Aká je maximálna povolená koncentrácia chloridu pre titán triedy 2 bez praskania koróziou pod napätím, v prípade digestorov pre papierenské závody, ktoré zahrievajú biely lúh (Na₂S + NaOH) na 170 stupňov?

Digestory papierní používajú biely lúh, roztok sulfidu sodného (Na2S) a hydroxidu sodného (NaOH) na delignifikáciu drevených triesok pri 150-180 stupňoch a 8-10 baroch. Titán triedy 2 sa používa vo vykurovacích hadoch a sitoch na extrakciu tekutín pre svoju odolnosť voči agresívnemu žieravinám a sulfidom. Chloridové ióny sa však do bieleho lúhu zavádzajú z mnohých zdrojov, vrátane zvyškových chloridov v prídavnej vode, bieliacich chemikálií s obsahom chlóru, ktoré sa vracajú do regeneračných okruhov, a chloridových zlúčenín v samotnom dreve. Titán triedy 2 je citlivý na korózne praskanie (SCC) v žieravinách pri zvýšených teplotách nad prahovou úrovňou obsahu chloridov. SCC spôsobuje krehké transgranulárne praskanie, ktoré môže rýchlo perforovať rúrky s malým stenčením steny, na rozdiel od jamkovej korózie alebo rovnomernej korózie, ktorú možno pozorovať pri použití chloridov pri nižších teplotách. Tento článok stanovuje maximálny povolený obsah chloridov v bielom lúhu pre titán 2. stupňa pri 170 stupňoch, aby sa zabránilo SCC na základe laboratórnych testov a skúseností získaných v mlyne.

Mechanizmus SCC v lúhovom-chloridovom médiu
Titan Grade 2 má dobrú odolnosť voči korózii voči čistým žieravým roztokom (NaOH, KOH) až do 200 stupňov s rýchlosťou korózie menšou ako 0,01 mm za rok. Na 2 S - Žiadne významné zvýšenie korózie. Pôsobenie žieraviny, chloridu a vysokej teploty však dáva určitý mechanizmus rozbitia. Chloridové ióny vstupujú do pasívneho povlaku TiO₂ v miestach ťahového napätia (zvary, ohyby rúr, valcované konce rúr). Keď sa film rozpadne, lokalizovaná koncentrácia žieraviny v trhline zvýši pH na úroveň vyššiu ako 13, pri ktorej je titán náchylný na transgranulárne praskanie. Trhlina sa šíri v titánovej mriežke pozdĺž šmykových rovín s malým koróznym produktom alebo stenčovaním steny.

Kontrolné faktory pre SZB zahŕňajú teplotu nad 150 stupňov, pH nad 12, koncentráciu chloridov nad určitým prahom a ťahové napätie (zvyškové alebo aplikované) nad približne 50 % medze klzu. Biely lúh má zvyčajne 15-20 % NaOH a pH pri 170 stupňoch je 13-14. Väčšina rúrok ohrievača 2. stupňa je ponechaná so zvyškovým napätím v ťahu z výroby (ohýbanie rúrok, zváranie, expanzia do rúrok) 100-200 MPa – vysoko nad 50 % prahom klzu (medza klzu 2. stupňa pri 170 stupňoch je asi 200 MPa; 50 % je 100 MPa).

Stanovenie chloridového prahu
Kvantitatívne prahové údaje pochádzajú z kontrolovaného testovania SCC s použitím vzoriek ohybu U -(ASTM G30) titánu 2. stupňa vystaveného simulantu bieleho lúhu (15 % NaOH + 5 % Na2S) pri 170 stupňoch s rôznymi prídavkami chloridu. Vzorky boli kontrolované na trhliny v intervaloch od 100 hodín do 1000 hodín.

Po 1000 hodinách pri koncentráciách chloridov < 50 ppm sa nezistilo žiadne praskanie. Vzorky boli tvárne a pri mikroskopickom skúmaní neboli na povrchu pozorované žiadne trhliny.

Mierne praskanie povrchu pri koncentrácii chloridu 50-100 ppm po 500-800 hodinách. Trhliny boli plytké (20-50 μm hlboké) a nešírili sa cez 1,5 mm hrúbku vzorky počas 1000 hodín.

Krakovanie začalo o 200 až 400 h pri 100 až 200 ppm chloridu. Hĺbka trhlín po 1000 hodinách (100-300 mikrónov alebo 10-20% hrúbky steny).

Krakovanie začalo počas 50 až 150 hodín pri koncentráciách chloridu 200 až 500 ppm. Hlboké trhliny (500-1000 µm po 500 hodinách) sa rýchlo šírili. Počas 700-900 hodín niekoľko vzoriek úplne zlyhalo.

Krakovanie začalo okolo 20-50 hodín pri koncentrácii chloridu presahujúcej 500 ppm. Zlomené vzorky do 200-400 hodín.

Z týchto údajov je maximálny obsah chloridov pre titán 2. stupňa v bielom lúhu pri 170 stupňoch bez rizika SCC 100 ppm. Navrhuje sa konzervatívny návrhový limit 50 ppm, aby sa poskytol priestor pre narušenie procesu a účinky miestnej koncentrácie.

Skúsenosti v mlynoch a analýze porúch
Overenie v teréne sa uskutočnilo prieskumom 15 papierní využívajúcich titánové ohrievacie hady 2. stupňa v digestoroch s bielym lúhom (bežiace pri 170 stupňoch). Mlyny udržiavajúce chlorid bieleho lúhu pod 50 ppm mali životnosť špirály 8 až 12 rokov bez problémov so SCC. Mlyny s hladinami chloridov 50-100 ppm hlásili životnosť 5-8 rokov s určitým praskaním SCC pozorovaným pri zvaroch a ohyboch po 4-6 rokoch. Mlyny, ktoré mali špičky chloridov nad 200 ppm (zvyčajne v dôsledku porúch v regeneračnom cykle), zaznamenali katastrofálne zlyhania SCC v priebehu 6 až 18 mesiacov po prerušení. Analýza poškodených rúrok odhalila, že transgranulárne trhliny sa začali na zvarových špičkách a na vnútornom polomere ohybov rúrok, v oblastiach s najvyšším zvyškovým ťahovým napätím.

Stratégie na zmiernenie zvýšených hladín chloridov
Ak sa chlorid bieleho nedarí udržať pod 100 ppm, nasledujúce opatrenia znižujú riziko SCC:

Žíhanie na odľahčenie napätia: Zvyškové napätia sa znížia o 50-70%, čím sa prah chloridov zvýši o faktor 2-3 Tepelné spracovanie po zváraní a ohýbaní pri 540-650 stupňoch počas 1-2 hodín.

Otryskávanie alebo povrchové valcovanie: Zavedenie zvyškového napätia v tlaku na povrchu rúry (obrúsením alebo leštením valcovaním) zabraňuje vzniku trhlín aj pri hladinách chloridov až 300-500 ppm.

Upgrade na stupeň 7 alebo stupeň 12 stupeň 7 (Ti-0,15Pd): Zvyšuje prah chloridového SCC na približne 500 ppm pri 170 stupňoch. Stupeň 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) zvyšuje prahovú hodnotu na približne 300 ppm.

Zníženie prevádzkovej teploty: Zníženie teploty digestora zo 170 stupňov na 160 stupňov zvýši prahovú hodnotu chloridov o faktor 2-3. Zvýšenie na 150 stupňov zvyšuje prah o faktor 5-10.

Aplikačná matica vykurovacích špirál s bielym lúhom -
Koncentrácia chloridu bieleho lúhu Prevádzková teplota Odporúčaná titánová trieda Je potrebná úľava od stresu? Očakávaná životnosť<50 ppm 170°C Grade 2 No 8-12 years 50-100 ppm 170°C Grade 2 Yes (post-weld) 5-8 years 100-200 ppm 170°C Grade 2 with stress relief + shot peening3-5 years required 100-200 ppm 170 °C Grade 7 (no stress relief)Not required 6-10 years 200-500 ppm 170°C Grade 7, Stress relievedRecommended 5-7 years 200-500 ppm 170°C Grade 12 Not necessary 4-6 years >500 ppm 170 stupňov stupeň 7 neprijateľný; použite Hastelloy C-276 N/A Použite zliatinu niklu
Praktické tipy pre papierne
V prípade vyhnívacích nádrží papierní, ktoré zohrievajú bielu kvapalinu na 170 stupňov, je maximálna koncentrácia chloridu pre titán 2. stupňa bez korózneho praskania pod napätím 100 ppm; Pre dlhodobú životnosť sa odporúča 50 ppm. Týždenne iónovou chromatografiou alebo konkrétnou iónovou elektródou. Chlorid Nápravné opatrenie, ak je obsah chloridov vyšší ako 100 ppm: zvýšte kvalitu prídavnej vody (reverzná osmóza alebo demineralizácia), identifikujte a odstráňte kontamináciu chloridmi pri chemickej obnove alebo zvýšte odkalovanie zo systému bieleho lúhu. Špecifikujte titánové zvitky triedy 7 s žíhaním na odľahčenie napätia pre mlyny, ktoré nie sú schopné spoľahlivo udržiavať chlorid pod 100 ppm. Stupeň 7 zvyšuje prahovú hodnotu na 500 ppm a poskytuje 2-3-násobné zvýšenie odolnosti voči SCC. Pri kúpe cievok 2. stupňa pre servis bieleho lúhu vždy požiadajte o uvoľnenie napätia po zváraní (540 stupňov po dobu 1 hodiny v argónovej atmosfére) bez ohľadu na úroveň chloridov, s ktorou sa očakávate. Tým sa zlepší životnosť, aj keď sú hladiny chloridov nízke. Dodatočné náklady na stupeň 7 sú opodstatnené v prípade nových digestorov alebo náhradných hadov, kde nie je možné zabezpečiť kontrolu chloridov. V prípade existujúcich cievok 2. stupňa vykonajte mesačne ultrazvukové vyšetrenie zón zvarov a ohybov rúr, aby ste zistili SCC pred perforáciou. 100-200 ppm 200 – 400 hodín Iniciácia trhlín Mesačná kontrola (720 hodín) Detekcia trhlín pred šírením cez stenu