Výkon nerezových ocelí v koncentrované kyselině sírové

Výkon nerezových ocelí v koncentrované kyselině sírové
Kyselina sírová je jednou z nejběžněji používaných chemikálií na světě a v koncentracíchvíce než 90% hmotn., je také velmi korozivní. Tato práce pojednává o výběru materiálů promanipulace s koncentrovanou kyselinou sírovou, zejména při zvýšených teplotách (do 200 ° C)které se vyskytují při jeho výrobě. Některé z moderních austenitických a duplexních nerezových ocelí jsoua jejich omezení a výhody jsou diskutovány.
Roger Francis, RR® Materials, Velká Británie

ÚvodKyselina sírová je chemická látka, která se používá v mnoha průmyslových odvětvíchprocesů i při loužení mnoha kovů z jejichrudy. Vyrábí se z oxidu siřičitého, který může býtgenerovaný spalováním síry, může to být vedlejší produkt ametalurgický proces tavení, nebo může být vyroben tepelněrozklad (regenerace) použité kyseliny. Oxid siřičitýse nechá reagovat s kyslíkem přes katalyzátor při ~ 420 ° až 625 ° C za vznikuoxid sírový. Posledně jmenovaný plyn potom reaguje s vodou vabsorbující věže za vzniku kyseliny sírové. Tento proces jeexotermická a kyselina může dosáhnout teploty až 180 °do 200 ° C. Většina z této energie se získává řadou prostředků kminimalizovat spotřebu energie. Kyselina se obvykle ochladíod přibližně 100 ° C do blízkého okolí pro skladování.


MateriályTradičně se používaly materiály jako ocel obložená kyselými cihlaminádoby a tvárné žehličky, jako je Mondi® nebo austenitická nízkolegovanánerezové oceli jako 316 pro potrubí, v omezeném rozsahurozsah teplot a koncentrací kyselin. Nicméněvývoj moderních vysoce legovaných nerezových ocelí s vylepšenýmiodolnost vůči horké koncentrované kyselině změnila materiálymožnosti výběru. Tabulka 1 ukazuje složení některýchnerezové oceli, které se používají s kyselinou sírovou. 304 a 316 jsouběžné austenitické třídy, které jsou široce používánychemický a zpracovatelský průmysl. Slitina 310 je vysoký chrom,austenitická slitina niklu, která má vynikající odolnost proti kyselé korozive srovnání s 304 a 316. ZERON®100 a 2507 jsousuperduplexní nerezové oceli s přibližně 50/50fázová rovnováha austenit / ferit. Tato struktura dává mnohem vyššípevnost (~ 2½krát) než u austenitických slitin a nabídekmožnost úspory tloušťky stěny pro aplikace zahrnujícívysoké tlaky a / nebo teploty.Saramet®, Sandvik SX® a ZeCor® jsou všechny patentované austenitickénerezové oceli obsahující ~ 5% křemíku, což zlepšujeodolnost proti korozi v horké silné kyselině. Saramet přichází ve dvouvarianty s mírně odlišným složením. ZeCor je štíhlejšíchrom a nikl než ostatní dvě vlastní slitiny, ale toobsahuje více křemíku, o kterém je známo, že podporuje koroziodolnost v horké, silné kyselině.

KorozeObrázek 1 ukazuje izokorozní křivky pro některé běžné slitinyv kyselině sírové. Je vidět, že slitiny superduplex jsoulepší než 316L. ZERON 100 je také lepší než 2507, což jepředpokládá se, že je to způsobeno záměrným přidáváním wolframu aměď na ZERON 100. Slitina 20 se běžně používá v kyselině sírovékyselinou a od přibližně 50% do 90% kyseliny je lepší než ZERON100. Avšak v silné kyselině (GG>; 90%) vykazuje ZERON 100 avýrazné zvýšení korozní odolnosti ve srovnání s 2507 aslitina 20.

Obrázek 2 porovnává izokorozní křivky pro tyto třipatentované slitiny obsahující křemík a ZERON 100. Existujíjasně rozdíly mezi slitinami s obsahem křemíkuslitiny vykazující zlepšenou odolnost proti korozi ve více zředěné kyselině.Při zkoumání tohoto článku nebyl autor schopen žádné najítpublikovaná data pro nerezovou ocel 310 nad touto koncentrací kyselinyrozsah. Je to pravděpodobně proto, že výrobci kyselých rostlinpovažovat za komerčně citlivá data. Je však známože korozní odolnost 310 nerez výrazně klesákdyž koncentrace kyseliny klesne pod 96%.Obrázek 3 ukazuje izokorozní křivky pro 304, 310 aSaramet 23 ve velmi silné kyselině1,2. Je vidět, že existujezvýšení korozní odolnosti jak 310, tak Saramet vteplotní rozsah 180 ° až 200 ° C. Předpokládá se, že SX aZeCor vykazuje podobné chování. To znamená, že tyto slitiny mohoubýt používán v částech kyselých rostlin s vyšší teplotou. Tady ježádná data pro ZERON 100 v celém teplotním rozsahuObrázek 3 a není známo, zda také superduplexní nerezové oceliukázat tuto funkci.

Obrázek 4 ukazuje rychlost koroze některých nerezových ocelí vsilná kyselina sírová při 110 ° C získaná od výrobcůzveřejněné údaje. Je vidět, že odolnost proti koroziSaramet 23 klesá se zvyšující se koncentrací kyseliny na rozdíl odostatní slitiny. Při koncentracích kyselin vyšších než 100%je přebytek oxidu sírového a směs je pak známá jakooleum. Je známo, že je korozivnější pro slitiny jako Sarametnež na ZERON 100 a slitinu 310.Ačkoli nejsou k dispozici žádná veřejně dostupná data o 310 nerezovýchvelmi silná kyselina, existuje jediný datový bod. Kyselinoukoncentrace 99% a teplota 110 ° C, korozerychlost 310 byla 0,1 mm / rok1. To ukazuje zlepšenou odolnostZERON 100 více než 310 nerez při této teplotě (obrázek 4).ZERON 100 má rovněž podobnou odolnost proti korozi jako ZeCor aSandvik SX v silnější kyselině,> 97% hmotn.V komerčních kyselých zařízeních je obvykle malé množství železapřítomné (obvykle 5 ppm) a to může ovlivnit rychlost korozeněkteré slitiny.

Obrázek 5 ukazuje účinek 5 ppm železa narychlost koroze ZERON 100 při 110 ° C. Je vidět, že uvnitřexperimentální chyba, nebyl žádný významný účinek železa nakoroze. Při 200 ° C (obrázek 6) v 98,5% kyselině způsobovalo železo malé množstvízvýšení rychlosti koroze, ale nic technickéhovýznam.

Vliv rychlostiProtože nerezové oceli jsou často aktivní (na rozdíl od pasivních)v horké koncentrované kyselině sírové je rychlost koroze afunkce rychlosti. Obvykle se doporučuje slitinyjako 316 a 310 jsou omezeny na maximální rychlost proudění1,5 m / s2. Zkoušky rychlosti byly provedeny v provzdušněném 95% hmotn. Sírovémkyselina při 70 ° C za použití rotujících válcových vzorků. Pomocí analýzySilvermana3 rotační tok byl vypočítán jako ekvivalentnína 2,5 m / s v potrubí NPS 4. Rychlost koroze ZERON 100byla vysoká po dobu prvních dvou nebo tří dnů. Poté korozerychlost byla nižší než 0,1 mm / rok. Vysoká počáteční rychlost korozebyla spojena s tvorbou tenkého černého filmu nakovový povrch. Zdá se, že film uděluje odolnost proti korozi jakocož se projevuje následnou nízkou ztrátou kovů. Tyto výsledky ukazujíže ZERON 100 lze použít při vyšších teplotách arychlosti než 316 l v silné kyselině sírové. Testy silnějšíkyselina vykazovala ještě nižší míru koroze.Přídavky křemíku mají tendenci odstraňovat rychlostní citlivostnerezové oceli ke korozi v horké, silné kyselině sírové. Sandvikvykazují extrémně nízkou míru koroze (GG <; 0,01="" mm="" rok)="" pro="" sx="" v="">kyselině při 70 ° C a 25 m / s v datovém listu slitiny. Získalipodobná rychlost koroze v 98,5% kyselině při 115 ° C a průtoku 10 m / srychlost. Saramet 35 vykazoval podobné velmi nízké rychlosti koroze v98,5% kyselina při 120 ° C při rychlosti 9 a 25 m / s4. I když ježádná data publikovaná pro ZeCor při vysokých rychlostech se předpokládáje také lepší než třídy 304 a 316.

AplikaceData na obrázku 3 ukazují, že slitina 310 může být velmi vhodná prosekce rekuperace tepla za předpokladu, že je koncentrace kyselinyběží na 98% nebo více. U některých rostlin však exkurze donízké koncentrace kyselin jsou běžné a pak patentovanéslitiny obsahující křemík jsou spolehlivější, v mezích jejich použití.Všechny tři slitiny obsahující křemík byly použity pro věže,nádrže, potrubí, armatury, sítka, žlabové rozdělovače, teplovýměníky a odlučovače mlhy tam, kde byly podmínkypříliš obtížné pro 3105,6. Slitina 310 je stále široce používána v silné kyselině,zejména tam, kde lze vyrobit oleum. Ve výměnících teplaZkumavky 316L (často s Mo≥2,5%) se často používají s anodickýmiochrana, aby zůstali pasivní.Výše uvedená data jasně ukazují dobrou odolnost proti koroziZERON 100 v koncentrované kyselině sírové při teplotách do200 ° C. Může být zvláště účinný při vysokoteplotním horkuregenerace rostlin kyseliny sírové. PCS fosfáty vUSA vystavily cívku NPS1 ZERON 100 po dobu 18 měsíců v rocekoncentrovaná kyselina při 200 ° C. Rychlost koroze byla&<0,2 mm="">PCS také vybavily filtr ZERON 100 před kyselinou sírovoukyselé čerpadlo pracující při vysokých teplotách (~ 200 ° C). Po 18měsíce v provozu byl filtr ve výborném stavu. Tohle bylopodstatné zlepšení oproti použitému filtru z nerezové oceli 310dříve.ZERON 100 byl také používán jedním z hlavních sirnýchspolečnosti vyrábějící kyselé rostliny pro clony (obrázek 7).

Tyto jsouslouží k řízení toku v takových aplikacích, jako jsou žlabové rozdělovače.Tím se využívá dobrá odolnost proti erozi vůči korozi ZERON100. ZERON 100 je k dispozici také jako švový svařovaný výměník teplahadice. Díky tomu je ideální pro kyselé chladiče, kdechladicí voda je brakická nebo mořská voda, protože ZERON 100 máosvědčená historie vynikající odolnosti vůči tomuto prostředí7.

DostupnostPoužití těchto slitin pro nové projekty obecně není problémprotože obvykle se vyžaduje množství běhu mlýna. Pro pozdní přidáníopravy, úpravy nebo úpravy zařízení jsou obvykle menší množstvíPožadované. Patentované slitiny obsahující křemík nejsou v drženíakcionáři z nerezové oceli ve významném množstvíaplikace. U některých hlavních výrobců OEM jsou zásoby omezenéproduktové formy na podporu svých zákazníků. Slitina 310 je široce rozšířenák dispozici jako deska, ale není tak snadno dostupná jako trubky, tvarovkya příruby.
ZERON 100 jetedy užitečnéslitina pro aplikace, kde je rychlé dodání důležité nebo malémnožství je potřeba.ZERON 100 je plně svařitelný všemi běžnými obloukovými svařovánímitechniky a široké využití slitiny v ropném a plynárenském průmysluznamená, že existuje mnoho kvalifikovaných zpracovatelů. Slitina 310 jesvařitelné za předpokladu, že uhlík je přiměřeně nízký; 0,04% je arozumné maximum. To je třeba specifikovat jako UNSS31000 má maximum uhlíku 0,08% a nízkouhlíkovouverze (UNS S31002) není snadno dostupná. Vysoký křemíkaustenitické slitiny se také vyrábějí relativně snadno a všechny přicházejís obsahem uhlíku maximálně 0,03%, aby se zajistilo, že se nevytvoří žádné karbidyna svařování.

Závěry
1. Slitina 310 má dobrou odolnost vůči koncentrované kyselině sírovépři zvýšených teplotách, ale není tak odolný jako kyselinakoncentrace klesá z 98%. Slitina není snadno připravitelnák dispozici v jiné než deskové formě.
2. Austenitické nerezové oceli s vysokým obsahem křemíku mají dobrou koroziodolnost v horké koncentrované kyselině sírové a jsou lepšínež 310 ve slabší kyselině. Křemík dává těmto slitinám dobré vlastnostiodolnost vůči kyselině sírové při vysokých rychlostech proudění. Tyto slitinyjsou méně odolné v oleu ve srovnání se slitinou 310.
3. ZERON 100 má užitečnou odolnost vůči koncentrovanému za teplakyselina sírová, meziprodukt mezi slitinou 310 aaustenitické slitiny s vysokým obsahem křemíku. Jeho okamžitá dostupnost v širokém rozsahudíky široké škále forem produktů je vhodný pro oba nové závodya upgrady.

Reference
1. CM Schillmoller, Nickel Institute Technická zpráva č. 10 057.
2. DK Louie, Příručka pro výrobu kyseliny sírové, 2. místoVydání 2008, vydané společností DKL Engineering.
3. DG Silverman, Corrosion 44, 1 (1988) 42.
4. S. Clarke, „Slitiny Saramet - náročné aplikaceAplikace kyseliny sírové “, AIChE Convention, Florida, USA,Červen 2003.
5. „Saramet Austentic Stainless Steel“, Aker SolutionsPublikace, 2009.
6. S Richardson, M Spence a J Horne, „Engineered ZeCorZařízení pro služby kyseliny sírové “, úmluva AIChE,Florida, USA, červen 2007.
7. R. Francis a G. Byrne, „Zkušenosti se SuperduplexStainless Steel in Seawater ”Stainless Steel World, Vol 16,Červen 2004, KCI, strana 53.® Registrované ochranné známky

Článek z NEREZOVÉ OCELI SVĚT.