ما در حال ساخت یک سیستم اسکرابر برای کارخانه اسید سولفوریک با استفاده از صفحه و لوله Incoloy 825 هستیم. برای اطمینان از مطابقت فلز جوش با مقاومت خوردگی فلز پایه از چه فلز پرکننده ای استفاده کنیم؟

1. شیمی مواد و مزیت "تثبیت تیتانیوم".

س: مشخصات لوله کشی کارخانه اسید سولفوریک ما UNS N08825 را می طلبد. نقش خاص تیتانیوم در این آلیاژ چیست و چرا برای لوله های جوش داده شده در سرویس اسید بسیار مهم است؟

A: افزودن تیتانیوم (0.6-1.2٪) در Incoloy 825 صرفاً یک عنصر کمیاب نیست. این یک مکانیسم کنترل متالورژیکی عمدی است که برای جلوگیری از خوردگی بین دانه ای پس از جوشکاری یا قرار گرفتن در معرض حرارت طراحی شده است.

در فولادهای ضد زنگ استاندارد، هنگامی که مواد در محدوده حساسیت (تقریباً 900-1500 درجه فارنهایت / 450-800 درجه) گرم می شوند، کربن با کروم ترکیب می شود تا کاربیدهای کروم را در مرزهای دانه تشکیل دهد. این امر نواحی مجاور کروم را تخلیه می کند و آنها را در برابر حمله سریع در محیط های اسیدی آسیب پذیر می کند- پدیده ای که به عنوان "واپاشی جوش" شناخته می شود.

در UNS N08825، تیتانیوم میل ترکیبی بیشتری برای کربن نسبت به کروم دارد. در طی عملیات حرارتی یا چرخه حرارتی جوشکاری، تیتانیوم ترجیحاً با کربن ترکیب می شود تا کاربیدهای تیتانیوم ریز و بی ضرر (TiC) را تشکیل دهد. به این فرآیند «تثبیت» می گویند.

چرا این برای لوله های اسید مهم است:
از آنجایی که تیتانیوم کربن را "حذف" می کند، کروم در محلول جامد باقی می ماند و لایه غیرفعال مقاوم در برابر خوردگی را تا مرز دانه حفظ می کند. این بدان معناست که لوله یا لوله بدون درز Incoloy 825 می‌تواند در{3}}وضعیت جوش‌شده برای اکثر سرویس‌های اسیدی بدون نیاز به بازپخت محلول جوشی برای بازیابی مقاومت در برابر خوردگی استفاده شود. برای تجهیزات ترشی و خطوط تولید اسید که جوش‌ها اجتناب‌ناپذیر هستند، این تثبیت تضمین می‌کند که کل سیستم-فلز پایه و گرما{7}}منطقه آسیب‌دیده- مقاومت یکنواختی در برابر حمله از خود نشان می‌دهد.

2. خدمات اسید سولفوریک و فسفریک

س: چرا Incoloy 825 برای لوله کشی در تولید اسید سولفوریک و فسفریک نسبت به فولاد ضد زنگ استاندارد 316L یا حتی آلیاژهای نیکل با درجه بالاتر- مانند C-276 مشخص شده است؟

پاسخ: انتخاب Incoloy 825 برای لوله‌کشی تولید اسید به تعادل خاصی از مقاومت در برابر خوردگی و اقتصادی مربوط می‌شود، به‌ویژه در «محدوده{1}}میانی» غلظت‌ها و دماهای اسید.

مکانیسم:

اسید سولفوریک (H2SO4): فولاد ضد زنگ استاندارد 316L به اندازه کافی در اسید سولفوریک بسیار رقیق یا بسیار غلیظ در دمای محیط عمل می کند، اما در محدوده غلظت متوسط ​​(60-20٪) در دماهای بالا به سرعت از بین می رود. محتوای مس (1.5-3.0٪) و مولیبدن (2.5-3.5٪) در 825 به طور هم افزایی برای ایجاد مقاومت در برابر این محیط اسیدی کاهنده عمل می کند. مس به طور خاص باعث افزایش غیرفعال شدن در اسید سولفوریک می شود، مشخصه ای که 316 لیتر ندارد.

اسید فسفریک (H2PO4): در "فرایند مرطوب" برای تولید اسید فسفریک (که برای کودها استفاده می شود)، اسید حاوی مقادیر قابل توجهی ناخالصی مانند کلریدها، فلوریدها و گچ است. 316L از خوردگی حفره ای و شکافی در این محیط رنج می برد. محتوای نیکل بالای آلیاژ 825 (42 درصد) در برابر خوردگی تنش کلرید مقاومت می کند، در حالی که محتوای مولیبدن در برابر سوراخ شدن هالیدها مقاومت می کند.

چرا C-276 نه؟
آلیاژهایی مانند C{3}}276 حتی مقاومت در برابر خوردگی بالاتری نیز دارند، اما به دلیل محتوای مولیبدن و تنگستن بالاتر، به طور قابل توجهی گران تر هستند. برای اکثر اواپراتورها، لوله‌ها و مخازن واکنش اسید فسفریک، 825 "نقطه شیرین"{4}}عملکرد برتر فولاد ضد زنگ را با هزینه کمتر از آلیاژهای نیکل-بالا ارائه می‌کند. اغلب به عنوان آلیاژ نیکل سطح پایه "اسب کار" برای خدمات اسید در نظر گرفته می شود.

3. تجهیزات ترشی و درمان سطح

س: خط ترشی ما از مخلوطی از اسید نیتریک (HNO3) و اسید هیدروفلوئوریک (HF) برای رسوب زدایی فولاد ضد زنگ استفاده می کند. ما Incoloy 825 را برای کویل های گرمایش و لوله کشی مخزن مشخص می کنیم. چه چیزی آن را برای این محیط اسیدی مخلوط تهاجمی- مناسب می‌کند؟

پاسخ: ترشی کردن با مخلوطی از اسید نیتریک و هیدروفلوئوریک (HNO3/HF) یکی از خورنده ترین محیط ها در کارخانه فرآوری فلز است. این مخلوط برای حمله و حذف رسوب طراحی شده است، بنابراین به تجهیزات حاوی آن نیز حمله می کند. Incoloy 825 به دلیل قابلیت تهدید دوگانه: مقاومت در برابر اسیدهای اکسید کننده (نیتریک) و اسیدهای احیا کننده (هیدروفلوریک) برای این سرویس انتخاب شده است.

مکانیسم دوگانه:

کروم برای مقاومت اکسید کننده (HNO3): محتوای کروم (19.5-23.5٪) یک لایه اکسیدی پایدار و غیرفعال را تشکیل می دهد که در برابر ماهیت بسیار اکسید کننده اسید نیتریک مقاومت می کند.

نیکل و مولیبدن برای کاهش مقاومت (HF): اسید هیدروفلوریک یک اسید کاهنده است که با از بین بردن لایه های غیرفعال به مواد حمله می کند. میزان بالای نیکل موجود در 825 مقاومت در برابر حمله HF را فراهم می کند. مولیبدن همچنین به مقاومت در برابر خوردگی موضعی که HF می تواند القا کند کمک می کند.

ملاحظات سخت افزاری ترشی:
برای تجهیزات ترشی، مانند کویل های گرمایش غوطه وری یا پمپ های گردشی، آلیاژ همچنین باید در برابر چرخه حرارتی و فرسایش ناشی از حرکت محلول ترشی مقاومت کند. در حالی که 825 کارایی خوبی دارد، سازندگان باید توجه داشته باشند که به دلیل مقاومت بالای آن در برابر خوردگی، جدا کردن مقیاس اکسیدی که در هنگام شکل دهی گرم تشکیل می شود تا حدودی دشوارتر از فولاد ضد زنگ 304 است. ترشی کردنخود تجهیزات ساخته شده(برای حذف مقیاس ساخت) به یک حمام هیدروفلوریک{0}نیتریک قوی یا ترجیحاً ترکیبی از رسوب زدایی قلیایی و به دنبال آن ترشی اسید برای اطمینان از یک سطح تمیز و غیرفعال نیاز دارد.

4. مشخصات تدارکات (ASTM B423 در مقابل ASTM B163)

س: ما در حال خرید لوله بدون درز UNS N08825 برای مبدل حرارتی در یک فرآیند شیمیایی هستیم. تفاوت بین سفارش به ASTM B423 با ASTM B163 چیست و کدام یک را باید مشخص کنیم؟

A: این یک تمایز مهم تدارکات است. هر دو مشخصات لوله‌های بدون درز UNS N08825 را پوشش می‌دهند، اما برای مصارف نهایی متفاوت اعمال می‌شوند و دامنه بازرسی متفاوتی دارند.

ASTM B423 (نیکل-آهن-کروم-مولیبدن-لوله و لوله بدون درز آلیاژ مس): این مشخصات کلی برای لوله‌های بدون درز آلیاژ 825 است.

. معمولاً برای سیستم های لوله کشی عمومی، مانند اتصال لوله ها در یک کارخانه شیمیایی یا خط ترشی استفاده می شود. این طیف وسیع تری از قطرها و ضخامت دیوار مناسب برای لوله کشی تحت فشار در ASME B31.3 را پوشش می دهد.

ASTM B163 (لوله های مبدل و کندانسور نیکل و آلیاژ نیکل بدون درز-): این مشخصات به طور خاص برای لوله های مورد استفاده در کندانسورهای سطحی، اواپراتورها و مبدل های حرارتی طراحی شده است.

. تفاوت‌های کلیدی در تلورانس‌های ابعادی دقیق‌تر و اغلب الزامات تست دقیق‌تر نهفته است.

تحمل ها: B163 معمولاً به کنترل دقیق تری روی قطر خارجی (OD) و ضخامت دیواره نیاز دارد تا امکان نورد مناسب لوله در صفحات لوله فراهم شود.

آزمایش: B163 اغلب آزمایش‌های غیرمخرب خاصی (جریان گردابی یا اولتراسونیک) را الزامی می‌کند تا اطمینان حاصل شود که لوله برای دیوار نازک-و نیازمندی‌های یکپارچگی{{3} بالا خدمات انتقال حرارت است.

کدام را مشخص کنیم؟

برای اتصال لوله (خطوط انتقال، منیفولد) در کارخانه اسید: ASTM B423 را مشخص کنید.

برای لوله های مبدل حرارتی (لوله های واقعی داخل مبدل پوسته و لوله): ASTM B163 را مشخص کنید. اگر لوله B423 را برای یک بسته لوله مبدل حرارتی سفارش دهید، ممکن است متوجه شوید که تحمل OD برای دستیابی به یک اتصال انبساط هیدرولیکی ضد نشتی در ورق لوله بسیار گسترده است.

5. جوشکاری و ساخت برای خدمات اسید

س: ما در حال ساخت یک سیستم اسکرابر برای کارخانه اسید سولفوریک با استفاده از صفحه و لوله Incoloy 825 هستیم. برای اطمینان از مطابقت فلز جوش با مقاومت خوردگی فلز پایه از چه فلز پرکننده ای استفاده کنیم؟

پاسخ: هنگام جوشکاری Incoloy 825 برای سرویس اسید، قانون کلی این است که جوش را "بیش از-آلیاژ کنید". شما نباید از فلز پرکننده ترکیبی منطبق استفاده کنید. توصیه استاندارد صنعت این است که از فلز پرکننده ERNiCrMo-3 (آلیاژ 625) استفاده کنید.

چرا پرکننده آلیاژی 625؟

جداسازی در حوضچه جوش: در طول انجماد حوضچه جوش، عناصر آلیاژی می توانند جدا شوند. اگر از فلز پرکننده منطبق با شیمی 825 (Ni-Cr-Fe{4}}Mo-Cu) استفاده کرده‌اید، رسوب جوش ممکن است به نواحی موضعی تخلیه شده در مولیبدن یا مس ختم شود و سایت‌های حمله خوردگی ترجیحی ایجاد کند.

محتوای نیکل بالاتر: ERNiCrMo{5}}3 (آلیاژ 625) دارای محتوای نیکل بالاتر (~64%) و مولیبدن بالاتر (9%) نسبت به فلز پایه است. این شیمی "بیش از حد تطبیق" تضمین می کند که رسوب جوش دارای مقاومت خوردگی حداقل معادل و اغلب بهتر از فلز پایه 825 در محیط های اسیدی است. به عنوان یک "حافظ خوردگی" عمل می کند.

پایداری فاز: شیمی پرکننده 625 از نظر متالورژیکی در شرایط جوشکاری پایدارتر است و در برابر تشکیل فازهای مضری که می توانند در اسید داغ مورد حمله قرار گیرند مقاومت می کند.

بهترین روش های ساخت:

تمیزی: آلیاژهای نیکل در معرض شکنندگی توسط آلاینده ها هستند. اطمینان حاصل کنید که ناحیه جوش عاری از چربی، روغن و ترکیبات علامت گذاری است. علائم سنگ زنی باید تمیز باشند، زیرا آلودگی آهن می تواند لایه غیرفعال را خراب کند.

ورودی گرما: گرمای ورودی را کنترل کنید تا از تجمع بیش از حد گرما جلوگیری کنید. یک ورودی گرمای متوسط ​​با دمای بینگذر کنترل شده (معمولاً زیر 300 درجه فارنهایت / 150 درجه) برای جلوگیری از ترک داغ توصیه می شود.