یک راکتور مقاوم در برابر خوردگی چیست؟

جواب دادن به سوال اصلي:یک راکتور مقاوم در برابر خوردگی چیست و چگونه مواد برای محیط های پردازش شیمیایی تهاجمی انتخاب می شوند؟یک راکتور مقاوم در برابر خوردگی یک ظرف تحت فشار ساخته شده از آلیاژ های ویژه، فلزات پوشیده شده یا ترکیبات غیر فلزی است که برای مقاومت در برابر حمله خوردگی از اسیدهای قوی (HCl، H2SO4 ،HNO3)، محلول های قلیایی (NaOH، KOH) ، کلریدها و رسانه های اکسید کننده در دمای بالا و فشارهای بالا. انتخاب مواد بر اساس معادل مقاومت خندق (PREN = %Cr + 3.3 × % Mo + 16 × % N)، با مقادیر 26+ برای 316L، 35+ برای 904L، 42+ برای 254 SMO و 52+ برای Hastelloy C-276. مواد قابل قبول دارای نرخ خوردگی یکنواخت کمتر از 0.1 میلی متر در سال در شرایط طراحی هستند.مواد متداول عبارتند از Hastelloy C-276/C-22، تیتانیوم درجه 2، زرکونیوم، تانتالوم، فولاد شیشه ای و فولاد کربن PTFE / PFA، هر کدام برای رسانه های خاص، درجه حرارت،و پوشش فشار بر اساس استاندارد های NACE MR0175 و بخش VIII ASME.

1اصول انتخاب مواد اصلی برای راکتورهای مقاوم در برابر خوردگی

انتخاب مواد رآکتور مقاوم به خوردگی بر اساس سه اصل مهندسی انجام می شود:

• تعداد معادل مقاومت حفاری (PREN) و دمای بحرانی حفاری (CPT)PREN مقاومت یک آلیاژ را در برابر حمله کلورید محلی اندازه گیری می کند: PREN = %Cr + 3.3 x %Mo + 16 x %N. برای 316L (Cr 17, Mo 2.5، N 0.06) ، PREN = 26.2برای 254 SMO (Cr 20, Mo 6.2، N 0.22) ، PREN = 464برای استیلوی C-276 (Cr 16، Mo 16، N 0) ، PREN = 688دمای بحرانی حفاری (CPT بر اساس ASTM G150) پایین ترین دمایی را که حفاری در 1 M NaCl آغاز می شود تعریف می کند: 316L در 5-15C ، 904L در 25-35C ، 254 SMO در 70-80C ،و Hastelloy C-276 بالاتر از 90C.
• ارزیابی گالوانیک، شکاف و خوردگی استرس (SCC)سازگاری مواد فراتر از خوردگی یکنواخت است. خوردگی گالوانیکی زمانی رخ می دهد که فلزات متفاوت (به عنوان مثال، فلنج تیتانیوم در ظرف فولاد کربن) سلول های الکتروشیمی ایجاد می کنند.خوردگی شکاف در زیر گازها آغاز می شود، رسوب یا نفوذ ناقص جوش در محیط های کلرید (ASTM G48) ، ترک خوردگی استرس کلرید (Cl-SCC) روی فولاد های ضد زنگ آستنیتیک (304،316) بالاتر از 60C در غلظت کلرید بالاتر از 10 ppm، که نیاز به آلیاژ های دوپلیکس (2205) یا فوق austenitic دارد. ترک خوردگی استرس کاستیک بر روی فولاد کربن بالاتر از 80C در غلظت NaOH بالاتر از 10٪ تأثیر می گذارد.
• سیستم های پوشش و حفاظت از مانعهنگامی که ساخت آلیاژ جامد از نظر اقتصادی ممنوع است، پوشش های مانع از خوردگی بر روی زیربناهای فولاد کربن محافظت می کنند.پوشش شیشه ای (زبر شیشه ای) شیشه بوروسیلیکات را در ۸۰۰ تا ۹۰۰ درجه سانتیگراد به فولاد فیوز می کند، به دست آوردن مقاومت شیمیایی در برابر اکثر اسیدهای (به استثنای HF و گرم متمرکز H3PO4) با خشکی سطح Ra < 0.1 میکران.پوشش PTFE / PFA (rotolining یا ورق گشاده) مقاومت در برابر تقریبا تمام مواد شیمیایی تا 180-200C (PTFE) یا 260C (PFA) را فراهم می کندپوشش داخل تانتالوم مقاومت در برابر HCl متمرکز، H2SO4 و آکو راجیا را در دمای تا 200 درجه سانتیگراد ارائه می دهد.

2مواد اصلی برای راکتورهای مقاوم در برابر خوردگی

مواد رآکتور مقاوم در برابر خوردگی صنعتی توسط خانواده آلیاژ و کاربرد طبقه بندی می شوند:

• آلیاژ های نیکل-مولیبدن- کروم (سری هستلوئی)استیلوی C-276 (Ni 57، Mo 16، Cr 16، Fe 5، W 4) مقاومت در برابر HCl در تمام غلظت ها تا 70C، H2SO4 تا 60٪ و 100C و کلرید آب دریا در بالای 90C CPT را ارائه می دهد. استیلوی C-22 (Ni 56,Cr 22، Mo 13) مقاومت برتر در برابر اسیدهای اکسید کننده (HNO3، HNO3 + مخلوط HCl) را فراهم می کند. این آلیاژ ها در سنتز API دارویی، از بین بردن سولفوری گاز دود،و پردازش کلور و قلی، با نرخ خوردگی یکسان کمتر از 0.05 میلی متر در سال.
• فلزات واکنش پذیر تیتانیوم و زرکونیومتیتانیوم درجه 2 (Ti 99.2، Fe 0.3، O 0.25) یک فیلم TiO2 منفعل را تشکیل می دهد که در برابر کلر مرطوب، کلریت، هیپوکلریت و اسیدهای اکسید کننده (HNO3 تا 65٪ و جوش) مقاومت می کند.غیرفعالیت در اسیدهای کاهش دهنده (HCl > 5٪) تجزیه می شود، H2SO4 > 5٪) بالاتر از 40C. زرکونیوم (Zr 702) مقاومت برتر در برابر تمام غلظت های HCl تا جوش، H2SO4 تا 70٪ و 200C و NaOH در تمام غلظت ها را ارائه می دهد.هر دو فلز نیاز به جوش دقیق دارند (TIG)، گاز پاک کننده) برای جلوگیری از شکنندگی.
• راکتورهای فولادی شیشه ای و PTFEفولاد شیشه ای، یکپارچگی ساختاری فولاد کربن را با مقاومت شیمیایی شیشه بوروسیلیکات ترکیب می کند (pH 1-14, تمام اسیدهای به جز HF و گرم متمرکز H3PO4).پيوند شيشه به فولاد در برابر شوک حرارتي با تفاوت 120 درجه سانتيگراد مقاومت مي کندفولاد پوشش داده شده با PTFE / PFA مقاومت شیمیایی تقریباً جهانی را در 180-260C با مزیت مقاومت در برابر HF فراهم می کند که شیشه نمی تواند مقاومت کند. ضخامت پوشش 2-8 میلی متر استاندارد است.با آزمایش جرقه (4-6 کلوولت) برای تشخیص تعطیلات بر اساس NACE SP0188.

ماتریس مقایسه مواد راکتور مقاوم به خوردگی

سوالات متداول (FAQ)

سوال: معادل مقاومت حفاری (PREN) چیست و چگونه برای انتخاب مواد راکتور استفاده می شود؟

A: PREN = %Cr + 3.3 x %Mo + 16 x %N. این مقاومت یک آلیاژ را در برابر خوردگی محلول کلوراید اندازه گیری می کند. مواد با PREN <26 (304، 316) در برابر خوردگی کلوراید بالاتر از 60C حساس هستند.PREN 32+ (duplex 2205) برای قرار گرفتن در معرض کلرید متوسط مناسب است. PREN 42+ (254 SMO، 904L) در برابر آب دریا مقاومت می کند. PREN 52+ (Hastelloy C-276) بالاترین مقاومت را با دمای بحرانی بالای 90C در 1 M NaCl فراهم می کند.PREN معیار اصلی غربالگری برای انتخاب مواد راکتور در محیط های حاوی کلرید است.

س: چه مواد راکتور برای دستکاری اسید هیدروفلوئوریک (HF) توصیه می شود؟

A: اسید هیدروفلوئوریک به شیشه، سیلیس و اکثر فلزات حمله می کند. مواد توصیه شده PTFE یا فولاد کربن پوشه شده با PFA هستند (مقاوم تمام غلظت های HF تا 180C برای PTFE، 260C برای PFA)مونل 400 (آلیاژ Ni-Cu)، مقاوم در برابر HF بدون آب و HF مایع تا 60٪ در دمای متوسط) و آلیاژ های منیزیم (برای HF بدون آب).چون یون فلوراید فیلم اکسید منفعل خود را حل می کند. استانداردهای بازرسی پوشش NACE SP0188 اعمال می شود.

سوال: کرک کردن خوردگی فشار کلرید (Cl-SCC) چیست و چگونه بر انتخاب مواد راکتور تأثیر می گذارد؟

A: Cl-SCC مکانیسم ترکابی است که در معرض یون های کلرید (حتی در غلظت 10 ppm) در دمای بالاتر از 60 °C، روی فولاد های ضد زنگ austenitic (304، 316L) تأثیر می گذارد.کلراید در فیلم اکسید منفعل در نقاط غلظت تنش نفوذ می کند (جوش)، مناطق سرد کار) ، ایجاد ترک های بین دانه ای یا بین دانه ای که به سرعت گسترش می یابد. پیشگیری نیاز به تغییر به فولاد ضد زنگ دوگانه (2205، PREN 35+) برای قرار گرفتن در معرض کلرید متوسط دارد.یا فوق austenitic/super-duplex (2507، PREN 42+) برای محیط های کلورید + دمای بالا.

س: چگونه فولاد شیشه ای برای یکپارچگی پوشش پس از ساخت یا تعمیر آزمایش می شود؟

ج: یکپارچگی فولاد شیشه ای با آزمایش جرقه (دریافت تعطیلات ولتاژ بالا در 4-6 کیلو ولت بر اساس ASTM D5162) که سوراخ های پین، ترک ها و تعطیلات را در پیوند شیشه به فولاد شناسایی می کند، تأیید می شود.آزمایش های اضافی شامل آزمایش نفوذ کننده رنگ برای ترک های قابل مشاهده است، اندازه گیری ضخامت (حداقل 0.8 میلی متر در هر DIN 28062) ، و چرخه آزمایش شوک حرارتی بین آب سرد و بخار. NACE SP0188 معیارهای پذیرش استاندارد را ارائه می دهد،و هر گونه تعطیلات یافت شده نیاز به دوباره شیشه (بار دیگر آتش زدن در 800-900C) یا طلای ورق پچ تعمیر برای نقایص کوچک.