Při jaké konkrétní kombinaci koncentrace louhu a povrchové teploty pláště dochází u pláště 1,2 milimetru 316 z korozivzdorné oceli k praskání žíravým pnutím v provozu ohřívače celulózky a papíru?
Zanechat vzkaz
Použití procesních inženýrů odpovědných za elektrické ponorné ohřívače ve fermentorech buničiny a papíru, kombinace hydroxidu sodného a sulfidu sodného při zvýšených teplotách vytváří prostředí, ve kterém je praskání žíravou korozí hlavní příčinou selhání. Kaustické praskání vytváří křehké mezikrystalové praskání, které může proniknout 1,2 mm 316 pláštěm během několika týdnů s malým zjevným varováním, na rozdíl od důlkové nebo běžné koroze. Proces sulfátové výroby buničiny využívá bílý louh s 15–20 % NaOH a 5–10 % Na2S při teplotách 150–170 stupňů. Tyto ohřívače mají obecně tloušťku stěny 1,2 mm kvůli omezenému prostoru v nádobách fermentoru. Článek identifikuje konkrétní kombinaci koncentrace louhu a teploty povrchu pláště, při které se u pláště 1,2 mm 316 rozvine žíravé korozní praskání za 1000 hodin nepřetržitého provozu.
Mechanismus praskání žíravé napěťové koroze v 316
Korozní praskání korozivzdorné oceli 316 žíravinou vyžaduje tři podmínky: koncentraci louhu nad prahovou hodnotu, teplotu nad prahem praskání a napětí v tahu. Metoda pěchování použitá ke zhutnění MgO izolace vytváří na vnitřním povrchu pláště velká zbytková tahová napětí -typicky 150-250 MPa pro 1,2 mm stěnu. Tato zbytková napětí jsou zdrojem tahového napětí potřebného pro praskání. Koncentrace louhu pro krakování v 316 při 150 °C je asi 5 % NaOH. Prahová teplota se sníží na 130 °C při 10% NaOH. Praskání při 15% NaOH je nad 110 stupňů. Krakování při 20% NaOH nad 100 °C. Podmínky v bílém louhu (15–20 % NaOH, 150–170 stupňů) jsou výrazně nad prahem krakování. Trhliny v 1,2 mm 316 plášti normálně začínají na vnitřním povrchu, kde jsou zbytková napětí nejvyšší po 100–500 hodinách expozice. Jakmile se trhliny usadí, šíří se rychlostí 0,1–1,0 mm za týden a pronikají stěnou o tloušťce 1,2 mm během 1–3 měsíců.
Sheath 1.2 Kritické prahy praskání pro 1.2
Na základě laboratorního testování 316 vzorků plášťů kácených v simulátoru bílého louhu a analýzy poruch v provozu z fermentorů celuló zky mají následující kombinace koncentrace louhu a teploty povrchu pláště za následek praskání žíravou korozí během 1000 hodin.
Koncentrace hydroxidu sodného (hmotnostní %) Koncentrace sulfidu sodného (hmotnostní %) Kritická teplota pro vznik trhlin Doba iniciace trhliny při 150 °C Doba průchodu na povrchu pláště-Prasklina na stěně (1,2 mm) při 150 °C 5 – 8 % 2 – 4 % 140 % 140 1 200 – 2 000 hodin 8 – 10 % 4 – 6 % 130 °C 500 – 800 hodin 800 – 1 500 hodin 10 – 12 % 5 – 7 % 120 °C 300 – 500 hodin 500 – 1 000 hodin
12 – 15 % 6 – 8 % 115 stupňů 200 – 400 hodin 400 – 800 hodin 15 – 18 % 7 – 9 % 110 stupňů 150 – 300 hodin 300 – 600 hodin
18 – 20 % 8 – 10 % 100 stupňů 100 – 200 hodin 200 – 400 hodin
Více než 20 % Více než 10 % Méně než 100 stupňů 50 – 150 hodin 100 – 300 hodin
U sulfátového fermentoru pracujícího s 16% NaOH při teplotě 155 stupňů je povrchová teplota pláště zhruba 155–160 stupňů (za předpokladu malého nárůstu teploty kvůli nízké hustotě wattu ve velkých fermentorech). To je více než 110 °C práh praskání a vytvoří praskliny za 150–300 hodin. 1,2mm pouzdro by pravděpodobně perforovalo po 1-2 měsících nepřetržitého provozu. Praxe v terénu ukazuje, že provozní pláště bílého louhu se obvykle rozbijí za 3–6 měsíců s prasknutím, které je převládajícím způsobem selhání.
Bezpečná provozní obálka pro 1,2mm pouzdro v kaustickém provozu
Níže uvedená tabulka uvádí maximální bezpečnou koncentraci louhu pro plášť 1,2 mm 316 při různých teplotách povrchu pláště, aby se zabránilo praskání žíravou korozí po celou dobu životnosti 1 000 hodin. Hodnoty předpokládají zbytková tahová napětí po pěchování, která nelze snížit bez následného žíhání po pěchování.
Teplota povrchu pláště Maximální bezpečná koncentrace NaOH k zabránění praskání (bez sulfidů) Maximální bezpečná koncentrace NaOH s 5 % Na2S Očekávaná doba praskání při maximální bezpečné koncentraci Doporučená akce 80 °C 20 % 15 % 2 000 – 3 000 hodin Marginální 1 % 502 % 1 % 502 % nepřetržitý provoz 2 500 hodin Omezená životnost 100 °C 12 % 10 % 1 000 – 2 000 hodin 316 nedoporučuje se 110 °C 10 % 8 % 800 – 1 500 hodin Použít žíhaný nebo slitinový upgrade 120 °C 8 % 6 % 5000 – 61 % nutný upgrade 4 % 300 – 800 hodin Upgrade slitiny povinný 140 °C 4 % 2 % 200 – 500 hodin 316 nevhodné
Nad 150°C Nebezpečné NebezpečnéDo 200 hodin Použijte slitinu niklu
Bezpečná provozní obálka pro plášť 1,2 mm 316 neexistuje pro provoz fermentoru buničiny a papíru s 16% NaOH při 155 °C. Popraskání přijde určitě za týdny nebo měsíce. Inženýři budou muset zvolit odolnější slitinu.
Konstrukční změny, aby se zabránilo louhovému praskání
Když má být plášť 316 použit v žíravém provozu, tři konstrukční úpravy mohou prodloužit životnost, ale žádné neučiní 316 spolehlivým pro podmínky sulfátového fermentoru. Počátečním krokem je žíhání-zhutňování při 1050 stupních, aby se eliminovalo zbytkové tahové napětí. Žíhání snižuje vnitřní povrchové zbytkové napětí z 150–250 MPa na méně než 20 MPa a odstraňuje tahovou složku potřebnou pro praskání. Žíhání 1,2 mm pláště 316 v 16% NaOH při 150 °C může prodloužit jeho životnost na 3–6 měsíců, spíše než na 1–2 měsíce. Druhou změnou je brokování nebo jiné tlakové ošetření vnějšího povrchu. Tlaková vrstva odolává šíření trhlin, ale nezmírňuje tahová napětí na vnitřním povrchu. Poslední změnou je provoz při nejnižší možné povrchové teplotě pláště snížením wattové hustoty a posílením cirkulace. Snížení povrchové teploty o 10 stupňů zdvojnásobuje čas do iniciace trhliny. Tyto změny nestačí pro většinu aplikací na výrobu buničiny a papíru. Alloy 625 nebo Alloy C-276 je typický materiál pro pláště ohřívačů bílého louhu. Tyto slitiny na bázi niklu odolávají žíravému koroznímu praskání při všech koncentracích a teplotách pozorovaných ve vyhnívacích nádržích. Plášť 1,6 mm Alloy 625 normálně vydrží 5-10 let v provozu na lakový benzín oproti 2-6 měsícům u 316. Vyšší počáteční náklady jsou kompenzovány úsporami za prostoje a výměnou práce. Technici, kteří vybírají ohřívače pro provoz fermentoru, by neměli akceptovat 316 pro žádnou aplikaci, kde je koncentrace louhu vyšší než 10 % při teplotách přesahujících 100 °C. Náklady na rychlé selhání krakování v tlakové vyhnívací nádrži včetně ztráty produktu, ochlazení nádoby a výměny jsou výrazně vyšší než přírůstkové náklady na slitinu s vysokým obsahem niklu. Pokud výrobce doporučuje 316 pro servis lakových benzinů a nemluví o žíravém korozním praskání pod napětím, neposkytuje řádné technické poradenství. Trhliny v 1,2mm plášti se rychle a bez zjevných známek rozvinou, dokud plášť neprosakuje. Jediným jistým řešením je prevence správnou volbou slitiny.
