Materiały, konstrukcja i zastosowania

Odpowiedź na podstawowe pytanie:Co to jest reaktor odporny na korozję i jak wybiera się materiały do agresywnych środowisk przetwarzania chemicznego?Reaktor odporny na korozję to naczynie ciśnieniowe zbudowane ze specjalnych stopów, metali wyłożonych lub kompozytów niemetalicznych, zaprojektowane tak, aby wytrzymać korozyjny atak silnych kwasów (HCl, H2SO4,HNO3), roztwory alkaliczne (NaOH, KOH), chlorydy i środki utleniające w podwyższonych temperaturach i ciśnieniach.3 x % Mo + 16 x % N), z wartościami 26+ dla 316L, 35+ dla 904L, 42+ dla 254 SMO i 52+ dla Hastelloy C-276.Do najczęstszych materiałów należy Hastelloy C-276/C-22, tytanu klasy 2, cyrkonu, tantału, stali szklanej oraz stali węglowej o powłokach PTFE/PFA, każda z nich wybrana dla określonych mediów, temperatury,i obudowy ciśnieniowe zgodnie z normami NACE MR0175 i ASME sekcja VIII.

1Podstawowe zasady wyboru materiałów dla reaktorów odpornych na korozję

Wybór materiału reaktorowego odpornego na korozję opiera się na trzech zasadach inżynieryjnych:

• Liczba ekwiwalentów oporu w otworze (PREN) i krytyczna temperatura w otworze (CPT)PREN ilościowo określa odporność stopów na lokalne ataki chlorurów: PREN = %Cr + 3,3 x %Mo + 16 x %N. Dla 316L (Cr 17, Mo 2.5, N 0,06), PREN = 26.2; dla 254 SMO (Cr 20, Mo 6.2, N 0,22), PREN = 46.4; dla Hastelloy C-276 (Cr 16, Mo 16, N 0), PREN = 68.8. Krytyczna temperatura otwierania (CPT dla ASTM G150) określa najniższą temperaturę, przy której rozpoczyna się otwieranie w 1 M NaCl: 316L nie działa w temperaturze 5-15C, 904L w temperaturze 25-35C, 254 SMO w temperaturze 70-80C,i Hastelloy C-276 powyżej 90C.
• Ocena galwanicznego, szczelinowego i naprężeniowego pęknięcia korozji (SCC)Kompatybilność materiału wykracza poza jednolitą korozję.Korrozja szczelin rozpoczyna się pod uszczelnieniami, osadów lub niepełnej penetracji spawania w środowiskach chlorurowych (ASTM G48).316) powyżej 60 °C w stężeniach chlorku powyżej 10 ppmW przypadku stali węglowej powyżej 80°C w stężeniach NaOH powyżej 10%.
• Systemy podszewkowe i ochrona barierW przypadku gdy konstrukcja z solidnych stopów jest ekonomicznie niewygodna, wyściółki barierowe zapewniają ochronę przed korozją na podłogach ze stali węglowej.Okładka szklana (szklana emalia) łączy borosilikat ze stalą w temperaturze 800-900C, osiągając odporność chemiczną na większość kwasów (z wyjątkiem HF i gorącego skoncentrowanego H3PO4) z grubością powierzchni Ra < 0,1 mikrona.PTFE/PFA podszewka (rotoliny lub luźne arkusze) zapewnia odporność na praktycznie wszystkie substancje chemiczne do 180-200C (PTFE) lub 260C (PFA)Wkład tantalii jest odporny na HCl, H2SO4 i wodę królewską w temperaturze do 200°C.

2Główne materiały do reaktorów odpornych na korozję

Materiały reaktorowe odporne na korozję w przemyśle są klasyfikowane według rodziny stopów i zastosowań:

• Zestawy niklu-molibdenu-chromu (seria Hastelloy)Hastelloy C-276 (Ni 57, Mo 16, Cr 16, Fe 5, W 4) jest odporny na HCl w wszystkich stężeniach do 70°C, H2SO4 do 60% i 100°C oraz chlorek wody morskiej w stężeniach powyżej 90°C CPT.,Cr 22, Mo 13) zapewnia wyższą odporność na kwasy utleniające (mieszaniny HNO3, HNO3+HCl).przetwarzanie chloru i alkali, z jednolitą szybkością korozji poniżej 0,05 mm/rok.
• Metali reaktywnych tytanu i cyrkoniumTytuł 2 (Ti 99.)2Fe 0.3, O 0.25) tworzy pasywny film TiO2, który jest odporny na wilgotny chlor, chloryt, hipochloryt i kwasy utleniające (HNO3 do 65% i wrzące).Pasywność rozkłada się w kwasach redukujących (HCl > 5%, H2SO4 > 5%) powyżej 40°C. Cirkonium (Zr 702) zapewnia wyższą odporność na wszystkie stężenia HCl do wrzenia, H2SO4 do 70% i 200°C oraz NaOH w każdym stężeniu.Oba metale wymagają starannego spawania (TIG), gazu oczyszczającego) w celu zapobiegania rozkładowi.
• Reaktory stalowe powlekane szkłem i PTFEStal oklejona szkłem łączy w sobie integralność strukturalną stali węglowej z odpornością chemiczną szkła borosilikatnego (pH 1-14, wszystkie kwasy z wyjątkiem HF i gorąco skoncentrowanego H3PO4).Połączenie szkło- stal jest odporne na wstrząs cieplny o temperaturze 120°C.Stal pokryta PTFE/PFA zapewnia niemal uniwersalną odporność chemiczną do 180-260°C z zaletą odporności na HF, której szkło nie może wytrzymać.z próbą iskry (4-6 kV) dla wykrywania świąt zgodnie z NACE SP0188.

Matryca porównawcza materiałów reaktorowych odpornych na korozję

Często zadawane pytania (FAQ)

P: Jaka jest liczba ekwiwalentu rezystancji do otwierania jam (PREN) i w jaki sposób jest ona stosowana przy wyborze materiału reaktora?

Odpowiedź: PREN = %Cr + 3,3 x %Mo + 16 x %N. Wykazuje odporność stopów na korozję zlokalizowaną przez klorurowanie. Materiały z PREN <26 (304, 316) są podatne na korozję z klorurowaniem powyżej 60C.PREN 32+ (duplex 2205) nadaje się do umiarkowanej ekspozycji na chlorek. PREN 42+ (254 SMO, 904L) jest odporny na otwieranie się wody morskiej. PREN 52+ (Hastelloy C-276) zapewnia najwyższą odporność, przy krytycznej temperaturze otwierania się powyżej 90C w 1 M NaCl.PREN jest podstawowym wskaźnikiem przesiewowym do wyboru materiału reaktora w środowiskach zawierających chlorek.

P: Jaki materiał reaktora jest zalecany do obróbki kwasu fluorowodoru (HF)?

Odpowiedź: kwas fluorowodorowy atakuje szkło, krzemionkę i większość metali. Zalecane materiały to PTFE lub stal węglowa wyłożona PFA (odporna na wszystkie stężenia HF do 180C dla PTFE, 260C dla PFA),Monel 400 (stop Ni-Cu, odporne na bezwodne HF i wodne HF do 60% w umiarkowanych temperaturach) i stopów magnezu (dla bezwodnych HF).gdy jony fluoru rozpuszczają swoje pasywne oksydy. stosuje się normy inspekcji wyściółki NACE SP0188.

P: Co to jest krakingiem korozyjnym chlorkowym (Cl-SCC) i jak wpływa na wybór materiału reaktorowego?

Odpowiedź: Cl-SCC jest mechanizmem krakingu, który wpływa na austenityczne stali nierdzewnej (304, 316L), gdy są one narażone na działanie jonów chlorku (nawet w stężeniu 10 ppm) w temperaturach powyżej 60 °C.Chlorek przenika przez pasywny film tlenkowy w punktach stężenia naprężeń (spoje, obrobione na zimno), powodując szybkie rozprzestrzenianie się pęknięć transgranularnych lub międzygranularnych. Zapobieganie wymaga przejścia na stali nierdzewnej dupleks (2205, PREN 35+) w przypadku umiarkowanej ekspozycji na chloryd,lub super-austenityczny/super-dupleks (2507, PREN 42+) dla środowisk o wysokiej zawartości chlorku + temperaturze.

P: W jaki sposób stalowe podszewki szklane są testowane pod kątem integralności podszewki po wytworzeniu lub naprawie?

Odpowiedź: Bezwzględność stali powlekanej szkłem jest weryfikowana przez badanie iskry (detekcja wysokonapięciowego wyzwolenia w zakresie 4-6 kV według ASTM D5162), która identyfikuje otwory, pęknięcia i wyzwolenia w połączeniu szkła z stalą.Dodatkowe badania obejmują badania przepuszczalników barwników pod kątem widocznych pęknięć, pomiaru grubości (minimum 0,8 mm według normy DIN 28062) oraz cyklu badania wstrząsowego pomiędzy zimną wodą a parą.i każde znalezione święto wymaga ponownego szklania (ponownego palenia w temperaturze 800-900C) lub naprawy złotych folii patch dla małych wad.