Một lò phản ứng chống ăn mòn là gì?

Trả lời câu hỏi chính:Một lò phản ứng chống ăn mòn là gì và làm thế nào để lựa chọn vật liệu cho môi trường xử lý hóa học hung hăng?Một lò phản ứng chống ăn mòn là một bình áp suất được xây dựng từ hợp kim đặc biệt, kim loại lót hoặc vật liệu tổng hợp phi kim loại được thiết kế để chịu được sự tấn công ăn mòn từ các axit mạnh (HCl, H2SO4,HNO3), dung dịch kiềm (NaOH, KOH), clorua và môi trường oxy hóa ở nhiệt độ và áp suất cao.3 x % Mo + 16 x % N), với giá trị 26+ cho 316L, 35+ cho 904L, 42+ cho 254 SMO và 52+ cho Hastelloy C-276.Các vật liệu phổ biến bao gồm Hastelloy C-276/C-22, Titanium Grade 2, zirconium, tantalum, thép lót thủy tinh và thép carbon lót PTFE / PFA, mỗi loại được lựa chọn cho môi trường, nhiệt độ cụ thể,và vỏ áp suất theo tiêu chuẩn NACE MR0175 và phần VIII của ASME.

1Nguyên tắc lựa chọn vật liệu cốt lõi cho các lò phản ứng chống ăn mòn

Chọn vật liệu lò phản ứng chống ăn mòn theo ba nguyên tắc kỹ thuật:

• Số lượng tương đương kháng cự lỗ (PREN) và nhiệt độ lỗ quan trọng (CPT)PREN định lượng khả năng kháng của hợp kim đối với sự tấn công clorua địa phương: PREN = %Cr + 3,3 x %Mo + 16 x %N. Đối với 316L (Cr 17, Mo 2.5, N 0,06), PREN = 26.2; đối với 254 SMO (Cr 20, Mo 6.2, N 0,22), PREN = 46.4; đối với Hastelloy C-276 (Cr 16, Mo 16, N 0), PREN = 68.8Nhiệt độ khai thác quan trọng (CPT theo ASTM G150) xác định nhiệt độ thấp nhất bắt đầu khai thác trong 1 M NaCl: 316L thất bại ở 5-15C, 904L ở 25-35C, 254 SMO ở 70-80C,và Hastelloy C-276 trên 90C.
• Đánh giá Cracking Corrosion Galvanic, Crevice và Stress (SCC)Sự tương thích của vật liệu vượt ra ngoài sự ăn mòn đồng đều.Sự ăn mòn vết nứt bắt đầu bên dưới các miếng dánChloride stress corrosion cracking (Cl-SCC) ảnh hưởng đến thép không gỉ austenit (304,316) trên 60C ở nồng độ clorua trên 10 ppm, đòi hỏi hợp kim duplex (2205) hoặc siêu austenitic.
• Hệ thống lót và bảo vệ rào cảnKhi xây dựng hợp kim rắn là khó khăn về mặt kinh tế, lớp lót hàng rào cung cấp bảo vệ ăn mòn trên nền thép cacbon.Lớp lót thủy tinh (màng thủy tinh) hòa tan thủy tinh borosilicate vào thép ở nhiệt độ 800-900C, đạt được khả năng kháng hóa học với hầu hết các axit (ngoại trừ HF và H3PO4 tập trung nóng) với độ thô bề mặt Ra <0,1 micron.Lớp lót PTFE / PFA (lớp lót hoặc tấm lỏng) cung cấp khả năng chống lại hầu hết các hóa chất lên đến 180-200C (PTFE) hoặc 260C (PFA)Lớp lót tantale cung cấp khả năng chống lại HCl tập trung, H2SO4, và aqua regia ở nhiệt độ lên đến 200C.

2Các vật liệu chính cho các lò phản ứng chống ăn mòn

Các vật liệu lò phản ứng chống ăn mòn công nghiệp được phân loại theo gia đình hợp kim và ứng dụng:

• Hợp kim niken-molybden-chrôm (thể loại Hastelloy)Hastelloy C-276 (Ni 57, Mo 16, Cr 16, Fe 5, W 4) có khả năng chống lại HCl ở tất cả các nồng độ lên đến 70C, H2SO4 lên đến 60% và 100C và clorua nước biển trên 90C CPT.,Cr 22, Mo 13) cung cấp khả năng kháng cao hơn đối với axit oxy hóa (HNO3, HNO3 + hỗn hợp HCl).và chế biến chlor-alkali, với tỷ lệ ăn mòn đồng nhất dưới 0,05 mm/năm.
• Titanium và Zirconium kim loại phản ứngTitanium lớp 2 (Ti 99.2Fe 0.3, O 0.25) tạo thành một màng TiO2 thụ động có khả năng chống lại clo ướt, clorit, hypochlorit và axit oxy hóa (HNO3 lên đến 65% và sôi).Sự thụ động bị phá vỡ trong axit giảm (HCl > 5%, H2SO4 > 5%) trên 40C. Zirconium (Zr 702) cung cấp khả năng kháng vượt trội đối với tất cả các nồng độ HCl cho đến khi sôi, H2SO4 lên đến 70% và 200C, và NaOH ở tất cả các nồng độ.Cả hai kim loại đều cần hàn cẩn thận (TIG, khí xả) để ngăn ngừa sự mỏng.
• Các lò phản ứng thép lót bằng thủy tinh và PTFEThép lót thủy tinh kết hợp tính toàn vẹn cấu trúc thép cacbon với khả năng chống hóa học của thủy tinh borosilicate (pH 1-14, tất cả các axit ngoại trừ HF và H3PO4 tập trung nóng).Các liên kết thủy tinh-thép chịu được sốc nhiệt của 120C khác biệtThép lót PTFE / PFA cung cấp khả năng chống hóa học gần như phổ biến ở 180-260C với lợi thế chống HF, mà kính không thể chịu được.với thử nghiệm tia lửa (4-6 kV) để phát hiện ngày lễ theo NACE SP0188.

Ma trận so sánh vật liệu lò phản ứng chống ăn mòn

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

Hỏi: Số tương đương kháng cự hầm (PREN) là gì và nó được sử dụng như thế nào để lựa chọn vật liệu lò phản ứng?

A: PREN = %Cr + 3.3 x %Mo + 16 x %N. Nó định lượng khả năng chống ăn mòn của hợp kim đối với sự ăn mòn của clorua tại địa phương. Các vật liệu có PREN <26 (304, 316) dễ bị ăn mòn clorua trên 60C.PREN 32+ (duplex 2205) phù hợp với phơi nhiễm clorua vừa phải. PREN 42 + (254 SMO, 904L) chống lại nước biển. PREN 52 + (Hastelloy C-276) cung cấp sức đề kháng cao nhất, với nhiệt độ quan trọng trên 90C trong 1 M NaCl.PREN là chỉ số sàng lọc chính cho việc lựa chọn vật liệu lò phản ứng trong môi trường chứa clo.

Q: Vật liệu lò phản ứng nào được khuyến cáo để xử lý axit hydrofluoric (HF)?

A: Hydrofluoric acid tấn công thủy tinh, silic và hầu hết các kim loại. Các vật liệu được khuyến cáo là PTFE hoặc thép carbon lót PFA (kháng chịu tất cả các nồng độ HF lên đến 180C cho PTFE, 260C cho PFA),Monel 400 (Ni-Cu hợp kim), kháng HF vô nước và HF nước lên đến 60% ở nhiệt độ trung bình), và hợp kim magiê (đối với HF vô nước).khi các ion fluoride hòa tan các tấm oxit thụ động của chúngCác tiêu chuẩn kiểm tra lớp lót NACE SP0188 được áp dụng.

Hỏi: Chloride stress corrosion cracking (Cl-SCC) là gì và nó ảnh hưởng như thế nào đến việc lựa chọn vật liệu lò phản ứng?

A: Cl-SCC là một cơ chế nứt ảnh hưởng đến thép không gỉ austenit (304, 316L) khi tiếp xúc với ion clorua (ngay cả ở nồng độ 10 ppm) ở nhiệt độ trên 60 °C.Chloride xuyên qua màng oxit thụ động tại các điểm nồng độ căng thẳng (đào, các khu vực làm việc lạnh), bắt đầu các vết nứt xuyên hạt hoặc giữa hạt lan rộng nhanh chóng.hoặc siêu austenitic/super-duplex (2507, PREN 42+) cho môi trường nhiệt độ cao clorua.

Hỏi: Làm thế nào để thử nghiệm thép lót kính về tính toàn vẹn của lót sau khi chế tạo hoặc sửa chữa?

A: Tính toàn vẹn của thép lót thủy tinh được xác minh bằng cách thử nghiệm tia lửa (nhận thấy nghỉ cao áp ở 4-6 kV theo ASTM D5162) xác định các lỗ, vết nứt và nghỉ trong liên kết thủy tinh-thép.Các thử nghiệm bổ sung bao gồm thử nghiệm thuốc nhuộm để tìm các vết nứt rõ ràng, đo độ dày (tối thiểu 0,8 mm theo DIN 28062) và thử nghiệm sốc nhiệt giữa nước lạnh và hơi nước. NACE SP0188 cung cấp các tiêu chí chấp nhận tiêu chuẩn,và bất kỳ kỳ nghỉ được tìm thấy đòi hỏi phải tái kính (tái đốt ở 800-900C) hoặc sửa chữa mảng vàng cho các khiếm khuyết nhỏ.