Incoloy 825 fosforihapon tuotannossa: märkä{1}}prosessihappolämmönvaihtimen suorituskyky

Märkä-prosessifosforihappo (WPA) on yksi syövyttävimmistä nesteistä, joita käsitellään teollisessa kemiallisessa prosessoinnissa. Se yhdistää vapaan rikkihapon, fluoridin, kloridin ja hankaavat kiinteät aineet yhdeksi virraksi. WPA-laitoksen keitto-, suodatus- ja haihdutusosien lämmönvaihtimet näkevät tämän hyökkäyksen keskittyneen nopeuteen, lämpötilaan ja hitsauskohtiin - juuri siellä, missä viat ovat kalleimpia.Incoloy 825 (UNS N08825)on tullut tämän tehtävän työhevosseos, koska sen nikkeli-kromi-molybdeeni-kuparikemia on erityisesti kehitetty kestämään samanaikaisesti sekä rikki-/fosforihapon hyökkäyksen vähentämistä että paikallista kloridikorroosiota.

Tässä oppaassa kerrotaan, miksi Incoloy 825 toimii hyvin WPA-lämmönvaihtimissa, miten sitä verrataan 316L ruostumattomaan teräkseen ja korkeampiin nikkeliseoksiin ja mitä suunnittelu- ja valmistuskäytäntöjä tarvitaan sen täyden käyttöiän saavuttamiseksi.

Mikä on Incoloy 825 ja miksi sitä käytetään laajalti fosforihapon tuotannossa?

Incoloy 825 on nikkeli-rauta-kromiseos, johon on lisätty molybdeeniä ja kuparia, ja se on erityisesti suunniteltu kestämään yhdistettyä rikkihappoa, fosforihappoa ja kloridi/fluorihappoa, jota esiintyy märkä-prosessin fosforihapossa, minkä vuoksi siitä on tullut vakiolämmönvaihdin ja prosessilaitteisto kaikissa WPA-tuotantolaitoksissa.

Taulukko 1 - Incoloy 825:n edustava kemiallinen koostumus ASTM B424/B425/B163:n mukaan.

Seoksen kuparilisäys on avain sen kestävyyteen pelkistäviä happoja, kuten rikki- ja fosforihappoa, vastaan, kun taas sen molybdeenipitoisuus lisää vastustuskykyä kloridi-ionien aiheuttamaa piste- ja rakokorroosiota vastaan. Sen korkea nikkelipitoisuus (38–46 %) kestää kloridijännityskorroosiohalkeilua, vikatilaa, joka rajoittaa standardia austeniittisia ruostumattomia teräksiä, kuten 316L tässä palvelussa. Koska märkä-prosessifosforihappo sisältää kaikkia näitä aggressiivisia lajeja samanaikaisesti - mädätysvaiheesta peräisin olevaa rikkihappoa, fosfaattikivestä peräisin olevaa fluoria ja kloridia kontaminanttina - Incoloy 825:n tasapainoinen moni-elementtiresistenssi tekee siitä käytännöllisen}{{10} useimpiin yksittäisiin kasveihin. erilainen erikoisseos jokaiselle syövyttävälle lajille.

Mikä tekee märästä{0}}prosessifosforihaposta niin syövyttävää lämmönvaihdinmateriaaleille?

Märkä-prosessifosforihappo on aggressiivinen, koska se yhdistää neljä erillistä korroosiomekanismia yhdeksi virraksi - vapaan rikkihapon hyökkäys, fluoridi-kiihdytetty korroosio, kloridin-aiheuttama pistesyöpyminen ja jännityskorroosiohalkeilu sekä kiintoaineet{{4}{{}, mikä tahansa {5} eroosiota. haastaa tavallinen ruostumaton teräs yksin, puhumattakaan kaikista neljästä yhdessä.

Vapaa rikkihappo: WPA:ta tuotetaan pilkkomalla fosfaattikiveä rikkihapolla, ja kontrolloitu ylimäärä reagoimatonta rikkihappoa jää tyypillisesti prosessivirtaan hyökkäämällä materiaaleihin, joilta puuttuu vahva pelkistävä -hapon vastustuskyky.

Fluoripitoisuus: Fosfaattikivi sisältää fluorapatiittia, joka vapauttaa fluori-ioneja ruoansulatuksen aikana; fluoridi voi paikallisesti hajottaa passiivisia oksidikalvoja ja kiihdyttää korroosiota, erityisesti korkeissa pitoisuuksissa tai korkeassa lämpötilassa.

Kloridikontaminaatio: Kloridi pääsee sisään malmista, prosessivedestä tai alkupään kontaminaatiosta ja aiheuttaa paikallista piste- ja rakokorroosiota ja vaikeissa tapauksissa herkkien seosten kloridijännityskorroosiohalkeilua.

Suspendoituneet kiinteät aineet ja lietteen eroosio: WPA kuljettaa hienojakoisia kipsi- ja reagoimattomia kivihiukkasia, jotka syövyttävät suojaavia oksidikalvoja suurella nopeudella, erityisesti lämmönvaihtimien putken sisääntuloissa, mutkissa ja ohjauslevyn kosketuspisteissä.

Kuinka Incoloy 825 kestää korroosiota eri WPA-pitoisuuksissa ja lämpötiloissa?

Incoloy 825 ylläpitää matalaa, ennustettavaa yleistä korroosionopeutta tyypillisellä märkäprosessin hapolla laimeasta 28–30 % P2O5-suodatinhaposta väkevöityyn 40–54 % P2O5-haihdutustuotteeseen, vaikka korroosionopeudet nousevat sekä lämpötilan noustessa että fluori/kloridikontaminaation lisääntyessä, mikä on otettava huomioon vaihtajan suunnittelussa.

TPystyy 2 - Edustavat märkäprosessin-fosforihappoolosuhteet tuotantovaiheen ja Incoloy 825:n yleisen suorituskykyalueen mukaan. Todelliset korroosionopeudet riippuvat tietystä kasvin kemiasta (fluori-, kloridi- ja sulfaattitasot), ja ne tulee vahvistaa kuponkitestauksella tai laitoksen historialla.

Miten Incoloy 825 verrataan 316L ruostumattomaan teräkseen WPA-lämmönvaihdinpalvelussa?

Incoloy 825 on huomattavasti parempi kuin 316 litran ruostumaton teräs märkä-prosessin fosforihappokäytössä, erityisesti mitä tulee pistesyöpymiseen, rakokorroosioon ja kloridijännityskorroosiohalkeamiseen, minkä vuoksi 316L on yleensä rajoitettu alempaan-vakavuuteen, alhaisempiin -vyöhykkeisiin, kun taas W:n määritellyn kloridi-PA8 on pienempi-vyöhykkeellä. vaihtajan velvollisuus.

Taulukko 3 - 316L ruostumattoman teräksen ja Incoloy 825:n vertailuominaisuudet märkä-prosessifosforihappohuoltoon. Suhteellinen hinta on vain suuntaa-antava ja vaihtelee nikkelin/molybdeenin markkinoiden hinnoittelun mukaan.

Kuinka Incoloy 825 verrataan korkeampiin metalliseoksiin, kuten Alloy 625, vakavimmilla alueilla?

Johtopäätös:WPA-laitoksen vakavimmilla vyöhykkeillä - erittäin korkea fluoripitoisuus, korkea kloridipitoisuus tai korkein-lämpöinen haihdutusaste - Alloy 625 tai vastaava korkea-molybdeeninikkeliseokset voivat ylittää Incoloy 825:n, mutta tämä lisäkustannusvastus2 on tyypillisesti tyypillisesti korkeampi 5. korkean-riskin komponentteja sen sijaan, että niitä käytettäisiin koko tehtaalla.

Taulukko 4 - Incoloy 825 vs. Alloy 625 vaativimmille märkä{3}}fosforihappovyöhykkeille.

Useimpien WPA-tuottajien käyttämä käytännön lähestymistapa on määrittää Incoloy 825 useimpien prosessilaitteiden perusmateriaaliksi ja päivittää sitten valikoivasti tietyt komponentit -, jotka on usein tunnistettu laitoksen korroosion seurannan tai aikaisemman vikahistorian - perusteella, metalliseokseksi 625 tai muuhun korkeaan -molybdeeniseokseen vain paikallisissa olosuhteissa ({5}paljon fluoria{6}. kyynärpää tai tunnettu hot spot) vaativat sitä.

Mikä rooli fluori- ja kloridikontaminaatiolla on materiaalin valinnassa?

Fluori- ja kloriditasot - ei pelkästään P2O5-pitoisuus tai lämpötila - ovat usein ratkaisevia tekijöitä sen suhteen, onko Incoloy 825 riittävä vai onko korkeampi seos perusteltua, koska molemmat lajit voivat paikallisesti hajottaa passiivisen oksidikalvon, joka suojaa nikkeliseoksia happohyökkäykseltä.

Fosfaattikiven lähteet vaihtelevat merkittävästi fluoripitoisuudessa, ja prosessivesi ja kierrätysvirrat voivat aiheuttaa vaihtelevia kloriditasoja, jotka eivät aina heijastu laitoksen nimellissuunnittelussa. Koska Incoloy 825:n korroosionkestävyys riippuu vakaasta passiivikalvosta, kohonnut fluori- tai kloridipitoisuus alkuperäisessä materiaalivalinnassa oletettuja tasoja korkeammalla voi johtaa odottamattoman nopeaan paikalliseen korroosioon, vaikka bulkkihappopitoisuus ja lämpötila pysyisivät normaaleissa suunnittelurajoissa. Tästä syystä tehokas materiaalin valinta ja jatkuvat luotettavuusohjelmat WPA-laitoksissa sisältävät rutiininomaisesti korroosiokuponkitestauksen ja säännöllisen raaka-aineen analyysin sen sijaan, että luottaisivat pelkästään P2O5-pitoisuuteen ja lämpötilaan.

Kuinka eroosio{0}}prosessilietteen aiheuttama korroosio vaikuttaa lämmönvaihdinputken käyttöikään?

Eroosio-korroosio suspendoituneesta kipsistä ja kiintoaineista WPA:ssa lyhentää lämmönvaihtimen putken käyttöikää ensisijaisesti suuren-nopeuksisissa paikoissa - putken sisääntuloissa, U-taivuissa ja ohjauslevyn kosketuspisteissä -, joissa suojaavan oksidikalvon mekaaninen poistaminen ohittaa putken nopeuden hallinnan, mikä tekee putken nopeuden hallinnasta tärkeämmän {{5}. pitkäaikainen-luotettavuus.

Pidä putken-sivunopeus metalliseoksen toimittajan suosittelemalla alueella lietteen-laakereita sisältävälle WPA-palvelulle, joka on tyypillisesti selvästi puhtaiden, ei--hankaavien nesteiden nopeusrajojen alapuolella.

Käytä sisääntuloputken vuorauksia tai holkkeja putken sisääntulossa, missä turbulenssi ja tulosuuttimen törmäys keskittyvät erosiiviseen kulumiseen.

Suunnittele välilevyn leikkaukset ja etäisyydet minimoimaan lietteen suoran suuren{0}}nopeuden iskeytyminen putken seiniin ohjauslevyn kosketuspisteissä.

Tarkkaile ja puhdista vaihtimia säännöllisesti laskeutuneiden kiintoaineiden poistamiseksi, koska paikallinen kerrostuminen voi luoda differentiaalisia ilmastuskennoja, jotka nopeuttavat korroosiota kerrostuman alla.

Mitkä hitsaus- ja valmistuskäytännöt säilyttävät Incoloy 825:n korroosionkestävyyden lämmönvaihtimissa?

Incoloy 825:n korroosionkestävyyden säilyttäminen valmistuksen avulla vaatii vähähiilistä perusmateriaalia ja täytemetallia, täydellistä suojakaasupeittoa (mukaan lukien putken sisäpinnassa oleva huuhtelukaasu) ja täydellistä hitsauspalojen puhdistusta lämpösävyn poistamiseksi, koska mikä tahansa näistä puutteista voi luoda paikallisesti vähemmän-kestävän alueen, josta tulee ensimmäinen vikapiste käytössä.

Käytä sopivaa Incoloy 825 -täytemetallia (ERNiFeCr-1 / ENiCrMo-3 soveltuvin osin) välttääksesi hitsauskerrostuman, jonka korroosionkestävyys on erilainen kuin perusmetallilla.

Tyhjennä putken sisäosa inertillä kaasulla hitsauksen aikana estääksesi hapettumisen (lämpösävyt) prosessi{0}}kostutetulla pinnalla, joka on paljon herkempi paikalliselle korroosiolle kuin kunnolla suojattu hitsausmetalli.

Hitsaa ja passivoi hitsit valmistuksen jälkeen lämpösävyn poistamiseksi ja yhtenäisen passiivisen kromioksidikerroksen palauttamiseksi koko kostutetulle pinnalle.

Säädä läpikulkulämpötilaa rajoittaaksesi herkistymislämpötila-alueella vietettyä aikaa, mikä vähentää kromikarbidin saostumisen riskiä raerajoilla, vaikka Incoloy 825:n alhainen hiilipitoisuus ja titaanin stabilointi tarjoavat jo hyvän herkistymiskestävyyden.

Tarkasta valmiit hitsit täydellisen tunkeutumisen ja rakojen tai fuusiovirheiden puuttumisen varalta, koska näistä geometrisista ominaisuuksista tulee rakokorroosion ensisijaisia ​​paikkoja seoskemiasta riippumatta.

Kuinka lämmönvaihtimet pitäisi suunnitella pitkää käyttöikää varten WPA:ssa?

Pitkäikäiset WPA-lämmönvaihtimet yhdistävät sopivan metalliseoksen valinnan konservatiiviseen putken-sivunopeuteen, riittävään korroosionsuojaan, tarkastusta ja puhdistusta varten käytettävissä oleviin putkikimpuihin sekä materiaalin siirtymäalueisiin (putkilevyt, kanavapäät), jotka on suunniteltu välttämään galvaanisia ja rako-ongelmia, kun erilaiset materiaalit kohtaavat.

Valitse putken materiaali (yleensä Incoloy 825, metalliseos 625 tunnetuilla vakavilla vyöhykkeillä) vahvistettujen prosessifluoridi-, kloridi- ja lämpötilatietojen perusteella - ei pelkästään yleiseen P2O5-pitoisuuteen.

Aseta putken{{0}sivunopeus lietelaakerihuoltoon suositellulle alueelle tasapainottaaksesi lämmönsiirtotehokkuutta eroosio-korroosioriskiä vastaan.

Määritä riittävä seinämänpaksuuden korroosiovara laitoksen -korroosionvalvontahistorian perusteella yleisen oletusarvon sijaan.

Suunnittele putkilevyt ja kanavapäät yhteensopivilla tai päällystetyillä materiaaleilla galvaanisen korroosion välttämiseksi, kun putkiseos kohtaa eri rakennemateriaalin.

Järjestä riittävä nippu{0}}vetovälys ja tarkastusmahdollisuus, sillä säännöllinen putken tarkastus ja puhdistus ovat välttämättömiä paikallisen korroosion tai eroosion havaitsemiseksi ennen kuin se aiheuttaa vuodon.

Perusta rutiini{0}}testaus- ja tarkastusohjelma, jonka avulla voit seurata todellisia korroosioasteita suunnitteluoletuksiin nähden ja havaita prosessikemian muutokset ennen kuin ne aiheuttavat odottamattomia vikoja.

Mitkä ovat Incoloy 825:n ja WPA-palvelun vaihtoehtojen kokonaisomistuskustannukset?

Vaikka Incoloy 825 maksaa useita kertoja enemmän massayksikköä kohden kuin 316 litran ruostumaton teräs, se tarjoaa tyypillisesti alhaisemmat kokonaiskustannukset märkä-prosessifosforihappolämmönvaihdinpalvelussa, koska se välttää toistuvia putkivikoja, suunnittelemattomia seisokkeja ja nippujen vaihtoja, joita 316L kokee tässä ympäristössä.

Järkevän kustannusvertailun tulee sisältää putkinippujen alkuperäisen hinnan lisäksi odotettu vikojen välinen aika, kunkin vian aikana aiheutuvan suunnittelemattoman tuotantohäviön kustannukset sekä nipun vaihdon työ- ja hävityskustannukset. Märkä-fosforihapon prosessissa 316L-vaihtimissa esiintyy usein piste- tai jännityskorroosioon liittyviä vuotoja muutaman vuoden jatkuvan käytön aikana, kun taas oikein suunnitellut ja valmistetut Incoloy 825 -vaihtimet saavuttavat yleensä vuosikymmenen tai pidemmän käyttöiän samoissa olosuhteissa. Kun nämä vältetyt vika- ja seisontakustannukset huomioidaan, Incoloy 825:n korkeammat materiaalikustannukset saadaan yleensä takaisin monta kertaa vaihtimen käyttöiän aikana, mikä tekee siitä taloudellisesti järkevän valinnan suurimmalle osalle WPA-lämmönvaihtimen tehtävistä huolimatta sen korkeammasta-etuhinnasta.

Usein kysytyt kysymykset