Hastelloy G-30 במאיידי חומצה זרחתית: נתוני ביצועי צינורות מחליף חום

מדוע Hastelloy G-30 מיועד לצינורות מאייד חומצה זרחתית?

G-הכימיה - גבוהה של כרום עם מוליבדן בינוני ותוספת נחושת - של שנות ה-30 עוצבה בכוונה כדי להתמודד עם השילוב הספציפי של מזהמים שנמצאו בחומצה זרחתית בתהליך רטוב, והיינס אינטרנשיונל מכנה את צינורות האידוי P2O5 כשתי מסגסוגות הבסיס.

מקור: גיליון הנתונים של ההרכב הנומינלי של Haynes International, סגסוגת HASTELLOY G-30.

תכולת כרום גבוהה מעניקה ל-G-30 עמידות חזקה בפני אופי החמצון של חומצה רטובה-והתערובות של חומצה חנקתית וחומצה חנקתית-, בעוד שתוספות המוליבדן והנחושת שלה מעניקות לו עמידות מתונה בפני חומצות הפחתות כגון הידרוכלוריות וגופרית -, אשר שתיהן נוכחות בחומצה מסחרית. היינס אינטרנשיונל מציין גם ש-G-30 רגיש פחות לסדיקת מתח-קורוזיה שנגרמה מכלוריד מאשר הפלדות הנירוסטה האוסטניטיות שהיא בדרך כלל מחליפה בשירות זה, מה שחשוב ישירות עבור חבילות צינורות שרואים מחזוריות תרמית חוזרת ונשנית במהלך ההפעלה והכיבוי של המאייד.

מה הופך חומצה זרחתית רטובה-לכל כך קורוזיבית לצינורות המאייד?

חומצה זרחתית רטובה בתהליך- מאכלת בעיקר בגלל מה שמומס בה, לא החומצה הזרחתית עצמה: חומצה גופרתית שלא הגיבה, יונים מתכתיים, יוני פלואוריד, יוני כלוריד וחלקיקים מרחפים כמו סיליקה, כולם נוסעים יחד עם ה-P2O5, ומתוכם, מרכיבי התקיפה האלקטרוכימיים של הכלוריד קובעים שמרכיבי החיים האלקטרוכימיים.

חומצה זרחתית "רטוב-תהליך" נוצרת על ידי תגובה של סלע פוספט עם חומצה גופרתית, וכפי שהיא מיוצרת היא מכילה רק כ-30% P2O5 בגלל הנפח הגדול של מי השטיפה הדרושים להפרדה מתוצר הלוואי של סידן סולפט. יוני פלואוריד נוטים ליצור קומפלקסים יציבים עם יונים מתכתיים בתמיסה ולכן הם פחות אגרסיביים כלפי חומרי צינור מאשר יוני כלוריד, המשפיעים מאוד על התגובות האלקטרוכימיות בין החומצה למשטח המתכת. זו הסיבה שהבחירה בסגסוגת עבור צינורות מאייד מונעת יותר על ידי עמידות בפני קורוזיה-כלוריד וחריצים- מאשר על ידי חוזק החומצה הזרחתית הנומינלית של החומצה בלבד.

במהלך תהליך האידוי, ריכוז P2O5 עולה בדרך כלל מכ-30% לכ-54% על פני סדרה של שלבי אידוי. ריכוז גבוה יותר לבדו יצביע על קורוזיביות גבוהה יותר, אך היינס אינטרנשיונל מציין שהאפקט הזה מתקזז בחלקו מכיוון שרמות הטומאה - כולל הכלורידים החשובים ביותר - נוטות לרדת ככל שהחומצה הופכת מרוכזת יותר.

כיצד G-30 מתפקד בחומצה רטובה אמיתית-, לא רק חומצה בדרגת ריאגנט?

היינס אינטרנשיונל מגבה את נתוני המעבדה שלה-בדרגת ריאגנט עם בדיקות נציגות-בשטח שנערכו בחומצה רטובה-ממשית שסופקה על ידי יצרן פוספט בפלורידה בשלושה ריכוזי ייצור אמיתיים (36%, 48% ו-54% P2O5) ו-121 מעלות (250 מעלות צלזיוס G{0} תחרותי ישירות תחת פלדה חסרת רמה F{0), תנאים קרובים הרבה יותר למאייד הפועל מאשר בדיקת כוס בדרגת מגיב.

ההבחנה הזו חשובה לכל מי שמציין חומרי צינור מגיליון נתונים: טבלאות קורוזיה בדרגת ריאגנט (המשמשות לאורך מאמר זה בשל הדיוק והחזרה שלהן) מבודדות את ההשפעה של ריכוז החומצה והטמפרטורה בלבד, בעוד שחומצה אמיתית בתהליך- רטובה מוסיפה את עומס הפלואוריד, הכלוריד, הסולפט והחלקיקים שנדונו לעיל. ההחלטה של ​​היינס אינטרנשיונל להפעיל השוואת חומצה-אמיתית ייעודית בריכוזים רלוונטיים-לייצור היא חתיכת בדיקת נאותות משמעותית, וזו הסיבה ש-G-30 נושא רקורד אמיתי, מאומת בשטח, ביישום זה ולא תיאורטי גרידא.

נתוני שדה ופיילוט- עצמאיים שדווחו בפטנטים של תהליך חומצה זרחתי- מוסיפים נקודת מידע נוספת, -לטווח ארוך יותר עבור משפחת סגסוגות ה- Hastelloy G הרחבה יותר: בניסויים לעיכול סלעי פוספט, אימפלר מסגסוגת Hastelloy G רשם קצב קורוזיה של 6.67 מיליליטר של 6.67 מילס לשנה, לעומת כל סט של 8 מילים בשנה. תנאי מעכל, ו-11.71 mpy לעומת 15.77 mpy עבור 625 בתנאי -חמצון- גבוה יותר. נתונים אלה מתארים את הסגסוגת הכללית של משפחת G- ולא G-30 באופן ספציפי, אבל הם מאששים את אותה מסקנה כיוונית הנתונים של היינס עצמו מראים: סגסוגות G-משפחת ניקל- כרום-ברזל עומדות היטב מול 625 בסביבת ייצור חומצה זרחתית אמיתית במעבדה, לא רק בסביבת ייצור חומצה זרחתית.

כיצד משתנה קצב הקורוזיה של G-30 כאשר ריכוז החומצה עולה במהלך האידוי?

קצב הקורוזיה של G-30 בחומצה זרחתית רותחת עולה בהתמדה מ-50% ל-85% ריכוז, אבל נשאר נמוך וניתן לניהול (0.01-0.84 מ"מ/שנה) על פני כל הטווח שרכבת מאייד תראה, כולל בערך 54% ריכוז P2O5 האופייני לתהליך רטוב מסחרי.

מקור: Haynes International reagent-טבלת קורוזיה של חומצה זרחתית, גיליון נתונים מסגסוגת HASTELLOY G-30.

מכיוון שרוב הרכבות המסחריות של תהליך רטוב- מכוונות לריכוז סופי בסביבות 54% P2O5, מתכנני צינורות יכולים לצפות ששיעור קורוזיה בדרגה G-30 של ריאגנט-יישב בטווח של 0.1-0.2 מ"מ/שנה בנקודת קצה זו -, ובטווח של טווח קורוזיה נוח של מבנה קורוזיה, לפני תכנון קורוזיה נוסף, לפני תכנון קורוזיה. סיכון מכלורידים הנדון להלן.

איך G-30 משתווה ל-316L, 254SMO וסגסוגת 625 בחומצות רלוונטיות למאייד?

חלקות ההשוואה של היינס אינטרנשיונל משלו מציבות את G-30 לפני פלדת אל-חלד 316L ו-254SMO הן בחומצה הידרוכלורית והן בחומצה גופרתית, ומקדימות את סגסוגת 625 במיוחד בחומצה הידרוכלורית - אך היינס קובע ישירות שקו 0.1 מ"מ/י של G-30 נמצא מעט גבוה יותר מחומצה גופרית 625, כלומר חומצה קטנה 625'. קצה בכל מקום שבו זיהום חומצה גופרתית הוא החשש הדומיננטי.

זוהי נקודת נתונים שימושית וכנה להחלטות מפרט: G-30 אינו מקדים באופן אוניברסלי כל סגסוגת מתחרה בכל חומצה שמאייד עשוי לראות. כאשר הטומאה הדומיננטית היא חומצה גופרתית המועברת משלב העיכול- בסלע, Alloy 625 (או ה--chromium HASTELLOY G-35 הגבוה יותר, המכוסה במאמר נלווה בסדרה זו) עשויה להציע מרווח קטן נוסף. היכן שהחומצה קרובה יותר לכימיה הטהורה של תהליך רטוב עם עומס הכלוריד האופייני לה, האיזון של G-30 של כרום, מוליבדן ונחושת נותן לה יתרון אמיתי על פני הנירוסטה והן 625 בחומצה הידרוכלורית במיוחד.

מהי העמידות של G-30 בפני שקעים בתת משקעים וקורוזיה של חריצים?

בשתי הבדיקות המואצות הסטנדרטיות המשמשות כדי לדמות כלוריד-מצבים של התכלות - מוות ירוק ומוות צהוב - G-30 מראה תחילה בור ב-55 מעלות והתקפה של חרקים ב-45 מעלות (מוות ירוק) או 25 מעלות (מוות צהוב), שזה בדיוק מצב הכשל המורכב על צינורות האידוי המוצקים ביותר על צינורות האידוי והמוצקים. משטח.

מקור: נתוני קורוזיה וקורוזיה של היינס הבינלאומית (בדיקות 24 שעות), גיליון הנתונים של סגסוגת HASTELLOY G-30.

זהו מערך הנתונים היחיד הרלוונטי ביותר מבחינה תפעולית במאמר זה. עמידות לחומצה בתפזורת, כפי שמוצג בטבלאות הריכוזים לעיל, מתארת ​​מה קורה למשטח צינור נקי החשוף באופן אחיד לחומצה זורמת. צינורות מאייד אמיתיים צוברים אבנית, משקעי סידן סולפט ואזורים עומדים בתנאים של מפלסים ולוחות תמיכה - המתרכזים כלורידים באופן מקומי ויכולים לגרום להתקפת חריצים או חריצים הרבה מתחת לטמפרטורת הפעולה הנומינלית של החומצה הגדולה. סף החריצים-קורוזיה של G-30 של 25-45 מעלות הוא מרווח משמעותי ומכומת מעל טמפרטורות הפעולה האופייניות של המאייד עבור תכנונים רבים, אך הוא גם מדגיש מדוע ניקוי מכני תקופתי ובדיקה תחת משקעים נשארים פרקטיקה סטנדרטית ללא קשר לבחירת סגסוגת.

האם G-30 עמיד בפני סדקי מתח-קורוזיה של כלוריד בשירות מאייד?

כן - במבחן 45% מגנזיום כלוריד רגיל רותח (ASTM G36),G-30התנגד לסדיקה במשך 168 שעות, בערך פי שבעה יותר מ-254SMO ופי 84 יותר מ-316L, והתגבר על שתי סגסוגות ניקל השוואה ('28' ו-'31') שנבדקו לצדו.

מקור: נתוני פיצוח קורוזיה של היינס הבינלאומי-(רותח 45% MgCl2, ASTM G36), גיליון נתונים מסגסוגת HASTELLOY G-30.

עמידות SCC חשובה עבור צרורות צינורות מאייד מכיוון שהן משלבות שניים משלושת המרכיבים SCC דורשת - חומר רגיש תחת מתח מתיחה (ממחזור תרמי, גלגול לתוך יריעת הצינור או מתח ריתוך שיורי) החשוף לסביבת נושאת כלוריד-. סף G-30 בערך של 168 שעות בבדיקה חמורה הרבה יותר מתנאי שירות טיפוסיים מעניק למתכנני צינורות מרווח בטיחות משמעותי ומכומת על פני הפלדות אל-חלד הנחשבות לרוב כחלופות בעלות נמוכה יותר.

כיצד משפיע ריתוך על עמידות צינורות-ותפר וצינור-ל-קורוזיה?

שיעורי קורוזיה של כל-מתכת- של G-30 נשארים קרובים למתכת בסיס מחושלת ברוב תנאי החומצה הגופרית וההידרוכלורית הרלוונטיים לשירות המאייד, למעט חומצה גופרתית 90%, שבה הן מתכת ריתוך והן מתכת בסיס מחושלת מראים עלייה חדה ותואמת, כלומר עלייה משקפת את הגבול הגופני {{5} חולשה ספציפית לריתוך.

מקור: Haynes International כל-רתך-מתכת (רב-צולבת GMAW) לעומת נתוני קורוזיה של מתכת-של בסיס, גיליון נתונים מסגסוגת HASTELLOY G-30.

עבור חבילות צינור מאייד המיוצרות מצינור מרותך (ASTM B619/B626) או הדורשות ריתוך צינורות-ל-צינורות, נתונים אלה תומכים בציון G-30 ללא ירידה בשמיכה עבור אזורי ריתוך ברוב תנאי החומצה אליהם מיועדת הסגסוגת. התוצאה של 90% חומצה גופרתית היא תזכורת לכך ש-G-30, כמו G-35, אינה הבחירה הנכונה אם העברת חומצה גופרתית של צמח מגיעה באופן קבוע לריכוז זה בדופן הצינור - מצב שבו צינור G-35 בעל כרום 625 או גבוה יותר יהיה המפרט השמרני יותר.

כיצד משפיעה המוליכות התרמית של G-30 על עיצוב צינורות מחליף חום?

המוליכות התרמית של G-30 (בערך 10 W/m· מעלות בטמפרטורת החדר, עולה ל-19-21 W/m· מעלות בערך ב-400-600 מעלות ) היא הרבה מתחת לזו של סגסוגות נחושת ואפילו פלדת פחמן, כך ש-חום{7}}עובי הדופן והצינור חייב להיות בעובי-העברה של{9} הצינור מוליכות בחשבון - אבל הפשרה הזו מקוזזת במידה ניכרת על ידי קצבת קורוזיה דקה מאוד ש-G-30 מאפשר בהשוואה לקירות העבים יותר שסגסוגת פחות עמידה וזולה יותר תצטרך.

מקור: נתוני מאפיינים פיזיים של Haynes International, גיליון נתונים מסגסוגת HASTELLOY G-30.

זוהי סחר הנדסי- אמיתי, לא נקודת שיווק להבריק: דופן צינור ברזל-ניקל-יוביל חום בצורה פחות יעילה באופן ניכר מסגסוגת נחושת- דומה בעובי או צינור פלדת פחמן, ותכנון תרמי של מחליף חום (לצורך-העברה ישירה של דופן-, או בהתאם לצורכי העברה{{3} של הצינור, חישוב. בפועל, מתכנני מאייד מקזזים זאת על ידי ניצול עמידות בפני קורוזיה של G-30 כדי לציין דופן צינור דק יותר ממה שיזדקק לתכנון פחמן-פלדה או סגסוגת- נמוכה יותר, אשר משחזרת חלקית את עונש העברת החום-ממוליכות נמוכה יותר תוך מתן שירות רב-עשר{12}ללא אורך חיים{12} שוליים קצבת קורוזיה על חומר פחות עמיד ידרוש.

אילו צורות ותקנים של מוצרי צינור חלים על צינורות מאייד G-30?

G-צינורות מאייד 30 זמינים הן כצינור ללא תפרים תחת ASTM/ASME B622/SB622 והן כצינור מרותך תחת ASTM/ASME B619/B626 ו-SB619/SB626, מסופק מטחנת-מחוצפת, ויש לבצע חישול{1}מחדש{{0} או{1} צורני מחדש פעולת כיפוף-צינורות המייצרת התארכות של 7% או יותר של סיבים חיצוניים כדי להחזיר עמידות מלאה בפני קורוזיה.

מקור: טבלת "מפרטים וקודים" של היינס הבינלאומית, גיליון נתונים מסגסוגת HASTELLOY G-30.

טמפרטורת החישול עבור G-30 היא 1,177 מעלות (2,150 מעלות פרנהייט) עם הכוונה במים, אם כי קירור אוויר מהיר אפשרי עבור מבנים דקים מ-10 מ"מ (0.375 אינץ') - קטגוריה הכוללת את רוב עובי הדופן של-צינורות המאייד. G-30 נוקשה יותר מהפלדות הנירוסטה האוסטניטיות ומתקשה בקלות רבה יותר, מה שחשוב ישירות לפעולות כיפוף והרחבה של צינורות במהלך ייצור החבילות ויש לתכנן אותו ברצף הייצור.

מהן מגבלות התכנון וההפעלה המעשיות של צינורות מאייד G-30?

G-30 מבצע ביצועים מהימנים בכל טווח הריכוזים המלא של 30-54% P2O5 ועד 121 מעלות בחומצה רטובה אמיתית-, אך על מעצבים להתייחס לזיהום כלורי מקומי - ולא לחוזק חומצה בתפזורת - כמגבלה העיצובית השולטת באופן ספציפי{1} נתוני חומצת הידרוכלורית של G-30 משלו מופיעים בשילובי ריכוז וטמפרטורה בינוניים מסוימים.

טבלת החומצות הידרוכלורית של היינס אינטרנשיונל מציגה שיעורי קורוזיה בעלי עלייה חדה בכמה תנאי ביניים - לדוגמה, 2.5% HCl ב-93 מעלות (200 מעלות F) קופץ ל-4.23 מ"מ/שנה, ורתיחה של 2-2.5% HCl מגיעה ל-9.47- מ"מ/12 הרחק מעל {{10} מ"מ/12. התנהגות טובה-בריכוז נמוך יותר וגם בריכוז גבוה יותר בקרבת מקום. סוג זה של התנהגות לא מונוטונית היא תזכורת לכך שיש לקרוא דיאגרמות איזו-קורוזיה וטבלאות ריכוז לפי כימיה החומצה המקומית הממשית הצפויה בדופן הצינור (כולל כל השפעות ריכוז של רתיחה או אידוי ממש על פני השטח), ולא רק בריכוז התהליך הנומינלי.

• הנחיות עיצוב ותפעול:עקוב אחר רמות הטומאה של כלוריד ו-חומצה גופרתית- חופשית בחומצה התהליך, מכיוון שאלו - ולא ריכוז ה-P2O5 הנומינלי - הם אלו שמניעים למעשה את הסיכון לקורוזיה של הצינור.
• הנחיות עיצוב ותפעול:תזמן ניקוי מכני ובדיקה תקופתיים לפי אבנית ומשקעים, מכיוון שניתן לגשת לסף החריצים-קורוזיה של G-30 (25-45 מעלות בבדיקות מואצות) בכל מקום שבו עכבות מרכזת כלורידים באופן מקומי.
• הנחיות עיצוב ותפעול:הימנע מתכנונים שמרכזים חומצה הידרוכלורית מקומית לטווח של 2-3% בטמפרטורה גבוהה, כאשר הנתונים של G-30 עצמו מראים עלייה לא פרופורציונלית בקצב קורוזיה.
• הנחיות עיצוב ותפעול:כאשר ההובלה של חומצה גופרתית גבוהה בצורה יוצאת דופן או מתקרבת באופן קבוע ל-90% ריכוז בדופן הצינור, הערך Alloy 625 או HASTELLOY G-35 כחלופה שמרנית יותר.
• הנחיות עיצוב ותפעול:חישול צינורות-מחדש לאחר פעולות יצירת-קר או כיפוף העולות על כ-7% התארכות- חיצונית של הסיבים כדי לשחזר לחלוטין עמידות בפני קורוזיה לפני ההפעלה.

שאלות נפוצות

ש: מדוע Hastelloy G-30 משמש עבור צינורות מאייד חומצה זרחתית?

A: תכולת הכרום הגבוהה של G-30 מתנגדת לאופי המחמצן של זיהום-של תהליך רטוב של חומצה זרחתית וחומצה חנקתית-, בעוד שתכולת המוליבדן והנחושת שלה מתנגדת לטומאה החומצה הגופרתית הקיימת בכל זרם תהליך רטוב-. היינס אינטרנשיונל מכנה את צינורות האידוי P2O5 כאחד משני היישומים העיקריים של הסגסוגת, המגובים הן על ידי בדיקת חומצה ברמת ריאגנט- והן בתהליך רטוב אמיתי.

ש: האם עמידות הקורוזיה של G-30 עומדת בריכוז המלא של 54% P2O5 בשימוש במאיידים מסחריים?

A: כֵּן. נתוני חומצה זרחתית רותחת בדרגת ריאגנט מראים ששיעור הקורוזיה של G-30 עולה רק בהדרגה על פני טווח הריכוזים, ונשאר בטווח של 0.1-0.2 מ"מ/שנה בסביבות 54-60% P2O5 - היטב בתוך תנאי עיצוב נוחים.

ש: מהו סיכון הקורוזיה הגדול ביותר עבור צינורות G-30 בשירות מאייד?

A: קורוזיה מונעת על ידי כלוריד- וחריצים מתחת לאבנית ולמשקעים, לא התקפת חומצה אחידה על משטח נקי. בדיקות מואצות סטנדרטיות מראים את ספי החריפות והחריצים של G-30 ב-25-55 מעלות, וזו הסיבה שניקוי תקופתי ובדיקה תחת עכבה נשארים חשובים ללא קשר לבחירת הסגסוגת.

ש: האם Hastelloy G-30 עדיף על סגסוגת 625 למאיידי חומצה זרחתית?

A: תלוי איזו טומאה שולטת. הנתונים ההשוואתיים של היינס אינטרנשיונל מציגים G-30 לפני 625 בחומצה הידרוכלורית, אבל 625 מחזיק ליתרון קל בחומצה גופרתית. כאשר העברת חומצה גופרתית גבוהה בצורה יוצאת דופן, 625 או HASTELLOY G-35 בעל כרום גבוה יותר עשוי להיות המפרט השמרני יותר.

ש: האם ריתוך מפחית את עמידות הקורוזיה של G-30 בייצור צינור מאייד?

A: בדרך כלל לא. נתוני ריתוך-מתכת- לעומת-מחושלים מראים רק הבדל קטן בין רוב תנאי החומצה הגופרית וההידרוכלורית הרלוונטיים לשירות המאייד, כאשר גם מתכת ריתוך וגם מתכת בסיסית מחושלת מציגים עלייה תואמת, מונעת כימיה רק ​​במצב החמור ביותר שנבדק (90% חומצה גופרתית).

ש: איך המוליכות התרמית של G-30 בהשוואה לחומרי צינור מחליף חום אחרים?

A: המוליכות התרמית של G-30 (כ-10 W/m· מעלות בטמפרטורת החדר) היא הרבה מתחת לסגסוגות נחושת ופלדת פחמן, לכן יש להתאים את אזור העברת החום- בהתאם. בפועל זה מקוזז בחלקו מכיוון שעמידות הקורוזיה של G-30 מאפשרת דופן צינור דק יותר מזה שסגסוגת פחות עמידה תזדקק לאותם חיי שירות.