Paslanmaz çeliklerin konsantre sülfürik asit içindeki performansı

Paslanmaz çeliklerin konsantre sülfürik asit içindeki performansı
Sülfürik asit, dünyada en yaygın kullanılan kimyasallardan biridir ve konsantrasyonlardaağırlıkça% 90'dan fazla, aynı zamanda çok aşındırıcıdır. Bu makale, aşağıdakiler için malzeme seçimini tartışmaktadır:özellikle yüksek sıcaklıklarda (200 ° C'ye kadar) konsantre sülfürik asit kullanımıüretimi sırasında meydana gelen. Modern östenitik ve dubleks paslanmaz çeliklerin bazılarıgözden geçirilir ve sınırlamaları ve avantajları tartışılır.
Roger Francis, RR tarafından® Materials, Birleşik Krallık

GirişSülfürik asit, birçok endüstriyel alanda kullanılan bir kimyasaldır.işlemlerin yanı sıra birçok metalin bunlardan süzülmesindecevherler. Olası kükürt dioksitten üretilir.kükürt yakılarak üretilir, bir yan ürünü olabilir.metalurjik eritme işlemi veya termal olarak üretilebilirharcanan asidin ayrışması (rejenerasyonu). Kükürt dioksit~ 420 ° ila 625 ° C'de bir katalizör üzerinde oksijen ile reaksiyona sokularakkükürt trioksit. İkinci gaz daha sonra su ile reaksiyona girer.sülfürik asit oluşturmak için emici kuleler. Bu süreçekzotermik ve asit 180 ° kadar yüksek sıcaklıklara ulaşabilir200 ° C'ye kadar. Bu enerjinin çoğu bir dizi yolla geri kazanılır.enerji tüketimini en aza indirin. Genellikle asit daha sonra soğutulurdepolama için yaklaşık 100 ° C'den ortama yakın.


MalzemelerGeleneksel olarak asit-tuğla kaplı çelik gibi malzemelerMondi gibi kaplar ve sfero dökümler® veya düşük alaşımlı östenitiksınırlı sayıda boru için 316 gibi paslanmaz çeliklersıcaklık ve asit konsantrasyon aralığı. Ancakmodern, yüksek alaşımlı paslanmaz çeliklerin geliştirilmesisıcak konsantre aside karşı direnç malzemeleri değiştirdiseçim seçenekleri. Tablo 1 bazılarının bileşimini göstermektedirsülfürik asit ile kullanılan paslanmaz çelikler. 304 ve 316tarafından yaygın olarak kullanılan ortak östenitik kalitelerkimya ve proses endüstrisi. Alaşım 310, yüksek bir kromdur,üstün asit korozyon direncine sahip nikel östenitik alaşım304 ve 316 ile karşılaştırıldığında. ZERON®100 ve 2507yaklaşık 50/50 ile süper çift yönlü paslanmaz çeliklerostenit / ferrit faz dengesi. Bu yapı çok daha yüksekmukavemet (~ 2½ kat) östenitik alaşımlar ve tekliflerinkindeniçeren uygulamalar için duvar kalınlığı tasarrufu olasılığıyüksek basınçlar ve / veya sıcaklıklar.Saramet®, Sandvik SX® ve ZeCor® hepsi tescilli östenitiktir~% 5 silikon içeren paslanmaz çelikler,sıcak güçlü asitte korozyon direnci. Saramet ikiye geliyorbiraz farklı kompozisyonlara sahip varyantlar. ZeCor daha zayıfdiğer iki tescilli alaşımdan daha krom ve nikel, ancakkorozyonu teşvik ettiği bilinen bir element olan daha fazla silikon içerirsıcak, güçlü aside direnç.

AşınmaŞekil 1, bazı yaygın alaşımlar için izo-korozyon eğrilerini göstermektedirsülfürik asit içinde. Superduplex alaşımlarının316L'den üstün. ZERON 100 ayrıca 2507'den daha üstündür,kasıtlı olarak tungsten ilavelerinden kaynaklandığına inanılıyor vebakırdan ZERON 100'e kadar. Alaşım 20 yaygın olarak sülfürikasit ve yaklaşık% 50 ila% 90 asit ZERON'dan üstündür100. Bununla birlikte, kuvvetli asitte (GG gt;% 90) ZERON 100,2507'ye kıyasla korozyon direncinde belirgin artış vealaşım 20.

Şekil 2, üçü için izo-korozyon eğrilerini karşılaştırmaktadır.silikon ve ZERON 100 içeren tescilli alaşımlar.silikon içeren alaşımlar arasında net farklarDaha seyreltik asitte gelişmiş korozyon direnci gösteren alaşımlar.Yazar bu makaleyi araştırırken herhangi bir bulamadı310 paslanmaz çelik için bu asit konsantrasyonunun üzerinde yayınlanmış verilerAralık. Bunun nedeni muhtemelen asit tesisi üreticilerininbunu ticari olarak hassas veriler olarak kabul edin. Ancak biliniyor310 paslanmazın korozyon direncinin önemli ölçüde azaldığıasit konsantrasyonu% 96'nın altına düştüğünde.Şekil 3 304, 310 ve için izo-korozyon eğrilerini göstermektedirSaramet 23 çok kuvvetli asit içinde1,2. Görülebileceği gibi birhem 310 hem de Saramet'in korozyon direncinde artışsıcaklık aralığı 180º ila 200ºC'dir. SX veZeCor benzer davranışlar gösterir. Bu, bu alaşımlarınasit bitkilerinin daha yüksek sıcaklık kısımlarında kullanılabilir. Vartüm sıcaklık aralığı boyunca ZERON 100 için veri yokŞekil 3 ve süper çift yönlü paslanmaz çeliklerin de olup olmadığı bilinmemektedir.bu özelliği gösterin.

Şekil 4, bazı paslanmaz çeliklerin korozyon oranını göstermektedir.imalatçılardan alınan 110 ° C'de güçlü sülfürik asityayınlanan veriler. Korozyon direncinin olduğu görülebilir.Saramet 23, asit konsantrasyonu arttıkça azalırdiğer alaşımlar. % 100'den fazla asit konsantrasyonlarında oradafazla kükürt trioksittir ve karışım daha sonraoleum. Bunun Saramet gibi alaşımlar için daha aşındırıcı olduğu bilinmektedir.ZERON 100 ve alaşım 310'a göre.310 paslanmaz çelik hakkında halka açık veri olmamasına rağmençok güçlü asit, tek bir veri noktası var. Bir asitte% 99 konsantrasyon ve 110ºC sıcaklık, korozyon310 oranı 0.1 mm / y idi1. Bu, gelişmiş direnci gösterir.Bu sıcaklıkta ZERON 100 üzeri 310 paslanmaz (Şekil 4).ZERON 100 ayrıca ZeCor ile benzer korozyon direncine sahiptir veSandvik SX, daha güçlü asit içinde,> ağırlıkça% 97.Ticari asit tesislerinde genellikle az miktarda demir bulunurmevcuttur (tipik olarak 5 ppm) ve bu, korozyon oranını etkileyebilirbazı alaşımlar.

Şekil 5, 5 ppm demirin110 ° C'de ZERON 100 korozyon oranı. Görülebileceği gibi, içindedeneysel hata, demirin önemli bir etkisi yoktuaşınma. 200 ° C'de (Şekil 6)% 98,5 asitte, demir küçük birKorozyon oranında artış, ancak mühendislik hiçbir şeyönemi.

Hızın etkisiPaslanmaz çelikler genellikle aktif olduğundan (pasifin aksine)sıcak, konsantre sülfürik asitte korozyon hızıhızın fonksiyonu. Alaşımların316 ve 310 gibi maksimum akış hızıyla sınırlandırılmalıdır.1.5m / saniye2. Hız testleri, havalandırılmış ağırlıkça% 95 sülfürikte yapılmıştır.dönen silindirik numuneler kullanılarak 70 ° C'de asit. Analizi kullanmaSilverman'ın3 dönme akışı eşdeğer olarak hesaplandıNPS 4 borusunda 2,5 m / sn'ye kadar. ZERON 100'ün korozyon oranıilk iki veya üç gün boyunca yüksekti. Bundan sonra korozyonoran 0.1 mm / yıldan azdı. Yüksek başlangıç ​​korozyon oranıüzerinde ince siyah bir film oluşumu ile ilişkilendirildimetal yüzey. Filmin korozyon direnci sağladığı görülüyor.sonraki düşük metal kaybı oranı ile gösterilir. Bu sonuçlar gösteriyorZERON 100'ün daha yüksek sıcaklıklarda kullanılabileceğini vegüçlü sülfürik asitte 316L'den daha hızlı. Daha güçlü testlerasit daha da düşük korozyon oranları gösterdi.Silikon ilaveleri, hız hassasiyetini ortadan kaldırma eğilimindedir.paslanmaz çelikler, sıcak, güçlü sülfürik asitte korozyona karşı. Sandvik% 96 oranında SX için son derece düşük korozyon oranları (GG lt; 0.01 mm / yıl) bildiriralaşım veri sayfasında 70 ° C ve 25 m / sn'de asit. Elde ettiler115 ° C ve 10 m / sn akışta% 98,5 asitte benzer bir korozyon oranıhız. Saramet 35, benzer çok düşük korozyon oranlarını gösterdi.120 ° C'de 9 ve 25 m / s hızda% 98,5 asit4. Olmasına rağmenZeCor için yüksek hızlarda hiçbir veri yayımlanmadı,304 ve 316 kalitelerinden de üstündür.

UygulamalarŞekil 3'teki veriler, 310 alaşımının aşağıdakiler için çok uygun olabileceğini göstermektedir:asit konsantrasyonunun olması koşuluyla ısı geri kazanım bölümü% 98 veya üzerinde çalışıyor. Bununla birlikte, bazı bitkilerdedüşük asit konsantrasyonları yaygındır ve daha sonra tescillisilikon içeren alaşımlar, kullanım sınırları dahilinde daha güvenilirdir.Üç silikon içeren alaşımın tamamı kuleler için kullanılmıştır,tanklar, borular, bağlantı parçaları, süzgeçler, oluklu dağıtıcılar, ısıkoşulların mevcut olduğu eşanjörler ve sis gidericiler310 için çok zahmetli5,6. Alaşım 310 hala güçlü asitte yaygın olarak kullanılmaktadır,özellikle oleum üretilebilen yerlerde. Isı eşanjörlerinde,316L (genellikle Mo≥2.5% ile) tüpler sıklıkla anodikonları pasif tutmak için koruma.Yukarıdaki veriler açıkça, iyi bir korozyon direncini göstermektedir.ZERON 100, konsantre sülfürik asit içinde200 ° C. Yüksek sıcaklıkta özellikle etkili olabilirsülfürik asit tesislerinin geri kazanım bölümü. PCS FosfatlarABD, ZERON 100'lük bir NPS1 makarasını 18 ay boyunca200 ° C'de konsantre asit. Korozyon oranı< 0.2="" mm="" y="">PCS ayrıca bir sülfüriğin yukarı akışına bir ZERON 100 filtre takmıştır.yüksek sıcaklıklarda (~ 200 ° C) çalışan asit pompası. 18'den sonraaylarca hizmette filtre mükemmel durumdaydı. Bu birkullanılan 310 paslanmaz çelik filtreye göre önemli gelişmeÖnceden.ZERON 100 ayrıca başlıca sülfürik maddelerden biri tarafından kullanılmıştır.orifis plakaları için asit tesisi tasarım şirketleri (Şekil 7).

Bunlaroluklu dağıtıcılar gibi uygulamalarda akışı kontrol etmek için kullanılır.Bu, ZERON'un iyi erozyon korozyon direncini kullanır.100. ZERON 100, dikiş kaynaklı ısı eşanjörü olarak da mevcutturhortum. Bu, onu asit soğutucular için ideal kılar.ZERON 100'de, soğutma suyu acı veya deniz suyudur.bu ortama karşı mükemmel dayanıklılığın kanıtlanmış geçmişi7.

KullanılabilirlikBu alaşımların yeni projeler için kullanılması genellikle bir problem değildirbir değirmen çalışma miktarı olarak genellikle gereklidir. Ancak, geç eklemek için-ons, onarımlar veya tesis modifikasyonları, daha küçük miktarlar genelliklegereklidir. Tescilli silikon içeren alaşımlar,paslanmaz çelik hissedarlar için önemli miktarlardauygulamalar. Başlıca OEM'lerin bazılarında sınırlı stokları varmüşterilerini desteklemek için ürün formları. Alaşım 310 yaygın olarakplaka olarak mevcuttur, ancak borular, bağlantı parçaları olarak o kadar kolay bulunmazve flanşlar.
ZERON 100bu nedenle kullanışlıHızlı teslimatın önemli veya küçük olduğu uygulamalar için alaşımmiktarlara ihtiyaç vardır.ZERON 100, tüm yaygın ark kaynağı ile tamamen kaynaklanabilirteknikler ve alaşımın petrol ve gaz endüstrisi tarafından yaygın kullanımıbirçok kalifiye fabrikatör olduğu anlamına gelir. Alaşım 310karbonun makul ölçüde düşük olması koşuluyla kaynak yapılabilir; % 0.04 birmakul maksimum. Bunun özellikle UNS olarak belirtilmesi gerekiyorS31000'de karbon maksimum% 0,08 ve düşük karbonsürümü (UNS S31002) halihazırda mevcut değildir. Yüksek silikonöstenitik alaşımların imalatı da nispeten kolaydır ve hepsi gelirKarbür oluşmamasını sağlamak için maksimum% 0,03 karbon seviyeleri ilekaynak üzerine.

Sonuçlar
1. Alaşım 310, konsantre sülfürik aside karşı iyi bir dirence sahiptiryüksek sıcaklıklarda, ancak asit kadar dirençli değildirkonsantrasyon% 98'den azalır. Alaşım hazır değilplaka formu dışında mevcuttur.
2. Yüksek silikonlu östenitik paslanmaz çelikler iyi korozyona sahiptirsıcak konsantre sülfürik aside direnç ve daha iyidirzayıf asitte 310'dan daha fazla. Silikon bu alaşımlara iyi veriryüksek akış hızlarında sülfürik aside direnç. Bu alaşımlar310 alaşımına kıyasla oleumda daha az dirençlidir.
3. ZERON 100, sıcak konsantreye karşı faydalı bir dirence sahiptir.sülfürik asit, alaşım 310 ve alaşımın arasındaki arayüksek silisyumlu östenitik alaşımlar. Geniş bir yelpazede hazır mevcudiyetiürün formları yelpazesi, ürünü hem yeni tesisler için uygun hale getirirve üst sınıflar.

Referanslar
1. CM Schillmoller, Nickel Institute Teknik Rapor No. 10 057.
2. DK Louie, Sülfürik Asit Üretimi El Kitabı, 2.Baskı, 2008, DKL Engineering tarafından yayınlanmıştır.
3. DG Silverman, Corrosion 44, 1 (1988) 42.
4. S. Clarke, "Saramet Alaşımları - Zorlu UygulamalarSülfürik Asit Uygulamaları ”, AIChE Sözleşmesi, Florida, ABD,Haziran 2003.
5. "Saramet Austentic Paslanmaz Çelik", Aker SolutionsYayın, 2009.
6. S Richardson, M Spence ve J Horne, "Engineered ZeCorSülfürik Asit Hizmeti için Ekipman ”, AIChE Sözleşmesi,Florida, ABD, Haziran 2007.
7. R. Francis ve G. Byrne, "Superduplex ile DeneyimlerDeniz Suyunda Paslanmaz Çelik ”Stainless Steel World, Cilt 16,Haziran, 2004, KCI, sayfa 53.® Tescilli Ticari Markalar

PASLANMAZ ÇELİK DÜNYASINDAN makale.