Incoloy 825 в производството на фосфорна киселина: Ефективност на топлообменника при мокър-процес на киселина

Фосфорната киселина по -мокър процес (WPA) е една от най-корозивните течности, с които се работи при промишлена химическа обработка, съчетаваща свободна сярна киселина, флуорид, хлорид и абразивни твърди вещества в един поток. Топлообменниците в секциите за храносмилане, филтриране и изпаряване на WPA инсталация виждат тази атака концентрирана при скорост, температура и места за заваряване - точно там, където повредите са най-скъпи.Incoloy 825 (UNS N08825)се превърна в най-добрата сплав за това задължение, тъй като неговата химия на никел-хром-молибден-мед е специално разработена, за да устои едновременно на намаляване на атаката от сярна/фосфорна киселина и локализирана хлоридна корозия.

Това ръководство обяснява защо Incoloy 825 се представя добре в WPA топлообменници, как се сравнява с неръждаема стомана 316L и сплави с по-високо съдържание на никел и какви практики за проектиране и производство са необходими, за да получите пълния си експлоатационен живот.

Какво представлява Incoloy 825 и защо се използва широко в производството на фосфорна киселина?

Incoloy 825 е сплав от никел-желязо-хром с добавени молибден и мед, специално формулирана да устои на комбинираната атака на сярна киселина, фосфорна киселина и хлорид/флуорид, открита в фосфорната киселина при мокър-процес, поради което се превърна в стандартна сплав за топлообменник и технологично оборудване в повечето заводи за производство на WPA.

Таблица 1 - Представителен химичен състав на Incoloy 825 по ASTM B424/B425/B163.

Добавянето на мед в сплавта е ключът към нейната устойчивост на редуциращи киселини като сярна и фосфорна киселина, докато съдържанието на молибден добавя устойчивост на питинг и корозия на пукнатини от хлоридни йони. Неговото високо съдържание на никел (38–46%) е устойчиво на напукване от хлоридна корозия, режим на повреда, който ограничава стандартните аустенитни неръждаеми стомани като 316L в тази услуга. Тъй като фосфорната киселина по мокрия-процес съдържа всички тези агресивни видове едновременно - сярна киселина от етапа на храносмилане, флуорид от фосфатната скала и хлорид като замърсител - Балансираната много-елементна устойчивост на Incoloy 825 го прави практично решение за една-сплав за по-голямата част от инсталацията, вместо да изисква различно специална сплав за всеки корозивен вид.

Какво прави мократа{0}}фосфорна киселина толкова корозивна за топлообменните материали?

Фосфорната киселина по-мокър процес е агресивна, защото съчетава четири отделни корозионни механизма в един поток - атака със свободна сярна киселина, флуорид-ускорена корозия, хлорид-предизвикано питинг и корозионно напукване под напрежение и-ерозия-корозия - която и да е от което би предизвикало само стандартна неръждаема стомана, да не говорим за всичките четири заедно.

Свободна сярна киселина: WPA се произвежда чрез смилане на фосфатна скала със сярна киселина и контролиран излишък от нереагирала сярна киселина обикновено остава в потока на процеса, атакувайки материали, които нямат силна устойчивост на редуцираща -киселина.

Съдържание на флуор: Фосфатната скала съдържа флуорапатит, който освобождава флуорни йони по време на храносмилането; флуоридът може локално да разруши пасивните оксидни филми и да ускори корозията, особено при висока концентрация или повишена температура.

Замърсяване с хлорид: Хлоридът навлиза от рудата, технологичната вода или замърсяването нагоре по веригата и предизвиква локализирана питингова и цепнатина корозия, а в тежки случаи, корозионно напукване от хлориден стрес на чувствителни сплави.

Ерозия на суспензии и суспензия: WPA пренася фин гипс и нереагирали скални частици, които ерозират защитните оксидни филми с висока скорост, особено при входовете на тръбите, завоите и контактните точки на преградите в топлообменниците.

Как Incoloy 825 издържа на корозия при различни WPA концентрации и температури?

Incoloy 825 поддържа ниска, предвидима обща скорост на корозия в типичния киселинен диапазон на мокър-процес от разредена 28–30% P2O5 филтърна киселина до концентриран 40–54% P2O5 изпарителен продукт, въпреки че скоростите на корозия нарастват както с повишаване на температурата, така и с увеличаване на замърсяването с флуорид/хлорид, което трябва да се отчете при дизайна на топлообменника.

Tспособни 2 - Представителни мокри-условия за фосфорна киселина по етап на производство и общ диапазон на ефективност на Incoloy 825. Действителните скорости на корозия зависят от конкретната химия на растението (нива на флуорид, хлорид и сулфат) и трябва да бъдат потвърдени чрез тестване на купон или история на завода.

Как се сравнява Incoloy 825 с неръждаема стомана 316L при WPA топлообменник?

Incoloy 825 значително превъзхожда неръждаемата стомана 316L при мокър-процес с фосфорна киселина, особено по отношение на точкова корозия, корозия в пукнатини и напукване от хлоридна корозия, поради което 316L обикновено е ограничен до зони с по-ниска-сериозност, по-ниски-хлориди, докато Incoloy 825 е определен за по-голямата част от Задължение на топлообменника WPA.

Таблица 3 - Сравнителни свойства на неръждаема стомана 316L и Incoloy 825 за мокър-процес с фосфорна киселина. Относителната цена е само ориентировъчна и варира в зависимост от пазарната цена на никел/молибден.

Как се сравнява Incoloy 825 с по-високи сплави като Alloy 625 в най-тежките зони?

Заключение:В най-тежките зони на WPA инсталация - много високо съдържание на флуорид, повишени хлориди или най-високите{1}}температурни степени на изпарител - сплав 625 или подобни високо-молибденови никелови сплави могат да надминат Incoloy 825, но тази добавена устойчивост идва на значително по-висока цена, така че сплав 625 обикновено е запазена за специфични компоненти с висок-риск, вместо да се използват в целия завод.

Таблица 4 - Incoloy 825 спрямо Alloy 625 за най-взискателните зони с фосфорна киселина при мокър-процес.

Практическият подход, използван от повечето производители на WPA, е да се посочи Incoloy 825 като основен материал за по-голямата част от технологичното оборудване, след което да се надстроят селективно специфични компоненти -, често идентифицирани чрез мониторинг на корозията на завода или предишна история на неизправности - до сплав 625 или друга високо-молибденова сплав само при местни условия (богат-на флуорид страничен поток, висока-скорост лакът или известна гореща точка) го изискват.

Каква роля играе замърсяването с флуор и хлорид при избора на материал?

Нивата на флуор и хлорид - не само концентрацията на P2O5 или температурата - често са решаващи фактори за това дали Incoloy 825 е достатъчен или е необходима по-висока сплав, тъй като и двата вида могат локално да разрушат пасивния оксиден филм, който предпазва никеловите сплави от киселинна атака.

Източниците на фосфатни скали варират значително в съдържанието на флуорид, а процесната вода и рециклираните потоци могат да въведат променливи нива на хлорид, които не винаги се отразяват в номиналната проектна база на инсталацията. Тъй като корозионната устойчивост на Incoloy 825 зависи от стабилен пасивен филм, повишените нива на флуорид или хлорид над нивата, приети в първоначалния избор на материал, могат да доведат до неочаквано бърза локализирана корозия, дори когато концентрацията на насипна киселина и температурата остават в нормалните проектни граници. Поради тази причина ефективният избор на материал и текущите програми за надеждност в инсталациите на WPA рутинно включват тестване на корозия и периодичен анализ на суровината, вместо да разчитат само на концентрацията и температурата на P2O5.

Как ерозията-корозия от технологичната суспензия влияе върху живота на тръбата на топлообменника?

Ерозията-корозия от суспендиран гипс и твърди скални частици в WPA съкращава живота на топлообменната тръба предимно в места с висока-скорост - входове на тръбата, U-извивки и контактни точки на преграда -, където механичното отстраняване на защитния оксиден филм изпреварва способността му да се реформира, което прави контрола на скоростта-отстрани на тръбата също толкова важен, колкото избора на сплав за дългосрочна-надеждност.

Поддържайте скоростта-страни на тръбата в рамките на препоръчания диапазон от доставчика на сплав за суспензия-, носеща WPA услуга, обикновено доста под ограниченията на скоростта, използвани за чисти, не-абразивни течности.

Използвайте облицовки на входящата тръба или накрайници на входа на тръбата, където турбулентността и ударите от входящата дюза концентрират ерозивното износване.

Проектирайте разрези и разстояние на преградата, за да сведете до минимум директното високо{0}}скоростно съприкосновение на суспензията със стените на тръбите в контактните точки на преградата.

Наблюдавайте и периодично почиствайте топлообменниците, за да премахнете утаените твърди частици, тъй като локализираното отлагане може да създаде диференциални аерационни клетки, които ускоряват корозията под отлаганията.

Какви заваръчни и производствени практики запазват корозионната устойчивост на Incoloy 825 в топлообменниците?

Запазването на устойчивостта на корозия на Incoloy 825 чрез производство изисква ниско-въглероден основен материал и пълнежен метал, пълно покритие със защитен газ (включително продухващ газ върху ID на тръбата) и пълно почистване на заваръчния шев за премахване на топлинния нюанс, тъй като всяко от тези пропуски може да създаде локално по-малко-устойчива зона, която се превръща в първата точка на повреда при експлоатация.

Използвайте съответстващ добавъчен метал Incoloy 825 (ERNiFeCr-1 / ENiCrMo-3, ако е приложимо), за да избегнете отлагане на заваръчен шев с различна устойчивост на корозия в сравнение с основния метал.

Продухвайте вътрешността на тръбата с инертен газ по време на заваряване, за да предотвратите окисляване (топлинен нюанс) върху намокрената от процеса-повърхност, която е много по-податлива на локализирана корозия от добре защитения заваръчен метал.

Декапирайте и пасивирайте заваръчните шевове след производството, за да премахнете топлинния нюанс и да възстановите равномерния пасивен слой от хромов оксид по цялата намокрена повърхност.

Контролирайте междупроходната температура, за да ограничите времето, прекарано в температурния диапазон на сенсибилизация, намалявайки риска от утаяване на хромен карбид по границите на зърната, въпреки че ниското съдържание на въглерод на Incoloy 825 и стабилизирането на титан вече осигуряват добра устойчивост на сенсибилизация.

Проверете завършените заварки за пълно проникване и липса на пукнатини или липса-на-дефекти на сливане, тъй като тези геометрични характеристики стават предпочитани места за корозия на пукнатини, независимо от химическия състав на сплавта.

Как трябва да бъдат проектирани топлообменниците за дълъг експлоатационен живот в WPA?

Дълготрайните -WPA топлообменници съчетават подходящ избор на сплав с консервативна скорост на-страни на тръбата, адекватно допустимо корозионно действие, достъпни тръбни снопове за проверка и почистване и зони за преход на материала (тръбни листове, глави на канали), проектирани да избегнат проблеми с галванични и пукнатини, където се срещат различни материали.

Изберете материал на тръбата (обикновено Incoloy 825, със сплав 625 в известни тежки зони) въз основа на потвърдени данни за флуорид, хлорид и температура -, а не само на обща концентрация на P2O5.

Задайте скоростта-страни на тръбата в рамките на диапазона, препоръчан за-суспензия, за да балансирате ефективността на преноса на топлина срещу риска от ерозия-корозия.

Посочете подходящо допустимо ниво на корозия на дебелината на стената въз основа на-специфичната за инсталацията история на наблюдение на корозията, а не на обща стойност по подразбиране.

Проектирайте тръбни листове и глави на канали със съвместими или плакирани материали, за да избегнете галванична корозия, когато сплавта на тръбата се срещне с различен структурен материал.

Осигурете подходящо пространство-за издърпване и достъп за инспекция, тъй като периодичната проверка и почистване на тръбата е от съществено значение за улавяне на локализирана корозия или ерозия, преди да причини теч.

Създайте рутинна програма за-тестване и инспекция, за да проследявате действителните скорости на корозия спрямо проектните допускания и да улавяте промените в химията на процеса, преди те да причинят непланирани повреди.

Каква е общата цена на притежание за Incoloy 825 спрямо алтернативите в услугата WPA?

Въпреки че Incoloy 825 струва няколко пъти повече на единица маса от неръждаема стомана 316L, той обикновено осигурява по-ниска обща цена на притежание при мокър-процес на топлообменник с фосфорна киселина, тъй като избягва честите повреди на тръбите, непланирани спирания и снопове замени, които изпитва 316L в тази среда.

Смисленото сравнение на разходите трябва да включва не само първоначалната цена на тръбния пакет, но и очаквания интервал между отказите, цената на непланирана производствена загуба по време на всеки отказ и разходите за труд и обезвреждане на смяната на пакета. При мокър{1}}процес на фосфорна киселина топлообменниците 316L често изпитват течове, свързани с -корозия-напрежение, в рамките на няколко години непрекъсната работа, докато правилно проектираните и произведени топлообменници Incoloy 825 обикновено постигат експлоатационен живот, измерен в десетилетие или повече при същите условия. Когато се включат тези избегнати разходи за повреда и престой, по-високите разходи за материали на Incoloy 825 обикновено се възстановяват многократно през целия експлоатационен живот на топлообменника, което го прави икономически рационален избор за по-голямата част от работата на WPA топлообменника въпреки по-високата му първоначална-цена.

Често задавани въпроси