הביצועים של פלדת אל-חלד בחומצה גופרתית מרוכזת

הביצועים של פלדת אל-חלד בחומצה גופרתית מרוכזת
חומצה גופרתית היא אחד הכימיקלים הנפוצים ביותר בעולם, בריכוזיםגדול מ 90wt%, זה גם מאוד מאכל. מאמר זה דן בבחירה של חומרים עבורטיפול בחומצה גופרתית מרוכזת, במיוחד בטמפרטורות הגבוהות (עד 200°C)המתרחשים במהלך הייצור שלה. חלק מפלדות אל-חלד מודרניות ודירות דופלקס הןנבדקים ומגבלותיהם ויתרונותיהם נדונים.
מאת רוג'ר פרנסיס, RR®ארצות הברית

מבואחומצה גופרתית היא כימיקל המשמש בתעשייה רביםתהליכים, כמו גם באחסון מתכות רבות מת'ים . הוא מיוצר מגופרית דו חמצנית, אשר עשוי להיותנוצר על ידי שריפת גופרית, זה יכול להיות תוצר לוואי של גופריתתהליך התכה מטלורגית, או שהוא עשוי להיות מיוצר על ידי תרמיריקבון (התחדשות) של חומצה מבוזבזת. דו תחמוצת הגופריתמגיב עם חמצן על זרז ב ~ 420 ° כדי 625 ° C כדי ליצורתלת-תחמוצת הגופרית. הגז האחרון מגיב לאחר מכן עם מים בקליטת מגדלים כדי ליצור חומצה גופרתית. תהליך זה הואאקסותרמי והחומצה יכולים להגיע לטמפרטורות גבוהות של 180°עד 200 מעלות צלזיוס. רוב האנרגיה הזו מתאוששת על ידי מגוון אמצעיםמזעור צריכת האנרגיה. בדרך כלל החומצה מקורר לאחר מכןהחל מ- 100°C לקרוב לסביבה לאחסון.


חומרים וחומריםבאופן מסורתי חומרים כגון פלדה מרופדת חומצה לבנים שימשו עבורכלי שיט ומגהצים, כגון מונדי®או אוסטן סגסוגת נמוכהפלדות אל-חלד כגון 316 עבור צנרת, בתוך מוגבלטמפרטורה וריכוז חומצה. עם זאת,פיתוח מודרני, סגסוגת גבוהה נירוסטה, עם שיפורעמידות לחומצה מרוכזת חמה שינתה את החומריםאפשרויות בחירה. טבלה 1 מציגה את ההרכב של חלק מהןפלדות אל-חלד המשמשות עם חומצה גופרתית. 304 ו-316 הםהציונים austenitic הנפוצים בשימוש נרחב על-ידיתעשיית הכימיקלים והתהליכים. סגסוגת 310 היא כרום גבוה,סגסוגת ניקל austenitic שיש לו עמידות מעולה קורוזיה חומצהבהשוואה ל-304 ו-316. ת.ז.נ.ב®100 ו-2507 הם פלדת אל-חלד superduplex עם כ 50/50איזון שלב אוסטן/פריט. מבנה זה נותן הרבה יותר גבוהכוח (כ-21/2 פעמים) מזה של סגסוגות אוסטיטיות ומציעהאפשרות של חיסכון בעובי קיר עבור יישומים מעורביםלחצים גבוהים ו/או טמפרטורות.סרמט®, סנדוויק SX®וזקור®כולם קנייניםפלדות אל-חלד המכילות ~ 5% סיליקון, אשר משפר אתעמידות לקורוזיה בחומצה חזקה וחמה. סרמט מגיע בשתיים.גרסאות, עם קומפוזיציות מעט שונות. ZeCor הוא רזה יותר בכרום וניקל מאשר שתי סגסוגות קניינית אחרות אבל זהמכיל יותר סיליקון, אלמנט ידוע לקידום קורוזיההתנגדות בחומצה חמה וחזקה.

קורוזיה (קורוזיה)איור 1 מציג את עקומות איזו-קורוזיה עבור סגסוגות נפוצותבחומצה גופרתית. ניתן לראות כי סגסוגות superduplex הןמעולה על 316L. ZERON 100 הוא גם מעולה על 2507, שהוא גם מעולההאמין להיות בשל תוספות מכוון של טונגסטן ונחושת ל-ZERON 100. סגסוגת 20 משמש בדרך כלל גופריתחומצה ומן כ 50% כדי 90% חומצה זה העליון ZERON100. עם זאת, בחומצה חזקה (90%) ZERON 100 מציגעלייה ניכרת בהתנגדות לקורוזיה בהשוואה ל-2507 ו-סגסוגת 20.
  
איור 2 משווה את עקומות השואו-קורוזיה עבור השלושהסגסוגות קניינית המכילות סיליקון ו- ZERON 100. ישההבדלים הברורים בין הסגסוגות, עם המכיל סיליקוןסגסוגות המציגות עמידות משופרת לקורוזיה בחומצה דילום יותר.בעת מחקר נייר זה, המחבר לא הצליח למצוא כלפורסם נתונים עבור 310 נירוסטה על ריכוז חומצה זהטווח . זה כנראה בגלל היצרנים של צמחי חומצהראה בכך נתונים רגישים מבחינה מסחרית. עם זאת, זה ידועכי עמידות קורוזיה של 310 אל חלד פוחתת במידה ניכרתכאשר ריכוז החומצה יורד מתחת 96%.איור 3 מציג את עקומות ה-iso-corrosion עבור 304, 310 ו-סרמט 23 בחומצה חזקה מאוד1,2. ניתן לראות שישעלייה בהתנגדות קורוזיה של שניהם 310 ו Saramet בטווח הטמפרטורה 180 מעלות עד 200 מעלות צלזיוס. ההנחה היא כי SX וזקור מראה התנהגות דומה. משמעות הדבר היא כי סגסוגות אלה יכוליםלשמש בחלקים בטמפרטורה גבוהה יותר של צמחי חומצה. ישאין נתונים עבור ZERON 100 מעל טווח הטמפרטורה המלא שלאיור 3 ולא ידוע אם פלדת אל-חלד של סופר-דופלקסהצג תכונה זו.
     
איור 4 מראה את קצב הקורוזיה של כמה פלדות אל-חלד בחומצה גופרתית חזקה ב 110 מעלות צלזיוס שנלקחה מהיצרנים'נתונים שפורסמו. ניתן לראות כי התנגדות קורוזיה שלSaramet 23 פוחת עם הגדלת ריכוז חומצה שלא כמוהסגסוגות האחרות. בריכוזי חומצה יותר מ-100% שםהוא עודף תלת תחמוצת הגופרית והתערובת ידועה אז בשםאולאום . זה ידוע להיות יותר מאכל סגסוגות כמו Sarametמאשר ל-ZERON 100 וסגסוגת 310.למרות שאין נתונים זמינים לציבור על 310 אל-חלד בחומצה חזקה מאוד, יש נקודת נתונים אחת. בחומצהריכוז של 99% וטמפרטורה של 110ºC, הקורוזיהשיעור של 310 היה 0.1 מ"מ/y1. כך מראה את ההתנגדות המשופרת שלZERON 100 מעל 310 אל חלד בטמפרטורה זו (איור 4).ZERON 100 יש גם עמידות דומה קורוזיה ZeCor וSandvik SX בחומצה חזקה יותר, 97 wt%.בצמחי חומצה מסחרית יש בדרך כלל כמות קטנה של ברזלקיים (בדרך כלל 5 דפים לדפים) וזה יכול להשפיע על קצב הקורוזיה שלכמה סגסוגות.
       
איור 5 מציג את ההשפעה של 5 ppm של ברזל עלקצב קורוזיה של ZERON 100 ב- 110° צלזיוס. ניתן לראות את זה, בתוךשגיאה ניסיונית, לא הייתה השפעה משמעותית של ברזל עלקורוזיה . ב 200°C (איור 6) ב 98.5% חומצה, ברזל גרם קטןעלייה בקצב הקורוזיה, אבל שום דבר של הנדסהמשמעות .

השפעת המהירותכי פלדת אל-חלד פעילה לעתים קרובות (בניגוד פסיבי)בחומצה גופרתית חמה ומרוכזת, קצב הקורוזיה הואפונקציה של מהירות. מומלץ בדרך כלל סגסוגותכגון 316 ו- 310 יוגבלו למהירות זרימה מרבית של1.5 מ' לשנייה2.בדיקות מהירות נערכו ב- 95 wt% גופריתחומצה ב-70 מעלות צלזיוס באמצעות דגימות גליליות מסתובבות. שימוש בניתוחשל סילברמן3הזרימה הסיבובית חושבה כשוות ערךל- 2.5 מ' לשנייה בצינור NPS 4. קצב הקורוזיה של ZERON 100היה גבוה ביומיים-שלושה הראשונים. לאחר מכן הקורוזיההמחיר היה פחות מ- 0.1 מ"מ לשנה. השיעור הראשוני הגבוה של קורוזיההיה קשור להיווצרות של סרט שחור דק עלמשטח מתכת. הסרט נראה ל לקנות התנגדות קורוזיה כמומוצג על-ידי שיעור אובדן המתכת הנמוך הבא. תוצאות אלה מראותכי ZERON 100 יכול לשמש בטמפרטורות גבוהות יותר ומהירות מ 316L בחומצה גופרתית חזקה. בדיקות חזקות יותרחומצה הראתה שיעורי קורוזיה נמוכים עוד יותר.תוספות סיליקון נוטות להסיר את הרגישות למהירות שלפלדת אל-חלד לקורוזיה בחומצה גופרתית חמה וחזקה. סנדוויק (עיר)דו"ח על שיעורי קורוזיה נמוכים במיוחד (<0.01mm )="" for="" sx="" in="" 96%="">חומצה ב- 70°C ו- 25 m/sec בגליון הנתונים סגסוגת. הם השיגושיעור קורוזיה דומה בחומצה של 98.5% בזרימת 115°C ו-10 מ' לשנייהמהירות . Saramet 35 הראה שיעורי קורוזיה נמוכים מאוד דומה ב98.5% חומצה במהירות של 120°C במהירות של 9 ו-25 מ'/ש4. למרות שישאין נתונים שפורסמו עבור ZeCor במהירות גבוהה, ההנחה היא כיהוא גם העליון על ציונים 304 ו-316.

אפליקציות ואפליקציותהנתונים באות 3 מראים כי סגסוגת 310 יכול להיות מתאים מאוד עבורסעיף שחזור החום בתנאי שריכוז החומצה הואפועל ב-98% או יותר. עם זאת, בכמה צמחים טיוליםריכוזי חומצה נמוכים נפוצים ולאחר מכן הקניינית סגסוגות המכילות סיליקון אמינות יותר, במסגרת גבולות השימוש שלהן.כל שלוש הסגסוגות המכילות סיליקון שימשו למגדלים,טנקים, צינורות, אביזרים, מסננים, מפיצים שוקת, חוםמחליפים ומסלקי ערפל היכן היו התנאיםיותר מדי חד-משמעי ל-3105,6. סגסוגת 310 עדיין בשימוש נרחב בחומצה חזקה,במיוחד היכן שניתן לייצר אוליאום. במחליפי חום,316L (לעתים קרובות עם מו -2.5%) צינורות משמשים לעתים קרובות עם אנודיהגנה כדי לשמור אותם פסיביים.הנתונים לעיל מראים בבירור את עמידות הקורוזיה הטובה שלZERON 100 בחומצה גופרתית מרוכזת בטמפרטורות של עד200 מעלות צלזיוס. זה יכול להיות יעיל במיוחד בחום בטמפרטורה גבוההמקטע התאוששות של צמחי חומצה גופרתית. פוספטים של מחשבים אישיים בארה"ב חשפה סליל NPS1 של ZERON 100 במשך 18 חודשים בחומצה מרוכזת ב-200 מעלות צלזיוס. קצב הקורוזיה היה<0.2mm .="">PCS גם מצוידים מסנן ZERON 100 במעלה הזרם של גופריתמשאבת חומצה הפועלת בטמפרטורות גבוהות (כ-200°C). אחרי 18חודשים בשירות המסנן היה במצב מצוין. זה היהשיפור משמעותי מעל מסנן נירוסטה 310 בשימושבעבר .ZERON 100 שימש גם על ידי אחד הגופרית העיקרייםחומצה צמח עיצוב חברות עבור לוחות פתח (איור 7).

אלה הםמשמש לשליטה בזרימה ביישומים כגון מפיצים שוקת.זה מנצל את ההתנגדות טובה קורוזיה שחיקה של ZERON100. ZERON 100 זמין גם כמחליף חום מרותך תפרצינורות . זה עושה את זה מתאים באופן אידיאלי עבור מצנני חומצה שבומי קירור הוא ליחי או מי ים, כמו ZERON 100 ישהיסטוריה מוכחת של התנגדות מצוינת לסביבה זו7.

"חניה 2השימוש בסגסוגות אלה עבור פרויקטים חדשים הוא בדרך כלל לא בעיהכנדרש בדרך כלל כמות הפעלה של טחנת קמח. עם זאת, לתוספת מאוחרת-ons, תיקונים או שינויים בצמח, כמויות קטנות יותר הם בדרך כללנדרש . הסגסוגות הקניינית המכילות סיליקון אינן מוחזקות על-ידיבעלי מניות נירוסטה בכמויות משמעותיות עבור כאלהאפליקציות . המניות המוגבלות של יצרן הציוד המקורי העיקרי בחלקןטפסי מוצר לתמיכה בלקוחות שלהם. סגסוגת 310 הוא נרחבזמין כמו צלחת, אבל הוא לא כל כך זמין כמו צינורות, אביזריואגן.
זירון 100 הואלכן שימושיסגסוגת עבור יישומים שבהם מסירה מהירה חשובה או קטנהיש צורך בכמויות.ZERON 100 ניתן לריתוך מלא על ידי כל ריתוך הקשת המשותףטכניקות והשימוש הרחב של הסגסוגת על ידי תעשיית הנפט והגזאומר שיש הרבה מפברקים מוסמכים. סגסוגת 310 הואניתן לרתך בתנאי שהפחמן נמוך למדי; 0.04% הואמקסימום סביר. יש לציין זאת במיוחד כ- UNSS31000 יש פחמן מרבי של 0.08% ואת הפחמן הנמוךגירסה (UNS S31002) אינה זמינה בקלות. הסיליקון הגבוהסגסוגות austenitic הן גם קלות יחסית לזיוף וכולם באיםעם רמות פחמן של 0.03% מקסימום כדי להבטיח שאין צורת קרבידיםעל ריתוך.

מסקנות ומסקנות
1. סגסוגת 310 יש התנגדות טובה חומצה גופרתית מרוכזתבטמפרטורות גבוהות, אבל זה לא כל כך עמיד כמו החומצההריכוז יורד מ-98%. הסגסוגת אינה בקלותזמין בתבנית שונה מצלחת.
2. פלדת אל-חלד סיליקון גבוהה יש קורוזיה טובהעמידות בחומצה גופרתית מרוכזת חמה וטובים יותרמ-310 בחומצה חלשה יותר. הסיליקון נותן סגסוגות אלה טובעמידות לחומצה גופרתית במהירות זרימה גבוהה. סגסוגות אלהעמידים פחות באוליאום בהשוואה לסגסוגת 310.
3. ZERON 100 יש התנגדות שימושית חם מרוכזחומצה גופרתית, ביניים בין זה של סגסוגת 310סגסוגות סיליקון גבוהות. זמינותו המוכנה ברוחב רחבמגוון טפסי מוצר הופך אותו מתאים הן לצמח חדשודרגות גבוהות.

הפניות לפניות
1. ג. מ. שילמולר, דו"ח טכני של מכון ניקל מס' 10 057.
2. ד.ק. לואי, מדריך לייצור חומצה גופרתית, 2ndמהדורה, 2008, פורסם על ידי DKL הנדסה.
3. ד. ג. סילברמן, קורוזיה 44, 1 (1988) 42.
4. S. קלארק, "סגסוגות Saramet – יישומים בדרישהיישומי חומצה גופרתית", ועידת AIChE, פלורידה, ארה"ב,יוני 2003.
5. "סרמט אוסטנטי נירוסטה", Aker פתרונותהוצאת הפרסום, 2009.
6. ס ריצ'רדסון, מ' ספנס וג'יי הורן, "ZeCor מהונדסמכשור לשירות חומצה גופרתית", אמנת AIChE,פלורידה, ארה"ב, יוני, 2007.
7. ר. פרנסיס וג. ביירן, "חוויות עם סופרדופלקסנירוסטה במי ים" עולם נירוסטה, כרך 16,יוני, 2004, קיי.סי.איי, עמוד 53.®סימנים מסחריים רשומים

המאמר מ"עולם נירוסטה".