב-Kraft Digester Liner

מקור: ניתוח הנדסי סגסוגת JN המבוסס על נתוני עלויות מצטבר של טחנה; מדדי עלות תחזוקה טיפוסיים של מפעל קראפט בצפון אמריקה 2018-2024.

שאלות נפוצות לגבי S31803 בשירות עיסת נייר

ש: האם S31803 זהה לחומר כמו 2205?

ת: S31803 הוא בעצם דרגת הדופלקס המקורית 2205, אך הייעוד המועדף המודרני הוא S32205. ייעוד UNS S31803 הוקם בשנות ה-80, בעוד ש-S32205 הוא הרכב המעודכן עם מגבלות הדוקות יותר על כרום, מוליבדן וחנקן ומינימום PREN גבוה יותר. לבניית מעכל חדשה, S32205 הוא כעת המפרט הסטנדרטי; S31803 נשאר זמין ומקובל עבור יישומים רבים. בעת ההזמנה, ציון 'UNS S32205' או 'Duplex 2205' הוא המוסכמה המודרנית.

ש: האם S31803 יכול להחליף ישירות 316L במעכל קראפט קיים?

ת: כן, S31803 יכול להחליף ישירות 316L ברוב יישומי מעכל קראפט מכיוון שיש לו חוזק גבוה יותר (המאפשר קירות דקים יותר או דירוג לחץ גבוה יותר) ועמידות מעולה בפני קורוזיה. התכנון החלופי צריך לקחת בחשבון את החוזק הגבוה יותר (אפשרי חלקים דקים יותר) ואת מקדם ההתפשטות התרמית הנמוך יותר (יש צורך בפחות מפרקי התפשטות). הריתוך חייב להשתמש בחומר מילוי ER2209 ובפרמטרים המפורטים בטבלה 6. ניתן לרתך את הרכיבים החדשים של S31803 ל-316L קיים באמצעות ER2209 עם הסמכת פרוצדורה קפדנית.

ש: מהי טמפרטורת השירות הרציפה המקסימלית עבור S31803 במיכל?

ת: טמפרטורת השירות הרציפה המקסימלית המומלצת עבור S31803 במעכל היא 180 מעלות צלזיוס עבור יישומי קראפט ו- 160 מעלות צלזיוס עבור יישומי סולפיט. מעל 180 מעלות צלזיוס, S31803 עובר היווצרות מוגזמת של פריט וסיכון להתפרקות של 475 מעלות צלזיוס אם הוא מוחזק בטווח של 280-500 מעלות צלזיוס במהלך מחזורי חימום/קירור. עבור שירות מעכל מעל 180 מעלות צלזיוס, שקול לשדרג לסגסוגת 825 או לדופלקס ניקל גבוה יותר כגון S32520 (Uranus 52N+).

ש: האם ניתן להשתמש ב-S31803 במעכלי סולפיט עם זיהום כלורי גבוה?

ת: S31803 מתאים למעכלי סולפיט עם זיהום כלוריד עד כ-500 ppm. מעל 500 ppm כלוריד, במיוחד בשירות סולפיט חומצי בטמפרטורות מעל 150 מעלות צלזיוס, שיעורי הגלעין יכולים לעלות על 0.1 מ"מ בשנה. בתנאים אגרסיביים יותר אלו, מומלץ לשדרג ל-S32205 (הדופלקס המשופר) או לדרגה סופר אוסטניטית כגון 904L (4-5 אחוזים מו) או סגסוגת ניקל כגון Alloy 825. בחירת החומר צריכה להתבסס על ערכי כלוריד ו-pH שנמדדו בפועל בטמפרטורת הפעולה.

ש: האם S31803 דורש טיפול בחום לאחר-ריתוך לאחר ייצור המעכל?

ת: S31803 אינו דורש טיפול בחום לאחר-ריתוך עבור חלקים דקים (מתחת ל-20 מ"מ), מכיוון שקירור אוויר מהיר שומר על איזון האוסטניט הפריט- הנכון. עבור קטעים עבים (מעל 25 מ"מ) שבהם ייתכן שהקלטת חום הריתוך הסיטה את האיזון לכיוון פריט מוגזם, מומלץ חישול תמיסה ב-1020-1100 מעלות צלזיוס ואחריו כיבוי מים מהיר כדי לשחזר את המבנה האופטימלי. באופן קריטי, יש להימנע מטווח הטמפרטורות 600-900 מעלות צלזיוס מכיוון שהדבר גורם למשקעים בשלב סיגמא ולהתפרקות חמורה. טיפול החום הבטוח היחיד עבור S31803 הוא חישול פתרון מלא ואחריו קירור מהיר.

ש: אילו שיטות בדיקה לא-הרסניות מומלצות לייצור מעכל S31803?

ת: NDT מומלץ לייצור מעכל S31803 כולל: (1) 100 אחוז בדיקות רדיוגרפיות (RT) או בדיקות אולטרסאונד (UT) של כל הריתוכים לפי ASME סעיף VIII; (2) מדידת תוכן פריט באמצעות feritscope מכויל (Fischer MP30 או שווה ערך) על המתכת הבסיסית ומשטח הריתוך, עם טווח מקובל של 30-70 אחוזים ויעד 45-55 אחוזים; (3) בדיקת חודר צבע (PT) של כל הפגמים במשטח הריתוך; (4) אימות חישול פתרון באמצעות בדיקת קשיות (יעד 220-280 HB עבור S31803); (5) עבור שירות בסביבות סולפיט המכילות כלוריד, ASTM A923 שיטה B (בדיקת קורוזיה) כדי לאשר עמידות בפני משקעים בין-מתכתיים.

JN Alloy מספקת לוחות נירוסטה דופלקסים מסוג S31803 ו-S32205 מוסמכים, צינורות, בר, אוגנים ואביזרים לשירות מעכלי עיסת נייר ברחבי העולם. כל החומרים מסופקים עם EN 10204 3.1/3.2 MTC, עקיבות מלאה ומקור ממפעלים מוסמכים ISO 9001-. צור איתנו קשר לקבלת גליונות נתונים טכניים, הנחיות ייצור ותמחור ישיר במפעל.

דוא"ל: Info@jnalloy.com|WhatsApp/טלפון: +86-193-3990-0211|אינטרנט: www.jnalloy.com