Сплави Hastelloy при спалюванні відходів: корозійна стійкість до кислих конденсатів димових газів

Спалювання твердих побутових відходів виробляє більше, ніж тепло та золу - воно виробляє димовий газ, змішаний соляною кислотою, оксидом сірки та іншими сполуками,-що утворюють кислоту, які після конденсації створюють одне з найбільш корозійних середовищ, з якими зазвичай стикається будь-яке промислове обладнання. Стандартна нержавіюча сталь, а в багатьох випадках навіть 6% молібден супер-аустенітних марок, не є надійно адекватними в цій специфічній хімії конденсату, томуHastelloy C276, C-22 і C-2000 стали стандартними матеріалами для скруберів і систем гасіння відходів. У цьому посібнику пояснюється, чому конденсат димових газів такий агресивний, де на сміттєспалювальному заводі він утворюється та як сімейство сплавів Hastelloy витримує його.

Чому димовий газ від спалювання відходів створює таке агресивне корозійне середовище?

Димові гази спалювання відходів є агресивними, оскільки спалювання змішаних твердих побутових відходів -, які зазвичай містять пластик ПВХ, харчові відходи та інші хлор- і сір-вмісні матеріали -, вивільняє соляну кислоту, оксиди сірки та інші кислото{4}}утворюючі гази, які стають надзвичайно корозійними, коли вони конденсуються до низького-pH, високо-хлоридна рідина.

Тверді побутові відходи є дуже мінливим паливом, і саме ця мінливість робить його хімічний склад димових газів таким вимогливим: ПВХ та інші хлоровані пластики виділяють хлористий водень (HCl) під час згоряння, сір-вмісні матеріали виділяють оксиди сірки, які можуть утворювати сірчану та сірчану кислоту під час конденсації, а також сліди галогенів і важких металів у відходах потоку додають додаткової складності отриманому газу та можливому конденсату.

На відміну від добре-контрольованого хімічного процесу з відомою постійною сировиною, склад димових газів сміттєспалювального заводу змінюється залежно від складу відходів, які спалюються в певний день, а це означає, що система захисту від корозії має бути розроблена для реалістично суворої комбінації умов, а не для однієї, точно визначеної хімії - філософія проектування, яка надає перевагу широким можливостям, високій-маржі матеріалів над вузько оптимізованими.

Що таке кислотна корозія точки роси та де вона виникає в системі спалювання?

Кислотна корозія точки роси виникає, коли димовий газ охолоджується до певної температури, при якій пари кислоти,-що утворюють, конденсуються в краплі рідини безпосередньо на поверхнях обладнання, і вона найбільш серйозна на поверхнях теплообміну-холодного кінця, камерах гасіння та системах мокрого скруберу, де ця конденсація або неминуча, або навмисно спричинена як частина процесу контролю забруднення.

Димовий газ переносить сполуки,-утворюючі кислоту, у формі пари при високій температурі, і коли газ охолоджується - за допомогою обладнання для рекуперації тепла або навмисного процесу гасіння та очищення -, ці сполуки досягають температури, при якій вони конденсуються у вигляді концентрованої кислотної рідини безпосередньо на найближчій прохолодній поверхні. Ця кислотна точка роси не є єдиною фіксованою температурою; це залежить від конкретної суміші кислотних газів і присутнього вмісту вологи, але основний механізм є послідовним: будь-яка металева поверхня, яка опускається нижче цього порогу, стає місцем конденсації для того, що може бути надзвичайно низьким -pH, високим-хлоридом і часто локально концентрованою корозійною рідиною.

Саме тому поверхні холодного{0}}економайзера та повітряного підігрівача, камери гасіння та резервуари мокрого скрубера - — усі вони спеціально розроблені для охолодження димових газів, а в скруберах — для навмисного контакту з рідиною для видалення кислих газів - — це зони, де цей механізм корозії є найсильнішим і має найбільше значення для вибору матеріалу.

Які сплави Hastelloy зазвичай використовуються в службах спалювання відходів і чим вони відрізняються?

Hastelloy C-276, C-22 і C-2000 — це нікель-хром-молібденові сплави, які найчастіше використовуються для роботи з кислим конденсатом димових газів. Кожен із них має схожий, але відмінний профіль корозійної стійкості, який визначається різницею вмісту молібдену, вольфраму та міді.

Порівняння трьох найпоширеніших марок Hastelloy для цієї послуги:

Таблиця 1. Порівняння загальних марок Hastelloy, призначених для спалювання конденсату димових відходів. Вибір сорту завжди повинен перевірятися відповідно до конкретного хімічного складу конденсату, який очікується на даному заводі, в ідеалі підтверджуватися випробуваннями на корозію або задокументованим досвідом польових робіт у порівнянній експлуатації, а не лише загальними довідковими рекомендаціями.

Усі три сплави мають однакову основну нікель-хром-молібденову основу, відповідальну за стійкість як до загальної кислотної дії, так і до локальної корозії,-спричиненої хлоридами, але кожен був розроблений, щоб збільшити або відновити цю стійкість у певному напрямку - C-22, покращена окислювальна-діяльність та C-2000 Стійкість до сірчаної кислоти, керована міддю, обидва являють собою цілеспрямовану металургійну реакцію на специфічні прогалини, виявлені в польовому досвіді зі сплавами попереднього покоління, такими як C-276, повторюючи той самий вид композиційного вдосконалення, яке обговорювалося в інших технічних посібниках щодо еволюції марки нержавіючої сталі.

Чому стандартна нержавіюча сталь, як правило, непридатна для конденсату кислого димового газу?

Стандартна аустенітна нержавіюча сталь і часто навіть 6% молібден супер{1}}аустенітних марок, як правило, не підходять для зон конденсату димових газів з найсильнішою кислотністю, оскільки поєднання дуже низького рН, високої концентрації хлоридів і окислювачів у цьому специфічному конденсаті перевищує практичні межі стійкості до корозії, які пропонують ці марки, особливо щодо точкової, щілинної корозії та хлориду. корозійне розтріскування під напругою.

Конденсат димових газів у найсильнішому стані поєднує кілька факторів,-що прискорюють корозію: концентрація хлориду, яка може значно підвищуватися вище типового рівня технологічної води, оскільки випаровування концентрує конденсат, рН достатньо низький, щоб представляти справжню кислотну атаку, а не звичайний вплив хлориду, і окислювальні продукти-згоряння, які можуть підштовхнути навіть стійкі до хлориду-сплави їх практичні межі. Ця комбінація є значно суворішою, ніж загальні сценарії точкової та щілинної корозії, які обговорюються в інших технічних посібниках щодо PREN та обмежень хлориду для нержавіючої сталі, тому заводи, що переробляють відходи-до-енергетики, спеціально звертаються до сплавів Hastelloy на основі нікелю-в найбільш важких зонах, а не покладаються на найвищі-марки нержавіючої сталі-PREN, які добре працюють у менш кислі, менш окислювальні хлоридні середовища, такі як морська вода.

Як C-22 покращує C-276 для окислення кислих хлоридів?

Hastelloy C-22 покращує характеристики C-276, зокрема, в умовах окислення кислих хлоридів завдяки ребалансованому складу хрому, молібдену та вольфраму, надаючи йому кращу стійкість до локальної корозії та загального впливу в присутності окислювачів, ніж пропонує C-276, тому C-22 стає все більш кращим у багатьох сучасних конструкціях скруберних систем.

C-276 залишається чудовим сплавом із широкими можливостями, але польовий досвід хімічної обробки та очищення димових газів показав, що його продуктивність може погіршитися, особливо коли кислі хлоридні умови також сильно окиснюють - комбінація, яка справді можлива в конденсаті димових газів спалювання, враховуючи окислювальні продукти-згоряння, присутні поряд із кислотними газами. Розробка C-22 спеціально спрямована на цю прогалину, перебалансувавши співвідношення хрому та молібдену з вольфрамом у сплаві, щоб розширити надійні характеристики в окислювальних умовах без шкоди для стійкості до відновної кислоти, яка зробила C-276 цінним у першу чергу.

Це цілеспрямоване вдосконалення є причиною багатьох сучасних конструкцій систем мокрого скрубераC22як принаймні дорівнює C-276, і в -умовах-схильних до окиснення, інколи надають перевагу над C-276, навіть якщо обидва залишаються дійсними, активно визначені варіанти залежно від конкретного хімічного складу конденсату, який очікує дана установка.

Яку роль відіграє додавання міді в С-2000 у стійкості до конденсату димових газів?

Додавання міді в C-2000 особливо підвищує стійкість до сірчаної кислоти та певних змішаних кислотних умов, що робить його особливо відповідним вибором, коли конденсат димових газів містить значний сульфатний або сірчано-кислотний компонент поряд із частіше підкресленим вмістом хлориду.

Добавки міді мають-відому роль у металургії нікелевих сплавів для покращення стійкості до відновлюючих кислотних середовищ, принцип, який також обговорюється в інших технічних посібниках, які описують роль міді в таких марках, як 904L. C-2000 застосовує той самий загальний принцип у каркасі Hastelloy з високим вмістом-хрому та -молібдену, надаючи йому профіль стійкості до корозії, який охоплює як окислювальні, так і відновні умови, водночас пропонуючи особливу міцність у -хімічному-хімічному складі під впливом-сірчаної кислоти -, актуальному для спалювання конденсату димового газу особливо тому, що компоненти відходів,-що містять сірку, можуть утворювати значний вміст сульфату та сірчаної кислоти поряд із частіше обговорюваним внеском соляної кислоти. Якщо очікуваний хімічний аналіз конденсату конкретного заводу вказує на те, що значний вміст сульфату є головною проблемою, C-2000 є доцільним сплавом для оцінки поряд із C-276 і C-22, а не за замовчуванням у будь-якому з дискусій, які більше зосереджені на хлоридах.

Де на сміттєспалювальному заводі найчастіше вказують сплави Hastelloy?

Сплави Hastelloy найчастіше використовуються в резервуарах для мокрого скруберу, камерах гасіння, туманоуловлювачах і холодних -кінцевих поверхнях теплопередачі - в конкретних зонах, де відбувається постійний прямий контакт із концентрованим кислим конденсатом -, тоді як менш жорсткі зони тієї самої установки часто будуються з більш економічних матеріалів.

Позональний перегляд-за-типовим підходом матеріалу через шлях димового газу сміттєспалювального заводу:

Таблиця 2. Репрезентативні зони-за-зональною інтенсивністю корозії та підходом матеріалу на шляху димових газів-до-сміттєспалювального заводу.

Цей вибірковий шаблон специфікацій відображає ту саму філософію вибору матеріалів-на основі зони-спеціального водія, яка розглядається в інших технічних посібниках щодо морських конструкцій і хімічного обладнання: замість того, щоб будувати цілий завод із найбільш корозійно{2}}стійкого доступного матеріалу, інженери зосереджують першокласні нікелеві сплави саме в місцях, де фактично відбувається тривалий сильний вплив кислотного конденсату, використовуючи більш економічні матеріали або захисні підкладки в іншому місці тієї ж системи.

Яким чином інженери мають підходити до вибору матеріалів у зонах корозії сміттєспалювального заводу?

Інженери повинні охарактеризувати очікуваний хімічний склад конденсату - хлорид, сульфат і рН - за зонами, нанести на карту локальну температуру металу відносно кислотної точки роси та вибрати серед C-276, C-22 і C-2000 (або комбінацію в різних зонах) на основі специфічного окисного/відновного характеру та вмісту сульфату в конденсаті, який очікується в кожному місці.

Практичний підхід до вибору:

1. Охарактеризуйте очікуваний хімічний склад димових газів і конденсату,включаючи діапазони хлоридів, сульфатів і рН, в ідеалі базуючись на фактичному чи репрезентативному складі потоку відходів, а не на загальних припущеннях.

2. Зіставте локальну температуру металу в залежності від кислотної точки росидля кожної зони, визначаючи місця ймовірного виникнення конденсації навіть за межами свідомо вологих зон, таких як скрубери та камери гасіння.

3. Оцініть окислювальний/відновний характер очікуваного конденсатуяк основний фактор у виборі між C-276 і C-22, відповідно до принципів вибору матеріалів, керованих механізмом, обговорюваних в інших технічних посібниках щодо окислювальних та зменшуючих корозійних середовищ.

4. Розглянемо C-2000 особливо там, де вміст сульфату або сірчаної кислоти є значним, задокументованим компонентомочікуваного хімічного складу конденсату, а не порівнювати за замовчуванням лише порівняння-з концентрацією хлориду.

5. Вибірково наносите преміальні сплави по зонах,резервування марок Hastelloy для місць із тривалим сильним впливом кислотного конденсату з використанням більш економічних матеріалів або захисних футерів на інших підприємствах.

Часті запитання

Чи можна використовувати дуплексну або супердуплексну нержавіючу сталь будь-де на шляху кислотного газу сміттєспалювального заводу?

Так, у менш суворих зонах, де хімічний склад конденсату є менш агресивним або температура металу надійно залишається вищою за кислотну точку роси, дуплексні та супердуплексні марки можуть запропонувати більш економічну альтернативу сплавам Hastelloy, але вони, як правило, не вважаються достатніми для прямого, тривалого контакту з найбільш жорстким конденсатом скрубера та камери гарту.

Чи суттєво впливає склад потоку відходів на те, який сорт хастеллою є відповідним?

Так -, оскільки склад твердих побутових відходів змінюється залежно від регіону та з часом, заводи, які спалюють потоки відходів із надзвичайно високим вмістом хлорованого пластику, сір{1}}вмісного матеріалу або спільного -спалювання промислових відходів, можуть суттєво відрізнятися від хімічного складу конденсату, ніж типовий потік міських відходів, тому рекомендується хімічна характеристика для-спеціального місця, а не вибір одного сплаву застосовується універсально для всіх сміттєспалювальних установок.

Чи використовуються сплави Hastelloy як міцні конструкції посудин, чи частіше як футерівки та оболонки?

Обидва підходи використовуються на практиці - міцна конструкція з хастеллою поширена для менших компонентів і важливих предметів, як-от туманоуловлювачі, тоді як покриття або облицювання більш економічної структурної підкладки шаром з хастеллою є звичайним-економічним підходом для великих суден, вибір залежить від розміру посудини, міркувань виготовлення та економіки проекту.

Чи відрізняється зварювання сплавів Hastelloy на виробництві сміттєспалювальних заводів від їх зварювання в інших галузях?

Фундаментальні принципи зварювання - відповідного вибору присадного металу, контролю надходження тепла та-очищення після зварювання - узгоджуються зі зварювальною практикою Hastelloy у різних галузях промисловості, хоча при виготовленні сміттєспалювальних установок все одно слід виконувати кваліфіковану процедуру зварювання, специфічну для точного сплаву та застосування, а не припускати, що загальні вказівки щодо зварювання нікелевих сплавів застосовуються без перевірки.

Чи усуває використання високоякісного сплаву Hastelloy потребу в регулярних перевірках скруберних систем сміттєспалювальних установок?

Жодні - навіть висококорозійні-сплави не виграють від задокументованої програми перевірки, особливо враховуючи справжню мінливість хімічного складу димових газів спалювання протягом терміну експлуатації установки; Перевірка залишається важливим доповненням до вибору матеріалу, а не кроком, який вибір преміального сплаву робить непотрібним.