Materiali, progettazione e applicazioni

Rispondendo alla domanda fondamentale:Cos'è un reattore resistente alla corrosione e come si selezionano i materiali per ambienti di lavorazione chimica aggressivi?Un reattore resistente alla corrosione è un recipiente a pressione costruito con leghe speciali, metalli rivestiti o compositi non metallici progettati per resistere all'attacco corrosivo di acidi forti (HCl, H2SO4,HNO3)La selezione del materiale si basa sul numero di equivalenti di resistenza al foramento (PREN = %Cr + 3).3 x %Mo + 16 x %N), con valori di 26+ per 316L, 35+ per 904L, 42+ per 254 SMO e 52+ per Hastelloy C-276.Materiali comuni: Hastelloy C-276/C-22, Titanio di grado 2, zirconio, tantalio, acciaio rivestito di vetro e acciaio al carbonio rivestito di PTFE/PFA, ciascuno selezionato per specifici supporti, temperatura,e involucri a pressione secondo le norme NACE MR0175 e ASME Sezione VIII.

1Principi fondamentali di selezione dei materiali per i reattori resistenti alla corrosione

La selezione del materiale del reattore resistente alla corrosione segue tre principi di ingegneria:

• Numero equivalente di resistenza al buco (PREN) e temperatura critica di buco (CPT)PREN quantifica la resistenza di una lega all'attacco del cloruro localizzato: PREN = %Cr + 3,3 x %Mo + 16 x %N. Per 316L (Cr 17, Mo 2.5, N 0,06), PREN = 26.2- per 254 SMO (Cr 20, Mo 6.2, N 0,22), PREN = 46.4; per Hastelloy C-276 (Cr 16, Mo 16, N 0), PREN = 68.8La temperatura critica di depurazione (CPT per ASTM G150) definisce la temperatura più bassa alla quale inizia la depurazione in 1 M NaCl: 316L non funziona a 5-15C, 904L a 25-35C, 254SMO a 70-80C,e Hastelloy C-276 al di sopra di 90C.
• Valutazione della fenditura galvanica, della fenditura e della corrosione da stress (SCC)La compatibilità dei materiali va oltre la corrosione uniforme. La corrosione galvanica si verifica quando metalli diversi (ad esempio, flange di titanio su un recipiente in acciaio al carbonio) creano celle elettrochimiche.La corrosione delle fessure inizia sotto le guarnizioni, depositi o penetrazione incompleta della saldatura in ambienti clorurati (ASTM G48).316) superiore a 60 °C a concentrazioni di cloruri superiori a 10 ppmIl cracking da corrosione da stress caustico colpisce l'acciaio al carbonio al di sopra di 80 °C in concentrazioni di NaOH superiori al 10%.
• Sistemi di rivestimento e protezione delle barriereQuando la costruzione in lega solida è economicamente proibitiva, i rivestimenti di barriera forniscono protezione dalla corrosione sui substrati in acciaio al carbonio.Il rivestimento di vetro (smalto vetroso) fusiona il vetro borosilicato con l'acciaio a 800-900 °C, ottenendo resistenza chimica alla maggior parte degli acidi (esclusi HF e H3PO4 concentrato a caldo) con rugosità superficiale Ra < 0,1 micron.Il rivestimento in PTFE/PFA (rotolining o foglio sciolto) fornisce resistenza a praticamente tutti i prodotti chimici fino a 180-200C (PTFE) o 260C (PFA)Il rivestimento di inserimento in tantallo offre resistenza a HCl concentrato, H2SO4 e aqua regia a temperature fino a 200°C.

2Materiali principali per i reattori resistenti alla corrosione

I materiali per reattori industriali resistenti alla corrosione sono classificati in base alla famiglia di leghe e all'applicazione:

• Leghe di nichel-molibdeno-cromo (serie Hastelloy)L'alloio Hastelloy C-276 (Ni 57, Mo 16, Cr 16, Fe 5, W 4) offre resistenza all'HCl a tutte le concentrazioni fino a 70 °C, all'H2SO4 fino al 60% e a 100 °C e al cloruro di acqua di mare al di sopra dei 90 °C CPT.,Cr 22, Mo 13) fornisce una resistenza superiore agli acidi ossidanti (miscele HNO3, HNO3+HCl).lavorazione del cloro e dell'alcali, con tassi di corrosione uniformi inferiori a 0,05 mm/anno.
• Metalli reattivi di titanio e zirconioTitanio di grado 2 (Ti 99.2Fe 0.3, O 0.25) forma una pellicola passiva di TiO2 resistente al cloro umido, alla clorite, all'ipoclorite e agli acidi ossidanti (HNO3 fino al 65% e a ebollizione).La passività si decompone in acidi riducenti (HCl > 5%Il zirconio (Zr 702) offre una resistenza superiore a tutte le concentrazioni di HCl fino al punto di ebollizione, H2SO4 fino al 70% e 200C e NaOH a tutte le concentrazioni.Entrambi i metalli richiedono un'attenta saldatura (TIG), gas di depurazione) per evitare la fragilità.
• Reattori in acciaio rivestiti di vetro e PTFEL'acciaio rivestito di vetro combina l'integrità strutturale dell'acciaio al carbonio con la resistenza chimica del vetro borosilicato (pH 1-14, tutti gli acidi ad eccezione di HF e H3PO4 concentrato a caldo).Il legame vetro-acciaio resiste a shock termici di differenziale di 120CL'acciaio rivestito con PTFE/PFA offre una resistenza chimica quasi universale a 180-260°C con il vantaggio di una resistenza agli HF, che il vetro non può resistere.con prova di scintilla (4-6 kV) per il rilevamento delle vacanze secondo la NACE SP0188.

Matrice di confronto dei materiali dei reattori resistenti alla corrosione

Domande frequenti (FAQ)

D: Qual è il numero equivalente di resistenza al buco (PREN) e come viene utilizzato per la selezione del materiale del reattore?

R: PREN = %Cr + 3,3 x %Mo + 16 x %N. Quantifica la resistenza di una lega alla corrosione da fossa di cloruro localizzata.PREN 32+ (duplex 2205) è adatto per un'esposizione moderata al cloruro. PREN 42+ (254 SMO, 904L) resiste all'incenerimento dell'acqua di mare. PREN 52+ (Hastelloy C-276) fornisce la massima resistenza, con temperatura critica di incenerimento superiore a 90C in 1 M NaCl.PREN è la principale misura di screening per la selezione del materiale del reattore in ambienti contenenti cloruro.

D: Quale materiale da reattore è raccomandato per la manipolazione dell'acido fluoridrico (HF)?

A: L'acido fluoridrico attacca il vetro, la silice e la maggior parte dei metalli. I materiali raccomandati sono PTFE o acciaio al carbonio rivestito con PFA (resistente a tutte le concentrazioni HF fino a 180C per PTFE, 260C per PFA),Monel 400 (lega di Ni-Cu), resistente a HF anidro e HF acquoso fino al 60% a temperature moderate) e leghe di magnesio (per HF anidro).come gli ioni fluoruro sciogliono le loro pellicole di ossido passivo. si applicano le norme di ispezione dei rivestimenti NACE SP0188.

D: Che cos'è il cracking per corrosione da stress da cloruro (Cl-SCC) e in che modo influisce sulla selezione del materiale del reattore?

R: Cl-SCC è un meccanismo di cracking che colpisce gli acciai inossidabili austenitici (304, 316L) esposti a ioni cloruro (anche a concentrazione di 10 ppm) a temperature superiori a 60 °C.Il cloruro penetra nel film di ossido passivo a punti di concentrazione di sollecitazione (saldure)La prevenzione richiede il passaggio all'acciaio inossidabile duplex (2205, PREN 35+) per un'esposizione moderata ai cloruri,o super-austenitici/super-duplessi (2507, PREN 42+) per ambienti ad elevata temperatura di cloruro.

D: Come viene testata l'integrità della fodera dell'acciaio rivestito di vetro dopo la fabbricazione o la riparazione?

A: L'integrità dell'acciaio rivestito di vetro è verificata mediante prove a scintilla (rilevamento di vacanze ad alta tensione a 4-6 kV per ASTM D5162) che identificano fori, crepe e vacanze nel legame vetro-acciaio.Le prove supplementari comprendono la prova del penetrante del colorante per le fessure visibili, misura dello spessore (minimo 0,8 mm per DIN 28062), e una prova di scossa termica a ciclo tra acqua fredda e vapore.e qualsiasi vacanza trovata richiede il ri-vetrificazione (ri-fiammazione a 800-900C) o riparazione patch di foglio d'oro per piccoli difetti.