Incoloy 825 u proizvodnji fosforne kiseline: mokri-proces izmjenjivača topline

Mokro{0}}fosforna kiselina (WPA) jedna je od najatraktivnijih tekućina kojima se rukuje u industrijskoj kemijskoj obradi, a kombinira slobodnu sumpornu kiselinu, fluorid, klorid i abrazivne krutine u jednom mlazu. Izmjenjivači topline u dijelovima digestije, filtracije i isparavanja WPA postrojenja vide ovaj napad koncentriran na brzini, temperaturi i mjestima zavarivanja - točno tamo gdje su kvarovi najskuplji.Incoloy 825 (UNS N08825)je postala glavna legura za ovu dužnost jer je njezina kemija nikla-kroma-molibdena-bakra posebno razvijena kako bi se u isto vrijeme oduprla smanjenom napadu sumporne/fosforne kiseline i lokaliziranoj kloridnoj koroziji.

Ovaj vodič objašnjava zašto se Incoloy 825 dobro ponaša u WPA izmjenjivačima topline, u kakvoj je usporedbi s nehrđajućim čelikom 316L i legurama s više nikla te koje su prakse dizajna i izrade potrebne da bi se dobio njegov puni vijek trajanja.

Što je Incoloy 825 i zašto se naširoko koristi u proizvodnji fosforne kiseline?

Incoloy 825 je legura nikla-željeza-kroma s dodanim molibdenom i bakrom, posebno formulirana za otpornost na kombinirani napad sumporne kiseline, fosforne kiseline i klorida/fluorida koji se nalazi u fosfornoj kiselini mokrim-postupkom, zbog čega je postao standardni izmjenjivač topline i legura procesne opreme u većini proizvodnih pogona WPA.

Tablica 1 - Reprezentativni kemijski sastav Incoloya 825 prema ASTM B424/B425/B163.

Dodatak bakra u leguri ključ je njezine otpornosti na redukcijske kiseline kao što su sumporna i fosforna kiselina, dok njezin sadržaj molibdena dodaje otpornost na rupičastu i pukotinsku koroziju izazvanu kloridnim ionima. Njegov visok sadržaj nikla (38–46%) otporan je na pucanje uslijed korozije uzrokovanog kloridom, način kvara koji ograničava standardne austenitne nehrđajuće čelike poput 316L u ovoj upotrebi. Budući da fosforna kiselina -mokrim postupkom sadrži sve te agresivne vrste istovremeno - sumpornu kiselinu iz koraka digestije, fluorid iz fosfatne stijene i klorid kao kontaminant - uravnotežena otpornost na više-elemenata Incoloya 825 čini ga praktičnim rješenjem-legure za većinu postrojenja umjesto da zahtijeva različitu specijalna legura za svaku korozivnu vrstu.

Što fosfornu kiselinu mokrim-procesom čini tako korozivnom za materijale izmjenjivača topline?

Mokrim{0}}procesom fosforne kiseline agresivna je jer kombinira četiri odvojena mehanizma korozije u jednom toku - napad slobodne sumporne kiseline, fluorid-ubrzanu koroziju, kloridom-induciranu rupičastu koroziju i pucanje uslijed korozije te-eroziju izazvanu krutinama-korozija - bilo koji od što bi izazvalo sam standardni nehrđajući čelik, a kamoli sva četiri zajedno.

Slobodna sumporna kiselina: WPA se proizvodi razgradnjom fosfatne stijene sa sumpornom kiselinom, a kontrolirani višak neizreagirane sumporne kiseline obično ostaje u toku procesa, napadajući materijale koji nemaju snažnu otpornost na -reduktivnu kiselinu.

Sadržaj fluorida: Fosfatna stijena sadrži fluorapatit, koji oslobađa fluoridne ione tijekom probave; fluorid može lokalno razgraditi pasivne oksidne filmove i ubrzati koroziju, osobito pri visokoj koncentraciji ili povišenoj temperaturi.

Kontaminacija kloridom: Klorid ulazi iz rude, tehnološke vode ili uzvodne kontaminacije i uzrokuje lokaliziranu rupičastu koroziju i pukotinsku koroziju, a u teškim slučajevima, kloridno naponsko korozijsko pucanje osjetljivih legura.

Suspendirane krute tvari i erozija kaše: WPA nosi fine čestice gipsa i neizreagirane stijene, koje velikom brzinom nagrizaju zaštitne oksidne filmove, osobito na ulazima cijevi, zavojima i kontaktnim točkama pregrada u izmjenjivačima topline.

Kako je Incoloy 825 otporan na koroziju pri različitim WPA koncentracijama i temperaturama?

Incoloy 825 održava nisku, predvidljivu opću stopu korozije u tipičnom rasponu kiseline mokrog-procesa od razrijeđene 28–30% P2O5 filtarske kiseline do koncentriranog 40–54% P2O5 proizvoda isparivača, iako stope korozije rastu s povećanjem temperature i povećanjem kontaminacije fluoridom/kloridom, što se mora uzeti u obzir pri dizajnu izmjenjivača.

Tsposobni 2 - Reprezentativni uvjeti mokrog-postupka fosforne kiseline prema fazi proizvodnje i općem rasponu performansi Incoloya 825. Stvarne stope korozije ovise o specifičnoj kemiji postrojenja (razine fluorida, klorida i sulfata) i treba ih potvrditi ispitivanjem kupona ili poviješću postrojenja.

Kakav je Incoloy 825 u usporedbi s nehrđajućim čelikom 316L u usluzi WPA izmjenjivača topline?

Incoloy 825 značajno nadmašuje nehrđajući čelik 316L u mokrom-procesu rada s fosfornom kiselinom, posebno s obzirom na rupičastu koroziju, koroziju u pukotinama i pucanje uslijed korozije uslijed naprezanja klorida, zbog čega je 316L općenito ograničen na niže-zone s nižim-kloridom, dok je Incoloy 825 specificiran za većinu Dužnost WPA izmjenjivača topline.

Tablica 3 - Usporedna svojstva nehrđajućeg čelika 316L i Incoloya 825 za mokri-proces fosforne kiseline. Relativni trošak samo je indikativni i ovisi o tržišnoj cijeni nikla/molibdena.

Kakav je Incoloy 825 u usporedbi s višim legurama poput legure 625 u najtežim zonama?

Zaključak:U najstrožim zonama WPA postrojenja - vrlo visok sadržaj fluorida, povišeni kloridi ili stupnjevi isparivača s najvišom{1}}temperaturom - Legura 625 ili slične visoko-molibden niklene legure mogu nadmašiti Incoloy 825, ali ova dodatna otpornost ima znatno veću cijenu, pa je Legura 625 obično rezervirana za specifične komponente visokog-rizika umjesto da se koriste u cijeloj tvornici.

Tablica 4 - Incoloy 825 u odnosu na leguru 625 za najzahtjevnije mokre{3}}procesne zone fosforne kiseline.

Praktičan pristup koji koristi većina proizvođača WPA je navesti Incoloy 825 kao osnovni materijal za većinu procesne opreme, zatim selektivno nadograditi određene komponente - koje se često identificiraju putem praćenja korozije u postrojenjima ili prijašnje povijesti kvarova - na leguru 625 ili drugu leguru s visokim-molibdenom samo u lokalnim uvjetima (bočna struja-bogata fluoridom, velika-brzina lakat ili poznato vruće mjesto) to zahtijevaju.

Kakvu ulogu igra kontaminacija fluorom i kloridom u odabiru materijala?

Razine fluorida i klorida - ne samo koncentracija P2O5 ili temperatura sama - često su odlučujući čimbenici u tome je li Incoloy 825 dovoljan ili je opravdana veća legura, jer obje vrste mogu lokalno razgraditi pasivni oksidni film koji štiti legure nikla od napada kiseline.

Izvori fosfatnih stijena značajno variraju u sadržaju fluorida, a procesna voda i reciklirani tokovi mogu unijeti različite razine klorida koje se ne odražavaju uvijek u nominalnoj projektnoj osnovi postrojenja. Budući da otpornost na koroziju Incoloya 825 ovisi o stabilnom pasivnom filmu, povišeni fluorid ili klorid iznad razina pretpostavljenih u izvornom odabiru materijala može dovesti do neočekivano brze lokalizirane korozije, čak i kada koncentracija kiseline u masi i temperatura ostaju unutar normalnih projektiranih granica. Iz tog razloga, učinkovit izbor materijala i tekući programi pouzdanosti u WPA postrojenjima rutinski uključuju testiranje korozije i periodičnu analizu sirovine umjesto da se oslanjaju samo na koncentraciju P2O5 i temperaturu.

Kako erozija-korozija iz procesne kaše utječe na vijek trajanja cijevi izmjenjivača topline?

Erozija-korozija od suspendiranog gipsa i krutih stijena u WPA skraćuje vijek trajanja cijevi izmjenjivača topline primarno na mjestima visoke-brzine - ulaza cijevi, U-zavoja i kontaktnih točaka pregrada - gdje mehaničko uklanjanje zaštitnog oksidnog filma nadmašuje njegovu sposobnost reformiranja, čineći kontrolu brzine-strane cijevi jednako važnom kao i odabir legure za dugoročnu-pouzdanost.

Održavajte-brzinu na strani cijevi unutar preporučenog raspona dobavljača legure za uslugu s-muljevitim WPA-om, obično znatno ispod ograničenja brzine koja se koriste za čiste, ne-abrazivne tekućine.

Koristite obloge ulazne cijevi ili prstenove na ulazu cijevi, gdje turbulencija i udar iz ulazne mlaznice koncentriraju erozivno trošenje.

Dizajnirajte rezove i razmake pregrada kako biste minimizirali izravan-sudar gnojnice velikom brzinom o stijenke cijevi na kontaktnim točkama pregrade.

Pratite i povremeno čistite izmjenjivače kako biste uklonili nataložene krutine, budući da lokalizirano taloženje može stvoriti različite ćelije za prozračivanje koje ubrzavaju koroziju ispod naslaga.

Koje prakse zavarivanja i izrade čuvaju otpornost Incoloya 825 na koroziju u izmjenjivačima topline?

Očuvanje otpornosti na koroziju Incoloya 825 kroz proizvodnju zahtijeva osnovni materijal s niskim-ugljikom i dodatni metal, potpunu pokrivenost zaštitnim plinom (uključujući plin za pročišćavanje na ID cijevi) i potpuno čišćenje zrna zavara radi uklanjanja toplinske nijanse, jer bilo koji od ovih nedostataka može stvoriti lokalno manje-otpornu zonu koja postaje prva točka kvara u radu.

Upotrijebite odgovarajući dodatni metal Incoloy 825 (ERNiFeCr-1 / ENiCrMo-3 ako je primjenjivo) kako biste izbjegli naslage zavara s različitom otpornošću na koroziju od osnovnog metala.

Pročistite unutrašnjost cijevi inertnim plinom tijekom zavarivanja kako biste spriječili oksidaciju (toplinska nijansa) na površini-nakvašenoj procesom, koja je mnogo osjetljivija na lokaliziranu koroziju od pravilno zaštićenog metala zavara.

Piklirajte i pasivirajte zavare nakon izrade kako biste uklonili toplinsku nijansu i obnovili jednoličan pasivni sloj krom oksida preko cijele navlažene površine.

Kontrolirajte međuprolaznu temperaturu kako biste ograničili vrijeme provedeno u temperaturnom rasponu senzibilizacije, smanjujući rizik od taloženja krom karbida na granicama zrna iako niski sadržaj ugljika Incoloya 825 i stabilizacija titana već pružaju dobru otpornost na senzibilizaciju.

Pregledajte dovršene zavare radi potpunog prodiranja i odsustva pukotina ili nedostatka--defekata fuzije, budući da ove geometrijske značajke postaju preferirana mjesta za koroziju u pukotinama bez obzira na kemijski sastav legure.

Kako bi izmjenjivači topline trebali biti dizajnirani za dug radni vijek u WPA?

Dugotrajni-WPA izmjenjivači topline kombiniraju odgovarajući odabir legure s konzervativnom brzinom cijevi-, odgovarajućim dopuštenjem za koroziju, dostupnim snopovima cijevi za inspekciju i čišćenje i prijelaznim zonama materijala (cijevne ploče, glave kanala) dizajnirane za izbjegavanje galvanskih problema i problema s pukotinama gdje se susreću različiti materijali.

Odaberite materijal cijevi (obično Incoloy 825, s legurom 625 u poznatim teškim zonama) na temelju potvrđenih podataka o fluoru, kloridu i temperaturi procesa - ne samo na generičkoj koncentraciji P2O5.

Postavite brzinu-strane cijevi unutar raspona koji se preporučuje za-uslugu ležajeva gnojnice kako biste uravnotežili učinkovitost prijenosa topline protiv erozije-rizika od korozije.

Navedite odgovarajuću dopuštenu koroziju debljine stijenke na temelju-povijesti praćenja korozije specifične za tvornicu, a ne generičke zadane postavke.

Dizajnirajte cijevne ploče i glave kanala s kompatibilnim ili obloženim materijalima kako biste izbjegli galvansku koroziju gdje se legura cijevi susreće s različitim strukturnim materijalom.

Osigurajte odgovarajući prostor za{0}}povlačenje snopa i pristup inspekciji, jer su periodični pregledi i čišćenje cijevi ključni za hvatanje lokalizirane korozije ili erozije prije nego što izazovu curenje.

Uspostavite rutinski program-testiranja i inspekcije kako biste pratili stvarne stope korozije u odnosu na pretpostavke dizajna i uhvatili promjene kemije procesa prije nego što uzrokuju neplanirane kvarove.

Koliki je ukupni trošak vlasništva za Incoloy 825 u odnosu na alternative u WPA usluzi?

Iako Incoloy 825 košta nekoliko puta više po jedinici mase od nehrđajućeg čelika 316L, obično pruža niži ukupni trošak vlasništva u mokrom-procesu usluge izmjenjivača topline fosforne kiseline jer izbjegava česte kvarove cijevi, neplanirana gašenja i zamjene snopova s ​​kojima se 316L suočava u ovom okruženju.

Svrsishodna usporedba troškova mora uključivati ​​ne samo početnu cijenu snopa cijevi, već i očekivani interval između kvarova, trošak neplaniranog gubitka proizvodnje tijekom svakog kvara te troškove rada i odlaganja zamjene snopa. U mokrom -procesu fosforne kiseline, 316L izmjenjivači često imaju curenja u obliku jamica ili -korozije-povezanih s naprezanjem unutar nekoliko godina neprekidnog rada, dok pravilno dizajnirani i proizvedeni izmjenjivači Incoloy 825 obično postižu životni vijek mjeren u desetljeću ili više pod istim uvjetima. Kada se uključe ovi izbjegnuti troškovi kvarova i zastoja, viši materijalni troškovi Incoloya 825 općenito se višestruko nadoknade tijekom radnog vijeka izmjenjivača, što ga čini ekonomski racionalnim izborom za većinu WPA izmjenjivača topline unatoč višoj početnoj-cijeni.

Često postavljana pitanja