Избор на материал за FGD система: Десулфуризация на димни газове

Десулфуризацията на димните газове (FGD) е промишлен процес, използван за отстраняване на серен диоксид (SO2) - и в по-малка степен хлороводород (HCl) и флуороводород (HF) - от отработените газове на електроцентрали, работещи с въглища-, топилни заводи, циментови пещи и инсинератори за отпадъци, преди да бъдат изпуснати в атмосферата.

SO2 е основната причина за киселинния дъжд, който уврежда екосистемите, корозира инфраструктурата и уврежда здравето на дихателните пътища на хората. Глобалните разпоредби - включително Закона за чистия въздух на САЩ, Директивата на ЕС за промишлените емисии (IED 2010/75/EU) и стандартите за емисии GB 13271 на Китай - налагат ефективност на отстраняване на SO2 над 95% за повечето големи горивни инсталации.

FGD System Material Selection Flue Gas Desulfurization

Доминиращата FGD технология в световен мащаб епринудително окисляване на мокър варовик (WLFO), което представлява приблизително 85% от инсталирания FGD капацитет в световен мащаб. В система WLFO димният газ влиза в контакт с варовикова (CaCO3) суспензия в голям абсорбиращ съд. SO2 реагира със суспензията, за да произведе калциев сулфат (гипс, CaSO4·2H2O) - продаваем в търговската мрежа страничен-продукт, използван в производството на стенни плоскости.

FGD системите са сред най-корозивните индустриални среди на Земята. Комбинацията от фактори в мокрия скрубер създава химическа среда, която разрушава въглеродната стомана в рамките на месеци и агресивно атакува дори стандартни неръждаеми стомани:

Концентрация на хлорид:Хлоридните йони (Cl⁻) -, освободени от изгарянето на въглища и концентрирани от процеса на пречистване -, се натрупват в рециркулиращата течност на абсорбера до нива от 20 000–100 000 ppm. При тези концентрации хлоридите проникват в пасивния оксиден слой на стандартните неръждаеми стомани, предизвиквайки питингова и цепнатина корозия.

Киселинно pH:Абсорбиращата суспензия работи при pH 3–6, излагайки всички намокрени повърхности непрекъснато на разредена сярна и сярна киселина.

Температурен цикъл:Повърхностите на въздуховодите претърпяват термични цикли между 50 градуса (изходен отвор на мокър скрубер) и 200 градуса (вход на пред-скрубер), натоварвайки както основните материали, така и всички облицовъчни системи.

Ерозия:Варовиковата суспензия, рециркулирана със скорост 3–8 m/s през помпи, тръбопроводи и дюзи за пръскане, причинява силно ерозионно износване, което синергизира с корозията, за да ускори загубата на материал.

Корозионно напукване под напрежение (SCC):Напрежението на опън в заваръчните шевове и структурните елементи, комбинирано с горещи течности,-съдържащи хлорид, причинява SCC в аустенитни неръждаеми стомани с PREN под ~40.

Индустриални данни:600 MW въглищна електроцентрала-FGD система обработва приблизително 2–3 милиона Nm³/час димни газове. Абсорберните съдове в системите WLFO обикновено са с размери 15–25 m в диаметър и 20–30 m височина -, което прави избора на материал за облицовката и вътрешните части решение за няколко-милиона долара с очакван 30-годишен проектен живот.

Why FGD Destroys Ordinary Steel

FGD зона	темп. Обхват	Ключови корозивни вещества	Материално търсене
Входящ канал / пред{0}}скрубер	120-200 градуса	SO2, HCl, HF, летлива пепел	Високо{0}}температурно окисление + устойчивост на киселинна точка на оросяване
Абсорбиращ съд (черупка)	50-80 градуса	H2SO4 / H2SO3 (pH 3–6), Cl⁻ до 80 000 ppm	Екстремна устойчивост на хлориден питинг + SCC
Вътрешни части на абсорбера (тави, дюзи)	50-80 градуса	Варовикова каша, абразия, висок Cl⁻	Устойчивост на корозия на ерозия + пукнатини
Изходящ канал / пренагревател	50-120 градуса	Мокър наситен газ, SO3 мъгла, остатъчна HCl	Мокър киселинен кондензат + окисление
Обшивки за димоотводи	60-180 градуса	H2SO4 кондензат, летлива пепел, пара	Целостта на облицовката срещу киселина + термичен цикъл
Тръбопровод за рециркулация на тор	Околна среда–60 градуса	CaCO3/CaSO4 суспензия, Cl⁻, pH 4–6	Комбинирана абразия + точкова корозия
Елиминатор на мъгла / обезпарител	50-70 градуса	Наситен газ, киселинни капчици	Киселинна устойчивост + структурна твърдост

Таблица 1: Корозивни условия по зона на FGD система

Нито една отделна сплав не е оптимална за всяка зона на FGD система. Правилният избор на материал съответства на устойчивостта на корозия на сплавта -, измерена количествено чрез нейното еквивалентно число на устойчивост на питинг (PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N) - към специфичната концентрация на хлорид, pH, температура и механично натоварване на всяка системна зона.

FGD компонент	Препоръчителна(и) сплав(и)	PREN / Ключово свойство	Защо е посочено
Абсорбираща обвивка (мокър варовик)	Сплав C-276 (N10276) или 317LMN	C-276: PREN ~65; 317LMN: ~40	Withstands Cl⁻ >50 000 ppm, H2SO3, pH 3–5 непрекъснато
Абсорбираща обвивка (почистване на морска вода)	Сплав C-22 (N06022) или C-276	PREN >65	Морска вода + SO2: най-агресивната FGD среда
Спрей дюзи и колектори	Сплав 625 (N06625)	PREN ~51; устойчиви-на умора	Ерозия + корозия от високо-скоростни струи суспензия
Рециркулационни помпи (намокрени части)	Duplex 2507 (S32750) или Alloy 20	PREN >42	Абразия от суспензия + хлабава питинг в корпуса на помпата
Входящи / изходящи канали (без облицовка)	316L (S31603) или 317L (S31703)	PREN ~25–32	По-ниски хлоридни зони; рентабилен-; полеви заваряеми
Облицовъчни панели за димни газове	Тапет от сплав C-276 (2–3 мм покритие)	PREN ~65 вътрешна повърхност	Тънко покритие върху въглеродна стомана; киселина + устойчивост на абразия
Елиминатори на мъгла	Сплав 625 или 317LMN	PREN >40	Киселинен аерозол + структурно натоварване; повърхност без{1}}замърсяване
Тръбопроводи и колена за суспензия	6Mo SS (S31254) или Duplex 2507	PREN >40	Комбинирана ерозия-корозия във високо{1}}скоростна CaSO4 суспензия
Разширителни фуги	Силфон от сплав C-276	PREN ~65; степен на умора-	Киселинен газ + термичен цикъл; без риск от SCC
Гипсови обезводняващи решетки	316L или 2205 Duplex	PREN ~25–35	По-ниска агресия след абсорбиране на SO2; умерен Cl⁻
Подложка за стек (мокър стек)	Сплав C-276 или с фибростъкло	PREN ~65	Кондензираща киселина при ниски температури в мокър наситен разряд

Таблица 2: Препоръчителни сплави по FGD компонент и експлоатационни условия

Сплав (UNS)	Cr (%)	Mo (%)	Ni (%)	PREN*	Пригодност на FGD
316L (S31603)	16–18	2–3	10–14	~24	Зони с нисък до умерен Cl⁻; канали, структурни
317LMN (S31726)	18–20	4–5	13–17	~40	Умерено{0}}агресивни абсорбери; разходи-балансирани
6Mo / 254 SMO (S31254)	19.5–20.5	6–6.5	17.5–18.5	~43	Тръбопроводи с висок Cl⁻, системи за суспензия, тела на помпи
Супер дуплекс 2507 (S32750)	24–26	3–5	6–8	~42	Помпени шахти, тръбопроводи, структурни - ерозионни-зони
Сплав 625 (N06625)	20–23	8–10	По-голямо или равно на 58	~51	Дюзи, колектори, мистери - ерозия + корозия
Сплав C-276 (N10276)	14.5–16.5	15–17	Бал.	~65	Абсорбиращи черупки, облицовки на стека, плакирани панели - макс
Сплав C-22 (N06022)	20–22.5	12.5–14.5	Бал.	~67	FGD с морска вода, среда с най-висок-Cl⁻
Сплав 20 (N08020)	19–21	2–3	32–38	~30	Услуги за сярна киселина; работа с гипс; по-нисък Cl⁻

Таблица 3: Химичен състав и PREN на FGD сплави|* PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N

Alloy C276 - FGD Benchmark

Hastelloy C276 (UNS N10276)е най-широко специфицираната сплав за тежки FGD мито. Неговото съдържание на молибден от 15–17% - най-високото от всички произведени в търговската мрежа никелови сплави - му дава PREN от приблизително 65 и изключителна устойчивост както на окислителна, така и на редуцираща киселинна среда. C-276 е определен за абсорбиращи обвивки в високо-хлоридни WLFO системи, мокри облицовки и като 2–3 mm облицовка на тапети върху субстрати на канали от въглеродна стомана. Той е напълно съвместим с ASME Раздел VIII за производство на съдове под налягане и може да бъде орбитално заварен с помощта на съответстващ добавъчен метал ERNiCrMo-4.

Сплав 625 - Ерозия-Специалист по корозия

Сплав 625 (N06625)съчетава добавки с високо съдържание на хром (20–23%), молибден (8–10%) и ниобий, които му придават изключителна устойчивост на ерозия-корозия - комбинираната атака на абразивни частици и корозивна среда, която разрушава дюзите за пръскане и вътрешните части на помпата. Неговият PREN от приблизително 51 и висока якост на опън (827–1034 MPa) го правят предпочитан избор за FGD разпръскващи колектори, елиминатори на мъгла и колела на рециркулационни помпи, където скоростите на суспензията надвишават 4 m/s.

317LMN - Ценовата-ефективна среда

Клас 317LMN (S31726) - подобрена версия на 317L с молибден при 4–5% и контролирано добавяне на азот - постига PREN от приблизително 40 при значително по-ниска цена от никеловите сплави. Той се използва широко за обвивки на абсорбери на FGD при умерени-натоварвания, където концентрациите на хлорид са под 30 000 ppm и pH остава над 4. Той представлява най-це{13}}ефективната напълно аустенитна неръждаема опция за нова конструкция на FGD, където C-276 не може да бъде оправдан икономически.

За FGD абсорбиращи съдове и канали с голям-диаметър използването на твърда плоча C-276 е-прекомерно скъпо. Индустриалното решение е композитна конструкция: черупка от въглеродна стомана или нисколегирана стомана осигурява структурна здравина, докато тънка облицовка от сплав осигурява защита от корозия:

Облицовка на тапети (заваръчно покритие):2–3 mm C-276, нанесен чрез лентово облицоване или автоматизирано заваряване върху вътрешността на въглеродната стомана. Ценова-ефективност за-покритие на голяма площ; наслагването трябва да постигне минимум дву-пасиране, за да се гарантира, че коригираният с разреждане състав отговаря на изискванията на PREN.

Плоча с-взривно покритие:Фабрично-произведена плоча с покритие C-276/въглеродна стомана, произведена в корпуси на съдове. Осигурява прецизна, постоянна дебелина на сплавта (обикновено 3–5 mm); предпочитан за абсорбиращи съдове, изискващи кодов печат ASME.

Разхлабени облицовки от сплав:Тънки (1,5–2 mm) листове C-276 или 625, механично фиксирани или залепени към канали от въглеродна стомана. Може-да се инсталира на място; използвани в проекти за модернизация, където работата на гореща вода е ограничена.

Поглед към разходите:Плътната плоча C-276 струва приблизително 8–12 пъти цената на въглеродната стомана по тегло. Облицовката с тапети намалява съдържанието на сплав до 15–25% от разходите за солидна конструкция, като същевременно осигурява еквивалентна защита от корозия на мократа повърхност - което го прави стандартното решение за абсорбиращи съдове на FGD с диаметър над 10 m.

Fabrication and Quality Requirements

Добавъчни метали за заваряване:C276 изисква пълнител ERNiCrMo-4 (AWS A5.14); Сплав 625 използва ERNiCrMo-3; 317LMN използва ER317L или цялостно легиран 309LMo. Съвпадащи или свръхлегирани пълнители предотвратяват разреждането на заваръчния метал от намаляването на PREN под нивото на основния метал.

Контрол на топлинния нюанс:Заваръчните шевове от никелова сплав трябва да бъдат обратно -продухвани с 99,995% чист аргон, за да се предотврати образуването на оксид върху зърната на основата. Топлинният нюанс върху заварките C-276 показва локално изчерпване на молибден и трябва да бъде отстранен чрез байцване или механична обработка.

Обработка след-заваряване:Никеловите сплави не изискват термична обработка след-заваряване (PWHT) и се разграждат от нея (утаяване на сигма фаза). 317LMN заваръчните шевове при FGD услугата обикновено се-отгряват, ако сенсибилизацията е проблем.

Инспекция:100% радиографско (RT) или ултразвуково (UT) изпитване на всички заварки,-съдържащи налягане в абсорбиращи съдове; тестване с багрило за проникване (PT) на всички заварени покрития C-276, за да се потвърди липсата на пукнатини и липса на топене.

ASTM B575 / B622 - C-276 и C-22 плоча, лист, лента и тръба

ASTM B443 / B444 - Плоча и тръба от сплав 625

ASTM A240 - 316L, 317L, 317LMN плосковалцувани продукти от неръждаема стомана

ASME Раздел VIII Div. 1 - Производство на съдове под налягане (абсорбиращи съдове)

NACE MR0103 - Материали, устойчиви на сулфидно напукване под напрежение в среда на кисела рафинерия

ISO 9001 / EN 10204 Тип 3.1 - Сертифициране на материалите и възможност за проследяване за FGD конструкция

Изборът на материал е най-последователното инженерно решение при проектирането на FGD система. Определянето на правилната сплав -, съобразена с концентрацията на хлорид, рН, температурата и механичното натоварване на всяка системна зона -, е разликата между 30-годишен експлоатационен живот и скъпоструващ преждевременен отказ.

Йерархията е ясна:use 316L/317L where chloride levels are low and pH is moderate; upgrade to 317LMN or 6Mo stainless where chloride concentrations reach 20,000–50,000 ppm; specify Alloy 625 where erosion-corrosion combines with aggressive chemistry; and deploy Alloy C-276 (solid or clad) wherever continuous exposure to >50 000 ppm хлорид, pH<4, or wet stack conditions demands maximum corrosion performance.

Тъй като екологичните разпоредби се затягат в световен мащаб и комуналните компании инвестират в преоборудване на остарели електроцентрали с FGD системи, търсенето на -съответстващи на приложенията,-съвместими с-кода-сплави с висока-производителност ще продължи да расте. Получаването на правилната спецификация на материала на етапа на проектиране е най-це{4}}ефективната инвестиция в надеждността на FGD системата.