Hastelloy legure u spaljivanju otpada: Otpornost na koroziju na kisele kondenzate dimnih plinova

Spaljivanjem krutog komunalnog otpada proizvodi se više od topline i pepela - ono proizvodi dimni plin prožet klorovodičnom kiselinom, sumpornim oksidima i drugim spojevima-koji stvaraju kiselinu koji, nakon što se kondenziraju, stvaraju jedno od najkorozivnijih tekućih okruženja s kojima se industrijska oprema rutinski suočava. Standardni nehrđajući čelik, au mnogim slučajevima čak i 6% molibden super-austenitni stupnjevi, nisu pouzdano primjereni u ovoj specifičnoj kemiji kondenzata, zbog čegaHastelloy C276, C-22 i C-2000 postali su standardni materijali u sustavima za čišćenje i gašenje postrojenja za proizvodnju energije iz otpada. Ovaj vodič objašnjava zašto je kondenzat dimnih plinova tako agresivan, gdje u postrojenju za spaljivanje nastaje i kako je Hastelloy obitelj legura određena da ga preživi.

Zašto dimni plin spaljivanja otpada stvara tako agresivno korozijsko okruženje?

Dimni plin iz spaljivanja otpada je agresivan jer spaljivanje miješanog komunalnog krutog otpada - koji obično sadrži PVC plastiku, otpad od hrane i druge klor- i-materijale koji sadrže - sumpor - oslobađa klorovodičnu kiselinu, sumporne okside i druge kisele-plinove koji postaju izuzetno korozivni nakon što se kondenziraju na niski-pH, visoko{6}}kloridna tekućina.

Komunalni kruti otpad vrlo je varijabilno gorivo, a upravo ta varijabilnost čini njegovu kemiju dimnih plinova tako zahtjevnom: PVC i druga klorirana plastika oslobađaju klorovodik (HCl) tijekom izgaranja, materijali koji sadrže sumpor -oslobađaju sumporne okside koji kondenzacijom mogu stvoriti sumpornu i sumpornu kiselinu, te tragove halogena i teških metala u otpadu stream dodaju dodatnu složenost rezultirajućem plinu i eventualnoj kemiji kondenzata.

Za razliku od dobro-kontroliranog kemijskog procesa s poznatom, dosljednom sirovinom, sastav dimnih plinova u spalionici mijenja se sa sastavom otpada koji se spaljuje određenog dana, što znači da sustav zaštite od korozije mora biti dizajniran za realno tešku kombinaciju uvjeta, a ne za jednu, precizno karakteriziranu kemiju - filozofija dizajna koja favorizira široko sposobnu, visoku-maržu materijala u odnosu na usko optimizirane.

Što je kisela korozija točke rosišta i gdje se javlja u sustavu spaljivanja?

Kisela korozija točke rosišta događa se kada se dimni plin ohladi na specifičnu temperaturu na kojoj se pare kiseline-koje stvaraju kondenziraju u kapljice tekućine izravno na površinama opreme, a najteža je na hladnim{1}}površinama za prijenos topline, komorama za gašenje i sustavima mokrog pročišćavanja gdje je ta kondenzacija ili neizbježna ili namjerno izazvana kao dio procesa kontrole onečišćenja.

Dimni plin nosi spojeve-koji stvaraju kiselinu u obliku pare na visokoj temperaturi, a kako se plin hladi - bilo pomoću opreme za povrat topline ili namjernog procesa gašenja i čišćenja - ti spojevi postižu temperaturu na kojoj se kondenziraju kao koncentrirana kisela tekućina izravno na najbližoj hladnoj površini. Ta točka kiselog rosišta nije samo jedna fiksna temperatura; ovisi o specifičnoj mješavini kiselih plinova i prisutnom sadržaju vlage, ali temeljni mehanizam je dosljedan: bilo koja metalna površina koja padne ispod ovog praga postaje mjesto kondenzacije za nešto što može biti ekstremno nizak-pH, visok-klorid i često lokalno koncentrirana korozivna tekućina.

To je upravo razlog zašto su hladni{0}}ekonomajzer i površine predgrijača zraka, komore za gašenje i posude mokrog pročišćivača - posebno dizajnirane za hlađenje dimnog plina i, u pročišćivačima, za namjerni kontakt s tekućinom za uklanjanje kiselih plinova - zone u kojima je ovaj mehanizam korozije najjači i najposljedičniji za odabir materijala.

Koje se legure Hastelloy obično koriste u uslugama spaljivanja otpada i po čemu se razlikuju?

Hastelloy C-276, C-22 i C-2000 su legure nikal-krom-molibden koje se najčešće specificiraju za kiseli kondenzat dimnih plinova, a svaka nudi srodni, ali različiti profil otpornosti na koroziju oblikovan razlikama u sadržaju molibdena, volframa i bakra.

Usporedba tri najčešće navedene vrste Hastelloy za ovu uslugu:

Tablica 1. Usporedba uobičajenih klasa Hastelloy navedenih za spaljivanje otpada kondenzata dimnih plinova. Odabir stupnja treba uvijek potvrditi u odnosu na specifičnu kemiju kondenzata koja se očekuje na određenoj lokaciji postrojenja, idealno potkrijepljeno ispitivanjem korozije ili dokumentiranim terenskim iskustvom u usporedivoj usluzi, a ne samo općim referentnim smjernicama.

Sve tri legure dijele istu osnovnu osnovu od nikla-kroma-molibdena odgovornu za otpornost i na opću kiselinu i na lokaliziranu koroziju-izazvanu kloridima, ali svaka je razvijena da produži ili ponovno uravnoteži tu otpornost u određenom smjeru - C-22 poboljšanih oksidacijskih-uvjeta i performansi C-2000 otpornost na sumpornu kiselinu uzrokovanu bakrom predstavlja ciljane metalurške odgovore na specifične nedostatke identificirane u iskustvu na terenu s ranijim generacijama legura kao što je C-276, ponavljajući istu vrstu usavršavanja sastava o kojoj se raspravljalo u drugim tehničkim vodičima o evoluciji kvaliteta nehrđajućeg čelika.

Zašto je standardni nehrđajući čelik općenito neadekvatan za kondenzat kiselog dimnog plina?

Standardni austenitni nehrđajući čelik, a često čak i 6% molibden super{1}}austenitni stupnjevi, općenito su neprikladni za najteže kisele zone kondenzata dimnih plinova jer kombinacija vrlo niskog pH, visoke koncentracije klorida i oksidacijskih vrsta u ovom specifičnom kondenzatu premašuje praktične granice otpornosti na koroziju koje ti razredi nude, osobito s obzirom na jamičastu koroziju, pukotinsku koroziju i klorid pucanje od korozije naprezanjem.

Kondenzat dimnih plinova u svom najjačem stanju kombinira nekoliko čimbenika-ubrzavanja korozije istovremeno: koncentraciju klorida koja može narasti znatno iznad tipične razine procesne vode jer isparavanje koncentrira kondenzat, pH dovoljno nizak da predstavlja pravi kiseli napad, a ne jednostavno izlaganje kloridu, i oksidirajuće nus{1}}produkte izgaranja koji mogu gurnuti čak i legure otporne na-klorid njihove praktične granice. Ova kombinacija znatno je ozbiljnija od općih scenarija rupičaste i pukotinske korozije o kloridima o kojima se govori u drugim tehničkim vodičima o PREN-u i ograničenjima klorida za nehrđajući čelik, zbog čega-elektrane za-preradu otpada posebno posežu za legurama Hastelloy na bazi nikla-u najtežim zonama, umjesto da se oslanjaju na najviše-PREN nehrđajuće čelike koji imaju dobre rezultate u manje kisela, manje oksidirajuća kloridna okruženja kao što je morska voda.

Kako C-22 poboljšava C-276 za uvjete oksidacije kiselog klorida?

Hastelloy C-22 poboljšava performanse C-276 posebno u oksidirajućim uvjetima kiselog klorida putem rebalansiranog sastava kroma, molibdena i volframa, dajući mu bolju otpornost na lokaliziranu koroziju i opći napad u prisutnosti oksidirajućih vrsta nego što to nudi C-276, zbog čega je C-22 postao sve preferiraniji u mnogim modernim dizajnom sustava za čišćenje.

C-276 ostaje izvrsna legura širokog spektra mogućnosti, ali terensko iskustvo u kemijskoj obradi i aplikacijama za pročišćavanje dimnih plinova pokazalo je da bi njegova izvedba mogla postati marginalnija posebno kada su uvjeti kiselog klorida također snažno oksidirajući - kombinacija koja je zaista moguća u kondenzatu dimnog plina spaljivanja s obzirom na oksidirajuće produkte izgaranja koji su prisutni uz-produkte izgaranja pored kiselih plinova. Razvoj C-22 posebno je ciljao na ovu prazninu, rebalansirajući omjer kroma i molibdena i volframa u leguri kako bi se produžila pouzdana izvedba dalje u uvjetima oksidacije bez žrtvovanja otpornosti na reducirajuću kiselinu koja je C-276 uopće učinila vrijednim.

Ovo ciljano poboljšanje je razlog zašto mnogi moderni dizajni sustava mokrog pranja specificirajuC22kao najmanje jednak, au primjenama-uvjetima-sklonim oksidaciji ponekad se daje prednost u odnosu na C-276, iako oba ostaju valjani, aktivno određeni izbori ovisno o specifičnoj kemiji kondenzata koju određeno postrojenje očekuje.

Kakvu ulogu igra dodatak bakra C-2000 u otpornosti kondenzata dimnih plinova?

Dodatak bakra u C-2000 posebno povećava otpornost na sumpornu kiselinu i određene mješovite kiselinske uvjete, što ga čini posebno relevantnim izborom tamo gdje kondenzat dimnih plinova nosi značajnu komponentu sulfata ili sumporne kiseline uz češće naglašen sadržaj klorida.

Dodaci bakra imaju-utvrđenu ulogu u metalurgiji legura nikla za poboljšanje otpornosti u kiselim sredinama, princip o kojem se govori i u drugim tehničkim vodičima koji pokrivaju ulogu bakra u vrstama poput 904L. C-2000 primjenjuje ovo isto opće načelo unutar okvira Hastelloy s visokim-kromom,-molibdenom, dajući mu profil otpornosti na koroziju koji obuhvaća i oksidacijske i redukcijske uvjete, a istovremeno nudi posebnu čvrstoću u kemiji{-kiseline-pod utjecajem - relevantne u spaljivanju kondenzata dimnog plina posebno zato što komponente otpada koje-sadrže sumpor mogu proizvesti značajan sadržaj sulfata i sumporne kiseline uz doprinos klorovodične kiseline o kojem se češće raspravlja. Tamo gdje očekivana kemijska analiza kondenzata u određenoj tvornici ukazuje da je značajan sadržaj sulfata odlučujući problem, C-2000 je razumna legura za procjenu uz C-276 i C-22, umjesto da se odrekne bilo koje od rasprava koje su više usmjerene na kloride.

Gdje se u postrojenju za spaljivanje najčešće navode legure Hastelloy?

Hastelloy legure najčešće se navode u posudama za mokro čišćenje, komorama za gašenje, eliminatorima magle i hladnim-krajnjim površinama za prijenos topline - specifičnim zonama u kojima dolazi do trajnog izravnog kontakta s koncentriranim kiselim kondenzatom - dok su manje teške zone istog postrojenja često izgrađene od ekonomičnijih materijala.

Zona-po-prikaz tipičnog pristupa materijalu preko putanje dimnog plina postrojenja za spaljivanje:

Tablica 2. Reprezentativna zona-po-zonskoj ozbiljnosti korozije i pristupu materijala preko puta dimnih plinova-do-postrojenja za spaljivanje otpada.

Ovaj selektivni specifikacijski obrazac odražava istu filozofiju odabira-materijala-temeljenu na zoni-specifičnu za vozača o kojoj se govori u drugim tehničkim vodičima o offshore strukturama i opremi za kemijsku obradu: umjesto da grade cijelo postrojenje od najotpornijeg-korozijsko{2}}dostupnog materijala, inženjeri koncentriraju vrhunske legure nikla posebno na lokacijama gdje se zapravo događa trajna, jaka izloženost kiselinskom kondenzatu, koristeći ekonomičnije materijale ili zaštitne obloge drugdje u istom sustavu.

Kako bi inženjeri trebali pristupiti odabiru materijala u zonama korozije u spalionici?

Inženjeri bi trebali karakterizirati očekivani kemijski sastav kondenzata - klorid, sulfat i pH - po zoni, mapirati lokalnu temperaturu metala u odnosu na kiselo rosište i odabrati između C-276, C-22 i C-2000 (ili kombinaciju u različitim zonama) na temelju specifičnog oksidacijskog/redukcijskog karaktera i sadržaja sulfata u kondenzatu koji se očekuje na svakoj lokaciji.

Praktičan pristup odabiru:

1. Karakterizirajte očekivani kemijski sastav dimnih plinova i kondenzata,uključujući raspone klorida, sulfata i pH, idealno temeljeno na stvarnom ili reprezentativnom sastavu toka otpada, a ne na generičkim pretpostavkama.

2. Mapirajte lokalnu temperaturu metala u odnosu na kiselo rosišteza svaku zonu, identificirajući gdje je vjerojatno da će doći do kondenzacije čak i izvan namjerno vlažnih zona kao što su čistači i komore za gašenje.

3. Ocijenite oksidacijski/redukcijski karakter očekivanog kondenzatakao primarni čimbenik u odabiru između C-276 i C-22, u skladu s principima odabira materijala vođenog mehanizmom o kojima se govori u drugim tehničkim vodičima o okolinama oksidacije naspram redukcije korozije.

4. Razmotrite C-2000 posebno tamo gdje je sadržaj sulfata ili sumporne kiseline značajna, dokumentirana komponentaočekivane kemije kondenzata, umjesto zadane samo usporedbe sadržaja-usmjerene na klorid.

5. Nanesite vrhunske legure selektivno po zonama,rezerviranje klasa Hastelloy za lokacije s dugotrajnom, jakom izloženošću kiselinskom kondenzatu uz korištenje ekonomičnijih materijala ili zaštitnih obloga drugdje u istoj tvornici.

Često postavljana pitanja

Može li se duplex ili super duplex nehrđajući čelik koristiti bilo gdje na putu kiselog plina postrojenja za spaljivanje otpada?

Da, u manje teškim zonama gdje je kemijski sastav kondenzata manje agresivan ili temperatura metala pouzdano ostaje iznad točke kiselog rosišta, duplex i super duplex stupnjevi mogu ponuditi ekonomičniju alternativu legurama Hastelloy, ali općenito se ne smatraju odgovarajućima za izravan, trajan kontakt s najstrožim kondenzatom iz skrubera i komore za gašenje.

Utječe li sastav toka otpada značajno na to koja je klasa Hastelloy-a odgovarajuća?

Da - budući da se sastav komunalnog krutog otpada razlikuje po regijama i tijekom vremena, postrojenja koja spaljuju tokove otpada s neuobičajeno visokim udjelom klorirane plastike, sumpor-materijala ili su-spaljivanje industrijskog otpada mogu imati značajno drugačiji kemijski sastav kondenzata od tipičnog toka komunalnog otpada, zbog čega se preporučuje kemijska karakterizacija specifična za lokaciju-radije nego pretpostavka izbora jedne legure univerzalno se primjenjuje na sva postrojenja za spaljivanje.

Koriste li se legure Hastelloy kao čvrste konstrukcije posuda ili češće kao obloge i obloge?

U praksi se koriste oba pristupa - konstrukcija od čvrstog Hastelloya uobičajena je za manje komponente i kritične predmete kao što su eliminatori magle, dok je oblaganje ili oblaganje ekonomičnije strukturne podloge slojem Hastelloy uobičajeni -isplativi pristup za veće posude, a izbor ovisi o veličini posude, razmatranjima izrade i ekonomičnosti projekta.

Razlikuje li se zavarivanje legura Hastelloy u proizvodnji spalionica od zavarivanja u drugim industrijama?

Temeljna načela zavarivanja - odgovarajući odabir dodatnog metala, kontrola unosa topline i čišćenje nakon-zavarivanja - dosljedna su s praksom zavarivanja Hastelloy u svim industrijama, iako proizvodnja postrojenja za spaljivanje i dalje treba slijediti kvalificirani postupak zavarivanja koji je specifičan za točnu leguru i primjenu, a ne pretpostaviti da se opće smjernice za zavarivanje legure nikla primjenjuju bez provjere.

Uklanja li korištenje vrhunske legure Hastelloy potrebu za redovitim pregledom u sustavima za pročišćavanje spalionica?

Nijedna - čak ni legura koja nije -otporna na koroziju nema koristi od dokumentiranog programa inspekcije, posebno s obzirom na stvarnu varijabilnost u kemiji dimnih plinova spaljivanja tijekom radnog vijeka postrojenja; inspekcija ostaje važna dopuna odabiru materijala, a ne korak koji odabir vrhunske legure čini nepotrebnim.