Hastelloy C276 w odsiarczaniu gazów spalinowych: wykładzina i okładzina zbiorników pochłaniaczy IOS

Odsiarczanie gazów spalinowych (FGD) to technologia polegająca na usuwaniu dwutlenku siarki (SO2) ze strumienia spalin z elektrowni- i oleju-opalanych węglem oraz kotłów przemysłowych. Wewnątrz zbiornika absorbera FGD -, zwanego także mokrą płuczką -, gorące gazy spalinowe spotykają się z zawiesiną wapienia, która wychwytuje SO2 i przekształca go w gips. Proces ten doskonale wpływa na jakość powietrza, ale tworzy jedno z najbardziej korozyjnych środowisk procesowych w całym przemyśle ciężkim.

W przypadku najbardziej agresywnych stref absorbera inżynierowie od dawna wybierają Hastelloy C276 (UNS N10276) - stop niklu-chromu-molibdenu-wolframu - jako cienką-odporną na korozję wykładzinę lub okładzinę, zamiast budować całe naczynie z solidnego, drogiego metalu. W tym artykule wyjaśniono w prosty sposób, dlaczego C276 sprawdza się w FGD, czym różni się okładzina od okładziny, jak wypada w porównaniu z C22 i stopem 625 oraz jak wybrać, spawać i kosztować odpowiednie rozwiązanie dla absorbera.

Co sprawia, że ​​Hastelloy C276 nadaje się do usług odsiarczania gazów spalinowych?

Hastelloy C276nadaje się do IOS, ponieważ jego zrównoważony skład niklu-chromu-molibdenu-wolframu jest odporny na połączoną korozję utleniającą, redukującą i chlorkową,-która niszczy zwykłą stal nierdzewną wewnątrz zbiornika absorbera.

Szlam FGD atakuje metal jednocześnie na trzy sposoby: utleniacze (rozpuszczony tlen, jony żelaza, siarczan), kwasy redukujące (siarkowy i solny) oraz chlorki (zwykle 10 000–80 000 ppm w zawracanej zawiesinie). Bardzo niewiele stopów jest w stanie przetrwać wszystkie trzy mechanizmy razem. C276 tak, a powodem jest jego skład chemiczny:

• Nikiel ~57% (pozostała):tworzy ciągliwą matrycę i zapewnia niemal-odporność na pękanie korozyjne naprężeniowe (SCC).
• Chrom 14,5-16,5%:buduje pasywny film tlenkowy, który jest odporny na utlenianie.
• Molibden 15-17%:podstawowa obrona przed redukującymi kwasami, wżerami i korozją szczelinową.
• Wolfram 3-4,5%:wzmacnia odporność na ataki zlokalizowane (wżery/szczeliny).
• Ultra-niskoemisyjny<=0.010% and Silicon <=0.08%: zapobiegają wytrącaniu się-granicznego węglika w-strefie wpływu ciepła spawania (HAZ).

Jego równoważna liczba odporności na wżery - PREN=%Cr + 3.3 x %Mo - wynosi około 68, znacznie powyżej ~35-45 dla stali nierdzewnej 316L lub 904L i znacznie powyżej progu wymaganego dla szlamu FGD o wysokiej- zawartości chlorków. Ponieważ zawartość węgla jest tak niska, C276 można oddać do użytku w stanie-pospawanym, bez-obróbki cieplnej po spawaniu (PWHT) -, co jest zdecydowaną zaletą w przypadku absorberów montowanych na miejscu, które są spawane na miejscu.

Jakie mechanizmy korozji atakują zbiorniki pochłaniacza FGD?

Pochłaniacz FGD jest atakowany przez około dziesięć czynników korozyjnych działających jednocześnie: - niskie pH, chlorki, kwas siarkowy, śladowy kwas fluorowodorowy, rozpuszczony tlen, wahania temperatury, ścieranie-popiołu lotnego, kondensacja w punkcie-rosy-kwasowej, cykle mokre/suche oraz ryzyko-korozyjnej-pęknięcia naprężeniowego.

Pojedyncza wieża absorbera może jednocześnie doświadczać wszystkich czynników poniżej. Tabela porównuje to, co dzieje się ze zwykłą stalą nierdzewną, taką jak 316L, z tym, dlaczego C276 przetrwa:

Praktyczny wniosek: żaden pojedynczy mechanizm nie jest w stanie pokonać C276; to suma wszystkich dziesięciu sprawia, że ​​FGD jest tak karalny, a C276 jest jednym z niewielu stopów ocenianych dla pełnej kombinacji.

Dlaczego zbiorniki pochłaniacza FGD są podzielone na strefy ze względu na stopień korozji?

Inżynierowie dzielą absorber na strefy o rosnącym nasileniu i dla każdego - określają inny,{0}}odpowiedni-zastosowany stop, ponieważ stosowanie wszędzie litego C276 powoduje marnowanie pieniędzy, a-niedoprecyzowanie którejkolwiek strefy powoduje wczesną awarię.

Zgodnie z modelem-strefy korozji stosowanym w podręcznikach projektowania FGD obiektów użyteczności publicznej (np. podręczniku projektowania IOS firmy New Brunswick Power), typowy mokry absorber jest określany od góry-do-od dołu jako:

Dlatego C276 koncentruje się tam, gdzie zarabia na - wlocie i-dolnych strefach natrysku -, podczas gdy tańsze stopy chronią łagodniejsze górne sekcje. Ten podział na strefy stanowi podstawę poniższej decyzji dotyczącej okładziny i okładziny.

Jaka jest różnica między podszewką a okładziną statków IOS?

Wykładzina to cienki{0}}odporny na korozję arkusz, mocowany mechanicznie (zgrzewany- lub-punktowo, na zakładkę) wewnątrz zbiornika i wymienny; okładzina to związana metalurgicznie warstwa-odporna na korozję (2-3 mm) połączona z płytą podstawy ze stali węglowej, która staje się częścią ściany zbiornika. Napawanie to trzecia metoda osadzania stopu bezpośrednio przez spawanie.

Zgodnie z ASME BPVC sekcja VIII, dział 1, dodatek 3 i UG-26, te dwa elementy są traktowane odmiennie: okładzina jest uważana za niezależną warstwę ochronną, która generalnie NIE wpływa na wytrzymałość na granicy ciśnienia, podczas gdy płyta platerowana jest częścią ściany konstrukcyjnej. Konsekwencje operacyjne:

Jak nakładka na spoinę wypada w porównaniu z okładziną i wykładziną?

Napawanie (automatyczna taśma lub napawanie metodą TIG) łączy-odporny na korozję metal bezpośrednio z podstawą, dzięki czemu idealnie nadaje się do napraw, blach rurowych i skomplikowanych geometrii -, ale jest wolniejszy na dużych obszarach i stwarza ryzyko rozcieńczenia stopu, jeśli kontrola procedury jest słaba.

Naprawa i modernizacja:nakładkę można zastosować na istniejącym zbiorniku bez zamawiania płyty klejonej. - to najszybsza metoda przywrócenia uszkodzonej strefy.

Arkusze rurowe i dysze:nakładka zapewnia solidną,-pełną penetrację barierę antykorozyjną na skomplikowanych kształtach, gdzie trudno jest uformować zespoloną płytę.

Ryzyko rozcieńczenia:jeśli doprowadzenie ciepła lub technika są nieprawidłowe, węgiel ze stali podstawowej miesza się z powłoką, obniżając odporność na korozję; kwalifikacja procedury jest obowiązkowa.

Prędkość a powierzchnia:w przypadku bardzo dużych płaskich skorup, płyta platerowana jest zwykle szybsza i bardziej jednolita niż nakładka; w przypadku małych lub nieregularnych części wygrywa nakładka.

Czy podszewka lub okładzina Hastelloy C276 to lepszy wybór dla pochłaniacza FGD?

W przypadku nowych, dużych płaszczy absorbera zazwyczaj najlepsza jest- lub{1}}walcowana płyta platerowana (2-3 mm C276 na stali węglowej) - obniża ona koszt materiału o 50-60% w porównaniu z płytą litą, zachowując jednocześnie pełną odporność na korozję. W przypadku modernizacji, przyspieszonych harmonogramów lub gdy konieczna jest wymiana na miejscu i wykrywanie nieszczelności, wygrywa luźna wykładzina (tapeta).

Reprezentatywne wzorce kosztów materiałów dla równoważnej ściany o grubości 10 mm- (USD/m2 zwilżonej powierzchni):

Inwestycję chronią dwie praktyczne zasady: (1) plater lub nakładka musi zawsze być zwrócona w stronę zawiesiny - nigdy nie odwracać płyty, gdyż w przeciwnym razie podłoże ze stali węglowej-zetknie się z żrącą cieczą; oraz (2) krawędzie i przejścia dysz muszą być spawane za pomocą wypełniacza-kompatybilnego z nakładkami, aby uniknąć ataku galwanicznego na styku platerowana/stal węglowa-.

Jak Hastelloy C276 wypada w porównaniu z C22 i 625 w serwisie FGD?

W nowoczesnych wykładzinach absorberów FGD ogólnie preferuje się Hastelloy C22 (UNS N06022) zamiast C276, ponieważ mokre-środowisko płuczki utlenia się (powietrze utleniające, jony żelaza), gdzie wyższy chrom C22 (20-22,5%) utrzymuje bardziej stabilną warstwę pasywną. C276 pozostaje lepszym wyborem jedynie w przypadku substancji silnie redukujących, takich jak gorący kwas solny. Stop 625 jest powszechną, tańszą opcją w strefie 4.

Podstawowa różnica polega na zamianie chromu-w-molibden-:

Dane terenowe z działających zakładów pokazują, że wykładziny C276 ulegają awariom w ciągu 5-8 lat w przypadku niektórych utleniających FGD, podczas gdy wykładziny C22 w równoważnym okresie eksploatacji przekraczają 20 lat. Dodatkowy koszt początkowy C22 jest zwykle zwracany w pierwszym cyklu inspekcji poprzez uniknięcie przestojów. Zwróć uwagę na niuans: według prostej formuły PREN C276 uzyskuje nieco wyższe wyniki (więcej molibdenu), ale FGD utlenia się na tyle, że chrom dominuje nad stabilnością-pasywnej powłoki – i właśnie dlatego C22 jest obecnie liderem w nowych specyfikacjach absorberów.

Jakie zagadnienia spawalnicze mają zastosowanie do wykładzin i okładzin C276?

Spawaj C276 z pasującym wypełniaczem ERNiCrMo-4 (AWS A5.14), kontroluj dopływ ciepła, aby uniknąć wytrącania-ciepła w strefie wpływu, użyj „masowanej” złącza przejściowego w miejscu styku plateru ze stalą węglową i sprawdź połączenie za pomocą testów ultradźwiękowych.

1. Metal wypełniający:ERNiCrMo-4 (AWS A5.14) utrzymuje skład chemiczny spoiny zgodny z bazą – nigdy nie używaj wypełniacza C22 na C276, który pozbawiłby spoinę molibdenu.
2. Dopływ ciepła:niskoemisyjny-C276 pozwala uniknąć uczulenia, ale kontrolowanie dopływu ciepła nadal ma znaczenie; nowoczesny transfer napięcia powierzchniowego (STT) wynosi ~7 000 J/cal w porównaniu do 25 000–30 000 J/cal w przypadku starszych impulsowych GMAW, minimalizując zniekształcenia i efekty HAZ.
3. Połączenia przejściowe:na płycie platerowanej posmaruj masłem stronę ze stali-węglowej (np. 309L), a następnie zakryj pasującym wypełniaczem niklowym, tak aby powierzchnia korozyjna była w całości C276.
4. Spawy okładzinowe:cienkie arkusze o grubości 1,6-3,2 mm są zgrzewane-, a następnie zgrzewane szwem/krawędzią-z zakładkami na zakład; Przepalenie i wypaczenie stanowią stałe zagrożenie.
5. Kontrola:sprawdzić integralność połączenia platerowanego metodą UT zgodnie z ASTM A578; sprawdź wszystkie spoiny metodą PT i RT/UT zgodnie ze specyfikacją produkcyjną.

Jakie są wytyczne dotyczące kosztów cyklu życia i grubości wykładzin C276 FGD?

Typowe wykładziny FGD C276 mają grubość 1,6–3,2 mm (1/16–1/8 cala) i zapewniają 7-15+ lat pracy; Standardem są nakładki platerowane o grubości 2-3 mm. Dominującym czynnikiem kosztowym nie jest sam stop, ale zawartość chlorków w węglu, która wyznacza próg PREN, jaki musi spełniać okładzina.

Grubość jest wybierana na podstawie ważności strefy i harmonogramu wymiany:

1,6 mm (1/16 cala):stosowany w-dolnych i łagodniejszych strefach gnojowicy, gdzie koszt i 7-10-letni plan wymiany równoważą straty.

3,2 mm (1/8 cala):zaleca się stosować w pobliżu dysz natryskowych i strefy-wlotu gazu, gdzie korozja jest najcięższa.

Nakładka platerowana o grubości 2-3 mm:standardowa-grubość blachy spajanej, która odpowiada odporności na korozję-stałego stopu za ułamek ceny.

Najważniejszą zmienną przy wyborze stopu jest zawartość chlorku węgla. Chlor przenika wraz z węglem, koncentruje się w recyrkulującym szlamie do 10 000-50000+ ppm i powoduje korozję wżerową i szczelinową na każdej zwilżonej powierzchni. W skrócie: przy ~60 000 ppm chlorku zawiesiny minimalna wymagana PREN wynosi około 69, co plasuje C276 na „marginalnej” krawędzi, a stopy o wyższej zawartości PREN (np. Alloy 686) w „bezpiecznym” zakresie. Należy szczegółowo zbadać chlorek węgla (ASTM D4208 lub ISO 587), ponieważ standardowe analizy węgla go pomijają.

Jakie normy regulują konstrukcję Hastelloy C276 FGD?

Materiał podlega przepisom ASTM B575 / ASME SB-575 (płyta) i specyfikacjom produktów towarzyszących; konstrukcja statku według ASME BPVC Sekcja VIII Dział 1 (Załącznik 3 dla okładzin/okładzin, UG-26 dla okładzin); wypełniacz spawalniczy AWS A5.14 (ERNiCrMo-4); kwalifikacja usług serwisowych według NACE MR0175 / ISO 15156; i integralność połączenia platerowanego metodą ultradźwiękową ASTM A578.

Często zadawane pytania

Hastelloy C276 (UNS N10276, W.Nr. 2.4819) to stop niklowo-chromowy-molibdenowy-wolframowy-odporny na korozję-o ultra-niskiej zawartości węgla. Jest odporny na utleniające i redukujące kwasy, chlorki, wżery, korozję szczelinową i pękanie pod wpływem korozji naprężeniowej i jest stosowany w postaci-spawanej bez-obróbki cieplnej po spawaniu.

Dlaczego środowisko IOS jest tak korozyjne?

Absorber łączy w sobie zawiesinę o niskim pH, 10 000-80 000 ppm chlorków, 5–30% kwas siarkowy, śladowy kwas fluorowodorowy, rozpuszczony tlen, ścierny popiół lotny i wahania temperatury – mniej więcej dziesięć mechanizmów korozji działających jednocześnie.

Na jakim poziomie chlorków potrzebny jest Hastelloy C276 w IOS?

C276 jest zwykle określany, gdy zawartość chlorków w zawiesinie przekracza około 20 000-40 000 ppm w strefach trudnych. Powyżej ~60 000 ppm nawet C276 staje się marginalny i preferowane są stopy o wyższej zawartości PREN (np. C22, Alloy 686).

Czy wykładzina lub okładzina jest tańsza w przypadku pochłaniacza IOS?

Podszewka ma najniższy koszt początkowy i najkrótszy czas realizacji; Płyta platerowana kosztuje więcej na początku, ale o 50–60% mniej niż lity C276 i jest tańsza w całym cyklu życia nowych statków. Wybór zależy od tego, czy ważniejsza jest wymienność czy integracja strukturalna.

Czy Hastelloy C276 można-spawać bez PWHT?

Tak. Zawartość węgla jest ograniczona do 0,010% (a krzemu do 0,08%), więc nie uczula w strefie SWC spoiny i można go oddać do użytku w stanie-po spawaniu bez-obróbki cieplnej po spawaniu.

Jakiego spoiwa używa się do spawania C276?

ERNiCrMo-4 według AWS A5.14. Stosuj wyłącznie pasujący wypełniacz C276; nie należy zastępować wypełniacza C22, który obniżyłby zawartość molibdenu w spoinie i stworzyłby słaby punkt korozyjny.

Jak długo wytrzymuje wykładzina C276 FGD?

Doświadczenie w praktyce wynosi od około 7–10 lat w przypadku tapet ze stali nierdzewnej do 8-15+ lat w przypadku wykładzin i okładzin C276 w strefach narażonych na odsiarczanie gazów cieplarnianych, w zależności od poziomu chlorków i zakłóceń procesu.

Czy Hastelloy C22 jest lepszy niż C276 dla FGD?

W przypadku mokrych wykładzin pochłaniaczy FGD tak, w większości przypadków - środowisko płuczki utleniającej faworyzuje wyższą zawartość chromu w C22 (20–22,5%), co daje trwałość 18–25 lat w porównaniu z 8–12 lat w przypadku C276. C276 pozostaje lepszy tylko w silnie redukujących kwasach, takich jak gorący HCl.

Jaka grubość wykładziny C276 jest typowa dla IOS?

Wkładki mają zwykle 1,6 mm (1/16 cala) w łagodniejszych strefach i 3,2 mm (1/8 cala) w pobliżu dysz i strefy-wlotu gazu. Grubość klejonych nakładek platerowanych wynosi zazwyczaj 2-3 mm.

Co oznacza „tapetowanie” w FGD?

Tapetowanie to praktyka stosowana w praktyce polegająca na mocowaniu cienkich (1,6-3,2 mm) arkuszy stali nierdzewnej lub stopu niklu do wnętrza absorbera poprzez zgrzewanie kołkowe i zachodzące na siebie złącza zakładkowe, tworząc wymienną powłokę antykorozyjną.

Czy płytę platerowaną można zamontować odwrotnie?

Nie. Odporna na korozję powłoka-musi zawsze być skierowana w stronę szlamu. Odwrócenie płyty naraziłoby podłoże ze stali węglowej- na działanie żrącej cieczy i spowodowałoby szybką awarię.

Dlaczego zawartość chlorku węgla ma tak duże znaczenie?

Chlor z węgla gromadzi się w recyrkulującej zawiesinie i powoduje korozję wżerową i szczelinową na każdej zwilżonej powierzchni. Nie można go usunąć poprzez regulację procesu, dlatego ustala minimalną wartość PREN, jaką okładzina musi spełniać - zmienna główna przy wyborze stopu.

Czy C276 jest odporny na kwas fluorowodorowy w IOS?

Śladowy kwas fluorowodorowy z krzemianów węgla nie atakuje w znaczący sposób C276, podczas gdy rozpuszcza-film ochronny na bazie krzemionki na niektórych materiałach. Pełna-wytrzymałość HF wymaga jednak zastosowania innych stopów (np. Monel 400).

Jakie normy mają zastosowanie do statków pokrytych FGD?

ASTM B575 (materiał), ASME BPVC sekcja VIII dział 1 dodatek 3 i UG-26 (plater/wykładzina), AWS A5.14 (wypełniacz), NACE MR0175 / ISO 15156 (usługa kwaśna) i ASTM A578 (spoiwo platerowane UT).

Czy wykładzinę C276 można naprawić na miejscu?

Tak. Luźne wykładziny są przeznaczone do wymiany-na miejscu, a napawanie może przywrócić uszkodzoną strefę w istniejącym zbiorniku bez zamawiania klejonej płyty. Monitorowanie-otworów płaczących pomaga wcześnie wykryć wycieki.

Co to jest PREN i dlaczego ma znaczenie dla IOS?

PREN (liczba równoważna odporności na wżery)=%Cr + 3.3 x %Mo szacuje odporność na wżery. Zawiesiny FGD o dużej zawartości chlorków wymagają wysokiego PREN (w przybliżeniu 65-69+); Zarówno C276, jak i C22 kwalifikują się, dlatego dominują w strefach surowych IOS.

Jaki zakres temperatur toleruje C276 w IOS?

W zawiesinie FGD C276 sprawdza się dobrze w temperaturach otoczenia do około 200°C na zwilżonej powierzchni. Strefa-wlotu gazu (120–180°C) mieści się w zakresie; trwałe obciążenie strukturalne jest ograniczone do około 538°C (1000F) według ASME.