Ydelsen af ​​rustfrit stål i koncentreret svovlsyre

Ydelsen af ​​rustfrit stål i koncentreret svovlsyre
Svovlsyre er et af de mest anvendte kemikalier i verden og i koncentrationerstørre end 90 vægt%, er det også meget ætsende. Dette papir diskuterer materialevalget tilhåndtering af koncentreret svovlsyre, især ved forhøjede temperaturer (op til 200 ° C)der opstår under dets fremstilling. Nogle af de moderne austenitiske og duplex rustfrie stål ergennemgås, og deres begrænsninger og fordele diskuteres.
Af Roger Francis, RR® Materials, Storbritannien

IntroduktionSvovlsyre er et kemikalie, der anvendes i mange industrielleprocesser såvel som ved udvaskning af mange metaller fra deresmalm. Det er produceret af svovldioxid, hvilket kan væregenereret ved forbrænding af svovl, kan det være et biprodukt af enmetallurgisk smeltningsproces, eller den kan fremstilles ved termisknedbrydning (regenerering) af brugt syre. Svovldioxidenreageres med ilt over en katalysator ved dannelse af ~ 420 ° til 625 ° Csvovltrioxid. Sidstnævnte gas reagerer derefter med vand iabsorberende tårne ​​til dannelse af svovlsyre. Denne proces ereksoterm, og syren kan nå temperaturer så høje som 180 °til 200 ° C. Det meste af denne energi genvindes ved hjælp af en række midler tilminimere energiforbruget. Normalt afkøles syren derefterfra omkring 100 ° C til tæt på omgivelseslager.


MaterialerTraditionelt blev der anvendt materialer som syre-muret stålskibe og duktile jern, såsom Mondi® eller austenitisk lavlegeretrustfrit stål såsom 316 til rør, inden for et begrænset antaltemperatur og syrekoncentrationsområde. Men denudvikling af moderne rustfrit stål af højlegering med forbedretmodstandsdygtighed over for varm koncentreret syre har ændret materialernevalgmuligheder. Tabel 1 viser sammensætningen af ​​noglerustfrit stål, der bruges med svovlsyre. 304 og 316 erde almindelige austenitiske kvaliteter, der er meget anvendte afkemisk industri og procesindustri. Legering 310 er et højt krom,nikkel austenitisk legering, der har overlegen syrekorrosionsbestandighedsammenlignet med 304 og 316. ZERON®100 og 2507 ersuperduplex rustfrit stål med en omtrentlig 50/50austenit / ferrit fase balance. Denne struktur giver en meget højerestyrke (~ 2½ gange) end austenitiske legeringer og tilbudmuligheden for vægtykkelsesbesparelser til applikationer, der involvererhøje tryk og / eller temperaturer.Saramet®, Sandvik SX® og ZeCor® er alle proprietære austenitiskerustfrit stål indeholdende ~ 5% silicium, hvilket forbedrerkorrosionsbestandighed i varm stærk syre. Saramet kommer i tovarianter med lidt forskellige kompositioner. ZeCor er slankerekrom og nikkel end de to andre proprietære legeringer, men detindeholder mere silicium, et element der vides at fremme korrosionmodstand i varm, stærk syre.

KorrosionFigur 1 viser isokorrosionskurverne for nogle almindelige legeringeri svovlsyre. Det kan ses, at superduplexlegeringerne erbedre end 316L. ZERON 100 er også bedre end 2507, hvilket ermenes at skyldes bevidst tilsætning af wolfram ogkobber til ZERON 100. Legering 20 anvendes almindeligvis i svovlsyresyre og fra ca. 50% til 90% syre er den bedre end ZERON100. I stærk syre (GG gt; 90%) viser ZERON 100 imidlertid enmarkant stigning i korrosionsbestandighed sammenlignet med 2507 oglegering 20.

Figur 2 sammenligner iso-korrosionskurverne for de treproprietære legeringer indeholdende silicium og ZERON 100. Der erklart forskelle mellem legeringerne og det siliciumholdigelegeringer, der viser forbedret korrosionsbestandighed i mere fortyndet syre.Da han undersøgte dette papir, kunne forfatteren ikke finde nogenoffentliggjorte data for 310 rustfrit stål over denne syrekoncentrationrækkevidde. Dette skyldes sandsynligvis producenterne af syreplanterbetragter dette som kommercielt følsomme data. Det er dog kendtat korrosionsbestandigheden på 310 rustfrit falder markantnår syrekoncentrationen falder til under 96%.Figur 3 viser isokorrosionskurverne for 304, 310 ogSaramet 23 i meget stærk syre1,2. Det kan ses, at der er enforøgelse af korrosionsbestandigheden for både 310 og Saramet itemperaturområdet 180 ° til 200 ° C. Det antages, at SX ogZeCor viser lignende adfærd. Dette betyder, at disse legeringer kananvendes i dele med højere temperatur i sure planter. Der eringen data for ZERON 100 over hele temperaturområdet påFigur 3, og det vides ikke, om også superduplex rustfrit stålvis denne funktion.

Figur 4 viser korrosionshastigheden for nogle rustfrit stålstærk svovlsyre ved 110 ° C taget fra producenternesoffentliggjorte data. Det kan ses, at korrosionsbestandigheden afSaramet 23 falder med stigende syrekoncentration i modsætning tilde andre legeringer. Ved syrekoncentrationer større end 100% derer overskydende svovltrioxid, og blandingen kaldes derefteroleum. Dette er kendt for at være mere ætsende for legeringer som Sarametend til ZERON 100 og legering 310.Selv om der ikke er nogen offentligt tilgængelige data om 310 rustfrit imeget stærk syre, der er et enkelt datapunkt. Ved en syrekoncentration på 99% og en temperatur på 110 ° C, korrosionenhastighed på 310 var 0,1 mm / år1. Dette viser den forbedrede modstand afZERON 100 over 310 rustfri ved denne temperatur (figur 4).ZERON 100 har også lignende korrosionsbestandighed som ZeCor ogSandvik SX i stærkere syre,> 97 vægt%.I kommercielle syreplanter er der normalt en lille mængde jerntil stede (typisk 5 ppm), og dette kan påvirke korrosionshastigheden pånogle legeringer.

Figur 5 viser virkningen af ​​5 ppm jern påkorrosionshastighed på ZERON 100 ved 110 ° C. Det kan ses, at indenieksperimentel fejl, var der ingen signifikant effekt af jern påkorrosion. Ved 200 ° C (figur 6) i 98,5% syre forårsagede jern en lillestigning i korrosionshastigheden, men intet af engineeringbetydning.

Effekten af ​​hastighedFordi rustfrit stål ofte er aktivt (i modsætning til passivt)i varm, koncentreret svovlsyre er korrosionshastigheden afunktion af hastighed. Det anbefales almindeligt, at legeringersåsom 316 og 310 er begrænset til en maksimal strømningshastighed på1,5 m / sek2. Hastighedstest er blevet udført i luftet 95 vægt-% svovlsyresyre ved 70 ° C ved anvendelse af roterende cylindriske prøver. Brug af analysenaf Silverman3 rotationsstrømmen blev beregnet til at være ækvivalenttil 2,5 m / sek i et NPS 4-rør. Korrosionshastigheden på ZERON 100var høj de første to eller tre dage. Derefter korrosionvar mindre end 0,1 mm / år. Den høje indledende korrosionshastighedvar forbundet med dannelsen af ​​en tynd sort film påmetaloverflade. Filmen ser ud til at give korrosionsbestandighed somvist ved den efterfølgende lave metaltabsprocent. Disse resultater viserat ZERON 100 kan bruges ved højere temperaturer oghastigheder end 316L i stærk svovlsyre. Test i stærkeresyre viste endnu lavere korrosionshastigheder.Tilsætninger af silicium har tendens til at fjerne hastighedsfølsomheden afrustfrit stål til korrosion i varm, stærk svovlsyre. Sandvikrapporter ekstremt lave korrosionshastigheder (GG lt; 0,01 mm / år) for SX i 96%syre ved 70 ° C og 25 m / sek i legeringsdatabladet. De fiken lignende korrosionshastighed i 98,5% syre ved 115 ° C og 10 m / sek flowhastighed. Saramet 35 viste lignende meget lave korrosionshastigheder i98,5% syre ved 120 ° C ved 9 og 25 m / s hastighed4. Selvom der eringen data offentliggjort for ZeCor ved høje hastigheder, formodes det atdet er også bedre end 304 og 316 karakterer.

AnsøgningerDataene i figur 3 viser, at legering 310 kan være meget velegnet tilvarmegenvindingssektionen forudsat at syrekoncentrationen erkører på 98% eller derover. Men i nogle planter udflugter tillave syrekoncentrationer er almindelige og derefter proprietæresiliciumholdige legeringer er mere pålidelige inden for deres anvendelsesgrænser.Alle tre siliciumholdige legeringer er blevet brugt til tårne,tanke, rør, fittings, si, trugfordelere, varmebyttere og tågeeliminatorer, hvor forholdene har væretfor belastende til 3105,6. Alloy 310 anvendes stadig i vid udstrækning i stærk syre,især hvor olie kan produceres. I varmevekslere,316L (ofte med Mo≥2,5%) rør bruges ofte sammen med anodiskbeskyttelse for at holde dem passive.Ovenstående data viser tydeligt den gode korrosionsbestandighedZERON 100 i koncentreret svovlsyre ved temperaturer op til200 ° C. Det kan være særligt effektivt ved varme ved høje temperaturergenopretningssektion af svovlsyreplanter. PCS-fosfater iUSA udsatte en NPS1-spole på ZERON 100 i 18 måneder ikoncentreret syre ved 200 ° C. Korrosionshastigheden var< 0,2="" mm="">PCS har også monteret et ZERON 100 filter opstrøms for et svovlsyresyrepumpe, der fungerer ved høje temperaturer (~ 200 ° C). Efter 18måneder i drift var filteret i fremragende stand. Dette var envæsentlig forbedring i forhold til det anvendte 310-filter i rustfrit ståltidligere.ZERON 100 er også blevet brugt af et af de største svovlsyresyreplante designfirmaer til åbningsplader (figur 7).

Disse erbruges til at styre flow i sådanne applikationer som trugfordelere.Dette udnytter ZERONs gode erosionskorrosionsbestandighed100. ZERON 100 fås også som sømsvejset varmevekslerslange. Dette gør den ideel til syrekølere, hvorkølevand er brak eller havvand, da ZERON 100 har endokumenteret historie med fremragende modstandsdygtighed over for dette miljø7.

TilgængelighedBrugen af ​​disse legeringer til nye projekter er generelt ikke et problemda der normalt kræves en kværnekørsel. For sen tilføjelseons, reparationer eller fabriksmodifikationer, er mindre mængder genereltkrævet. De proprietære siliciumholdige legeringer ejes ikke afaktionærer i rustfrit stål i betydelige mængder til sådanneapplikationer. De store OEM'er har begrænsede lagre i nogleproduktformularer til støtte for deres kunder. Alloy 310 er bredtfås som plade, men er ikke så let tilgængelig som rør, fittingsog flanger.
ZERON 100 ersåledes en nyttiglegering til applikationer, hvor hurtig levering er vigtig eller lillemængder er nødvendige.ZERON 100 er fuldt svejselig ved al almindelig lysbuesvejsningteknikker og legeringens store anvendelse inden for olie- og gasindustrienbetyder, at der er mange kvalificerede fabrikanter. Legering 310 ersvejses, forudsat at kulstoffet er rimeligt lavt; 0,04% er enrimeligt maksimum. Dette skal specifikt specificeres som UNSS31000 har et kulstofmaksimum på 0,08% og det lave kulstofindholdversion (UNS S31002) er ikke tilgængelig. Det høje siliciumaustenitiske legeringer er også relativt lette at fremstille og kommer allemed kulstofniveauer på maksimalt 0,03% for at sikre, at der ikke dannes carbiderved svejsning.

Konklusioner
1. Legering 310 har god modstandsdygtighed over for koncentreret svovlsyreved forhøjede temperaturer, men det er ikke så resistent som syrenkoncentration falder fra 98%. Legeringen er ikke letfås i andet end pladeform.
2. De høje silicium austenitiske rustfrie stål har god korrosionmodstand i varm koncentreret svovlsyre og er bedreend 310 i svagere syre. Silicium giver disse legeringer godmodstand mod svovlsyre ved høje strømningshastigheder. Disse legeringerer mindre resistente i oleum sammenlignet med legering 310.
3. ZERON 100 har nyttig modstandsdygtighed over for varmkoncentreretsvovlsyre, mellemprodukt mellem legering 310 ogaustenitiske legeringer med høj silicium. Dens klar tilgængelighed i en bredrække produktformer gør det velegnet til begge nye anlægog op-kvaliteter.

Referencer
1. CM Schillmoller, Nikkelinstitutets tekniske rapport nr. 10 057.
2. DK Louie, håndbog om svovlsyreproduktion, 2.Udgave, 2008, udgivet af DKL Engineering.
3. DG Silverman, Corrosion 44, 1 (1988) 42.
4. S. Clarke, “Saramet Alloys - Applications in DemandingSvovlsyreapplikationer ”, AIChE-konvention, Florida, USA,Juni 2003.
5. “Saramet Austentic rustfrit stål”, Aker SolutionsPublikation, 2009.
6. S Richardson, M Spence og J Horne, ”Engineered ZeCorUdstyr til svovlsyre service ”, AIChE konvention,Florida, USA, juni 2007.
7. R. Francis og G. Byrne, ”Oplevelser med SuperduplexRustfrit stål i havvand ”Rustfrit stål verden, bind 16,Juni 2004, KCI, side 53.® Registrerede varemærker

Artiklen fra STAINLESS STEEL WORLD.