Hastelloy-seokset jätteenpoltossa: korroosionkestävyys happamille savukaasukondensaateille

Kiinteän yhdyskuntajätteen polttaminen tuottaa muutakin kuin lämpöä ja tuhkaa - se tuottaa savukaasua, joka on täynnä suolahappoa, rikkioksideja ja muita happoja-muovistavia yhdisteitä, jotka tiivistyessään muodostavat yhden syövyttävimmistä nestemäisistä ympäristöistä, joita teollisuuslaitteet tavallisesti kohtaavat. Normaali ruostumaton teräs ja monissa tapauksissa jopa 6 % molybdeeni super-austeniittiset laatulajit eivät ole luotettavasti riittäviä tässä erityisessä kondensaattikemiassa, minkä vuoksiHastelloy C276, C-22 ja C-2000 ovat tulleet vakiomateriaaleiksi jätteenkäsittelylaitosten pesu- ja jäähdytysjärjestelmissä. Tämä opas selittää, miksi savukaasujen lauhde on niin aggressiivista, missä polttolaitoksessa sitä muodostuu ja kuinka Hastelloy-seosperhe on määritelty selviytymään siitä.

Miksi jätteenpolton savukaasut luovat niin aggressiivisen korroosioympäristön?

Jätteenpolton savukaasut ovat aggressiivisia, koska kiinteän sekajätteen - polttaminen, joka sisältää tavallisesti PVC-muovia, ruokajätettä ja muita klooria- ja rikkiä{2}}pitoisia materiaaleja - vapauttaa suolahappoa, rikin oksideja ja muita happoja-muodostaen kaasuja, jotka tiivistyvät äärimmäisen syövyttäväksi. korkea-kloridinen neste.

Kiinteä yhdyskuntajäte on erittäin vaihteleva polttoaine, ja juuri tämä vaihtelevuus tekee sen savukaasukemiasta niin vaativan: PVC ja muut klooratut muovit vapauttavat palaessaan kloorivetykaasua, rikki{0}}pitoisista materiaaleista vapautuu rikin oksideja, jotka voivat muodostaa rikki- ja rikkihappoa tiivistyessään jätevirtaan ja lisäämällä halogeenien jäämiä jätekaasuun. mahdollinen kondenssiveden kemia.

Toisin kuin hyvin-hallitussa kemiallisessa prosessissa, jossa käytetään tunnettua ja yhtenäistä raaka-ainetta, polttolaitoksen savukaasujen koostumus muuttuu tiettynä päivänä poltettavan jätteen koostumuksen mukaan, mikä tarkoittaa, että korroosiosuojajärjestelmä on suunniteltava realistisesti ankariin olosuhteiden yhdistelmään eikä yksittäiseen, tarkasti määriteltyyn kemiaan. niitä.

Mikä on happokastepistekorroosio ja missä se esiintyy polttojärjestelmässä?

Hapan kastepistekorroosio tapahtuu, kun savukaasu jäähtyy tiettyyn lämpötilaan, jossa sen happoa -muodostavat höyryt tiivistyvät nestepisaroiksi suoraan laitteiden pinnoille, ja se on vakavinta kylmissä-pään lämmönsiirtopinnoissa, sammutuskammioissa ja märkäpesurijärjestelmissä, joissa tämä kondensoituminen on joko väistämätöntä tai tarkoituksellisesti prosessin aiheuttamaa saastumista.

Savukaasut kuljettavat happoa -muodostavia yhdisteitä höyrymuodossa korkeassa lämpötilassa, ja kaasun jäähtyessä - joko lämmöntalteenottolaitteiston tai tarkoituksellisen sammutus- ja pesuprosessin kautta - nämä yhdisteet saavuttavat lämpötilan, jossa ne tiivistyvät happamana nesteenä suoraan lähimmälle viileälle pinnalle. Tämä happokastepiste ei ole yksittäinen kiinteä lämpötila; se riippuu happamien kaasujen tietystä sekoituksesta ja kosteuspitoisuudesta, mutta taustalla oleva mekanismi on johdonmukainen: mikä tahansa metallipinta, joka putoaa tämän kynnyksen alapuolelle, muuttuu kondensaatiopaikaksi, joka voi olla erittäin alhainen-pH, korkea-kloridi ja usein paikallisesti väkevä syövyttävä neste.

Juuri tästä syystä kylmäpään ekonomaiserin ja ilman esilämmittimen pinnat, jäähdytyskammiot ja märkäpesuriastiat -, jotka kaikki on suunniteltu erityisesti savukaasujen jäähdyttämiseen ja pesureissa saattamaan se tarkoituksellisesti kosketukseen nesteen kanssa happaman kaasun poistamiseksi - ovat alueita, joilla tämä korroosiomekanismi on vakavimman materiaalin valinnan kannalta tärkein.

Mitä Hastelloy-seoksia käytetään yleisesti jätteenpolttopalvelussa ja miten ne eroavat?

Hastelloy C-276, C-22 ja C-2000 ovat nikkeli-kromi-molybdeeni-seoksia, jotka on yleisimmin määritelty happamien savukaasujen lauhdehuoltoon, ja jokainen tarjoaa niihin liittyvän mutta erillisen korroosionkestävyysprofiilin, joka on muotoiltu molybdeenin, volframin ja kuparin pitoisuuksien eroista.

Kolmen yleisimmin määritetyn Hastelloy-laadun vertailu tälle palvelulle:

Taulukko 1. Yleisten Hastelloy-laatujen vertailu jätteenpolton savukaasujen lauhdepalveluun. Laadun valinta tulee aina validoida tietyssä laitoksessa odotettavissa olevan lauhteen kemian suhteen. Ihannetapauksessa tuetaan korroosiotestiä tai dokumentoitua kenttäkokemusta vastaavasta palvelusta pelkkien yleisten vertailuohjeiden sijaan.

Kaikilla kolmella metalliseoksella on sama perusnikkeli-kromi-molybdeenipohja, joka vastustaa sekä yleistä happohyökkäystä että kloridin-aiheuttamaa paikallista korroosiota, mutta jokainen on kehitetty laajentamaan tai tasapainottamaan tätä vastusta tiettyyn suuntaan - C-22:n parannettu hapetuskyky ja C{00{0}2. kupariohjattu rikkihapon kestävyys edustavat molemmat kohdennettuja metallurgisia reaktioita tiettyihin aukkoihin, jotka on tunnistettu kenttäkokemuksessa aikaisemman sukupolven metalliseoksilla, kuten C-276, toistaen samanlaista koostumuksen hienostuneisuutta, jota on käsitelty muissa ruostumattoman teräksen laadun kehitystä koskevissa teknisissä oppaissa.

Miksi tavallinen ruostumaton teräs ei yleensä sovellu happamalle savukaasukondensaatille?

Normaalit austeniittiset ruostumattomat teräkset ja usein jopa 6 % molybdeenin super-austeniittiset teräslajit ovat yleensä riittämättömiä vakavimmille happamille savukaasujen lauhdevyöhykkeille, koska erittäin alhaisen pH:n, korkean kloridipitoisuuden ja hapettavien aineiden yhdistelmä tässä nimenomaisessa kondensaatissa ylittää käytännön korroosionkestävyyden rajat, erityisesti kloorin korroosion, ja erityisesti kloorin korroosio-, ja jännitysluokkien tarjoamat ominaisuudet. korroosiohalkeilu.

Savukaasukondensaatti pahimmillaan yhdistää useita korroosiota-kiihdyttäviä tekijöitä samanaikaisesti: kloridipitoisuus, joka voi nousta reilusti tyypillisen prosessiveden tason yläpuolelle, kun haihtuminen tiivistää lauhteen, pH riittävän alhainen edustamaan aitoa happohyökkäystä pelkän kloridialtistuksen sijaan, ja hapettava palaminen-kloridien kestävillä tuotteilla, jotka voivat nostaa käytännössä jopa rajoituksia. Tämä yhdistelmä on huomattavasti ankarampi kuin muissa PREN- ja ruostumattoman teräksen kloridirajoja koskevissa teknisissä oppaissa käsitellyt yleiset kloridipiste- ja rakokorroosioskenaariot, minkä vuoksi jäte-to-energialaitokset tavoittavat erityisesti nikkeli-pohjaisia Hastelloy-seoksia ankarimmilla vyöhykkeillä sen sijaan, että luottaisivat huonommin korkeimpaan{{7}PREN-laatuun. happamat, vähemmän hapettavat kloridiympäristöt, kuten merivesi.

Kuinka C-22 parantaa verrattuna C-276:een hapettavan happaman kloridin olosuhteissa?

Hastelloy C-22 parantaa C-276:n suorituskykyä erityisesti hapettavan happaman kloridin olosuhteissa tasapainotetun kromi-, molybdeeni- ja volframikoostumuksen ansiosta, mikä antaa sille paremman kestävyyden paikallista korroosiota ja yleistä hyökkäystä vastaan ​​hapettavien aineiden läsnä ollessa kuin C-276 tarjoaa, minkä vuoksi C-22:sta on tullut yhä suositumpi monissa moderneissa pesurijärjestelmissä.

C-276 on edelleen erinomainen, laajalti soveltuva metalliseos, mutta kemiallisen käsittelyn ja savukaasujen pesusovelluksissa saadut kokemukset ovat osoittaneet, että sen suorituskyky saattaa muuttua marginaalisemmiksi erityisesti silloin, kun happamat kloridiolosuhteet olivat myös voimakkaasti hapettavia - yhdistelmä, joka on aidosti mahdollinen polttosavukaasukondensaatissa, koska hapettavat kaasut palavat hapettavan kaasun mukana. C-22:n kehitys kohdistui erityisesti tähän aukkoon ja tasapainotti lejeeringin kromi- ja molybdeeni-volframi-suhteen luotettavan suorituskyvyn laajentamiseksi edelleen hapettaviin olosuhteisiin tinkimättä pelkistyshapon kestävyydestä, joka teki C-276:sta arvokkaan.

Tämä kohdennettu parannus on syy, miksi monet nykyaikaiset märkäpesurijärjestelmät määrittävätC22vähintään yhtä suurena ja hapettumisalttiissa-kunto-sovelluksissa, joita joskus suositaan C-276:n sijaan, vaikka molemmat pysyvät voimassa, aktiivisesti määritellyt valinnat riippuen tietyn laitoksen odottamasta kondensaattikemiasta.

Mikä rooli C-2000:n kuparilisäyksellä on savukaasujen lauhteenkestävyydessä?

C-2000:n kuparilisäys parantaa erityisesti rikkihapon ja tiettyjen happoseosten kestävyyttä, mikä tekee siitä erityisen tärkeän valinnan, kun savukaasukondensaatti sisältää merkittävän sulfaatti- tai rikkihappokomponentin yleisemmin korostetun kloridipitoisuuden lisäksi.

Kuparilisäaineilla on vakiintunut rooli nikkeliseosmetallurgiassa, koska ne parantavat vastustuskykyä pelkistävissä happamissa ympäristöissä. Tätä periaatetta käsitellään myös muissa teknisissä oppaissa, jotka kattavat kuparin roolin 904L-laaduissa. C-2000 soveltaa tätä samaa yleisperiaatetta runsaan-kromin ja-molybdeenin Hastelloy-rungossa, mikä antaa sille korroosionkestävyysprofiilin, joka kattaa sekä hapettavat että pelkistävät olosuhteet ja tarjoaa erityisen lujuuden rikki-happo--vaikutteisessa kemiassa, koska flunssa-aineissa on {{9}kondenaattia. rikki-pitoiset jätekomponentit voivat tuottaa merkittävää sulfaatti- ja rikkihappopitoisuutta useammin käsitellyn suolahapon vaikutuksen ohella. Jos tietyn laitoksen odotettavissa oleva kondensaattikemiallinen analyysi osoittaa, että merkittävä sulfaattipitoisuus on hallitseva huolenaihe, C-2000 on kohtuullinen seos arvioitavaksi C-276:n ja C-22:n rinnalla sen sijaan, että hylättäisiin jompikumpi kloridikeskeisemmistä keskusteluista.

Missä jätteenpolttolaitoksessa Hastelloy-seoksia käytetään yleisimmin?

Hastelloy-seokset on yleisimmin määritelty märkäpesurin astioissa, sammutuskammioissa, sumunpoistoaineissa ja kylmissä{0}}päätyissä lämmönsiirtopinnoissa - tietyillä vyöhykkeillä, joilla tapahtuu jatkuva suora kosketus tiivistetyn happaman kondensaatin kanssa -, kun taas saman laitoksen vähemmän vakavat vyöhykkeet rakennetaan usein taloudellisemmista materiaaleista.

Vyöhyke{0}}vyöhykkeeltä-näkymä tyypillisestä materiaalin lähestymisestä polttolaitoksen savukaasupolun poikki:

Taulukko 2. Edustava vyöhyke-vyöhykkeittäin-korroosion vakavuus ja materiaalin lähestymistapa jätteen---energianpolttolaitoksen savukaasupolkuun.

Tämä valikoiva spesifikaatiomalli heijastelee samaa vyöhyke{0}}pohjaista, kuljettaja-spesifistä materiaalinvalintafilosofiaa, jota on käsitelty muissa offshore-rakenteita ja kemiallisia prosessointilaitteita koskevissa teknisissä oppaissa: sen sijaan, että rakentaisivat kokonaisen tehtaan korroosionkestävämästä-materiaalista, insinöörit keskittävät korkealuokkaiset nikkeliseokset erityisesti paikkoihin, joissa esiintyy jatkuvaa, voimakkaampaa taloudellista tiivistymistä tai suojaavaa happoa. sama järjestelmä.

Miten insinöörien tulisi lähestyä materiaalin valintaa polttolaitoksen korroosiovyöhykkeiden poikki?

Insinöörien tulee karakterisoida odotettavissa oleva kondensaattikemia - kloridi, sulfaatti ja pH - vyöhykkeittäin, kartoittaa paikallinen metallin lämpötila suhteessa happaman kastepisteeseen ja valita C-276, C-22 ja C-2000 (tai yhdistelmä eri vyöhykkeillä) kunkin hapettavan/pelkistävän luonteen ja sulfaattipitoisuuden kunkin sijainnin perusteella.

Käytännön valintatapa:

1. Kuvaile odotettua savukaasujen ja lauhteen kemiaa,mukaan lukien kloridi-, sulfaatti- ja pH-alueet, jotka perustuvat mieluiten todelliseen tai edustavaan jätevirran koostumukseen yleisten oletusten sijaan.

2. Kartoita paikallinen metallin lämpötila happaman kastepisteen suhteenjokaiselle vyöhykkeelle tunnistamalla, missä kondensaatiota todennäköisesti tapahtuu jopa tarkoituksellisesti kosteiden vyöhykkeiden, kuten pesurien ja sammutuskammioiden, ulkopuolella.

3. Arvioi odotetun kondensaatin hapettava/pelkistävä luonneensisijaisena tekijänä valittaessa C-276:n ja C-22:n välillä, mikä on sopusoinnussa mekanismiin perustuvien materiaalinvalintaperiaatteiden kanssa, joita käsitellään muissa teknisissä oppaissa, jotka käsittelevät hapettavia ja vähentäviä korroosioympäristöjä.

4. Harkitse C-2000:aa erityisesti silloin, kun sulfaatti- tai rikkihappopitoisuus on merkittävä, dokumentoitu komponenttiodotettavissa olevasta kondenssiveden kemiasta, sen sijaan, että käyttäisivät oletuksena vain kloridi{0}}painotteisia laatuvertailuja.

5. Käytä premium-seoksia valikoivasti vyöhykkeittäin,Hastelloy-laatujen varaaminen paikkoihin, joissa altistuminen happamille lauhteille on jatkuvaa, voimakasta, samalla kun käytetään taloudellisempia materiaaleja tai suojapäällysteitä muualla samassa tehtaassa.

Usein kysytyt kysymykset

Voidaanko duplex- tai superduplex-ruostumatonta terästä käyttää missä tahansa jätteenpolttolaitoksen happokaasupolussa?

Kyllä, vähemmän ankarilla vyöhykkeillä, joissa lauhteen kemia on vähemmän aggressiivista tai metallin lämpötila pysyy luotettavasti happaman kastepisteen yläpuolella, duplex- ja superduplex-laadut voivat tarjota edullisemman vaihtoehdon Hastelloy-seoksille, mutta niitä ei yleensä pidetä riittävinä suorassa ja jatkuvassa kosketuksessa vakavimman pesurin ja jäähdytyskammion lauhteen kanssa.

Vaikuttaako jätevirran koostumus merkittävästi siihen, mikä Hastelloy-laatu on sopiva?

Kyllä, - koska kiinteän yhdyskuntajätteen koostumus vaihtelee alueittain ja ajan myötä, laitokset, jotka polttavat jätevirtoja, joissa on epätavallisen korkea kloorattu muovipitoisuus, rikki-pitoinen materiaali tai teollisuusjätteen yhteispoltto, voivat nähdä merkittävästi erilaisen lauhteen kemian kuin tyypillinen yhdyskuntajätevirta, minkä vuoksi paikkakohtaista -spesifistä kemiaa suositellaan mieluummin kaikille kemiallisille ominaisuuksille. polttolaitokset.

Käytetäänkö Hastelloy-seoksia kiinteänä alusrakenteena vai useammin vuorauksena ja verhouksena?

Molempia lähestymistapoja käytetään käytännössä - kiinteä Hastelloy-rakenne on yleistä pienille komponenteille ja kriittisille kohteille, kuten sumunpoistoaineille, kun taas edullisemman rakenteellisen alustan päällystäminen tai vuoraus Hastelloy-kerroksella on yleinen kustannustehokas tapa-suuremmille aluksille, ja valinta riippuu astian koosta, valmistusnäkökohdista ja projektin taloudellisista syistä.

Onko Hastelloy-metalliseosten hitsaus polttolaitosten valmistuksessa erilaista kuin muiden teollisuudenalojen hitsaus?

Hitsauksen perusperiaatteet - sopiva täytemetallin valinta, lämmönsyötön ohjaus ja jälki-hitsauksen jälkeinen puhdistus - ovat yhdenmukaisia ​​Hastelloyn hitsauskäytännön kanssa kaikilla teollisuudenaloilla, vaikka polttolaitosten valmistuksessa on silti noudatettava pätevää hitsausmenettelyä, joka on ominaista tarkalleen seokselle ja sovellukselle, sen sijaan, että oletetaan, että yleistä hitsausvarmennusta sovelletaan ilman nikkeliseosta.

Poistaako ensiluokkaisen Hastelloy-seoksen käyttö polttolaitosten pesurijärjestelmien säännöllisen tarkastuksen tarpeen?

Mikään - edes erittäin korroosionkestävä-metalliseos ei hyödy dokumentoidusta tarkastusohjelmasta, varsinkin kun otetaan huomioon polttosavukaasujen kemian todellinen vaihtelu laitoksen käyttöiän aikana. tarkastus on edelleen tärkeä täydennys materiaalien valinnassa eikä vaihe, jonka korkealaatuisten seosten valinta tekee tarpeettomaksi.