Ytelsen til rustfritt stål i konsentrert svovelsyre

Ytelsen til rustfritt stål i konsentrert svovelsyre
Svovelsyre er en av de mest brukte kjemikaliene i verden og i konsentrasjonerstørre enn 90 vekt%, er det også veldig etsende. Denne artikkelen diskuterer materialvalget tilhåndtering av konsentrert svovelsyre, spesielt ved høye temperaturer (opptil 200 ° C)som oppstår under fremstillingen. Noen av de moderne austenittiske og dupleks rustfrie stål ergjennomgått og deres begrensninger og fordeler blir diskutert.
Av Roger Francis, RR® Materials, Storbritannia

IntroduksjonSvovelsyre er et kjemikalie som brukes i mange industrielleprosesser så vel som ved utvasking av mange metaller fra deresmalm. Det er produsert av svoveldioksid, som kan væregenerert av svovelforbrenning, kan det være et biprodukt av enmetallurgisk smelteprosess, eller den kan produseres ved termisknedbrytning (regenerering) av brukt syre. Svoveldioksidetreageres med oksygen over en katalysator ved dannelse av ~ 420 til 625 ° Csvoveltrioksid. Sistnevnte gass reagerer deretter med vann iabsorberende tårn for å danne svovelsyre. Denne prosessen ereksoterm og syren kan nå temperaturer så høyt som 180 °til 200 ° C. Det meste av denne energien gjenvinnes på en rekke måter åminimere energiforbruket. Vanligvis blir syren deretter avkjøltfra rundt 100 ° C til nær lagringsplass.


MaterialerTradisjonelt ble materialer som syre-muret stål brukt tilfartøy og duktile strykejern, som Mondi® eller austenittisk med lav legeringrustfritt stål som 316 for rør, innenfor et begrenset antalltemperatur og syrekonsentrasjonsområde. Imidlertid, denutvikling av moderne rustfritt stål med høy legering, med forbedretmotstand mot varm konsentrert syre har endret materialenevalgvalg. Tabell 1 viser sammensetningen av noenrustfritt stål som brukes med svovelsyre. 304 og 316 erde vanlige austenittiske karakterene som er mye brukt avkjemisk industri og prosessindustri. Legering 310 er et høyt krom,nikkel austenitt legering som har overlegen syre korrosjonsbestandighetsammenlignet med 304 og 316. ZERON®100 og 2507 ersuperduplex rustfritt stål med omtrent 50/50austenitt / ferritfasebalanse. Denne strukturen gir en mye høyerestyrke (~ 2½ ganger) enn den for austenittiske legeringer og tilbudmuligheten for besparelser på veggtykkelse for applikasjoner som involvererhøyt trykk og / eller temperaturer.Saramet®, Sandvik SX® og ZeCor® er alle proprietære austenittiskerustfritt stål som inneholder ~ 5% silisium, noe som forbedrerkorrosjonsbestandighet i varm sterk syre. Saramet kommer i tovarianter, med litt forskjellige komposisjoner. ZeCor er slankerekrom og nikkel enn de to andre proprietære legeringene, men detinneholder mer silisium, et element som er kjent for å fremme korrosjonmotstand i varm, sterk syre.

KorrosjonFigur 1 viser isokorrosjonskurver for noen vanlige legeringeri svovelsyre. Det kan sees at superduplekslegeringene eroverlegen 316L. ZERON 100 er også bedre enn 2507, altsåantas å være på grunn av bevisst tilsetning av wolfram ogkobber til ZERON 100. Legering 20 brukes ofte i svovelsyresyre og fra omtrent 50% til 90% syre er det overlegen ZERON100. I sterk syre (GG gt; 90%) viser imidlertid ZERON 100 amarkant økning i korrosjonsbestandighet sammenlignet med 2507 oglegering 20.

Figur 2 sammenligner iso-korrosjonskurvene for de treproprietære legeringer som inneholder silisium og ZERON 100. Det finnestydelige forskjeller mellom legeringene, med det silisiumholdigelegeringer som viser forbedret korrosjonsbestandighet i mer fortynnet syre.Da han undersøkte denne artikkelen, kunne forfatteren ikke finne noenpubliserte data for 310 rustfritt stål over denne syrekonsentrasjonenområde. Dette er sannsynligvis fordi produsentene av syreplanterbetrakter dette som kommersielt sensitive data. Det er imidlertid kjentat korrosjonsmotstanden til 310 rustfritt reduseres markantnår syrekonsentrasjonen synker under 96%.Figur 3 viser isokorrosjonskurvene for 304, 310 ogSaramet 23 i veldig sterk syre1,2. Det kan sees at det er enøkning i korrosjonsmotstanden til både 310 og Saramet itemperaturområdet 180 ° til 200 ° C. Det antas at SX ogZeCor viser lignende oppførsel. Dette betyr at disse legeringene kanbrukes i deler med syreplanter med høyere temperatur. Det eringen data for ZERON 100 over hele temperaturområdet påFigur 3 og det er ikke kjent om også superduplex rustfritt stålvis denne funksjonen.

Figur 4 viser korrosjonshastigheten til noen rustfrie stålsterk svovelsyre ved 110 ° C hentet fra produsentenespubliserte data. Det kan sees at korrosjonsbestandigheten tilSaramet 23 avtar med økende syrekonsentrasjon i motsetning tilde andre legeringene. Ved syrekonsentrasjoner større enn 100% derer overskudd av svoveltrioksid, og blandingen er da kjent somoleum. Dette er kjent for å være mer etsende for legeringer som Sarametenn ZERON 100 og legering 310.Selv om det ikke er offentlig tilgjengelige data om 310 rustfritt iveldig sterk syre, det er et enkelt datapunkt. Ved en syrekonsentrasjon på 99% og en temperatur på 110 ° C, korrosjonenhastigheten på 310 var 0,1 mm / år1. Dette viser forbedret motstand avZERON 100 over 310 rustfritt ved denne temperaturen (figur 4).ZERON 100 har også lignende korrosjonsbestandighet som ZeCor ogSandvik SX i sterkere syre,> 97 vekt%.I kommersielle syreplanter er det vanligvis en liten mengde jerntil stede (vanligvis 5 ppm), og dette kan påvirke korrosjonshastigheten pånoen legeringer.

Figur 5 viser effekten av 5 ppm jern påkorrosjonshastighet på ZERON 100 ved 110 ° C. Det kan sees at inneneksperimentell feil, var det ingen signifikant effekt av jern påkorrosjon. Ved 200 ° C (figur 6) i 98,5% syre forårsaket jern en litenøkning i korrosjonshastigheten, men ingenting av engineeringbetydning.

Effekten av hastighetFordi rustfritt stål ofte er aktivt (i motsetning til passivt)i varm, konsentrert svovelsyre er korrosjonshastigheten afunksjon av hastighet. Det anbefales ofte at legeringerslik som 316 og 310 være begrenset til en maksimal strømningshastighet på1,5 m / sek2. Hastighetstester er utført i luftet 95 vekt-% svovelsyresyre ved 70 ° C ved bruk av roterende sylindriske prøver. Ved hjelp av analysenav Silverman3 rotasjonsstrømmen ble beregnet til å være ekvivalenttil 2,5 m / sek i et NPS 4-rør. Korrosjonshastigheten på ZERON 100var høy de første to eller tre dagene. Deretter korrosjonenvar mindre enn 0,1 mm / år. Den høye innledende korrosjonshastighetenvar assosiert med dannelsen av en tynn svart film påmetalloverflate. Filmen ser ut til å gi korrosjonsbestandighet somvist med den påfølgende lave metalltapsraten. Disse resultatene viserat ZERON 100 kan brukes ved høyere temperaturer oghastigheter enn 316L i sterk svovelsyre. Tester i sterkeresyre viste enda lavere korrosjonshastigheter.Silisiumtilsetninger har en tendens til å fjerne hastighetsfølsomheten tilrustfritt stål til korrosjon i varm, sterk svovelsyre. Sandvikrapporter ekstremt lave korrosjonshastigheter (GG lt; 0,01 mm / år) for SX i 96%syre ved 70 ° C og 25 m / sek i legeringsdatabladet. De fikken tilsvarende korrosjonshastighet i 98,5% syre ved 115 ° C og 10 m / sek strømninghastighet. Saramet 35 viste lignende veldig lave korrosjonshastigheter i98,5% syre ved 120 ° C ved 9 og 25 m / s hastighet4. Selv om det eringen data publisert for ZeCor ved høye hastigheter, antas detdet er også bedre enn 304 og 316 karakterene.

applikasjonerDataene i figur 3 viser at legering 310 kan være veldig egnet forseksjonen om varmegjenvinning forutsatt at syrekonsentrasjonen erkjører på 98% eller mer. Men i noen planter utflukter tillave syrekonsentrasjoner er vanlige og deretter proprietærelegeringer som inneholder silisium er mer pålitelige, innenfor deres grenser for bruk.Alle de tre silisiumholdige legeringene har blitt brukt til tårn,tanker, rør, beslag, sil, trugefordeler, varmebyttere og tåkeeliminatorer der forholdene har værtfor belastende for 3105,6. Alloy 310 er fortsatt mye brukt i sterk syre,spesielt der olje kan produseres. I varmevekslere,316L (ofte med Mo≥2,5%) rør brukes ofte med anodiskbeskyttelse for å holde dem passive.Dataene ovenfor viser tydelig god korrosjonsmotstandZERON 100 i konsentrert svovelsyre ved temperaturer opp til200 ° C. Det kan være spesielt effektivt ved høy temperatur varmeutvinningsseksjon av svovelsyreplanter. PCS Fosfater iUSA eksponerte en NPS1-spole på ZERON 100 i 18 månederkonsentrert syre ved 200 ° C. Korrosjonshastigheten var< 0,2="" mm="">PCS har også montert et ZERON 100 filter oppstrøms svovelsyresyrepumpe som opererer ved høye temperaturer (~ 200 ° C). Etter 18måneder i drift var filteret i utmerket stand. Dette var enbetydelig forbedring i forhold til det anvendte filteret i rustfritt stål 310tidligere.ZERON 100 har også blitt brukt av en av de største svovelsyrenesyreplansdesignfirmaer for åpningsplater (figur 7).

Disse erbrukes til å kontrollere flyt i slike applikasjoner som traufordelere.Dette utnytter ZERONs gode erosjonskorrosjon100. ZERON 100 er også tilgjengelig som sømsveiset varmevekslerslange. Dette gjør den ideell for syrekjølere derkjølevann er brakkvann eller sjøvann, ettersom ZERON 100 har enbevist historie med utmerket motstand mot dette miljøet7.

TilgjengelighetBruken av disse legeringene til nye prosjekter er generelt ikke noe problemettersom det vanligvis er behov for kvantum. Men for sent til-reparasjoner eller modifikasjoner av anlegget, er mindre mengder genereltkreves. De proprietære silisiumholdige legeringene holdes ikke avaksjonærer i rustfritt stål i betydelige mengder for slikeapplikasjoner. De største OEM-ene har begrensede aksjer i noenproduktskjemaer for å støtte sine kunder. Alloy 310 er vidttilgjengelig som plate, men er ikke så lett tilgjengelig som rør, beslagog flenser.
ZERON 100 erdermed en nyttiglegering for applikasjoner der rask levering er viktig eller litenmengder er nødvendig.ZERON 100 er helt sveisbar av all vanlig lysbuesveisingteknikker og legeringens store bruk innen olje- og gassindustrienbetyr at det er mange kvalifiserte produsenter. Legering 310 ersveisbart forutsatt at karbonet er rimelig lavt; 0,04% er enrimelig maksimum. Dette må spesifiseres som UNSS31000 har et karbonmaksimum på 0,08% og lavt karbonversjon (UNS S31002) er ikke lett tilgjengelig. Det høye silisiumetaustenittiske legeringer er også relativt enkle å fremstille og kommer allemed karbonnivåer på maksimalt 0,03% for å sikre at det ikke dannes karbiderpå sveising.

Konklusjoner
1. Legering 310 har god motstand mot konsentrert svovelsyreved forhøyede temperaturer, men det er ikke så motstandsdyktig som syrenkonsentrasjonen avtar fra 98%. Legeringen er ikke letttilgjengelig i annet enn plateform.
2. De austenittiske rustfrie stålene med høyt silisium har god korrosjonmotstand i varm konsentrert svovelsyre og er bedreenn 310 i svakere syre. Silisiumet gir disse legeringene godemotstand mot svovelsyre ved høye strømningshastigheter. Disse legeringeneer mindre motstandsdyktig i oleum sammenlignet med legering 310.
3. ZERON 100 har nyttig motstand mot varmkonsentrertsvovelsyre, mellom mellom legering 310 ogaustenittiske legeringer med høyt silisium. Det er lett tilgjengelig i en bredutvalg av produktformer gjør det egnet for begge nye anleggog opp-karakterer.

Referanser
1. CM Schillmoller, Nickel Institute teknisk rapport nr. 10 057.
2. DK Louie, håndbok for produksjon av svovelsyre, 2.Utgave, 2008, utgitt av DKL Engineering.
3. DG Silverman, Corrosion 44, 1 (1988) 42.
4. S. Clarke, “Saramet Alloys - Applications in DemandingSulphuric Acid Applications ”, AIChE-konvensjonen, Florida, USA,Juni 2003.
5. “Saramet Austentic Stainless Steel”, Aker SolutionsPublikasjon, 2009.
6. S Richardson, M Spence og J Horne, “Engineered ZeCorUtstyr for svovelsyretjeneste ”, AIChE-konvensjonen,Florida, USA, juni 2007.
7. R. Francis og G. Byrne, “Erfaringer med SuperduplexRustfritt stål i sjøvann ”Rustfritt stål World, Vol 16,Juni 2004, KCI, side 53.® Registrerte varemerker

Artikkelen fra STAINLESS STEEL WORLD.