Κράματα Hastelloy στην αποτέφρωση απορριμμάτων: Αντοχή στη διάβρωση σε όξινα συμπυκνώματα καυσαερίων

Η καύση των αστικών στερεών αποβλήτων παράγει περισσότερα από θερμότητα και τέφρα - παράγει καυσαέρια με υδροχλωρικό οξύ, οξείδια του θείου και άλλες ενώσεις σχηματισμού οξέων- που, μόλις συμπυκνωθούν, δημιουργούν ένα από τα πιο διαβρωτικά υγρά περιβάλλοντα που αντιμετωπίζει συνήθως κάθε βιομηχανικός εξοπλισμός. Οι τυπικές ποιότητες ανοξείδωτου χάλυβα και σε πολλές περιπτώσεις ακόμη και 6% μολυβδαίνιο σούπερ-ωστενιτικού τύπου, δεν είναι αξιόπιστα επαρκείς σε αυτή τη συγκεκριμένη χημεία συμπυκνωμάτων, γι' αυτόHastelloy C276, C-22 και C-2000 έχουν γίνει τυπικά υλικά σε συστήματα πλύσης και σβέσης εγκαταστάσεων απόβλητου-προς-ενέργεια. Αυτός ο οδηγός εξηγεί γιατί το συμπύκνωμα καυσαερίων είναι τόσο επιθετικό, πού σχηματίζεται σε μια μονάδα αποτέφρωσης και πώς η οικογένεια κραμάτων Hastelloy καθορίζεται για να επιβιώσει.

Γιατί τα καυσαέρια αποτέφρωσης των αποβλήτων δημιουργούν ένα τέτοιο επιθετικό περιβάλλον διάβρωσης;

Τα καυσαέρια αποτέφρωσης αποβλήτων είναι επιθετικά επειδή η καύση μικτών αστικών στερεών αποβλήτων - που συνήθως περιέχουν πλαστικά PVC, υπολείμματα τροφίμων και άλλα υλικά που περιέχουν χλώριο- και θείο-απελευθερώνει υδροχλωρικό οξύ, οξείδια του θείου και άλλα οξέα όταν γίνονται εξαιρετικά διαβρωτικά{{4} σχηματίζοντας αέρια χαμηλό-pH, υψηλό-υγρό χλωρίου.

Τα αστικά στερεά απόβλητα είναι ένα καύσιμο με μεγάλη μεταβλητότητα και αυτή η μεταβλητότητα είναι ακριβώς αυτό που κάνει τη χημεία των καυσαερίων τόσο απαιτητική: Το PVC και άλλα χλωριωμένα πλαστικά απελευθερώνουν αέριο υδροχλώριο (HCl) κατά την καύση, τα υλικά που περιέχουν θείο απελευθερώνουν οξείδια του θείου που μπορούν να σχηματίσουν θείο και συμπυκνωμένα μέταλλα σε οξέα και άλατα θείου. Το ρεύμα προσθέτει περαιτέρω πολυπλοκότητα στη χημεία του αερίου και του συμπυκνώματος που προκύπτει.

Σε αντίθεση με μια καλά-ελεγχόμενη χημική διεργασία με γνωστή, σταθερή πρώτη ύλη, η σύνθεση των καυσαερίων μιας μονάδας αποτέφρωσης αλλάζει με τη σύνθεση των αποβλήτων που καίγονται μια δεδομένη ημέρα, πράγμα που σημαίνει ότι το σύστημα αντιδιαβρωτικής προστασίας πρέπει να σχεδιαστεί για έναν ρεαλιστικά αυστηρό συνδυασμό συνθηκών και όχι για μια ενιαία, επακριβώς χαρακτηρισμένη χημεία {{1}. υλικά υψηλού-περιθωρίου σε σχέση με τα στενά βελτιστοποιημένα.

Τι είναι η διάβρωση του σημείου δρόσου με οξύ και πού εμφανίζεται σε ένα σύστημα αποτέφρωσης;

Η διάβρωση του σημείου όξινης δρόσου συμβαίνει όταν τα καυσαέρια ψύχονται στη συγκεκριμένη θερμοκρασία στην οποία οι ατμοί που σχηματίζουν οξύ-συμπυκνώνονται σε σταγονίδια υγρού απευθείας στις επιφάνειες του εξοπλισμού και είναι πιο σοβαρή σε επιφάνειες μεταφοράς θερμότητας σε κρύες-άκρες, θαλάμους απόσβεσης και υγρά συστήματα καθαρισμού όπου αυτή η συμπύκνωση είναι είτε αναπόφευκτη είτε ως μέρος του ελέγχου της ρύπανσης.

Τα καυσαέρια μεταφέρουν ενώσεις που σχηματίζουν οξύ-σε μορφή ατμού σε υψηλή θερμοκρασία και καθώς το αέριο ψύχεται - είτε μέσω εξοπλισμού ανάκτησης θερμότητας είτε μέσω διαδικασίας σκόπιμης απόσβεσης και καθαρισμού - αυτές οι ενώσεις φτάνουν σε μια θερμοκρασία στην οποία συμπυκνώνονται ως συμπυκνωμένο όξινο υγρό απευθείας στην πλησιέστερη δροσερή επιφάνεια. Αυτό το όξινο σημείο δρόσου δεν είναι μια ενιαία σταθερή θερμοκρασία. Εξαρτάται από το συγκεκριμένο μείγμα όξινων αερίων και περιεκτικότητας σε υγρασία που υπάρχει, αλλά ο υποκείμενος μηχανισμός είναι συνεπής: κάθε μεταλλική επιφάνεια που πέφτει κάτω από αυτό το όριο γίνεται σημείο συμπύκνωσης για ένα εξαιρετικά χαμηλό-pH, υψηλό-χλωρίδιο και συχνά τοπικά συμπυκνωμένο διαβρωτικό υγρό.

Αυτός είναι ακριβώς ο λόγος για τον οποίο οι επιφάνειες κρύου-εξοικονομητή άκρου και προθερμαντήρα αέρα, οι θάλαμοι απόσβεσης και τα δοχεία υγρού πλυσίματος - είναι όλα ειδικά σχεδιασμένα για την ψύξη των καυσαερίων και, σε πλυντρίδες, για σκόπιμη επαφή με υγρό για αφαίρεση όξινου αερίου - είναι οι ζώνες όπου αυτός ο μηχανισμός διάβρωσης είναι πιο σοβαρός και πιο σοβαρός για την επιλογή υλικού.

Ποια κράματα Hastelloy χρησιμοποιούνται συνήθως στην υπηρεσία αποτέφρωσης απορριμμάτων και πώς διαφέρουν;

Τα Hastelloy C-276, C{4}}22 και C-2000 είναι τα κράματα νικελίου-χρωμίου-μολυβδαινίου που καθορίζονται πιο συχνά για την υπηρεσία συμπυκνώματος όξινων καυσαερίων, το καθένα από τα οποία προσφέρει ένα σχετικό αλλά ξεχωριστό προφίλ αντοχής στη διάβρωση που διαμορφώνεται από διαφορές σε μολυβδαίνιο και περιεκτικότητα σε χαλκό, βολφράμιο.

Μια σύγκριση των τριών πιο κοινά καθορισμένων βαθμών Hastelloy για αυτήν την υπηρεσία:

Πίνακας 1. Σύγκριση των κοινών ποιοτήτων Hastelloy που καθορίζονται για την υπηρεσία συμπυκνωμάτων καυσαερίων καύσης απορριμμάτων. Η επιλογή βαθμού θα πρέπει πάντα να επικυρώνεται με βάση τη συγκεκριμένη χημεία του συμπυκνώματος που αναμένεται σε μια δεδομένη θέση εγκατάστασης, ιδανικά να υποστηρίζεται από δοκιμές διάβρωσης ή τεκμηριωμένη εμπειρία πεδίου σε συγκρίσιμες υπηρεσίες, και όχι μόνο γενικές οδηγίες αναφοράς.

Και τα τρία κράματα μοιράζονται το ίδιο βασικό θεμέλιο νικελίου{-χρωμίου-μολυβδαινίου που είναι υπεύθυνο για την αντίσταση τόσο στη γενική προσβολή οξέος όσο και στην τοπική διάβρωση που προκαλείται από χλωριούχα-, αλλά το καθένα αναπτύχθηκε για να επεκτείνει ή να εξισορροπήσει αυτήν την αντίσταση σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση Η αντίσταση στο θειικό οξύ που βασίζεται στον χαλκό αντιπροσωπεύουν στοχευμένες μεταλλουργικές αποκρίσεις σε συγκεκριμένα κενά που εντοπίστηκαν στην εμπειρία πεδίου με κράματα προηγούμενης γενιάς όπως το C-276, απηχώντας το ίδιο είδος βελτιστοποίησης σύνθεσης που συζητείται σε άλλους τεχνικούς οδηγούς για την εξέλιξη της ποιότητας ανοξείδωτου χάλυβα.

Γιατί ο τυπικός ανοξείδωτος χάλυβας είναι γενικά ανεπαρκής για το όξινο συμπύκνωμα καυσαερίων;

Ο τυπικός ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας, και συχνά ακόμη και 6% ωστενιτικό μολυβδαίνιο, είναι γενικά ανεπαρκείς για τις πιο σοβαρές όξινες ζώνες συμπυκνώματος καυσαερίων, επειδή ο συνδυασμός πολύ χαμηλού pH, υψηλής συγκέντρωσης χλωρίου και οξειδωτικών ειδών σε αυτό το συγκεκριμένο συμπύκνωμα υπερβαίνει τα πρακτικά όρια αντοχής στη διάβρωση. ρωγμάτωση λόγω διάβρωσης με τάση χλωρίου.

Το συμπύκνωμα των καυσαερίων στην πιο σοβαρή του κατάσταση συνδυάζει πολλούς διαβρωτικούς-επιταχυντικούς παράγοντες ταυτόχρονα: συγκέντρωση χλωρίου που μπορεί να αυξηθεί πολύ πάνω από τα τυπικά επίπεδα νερού διεργασίας καθώς η εξάτμιση συγκεντρώνει το συμπύκνωμα, pH αρκετά χαμηλό ώστε να αντιπροσωπεύει πραγματική επίθεση οξέος και όχι απλή έκθεση σε χλωρίδιο και οξειδωτικό προϊόν καύσης{1} κράματα προς τα πρακτικά τους όρια. Αυτός ο συνδυασμός είναι πολύ πιο σοβαρός από τα γενικά σενάρια διάβρωσης με αυλάκια χλωρίου και ρωγμές που συζητούνται σε άλλους τεχνικούς οδηγούς για PREN και όρια χλωριούχου ανοξείδωτου χάλυβα, γι' αυτό και τα απόβλητα--ενεργειακών εγκαταστάσεων φθάνουν ειδικά σε κράματα με βάση το νικέλιο-με βάση το νικέλιο και όχι στην υψηλότερη ζώνη ανοξείδωτου χάλυβα στην πιο σοβαρή ζώνη ποιότητες που έχουν καλή απόδοση σε λιγότερο όξινα, λιγότερο οξειδωτικά περιβάλλοντα χλωρίου όπως το θαλασσινό νερό.

Πώς βελτιώνεται το C-22 στο C-276 για οξειδωτικές συνθήκες όξινου χλωριδίου;

Το Hastelloy C-22 βελτιώνει την απόδοση του C-276 ειδικά στις οξειδωτικές συνθήκες όξινου χλωριδίου μέσω μιας επαναισορροπημένης σύνθεσης χρωμίου, μολυβδαινίου και βολφραμίου, δίνοντάς του καλύτερη αντίσταση στην τοπική διάβρωση και γενική προσβολή παρουσία οξειδωτικών ειδών από ό,τι προσφέρει το C-276, γι' αυτό το C-22 έχει γίνει ολοένα και πιο προτιμώμενο στο σύγχρονο σύστημα scrubber.

Το C{1}}276 παραμένει ένα εξαιρετικό, ευρέως ικανό κράμα, αλλά η εμπειρία πεδίου σε εφαρμογές χημικής επεξεργασίας και καθαρισμού καυσαερίων εντόπισε ότι η απόδοσή του θα μπορούσε να γίνει πιο οριακή, ειδικά όταν οι συνθήκες όξινου χλωρίου ήταν επίσης έντονα οξειδωτικές - ένας συνδυασμός που είναι πραγματικά δυνατός στην αποτέφρωση καυσαερίων οξείδωσης κατά μήκος του προϊόντος συμπύκνωσης{5} αέρια. Η ανάπτυξη του C-22 στόχευσε συγκεκριμένα αυτό το κενό, εξισορροπώντας την αναλογία χρωμίου και μολυβδαινίου-βολφραμίου του κράματος για να επεκτείνει περαιτέρω την αξιόπιστη απόδοση σε οξειδωτικές συνθήκες χωρίς να θυσιάσει την αντίσταση στο αναγωγικό οξύ που έκανε το C-276 πολύτιμο στην πρώτη θέση.

Αυτή η στοχευμένη βελτίωση είναι ο λόγος για τον οποίο προσδιορίζονται πολλά σύγχρονα σχέδια συστημάτων υγρού καθαρισμούC22ως τουλάχιστον ίσες και σε οξειδωτικές-συνθήκες-επιρρεπείς εφαρμογές που μερικές φορές προτιμώνται έναντι του C-276, παρόλο που και οι δύο παραμένουν έγκυρες, ενεργά καθορισμένες επιλογές ανάλογα με τη συγκεκριμένη χημεία του συμπυκνώματος που αναμένει ένα δεδομένο εργοστάσιο.

Τι ρόλο παίζει η προσθήκη χαλκού του C-2000 στην αντίσταση του συμπυκνώματος καυσαερίων;

Η προσθήκη χαλκού του 2000 ενισχύει ειδικά την αντίσταση στο θειικό οξύ και σε ορισμένες συνθήκες μικτού οξέος, καθιστώντας την ιδιαίτερα σημαντική επιλογή όπου το συμπύκνωμα καυσαερίων φέρει ένα σημαντικό συστατικό θειικού ή θειικού οξέος παράλληλα με την πιο συχνά τονισμένη περιεκτικότητα σε χλωρίδιο.

Οι προσθήκες χαλκού έχουν καθιερωμένο- ρόλο στη μεταλλουργία κραμάτων νικελίου για τη βελτίωση της αντίστασης σε περιβάλλοντα μείωσης του οξέος, μια αρχή που συζητείται επίσης σε άλλους τεχνικούς οδηγούς που καλύπτουν το ρόλο του χαλκού σε ποιότητες όπως το 904L. Το C{4}}2000 εφαρμόζει αυτήν την ίδια γενική αρχή σε ένα πλαίσιο Hastelloy υψηλής-χρώμιου και μολυβδαινίου, δίνοντάς του ένα προφίλ αντοχής στη διάβρωση που εκτείνεται τόσο σε οξειδωτικές όσο και σε μειωτικές συνθήκες ενώ προσφέρει ιδιαίτερη αντοχή σε θειικό-οξύ{{8}που επηρεάζεται ειδικά από αέρια που επηρεάζουν τη χημεία επειδή τα απόβλητα που περιέχουν θείο{14}}μπορούν να παράγουν σημαντική περιεκτικότητα σε θειικό και θειικό οξύ παράλληλα με τη συνεισφορά του υδροχλωρικού οξέος που συζητείται πιο συχνά. Όπου η αναμενόμενη χημεία συμπυκνωμάτων ενός συγκεκριμένου εργοστασίου υποδεικνύει ότι η σημαντική περιεκτικότητα σε θειικά άλατα αποτελεί κυρίαρχη ανησυχία, το C-2000 είναι ένα εύλογο κράμα για αξιολόγηση μαζί με το C-276 και το C-22 αντί να αθετήσει οποιαδήποτε από τις συζητήσεις που επικεντρώνονται μόνο στο χλώριο.

Πού σε μια μονάδα αποτέφρωσης καθορίζονται συχνότερα τα κράματα Hastelloy;

Τα κράματα βιαστών προσδιορίζονται πιο συχνά σε δοχεία υγρού πλυσίματος, θαλάμους σβέσης, συσκευές εξάλειψης ομίχλης και επιφάνειες μεταφοράς θερμότητας κρύου- άκρου - στις συγκεκριμένες ζώνες όπου εμφανίζεται συνεχής άμεση επαφή με συμπυκνωμένο όξινο συμπύκνωμα - ενώ οι λιγότερο αυστηρές ζώνες της ίδιας εγκατάστασης συχνά κατασκευάζονται από πιο οικονομικά υλικά.

Μια προβολή ζώνης-αν-ζώνης τυπικής προσέγγισης υλικού κατά μήκος της διαδρομής καυσαερίων μιας μονάδας αποτέφρωσης:

Πίνακας 2. Αντιπροσωπευτική ζώνη-ανά-ζώνη σοβαρότητα διάβρωσης και προσέγγιση υλικού σε μια διαδρομή απορριμμάτων-στη-διαδρομή καυσαερίων της μονάδας αποτέφρωσης ενέργειας.

Αυτό το επιλεκτικό μοτίβο προδιαγραφών αντικατοπτρίζει την ίδια φιλοσοφία επιλογής υλικού-με βάση την ίδια ζώνη, οδηγό-που συζητείται σε άλλους τεχνικούς οδηγούς για υπεράκτιες κατασκευές και εξοπλισμό χημικής επεξεργασίας: αντί να χτίσουν μια ολόκληρη μονάδα από το πιο ανθεκτικό στη διάβρωση-διαθέσιμο υλικό, οι μηχανικοί συγκεντρώνουν κράματα νικελίου υψηλής ποιότητας όπου εκτίθενται πιο σοβαρά κράματα οξέων. οικονομικά υλικά ή προστατευτικές επενδύσεις σε άλλα σημεία του ίδιου συστήματος.

Πώς πρέπει οι μηχανικοί να προσεγγίζουν την επιλογή υλικού στις ζώνες διάβρωσης μιας μονάδας αποτέφρωσης;

Οι μηχανικοί θα πρέπει να χαρακτηρίσουν την αναμενόμενη χημεία του συμπυκνώματος - χλωριούχο, θειικό και pH - ανά ζώνη, να χαρτογραφήσουν την τοπική θερμοκρασία μετάλλου σε σχέση με το σημείο δρόσου οξέος και να επιλέξουν μεταξύ των C-276, C-22 και C-2000 (ή συνδυασμού σε διαφορετικές ζώνες) με βάση το συγκεκριμένο οξειδωτικο/αναγωγικό περιεχόμενο σε κάθε αναμενόμενο οξειδωτικό/αναγωγικό περιεχόμενο σε κάθε θέση θειαφιού.

Μια πρακτική προσέγγιση επιλογής:

1. Χαρακτηρίστε την αναμενόμενη χημεία των καυσαερίων και των συμπυκνωμάτων,συμπεριλαμβανομένων των περιοχών χλωριούχου, θειικού και pH, ιδανικά με βάση την πραγματική ή αντιπροσωπευτική σύνθεση του ρεύματος αποβλήτων και όχι σε γενικές υποθέσεις.

2. Χαρτογραφήστε την τοπική θερμοκρασία μετάλλου έναντι του σημείου δρόσου οξέοςγια κάθε ζώνη, προσδιορίζοντας πού είναι πιθανό να εμφανιστεί συμπύκνωση ακόμη και έξω από τις σκόπιμα υγρές ζώνες, όπως πλυντήρια και θάλαμοι απόσβεσης.

3. Αξιολογήστε τον οξειδωτικό/αναγωγικό χαρακτήρα του αναμενόμενου συμπυκνώματοςως πρωταρχικός παράγοντας για την επιλογή μεταξύ C-276 και C-22, σύμφωνα με τις αρχές επιλογής υλικού βάσει μηχανισμών που συζητούνται σε άλλους τεχνικούς οδηγούς για περιβάλλοντα οξείδωσης έναντι μείωσης της διάβρωσης.

4. Εξετάστε το C-2000 ειδικά όπου η περιεκτικότητα σε θειικό ή θειικό οξύ είναι ένα σημαντικό, τεκμηριωμένο συστατικότης αναμενόμενης χημείας του συμπυκνώματος, αντί να γίνεται προεπιλογή μόνο σε συγκρίσεις βαθμών που εστιάζονται σε χλωριούχα-.

5. Εφαρμόστε κράματα υψηλής ποιότητας επιλεκτικά ανά ζώνη,κρατώντας τις ποιότητες Hastelloy για τοποθεσίες με παρατεταμένη, σοβαρή έκθεση σε όξινο συμπύκνωμα, ενώ χρησιμοποιείτε πιο οικονομικά υλικά ή προστατευτικές επενδύσεις σε άλλα σημεία της ίδιας εγκατάστασης.

Συχνές Ερωτήσεις

Μπορεί ο ανοξείδωτος χάλυβας duplex ή super duplex να χρησιμοποιηθεί οπουδήποτε στη διαδρομή όξινων αερίων μιας μονάδας αποτέφρωσης απορριμμάτων;

Ναι, σε λιγότερο σοβαρές ζώνες όπου η χημεία του συμπυκνώματος είναι λιγότερο επιθετική ή η θερμοκρασία του μετάλλου παραμένει αξιόπιστα πάνω από το σημείο δρόσου οξέος, οι ποιότητες duplex και super duplex μπορούν να προσφέρουν μια πιο οικονομική εναλλακτική λύση στα κράματα Hastelloy, αλλά γενικά δεν θεωρούνται επαρκή για άμεση, διαρκή επαφή με τους πιο αυστηρούς θαλάμους καθαρισμού και σβέσης.

Η σύνθεση του ρεύματος αποβλήτων επηρεάζει σημαντικά την κατάλληλη ποιότητα Hastelloy;

Ναι - καθώς η σύνθεση των αστικών στερεών αποβλήτων ποικίλλει ανά περιοχή και με την πάροδο του χρόνου, οι εγκαταστάσεις που καίνε ρεύματα αποβλήτων με ασυνήθιστα υψηλή περιεκτικότητα σε χλωριωμένο πλαστικό, θειούχο-υλικό ή βιομηχανικά απόβλητα συν-η καύση μπορεί να βλέπουν σημαντικά διαφορετική χημεία συμπυκνώματος από μια τυπική ροή αστικών αποβλήτων, γι' αυτό συνιστάται το sum specific site{3} Η επιλογή κράματος ισχύει καθολικά σε όλες τις εγκαταστάσεις αποτέφρωσης.

Χρησιμοποιούνται τα κράματα Hastelloy ως στερεά κατασκευή αγγείων ή πιο συχνά ως επενδύσεις και επενδύσεις;

Και οι δύο προσεγγίσεις χρησιμοποιούνται στην πράξη - η κατασκευή στερεού Hastelloy είναι κοινή για μικρότερα εξαρτήματα και κρίσιμα αντικείμενα όπως εξολοθρευτές ομίχλης, ενώ η επένδυση ή η επένδυση ενός πιο οικονομικού δομικού υποστρώματος με στρώμα Hastelloy είναι μια κοινή οικονομικά-αποτελεσματική προσέγγιση για μεγαλύτερα πλοία, με την επιλογή να εξαρτάται από το μέγεθος του σκάφους, τις εκτιμήσεις κατασκευής και τα οικονομικά του έργου.

Διαφέρει η συγκόλληση κραμάτων Hastelloy στην κατασκευή εγκαταστάσεων αποτέφρωσης από τη συγκόλληση σε άλλες βιομηχανίες;

Οι θεμελιώδεις αρχές συγκόλλησης - κατάλληλης επιλογής μετάλλου πλήρωσης, ελέγχου εισόδου θερμότητας και μετά{1}}καθαρισμού συγκόλλησης - συνάδουν με την πρακτική συγκόλλησης Hastelloy σε όλες τις βιομηχανίες, αν και η κατασκευή της μονάδας αποτέφρωσης θα πρέπει να ακολουθεί μια ειδική διαδικασία συγκόλλησης ειδικά για το ακριβές κράμα και την εφαρμογή αντί να υποθέσει γενική επαλήθευση συγκόλλησης κράματος νικελίου.

Η χρήση ενός κράματος Hastelloy υψηλής ποιότητας εξαλείφει την ανάγκη τακτικής επιθεώρησης στα συστήματα πλύσης εγκαταστάσεων αποτέφρωσης;

Κανένα - ακόμη και εξαιρετικά ανθεκτικό στη διάβρωση-κράματα δεν επωφελείται από ένα τεκμηριωμένο πρόγραμμα επιθεώρησης, ιδιαίτερα δεδομένης της πραγματικής μεταβλητότητας στη χημεία των καυσαερίων αποτέφρωσης κατά τη διάρκεια ζωής μιας μονάδας. Η επιθεώρηση παραμένει ένα σημαντικό συμπλήρωμα στην επιλογή υλικού και όχι ένα βήμα που η επιλογή κράματος υψηλής ποιότητας καθιστά περιττό.