Hastelloy C276 проти C22: як вибрати для хімічного обладнання?

Для більшості агресивних змішаних-кислотних або окисних хімічних середовищ,Хастеллой С22забезпечує чудову стійкість-до корозії. Для відновлюючих кислотних середовищ -, таких як соляна кислота, вологий хлористий водень і сірчана кислота -, а також для застосувань, які вимагають перевірених довгострокових-польових характеристик, C-276 залишається еталоном галузі. Прочитайте повне порівняння на основі даних.

вступ

Хімічні заводи є агресивним середовищем. Кислоти, хлориди, окислювачі та високі температури руйнують звичайні метали протягом декількох годин. Вибір неправильного сплаву для теплообмінника, корпусу реактора чи мішалки означає витоки-, спричинені корозією, забруднення потоків продуктів, дорогі зупинки та - у гіршому випадку - катастрофічні інциденти з безпекою.

Hastelloy C276і C22 є двома найпоширенішими сплавами на основі нікелю-у світі для важкої корозійної роботи. Обидва виробляються компанією Haynes International і відповідають основним стандартам ASTM і ASME. Обидва мають набагато кращу стійкість до корозії нержавіючих сталей. Проте вони не взаємозамінні - кожен має окремий хімічний дизайн, що робить його кращим для певного середовища.

У цьому посібнику порівнюються C-276 і C-22 за всіма параметрами, які мають значення для розробника хімічного обладнання: склад, стійкість до корозії, механічні властивості, зварюваність, відповідні стандарти та загальна вартість володіння.

Hastelloy C276 проти C22: різниця

У наведеній нижче таблиці наведено миттєвий -пліч-о-огляд двох сплавів за-найважливішими параметрами.

Примітка:PREN=Еквівалентне число стійкості до точкової корекції (вище=стійкіше). Значення орієнтовні; підтвердити поточними специфікаціями ASTM / EN.

Хімічний склад

Подумайте про склад сплаву як про його рецепт. Кожен елемент виконує певну роль. Розуміння цього рецепту повідомляє вам - перед єдиним випробуванням на корозію -, де кожен сплав працюватиме добре, а де – погано.

Примітка:Склад згідно ASTM B575 (пластина/лист). Діапазони можуть дещо відрізнятися для труб (ASTM B622), прутка (ASTM B574) і фітингів (ASTM B366).

Основна інформація про склад:C-276 використовує більше молібдену (до 17%), щоб домінувати у відновлюючих кислотних середовищах. C-22 використовує більше хрому (до 22,5%), щоб досягти успіху в окисних і змішаних кислотних середовищах. Цей єдиний компроміс є основною причиною майже всіх відмінностей у продуктивності між двома сплавами.

Стійкість до корозії: порівняння-серед-довкілля

Соляна кислота (HCl) - Відновлююче середовище

Соляна кислота є одним із найагресивніших середовищ, які зустрічаються під час хімічної обробки -, яка використовується для маринування, контролю pH, екстракції мінералів і органічного хімічного синтезу. Це відновна кислота, тобто вона активно атакує пасивну плівку більшості металів.

Примітка:Дані про швидкість корозії опубліковані Haynes International. Фактичні показники змінюються залежно від аерації, швидкості та забруднень. Показники нижче 0,13 мм/рік вважаються відмінними; 0,13–0,51 мм/рік дуже добре; 0,51–1,27 мм/рік прийнятно.

Вердикт - Служба HCl:C-276 є кращим сплавом для роботи з соляною кислотою, особливо при концентраціях вище 5% і при підвищених температурах. Високий вміст молібдену забезпечує суттєву перевагу у швидкості корозії.

Сірчана кислота (H₂SO₄) - Відновлення до змішаної

Поведінка сірчаної кислоти є складною: розбавлена ​​H₂SO₄ відновлюється; концентрована H₂SO₄ окиснює. Кросинговер відбувається при концентрації 60–70%. Обидва сплави добре працюють у більшій частині цього діапазону, але мають значні відмінності в крайніх випадках.

Примітка:У змішаних кислотних потоках, що містять як H₂SO₄, так і HCl (звичайне явище для обробки хлор-лугу та мінералів), C-22 зазвичай перевершує C-276.

Азотна кислота (HNO₃) - Окислювальне середовище

Азотна кислота є сильним окислювачем. У кислотах-окислителях хром є критично важливим захисним елементом -, оскільки хром утворює високостабільну оксидну плівку в умовах окислення. Саме тут 22% вміст хрому в C-22 забезпечує явну перевагу над 15,5% у C-276.

Вердикт - Служба азотної кислоти:C-22 значно перевершує C-276 у роботі азотної кислоти за всіх концентрацій. Нижчий вміст хрому в C-276 призводить до значно вищих показників корозії в концентрованій HNO3. Для обладнання, що працює з азотною кислотою - реакторів, конденсаторів, резервуарів для зберігання - C-22 є стандартною специфікацією.

Фосфорна кислота (H₃PO₄)

Фосфорна кислота широко використовується у виробництві добрив, харчовій промисловості та обробці поверхонь. Він може містити галоїдні домішки (фториди, хлориди), які різко впливають на характеристики сплаву.

Точкова, щілинна та локалізована корозія

У хлорид{0}}містких середовищах - морська вода, розсіл, відбілювач і багато потоків промислових процесів - локалізована корозія (точкова та тріщинна атака) становить більший ризик, ніж однорідна корозія. Навіть крихітна ямка в стінці судини протягом місяців може перетворитися на наскрізний-дефект стінки.

Еквівалентне число стійкості до точкової корекції (PREN) забезпечує комплексну міру стійкості до точкової корекції хлориду:

PREN=%Cr + 3.3(%Mo) + 1.65(%W) + 30(%N)

Примітка:Незважаючи на те, що C-276 має дещо вищий розрахунковий PREN, краща стійкість C-22 до зони термічного впливу (HAZ) означає, що він перевершує ефективність справжнього зварювального обладнання, яке піддається впливу хлоридів.

Критичний нюанс:PREN – це розрахований індекс на основі складу. У зварюваному обладнанні -, яке описує практично всі реальні-хімічні ємності - C-22, чудова стійкість до корозії зони термічного впливу робить його кращим практичним показником у хлоридних середовищах, навіть незважаючи на те, що його PREN трохи нижчий.

Корозія в зоні -термічного впливу (HAZ) - Визначальна перевага C-22

Під час зварювання будь-якого сплаву тепло від зварювання тимчасово змінює мікроструктуру металу, що безпосередньо прилягає до зварювального шва - зони-термічного впливу. У деяких сплавах це спричиняє виділення карбіду на межах зерен, утворюючи зони, збіднені-хромом, які переважно піддаються корозії.

C-22 був спеціально розроблений для мінімізації сенсибілізації HAZ. Лабораторні та польові дані незмінно показують, що -зварений C-22 демонструє швидкість корозії в ЗТВ, яка майже ідентична до основного металу. Зварений C-276, незважаючи на те, що все ще дуже хороший, показує помітно більшу різницю між основним металом і швидкістю корозії в ЗТВ.

Для хімічного обладнання, яке має використовуватися в-зварюваному стані - без-відпалу розчину після зварювання - це часто є вирішальним фактором у визначенні C-22.

Механічні властивості

Обидва сплави забезпечують відмінні механічні характеристики для використання в посудинах під тиском і трубопроводах. Відмінності незначні, але їх варто враховувати, коли проектується для роботи під високим-тиском або підвищеної температури.

Примітка:Мінімальні значення згідно ASTM B575 для плити/аркуша. C-22 має дещо вищу мінімальну межу текучості -, що є перевагою в конструкції реактора високого тиску. Значення при високій температурі є приблизними з опублікованих таблиць даних.

Відповідні стандарти та прийнятність коду ASME

Обидва сплави охоплюються комплексним набором стандартів на продукцію та прийняті Кодексом ASME для котлів і посудин під тиском -, що є критичною вимогою для посудин під тиском і теплообмінників у регульованих галузях промисловості по всьому світу.

Примітка:Завжди підтверджуйте застосовне видання кожного стандарту своєю технічною специфікацією. Конструкція посудини під тиском також вимагає відповідних випадків коду ASME та допустимих значень напруги з розділу II частини D ASME.

Типове застосування в хімічному обладнанні

Де зазвичай вказується C-276

Устаткування для виробництва та транспортування соляної кислоти - колони, реактори, теплообмінники

Вологе середовище хлористого водню (газ HCl) -, зокрема на заводах VCM (мономер вінілхлориду)

Системи травлення сірчаною кислотою в помірних концентраціях

Скрубери десульфурації димових газів (FGD) - хлорид-містять, відновні умови

Послуги кислого газу (H₂S + CO₂) при переробці нафти та газу

Служба оцтової та мурашиної кислот (відновлення органічних кислот)

Варильні котли целюлози та паперу - середовищі крафт-луку

Заводи з виробництва добрив - потоки сульфату та фосфату амонію із забруднювачами

Фармацевтичні резервуари для бродіння, де HCl є технологічним хімікатом

Де зазвичай вказується C22

Змішані-кислотні середовища (H₂SO₄ + HNO3, H3PO₄ + HF, HCl + HNO3) - поширені на напівпровідникових, фармацевтичних і спеціальних хімічних підприємствах

Азотна кислота та суміші азотної/фтористоводневої кислот - травлення металів, переробка ядерного палива

Обслуговування хлору та гіпохлориту - виробництво відбілювачів, очищення води

Як-зварні хімічні посудини, де-відпал після зварювання є непрактичним або недоцільним-

Виробництво пестицидів і гербіцидів - складні багато-потоки кислотного процесу

Ви-хімічне виробництво високої чистоти -, де корозія ЗТВ може призвести до металевого забруднення

Системи відновлення та нейтралізації відпрацьованої кислоти

Обшивка морських хімічних танкерів - окислення морської води + комбінації хімічних вантажів

Фармацевтичні багатоцільові-реактори -, що обробляють мінливі потоки продуктів

Реальні приклади з-світу

Спеціальний хімічний завод, який працює з абсорбційною колоною HCl у вологих, відновлювальних умовах, зазнав прискореної корозії та частих незапланованих зупинок із використанням нержавіючої сталі 316L. Огляд матеріалів визначив 10% HCl при 80 градусах як умови експлуатації. Пластина та труба C-276 були визначені для оболонки колони, внутрішніх елементів та з’єднувальних трубопроводів.

Результат: після п’яти років безперервної експлуатації перевірка показала швидкість корозії нижче 0,1 мм/рік для всіх компонентів C-276, без точкових або щілинних пошкоджень. Прогнозований термін служби, що залишився, перевищив 20 років - фундаментальне покращення порівняно з попереднім 18-місячним циклом заміни на 316L.

Урок:У спеціалізованій службі відновної кислоти -, зокрема HCl - C-вищий вміст молібдену в C-276 забезпечує швидкість корозії, яку C-22 не може зрівняти за еквівалентної вартості. Не перебільшуйте C-22, коли C-276 перевершить його.

Виробнику фармацевтичних проміжних продуктів потрібен був реактор із сорочкою об’ємом 10 000 літрів, здатний обробляти: розведену H₂SO₄ для регулювання pH; перекис водню (окислює); гіпохлорит натрію для очищення на місці (CIP); і ряд органічних кислот.

Реактор було виготовлено орбітальним зварюванням TIG без відпалу розчину після зварювання. C-22 було обрано на основі його чудової стійкості до корозії HAZ у всіх чотирьох технологічних потоках і його ефективності в окисних середовищах (H₂O₂, NaOCl).

Результат: десяти{0}}річна перевірка не показала жодної помітної корозії в будь-якій зоні зварювання, основному металі чи соплах. Фармацевтичний клієнт пройшов валідацію процесу FDA без ускладнень,-пов’язаних із суттєвими змінами.

Урок:Для багато-сервісних реакторів, які піддаються як відновлювальним, так і окислювальним потокам, і особливо для-зварних конструкцій, C-22 часто є вибором з меншим-ризиком і нижчим-життєвим-вартістю – навіть за дещо вищої початкової вартості матеріалу.

Енергокомпанія одночасно встановила два ідентичні скрубери десульфурації димових газів (ДДГ): один виготовлений із пластини С-276, інший — із С-22.

Робоче середовище містило сірчану кислоту, хлориди (до 80 000 ppm Cl⁻) і розчинений кисень.

Після восьми років служби картування корозії показало:

Скрубер C-276: рівномірна швидкість корозії 0,04–0,08 мм/рік у основному металі; 0,10–0,15 мм/рік у зонах ЗТВ зварного шва.

Скрубер C-22: рівномірна швидкість корозії 0,03–0,06 мм/рік у основному металі; 0,04–0,07 мм/рік у зонах ЗТВ зварного шва - практично відповідає характеристикам основного металу.

Урок:У сильно-забруднених хлоридами змішаних-кислотних середовищах (загальна умова ДДГ) перевага ЗТВ C-22 перетворилася на відчутне зниження довготривалої-корозії в -сусідніх зонах зварного шва -, зонах, найбільш вразливих до витоків через стінку.

Як вибрати: система систематичних рішень

Використовуйте наступну-за-логікою, щоб вибрати правильний сплав для свого застосування. У випадках прикордонних чи кількох-станів завжди залучайте інженера з корозії та вимагайте даних-спеціального тестування купонів.

Крок 1 - Визначте первинне кислотне середовище.Відновлюючі кислоти (HCl, розбавлена ​​H₂SO₄, HF) → C-276 є першим вибором. Окислювальні кислоти (HNO₃, концентрована H₂SO₄, H₂O₂, гіпохлорит) → C-22 є першим вибором. Змішане або змінне кислотне середовище → C-22 зазвичай є безпечнішою специфікацією.

Крок 2 - Оцініть концентрацію хлориду та ризик точкової корекції.Нижче 10 000 ppm Cl⁻ при помірній температурі → підходить будь-який сплав. Понад 10 000 ppm Cl⁻ або в морській воді + хімічні комбінації → C-22 має чудову корозійну стійкість після зварювання.

Крок 3 - Оцініть вимоги до виготовлення та зварювання.Якщо можливий відпал розчину після зварювання (PWSA) → будь-який сплав; вибрати за показниками корозії. Якщо обладнання має використовуватися в -звареному стані (великі резервуари, труби-на місці, стислі графіки) → Стійкість C-22 до ЗТВ є вагомим аргументом для його вибору.

Крок 4 - Перевірте температуру процесу.Обидва сплави придатні приблизно до 500 градусів у більшості хімічних послуг. При температурі вище 500 градусів в окисній атмосфері обидва залишаються життєздатними. Підтвердьте за допомогою розділу II частини D ASME допустимі напруги при розрахунковій температурі.

Крок 5 - Враховуйте вартість життєвого циклу, а не лише вартість матеріалу.C-22 зазвичай коштує на 5–15% більше матеріалу. Однак, якщо C-22 виключає необхідний цикл PWSA або подовжує інтервал перевірки з 3 до 7 років, перевага у вартості життєвого циклу може віддати перевагу C-22. Подайте запит на аналіз загальної вартості володіння (TCO) у свого постачальника.

Загальна вартість володіння: понад ціну за кілограм

Поширеною помилкою при закупівлях є оцінка нікелевих сплавів виключно за початковою вартістю матеріалу. Для хімічного обладнання, що працює протягом 15–25 років, вартість матеріалів зазвичай становить лише 20–35% від загальної вартості життєвого циклу. Технічне обслуговування, перевірка, простої та заміна складають більшість витрат.

Запитайте у свого постачальника модель вартості життєвого циклу за 20-років. Включіть вартість матеріалів, виготовлення (зварювання + PWSA), графік перевірки та приблизну ймовірність заміни. У багатьох сценаріях зі змішаною кислотою загальна вартість життєвого циклу C-22 дорівнює або нижча за C-276 -, незважаючи на вищу початкову ціну за кілограм.

Часті запитання

№ C-22 чудово підходить для окислювальних, змішаних-кислотних та -зварних середовищ. C-276 є найкращим вибором у спеціалізованих відновлювальних кислотних середовищах, особливо в середовищах із соляною кислотою та кислим газом, де його високий вміст молібдену безпосередньо призводить до нижчої швидкості корозії. Жоден сплав не є універсально кращим; правильний вибір повністю залежить від середовища обслуговування.

так Різне зварювання C-276 до C-22 є технічно можливим. Використовуйте ERNiCrMo-10 (наповнювач C-22) або ERNiCrMo-4 (наповнювач C-276) - уточніть у свого інженера-зварювальника на основі більш критичного середовища експлуатації. Відпал розчину після зварювання рекомендується для критичних корозійних умов, де корозійна стійкість HAZ повинна бути максимальною.

Обидва сплави розраховані на безперервну роботу приблизно до 1040 градусів (1900 градусів F) в окислювальних атмосферах відповідно до вказівок ASME. Однак для мокрої хімічної корозії робочі температури зазвичай нижче 300 градусів. Допустимі значення напруги для конструкції посудини під тиском повинні бути взяті з розділу II частини D ASME за конкретної розрахункової температури.

Так -, як і з усіма нікелевими сплавами, уникайте контакту із сполуками,-що містять сірку (мастило, маркери, стрічка) за підвищених температур, оскільки може виникнути крихкість сірки. Зберігайте подалі від вуглецевої сталі, щоб запобігти забрудненню поверхні залізом, яке може спричинити корозію. Очищуйте поверхні лише схваленими засобами для-нержавіючої сталі.

так Hastelloy C-276 відповідає позначенню EN 2.4819 (NiMo16Cr15W). Hastelloy C-22 відповідає EN 2.4602 (NiCr21Mo14W). Обидва доступні для EN 10028-7 (плоскі вироби) і EN 10216-5 (безшовні труби), де це можливо.

Стандартні товари (пластини, труби стандартних розмірів) зазвичай доставляються спеціалізованими дистриб’юторами протягом 2–6 тижнів. Нестандартні розміри, труби з великою стінкою, поковки та не-стандартні форми виробів можуть потребувати 12–20 тижнів із моменту замовлення. Підтвердьте наявність і терміни виконання у свого постачальника на ранній стадії розробки проекту.

так Залежно від конкретного середовища, альтернативи включають: Hastelloy C-2000 (підвищена стійкість до окисної кислоти), Alloy 59 (UNS N06059, дуже високий Mo + Cr), Inconel 686 (надзвичайна стійкість до точкової корки) і Hastelloy B-3 (HCl і відновна кислотна робота без хрому). Для середовищ, що поєднують високу температуру та змішані кислоти, також можуть бути оцінені спеціальні сплави, такі як 625 або 825. Зверніться до інженера з корозії щодо середовищ, що виходять за межі стандартної робочої зони C-276 / C-22.

Висновок

Hastelloy C-276 і C-22 є видатними матеріалами, одними з найбільш стійких до корозії сплавів, доступних у продажу. Питання полягає не в тому, який з них «загалом кращий», а в тому, який підходить для конкретного хімічного процесу.

Обидва сплави доступні в нашій виробничій та дистриб’юторській мережі у вигляді пластин, труб, фітингів, прутка та поковок - відповідно до стандартів ASTM, ASME та EN. Наша технічна команда надає повну підтримку у виборі матеріалів, сертифікацію заводів і послуги перевірки-третіх сторін.

Зверніться до нашого відділу нікелевих сплавів для консультації щодо вибору матеріалу, конкурентоспроможної пропозиції або доступу до нашої бібліотеки даних про корозію -, включно з даними випробувань купонів, що стосуються вашого процесу.

Haynes International: Специфікація сплаву Hastelloy C-276 (останнє видання)

Haynes International: Таблиця даних сплаву Hastelloy C-22 (останнє видання)

Стандартні специфікації ASTM B575 - для пластин, листів і смуг із низьковуглецевого-нікелю-молібдену-хрому

Стандартні специфікації ASTM B622 - для безшовних труб із нікелю та нікель-сплаву

Стандартні специфікації ASTM B574 - для прутка зі сплаву з низьким вмістом вуглецю нікелю-хрому-молібдену

Стандартні специфікації ASTM B564 - для поковок із нікелевих сплавів

ASME, розділ II, частина B - Специфікації кольорових матеріалів

ASME, розділ II, частина D - властивості (допустимі напруги)

ASME B31.3 - Код технологічного трубопроводу

Довідник ASM, том 13B: Корозія: матеріали (ASM International)

NACE International / AMPP: Дослідження даних про корозію - Розділ металів (6-е видання)

EN 10028-7: Плоскі вироби зі сталі для роботи під тиском – нержавіючі сталі