Hastelloy G-30 i fosforsyrefordampere: Ytelsesdata for varmevekslerrør

Hvorfor er Hastelloy G-30 spesifisert for fordamperrør for fosforsyre?

G-30-tallets kjemi - høy krom med moderat molybden og en kobbertilsetning - ble bevisst konstruert for å håndtere den spesifikke kombinasjonen av forurensninger som finnes i våtprosess fosforsyre, og Haynes International kaller P2O5-fordamperrør som en av hovedlegeringene.

Kilde: Haynes International datablad for nominell sammensetning, HASTELLOY G-30 legering.

Høyt krominnhold gir G-30 sterk motstand mot den oksiderende karakteren til våt-prosesssyre og mot salpetersyre og salpetersyre-blandinger, mens molybden- og kobbertilsetningene gir den moderat motstand mot reduserende syrer som saltsyre og svovelsyre -, som begge er tilstede som kommersielle fosforforurensninger. Haynes International bemerker også at G-30 er mindre utsatt for kloridindusert spenningskorrosjonssprekker enn de austenittiske rustfrie stålene den vanligvis erstatter i denne tjenesten, noe som har direkte betydning for rørbunter som ser gjentatt termisk syklus under oppstart og avstengning av fordamperen.

Hva gjør våt-prosessfosforsyre så etsende for fordamperrør?

Fosforsyre i våt -prosess er etsende først og fremst på grunn av det som er oppløst i den, ikke fosforsyren i seg selv: ureagert svovelsyre, metallioner, fluorioner, kloridioner og suspenderte partikler som silisium er alle sammen med P2O5, og av disse er det kjemiske klorid-angrepsdriverne som bestemmer at kjemikalier er den dominerende livskraften.

"Våt-prosess"-fosforsyre lages ved å reagere fosfatbergart med svovelsyre, og slik den produseres, inneholder den bare omtrent 30 % P2O5 på grunn av det store volumet med skyllevann som trengs for å skille det fra kalsiumsulfatbiproduktet. Fluorioner har en tendens til å danne stabile komplekser med metallioner i løsning og er derfor mindre aggressive mot rørmaterialer enn kloridioner, som sterkt påvirker de elektrokjemiske reaksjonene mellom syren og metalloverflaten. Dette er grunnen til at valg av legering for fordamperrør drives mer av klorid-groper og sprekker-korrosjonsmotstand enn av syrens nominelle fosforsyrestyrke alene.

Under fordampningsprosessen økes P2O5-konsentrasjonen vanligvis fra omtrent 30 % opp til omtrent 54 % over en rekke fordampertrinn. Høyere konsentrasjon alene ville antyde høyere korrosivitet, men Haynes International bemerker at denne effekten er delvis oppveid fordi urenhetsnivåene - inkludert kloridene som betyr mest - har en tendens til å synke etter hvert som syren blir mer konsentrert.

Hvordan fungerer G-30 i ekte våt-prosesssyre, ikke bare syre av reagenskvalitet?

Haynes International støtter laboratoriedataene for reagens-kvalitet med felt-representative tester utført i faktisk våt-prosesssyre levert av en fosfatprodusent i Florida ved tre reelle produksjonskonsentrasjoner (36 %, 48 % og 54 % P2O5) og 121 grader (250 grader F), direkte under konkurransefritt stål{1} mot konkurransefritt stål{1} forhold som er mye nærmere en fordamper i drift enn en begertest av reagenskvalitet.

Denne forskjellen er viktig for alle som spesifiserer rørmateriale fra et datablad: korrosjonstabeller for reagens-(brukt gjennom denne artikkelen for deres presisjon og repeterbarhet) isolerer effekten av syrekonsentrasjon og temperatur alene, mens ekte våt-prosesssyre tilfører fluorid-, klorid-, sulfat- og partikkelbelastningen diskutert ovenfor. Haynes Internationals beslutning om å kjøre en dedikert ekte-syresammenligning ved produksjons-relevante konsentrasjoner er en meningsfull del av due diligence, og det er grunnen til at G-30 har en genuin, feltvalidert merittliste i denne applikasjonen i stedet for en rent teoretisk.

Uavhengige felt- og pilot--anleggsdata rapportert i fosforsyre-syreprosesspatenter legger til et ytterligere, lengre-datapunkt for den bredere Hastelloy G-legeringsfamilien: I forsøk med fosfatbergart fordøyelse registrerte en Hastelloy G-legeringshjul en korrosjonshastighet på 6,67 mils per år mot 6,67 mils per år mot alle 8 mils per år. kokerforhold, og 11,71 mpy mot 15,77 mpy for 625 under et høyere-oksidasjonspotensial{10}}betingelse. Disse tallene beskriver den generelle G-familielegeringen i stedet for G-30 spesifikt, men de bekrefter den samme retningsgivende konklusjonen Haynes egne data viser: G-familien nikkel-krom-jernlegeringer holder seg godt opp mot 625 i ekte fosforsyreproduksjon i laboratoriemiljøer.

Hvordan endres G-30s korrosjonshastighet når syrekonsentrasjonen øker under fordampning?

G-30s korrosjonshastighet i kokende fosforsyre stiger jevnt fra 50 % til 85 % konsentrasjon, men forblir lav og håndterbar (0,01–0,84 mm/år) over hele området et fordampertog vil se, inkludert den omtrent 54 % P2O5-endepunktet som er typisk for kommersiell våtprosesskonsentrasjon.

Kilde: Haynes International reagens-korrosjonstabell for fosforsyre, HASTELLOY G-30-legeringsdatablad.

Siden de fleste kommersielle våt-prosesstog målretter en sluttkonsentrasjon rundt 54 % P2O5, kan rørdesignere forvente at G-30-talls reagens-korrosjonshastighet vil ligge i området 0,1-0,2 mm/år ved det endepunktet - godt innenfor en komfortabel korrosjonsgrense for en lokal korrosjonsgrense for en ekstra levetid før en lang levetid. risiko fra klorider omtalt nedenfor.

Hvordan er G-30 sammenlignet med 316L, 254SMO og Alloy 625 i fordamperrelevante syrer?

Haynes Internationals egne sammenlignende plott plasserer G-30 foran 316L og 254SMO rustfritt stål i både saltsyre og svovelsyre, og foran Alloy 625 spesifikt i saltsyre - men Haynes uttaler direkte at G-30s 0,1 mm/y-linje sitter litt høyere enn 625', noe som betyr at svovelsyre er litt høyere enn 625'. kant hvor svovelsyreforurensning er den dominerende bekymringen.

Dette er et nyttig, ærlig datapunkt for spesifikasjonsbeslutninger: G-30 er ikke universelt foran alle konkurrerende legeringer i hver syre en fordamper kan se. Der den dominerende urenheten er svovelsyre som overføres fra stein-nedbrytingstrinnet, kan Alloy 625 (eller høyere-krom HASTELLOY G-35, dekket i en følgeartikkel i denne serien) gi en liten ekstra margin. Der syren er nærmere den rene våtprosesskjemien med sin karakteristiske kloridbelastning, gir G-30s balanse av krom, molybden og kobber den en reell fordel i forhold til både rustfritt stål og 625 spesielt i saltsyre.

Hva er G-30-tallets motstand mot underavleiring og sprekkkorrosjon?

Under de to standard akselererte testene som brukes for å simulere klorid-tilsmussede forhold - Grønn død og gul død - viser G-30 først gropdannelse ved 55 grader og sprekk angrep ved 45 grader (grønn død) eller 25 grader (gul død), som er nøyaktig den feilmodusen som fordamperbuntene er bygget opp på i fordamperrøret overflate.

Kilde: Haynes International grop- og sprekkkorrosjonsdata (24-timers tester), HASTELLOY G-30 legeringsdatablad.

Dette er det mest operativt relevante datasettet i denne artikkelen. Bulksyreresistens, som vist i konsentrasjonstabellene ovenfor, beskriver hva som skjer med en ren røroverflate som eksponeres jevnt for flytende syre. Ekte fordamperrør akkumulerer avleiringer, kalsiumsulfatavleiringer og stillestående soner ved ledeplater og støtteplater --forhold som konsentrerer klorider lokalt og kan utløse grop- eller sprekkangrep godt under bulksyrens nominelle driftstemperatur. G-30 sin terskel for sprekk-korrosjon på 25–45 grader er en meningsfull, kvantifisert margin over typiske driftstemperaturer for fordamperen for mange design, men den understreker også hvorfor periodisk mekanisk rengjøring og inspeksjon under avleiringer fortsatt er standardpraksis uavhengig av valg av legering.

Er G-30 motstandsdyktig mot kloridspennings-korrosjonssprekker i fordamperservice?

Ja - i standard kokende 45 % magnesiumkloridtest (ASTM G36),G-30motsto sprekkdannelse i 168 timer, omtrent syv ganger lengre enn 254SMO og 84 ganger lengre enn 316L, og overgikk to sammenligningsnikkellegeringer ('28' og '31') testet ved siden av.

Kilde: Haynes International stress-data for korrosjonssprekker (kokende 45 % MgCl2, ASTM G36), datablad for HASTELLOY G-30 legeringer.

SCC-motstand er viktig for fordamperrørbunter fordi de kombinerer to av de tre ingrediensene SCC krever - et følsomt materiale under strekkpåkjenning (fra termisk syklus, innrulling i rørplaten eller gjenværende sveisespenning) utsatt for et klorid-bærende miljø. G-30s terskel på omtrent 168 timer i en test som er langt strengere enn vanlige driftsforhold, gir rørdesignere en betydelig, kvantifisert sikkerhetsmargin i forhold til de rustfrie stålene som oftest anses som billigere alternativer.

Hvordan påvirker sveising rørets-søm og rør-til-rørets korrosjonsbestandighet?

G-30-talls all-sveise-metallkorrosjonshastigheter holder seg nær smidt uedelt metall i de fleste svovel- og saltsyreforhold som er relevante for fordampertjeneste, med unntak av 90 % svovelsyre, der både sveisemetall og smidt uedelt metall viser en skarp, matchet økning, noe som betyr at økningen snarere enn kjemisk reflekterer en genu {{5} sveisespesifikk svakhet.

Kilde: Haynes International all-sveis-metall (multi-korsformet GMAW) vs. smidd base-metallkorrosjonsdata, HASTELLOY G-30 legeringsdatablad.

For fordamperrørbunter fremstilt av sveiset rør (ASTM B619/B626) eller som krever rør-til-rørsveising, støtter disse dataene spesifikasjon av G-30 uten en teppederating for sveisesoner i de fleste sure forholdene legeringen er ment for. Resultatet på 90 % svovelsyre er en påminnelse om at G-30, i likhet med G-35, ikke er det riktige valget hvis en plantes svovelsyreoverførsel regelmessig når den konsentrasjonen ved rørveggen – en tilstand der 625 eller et G-35-rør med høyere krom ville være den mer konservative spesifikasjonen.

Hvordan påvirker G-30s termiske ledningsevne design av varmevekslerrør?

G-30-tallets varmeledningsevne (ca. 10 W/m· grad ved romtemperatur, stiger til ca. 19-21 W/m· grad ved 400-600 grader ) er godt under den for kobberlegeringer og til og med karbonstål, så varme-{7}}veggtykkelsen må være{101}overførende areal og røret ledningsevne i tankene - men denne avveiningen er vesentlig oppveid av den svært tynne korrosjonstilskuddet G-30 tillater sammenlignet med de tykkere veggene en mindre motstandsdyktig, billigere legering trenger.

Kilde: Haynes International fysiske egenskaper data, HASTELLOY G-30 legering datablad.

Dette er en ekte ingeniørmessig avveining-, ikke et markedsføringspunkt å skylle over: en nikkel-krom-jernrørvegg vil lede varmen merkbart mindre effektivt enn en sammenlignbar-kobberlegering eller karbonstålrør, og varmevekslers termiske utforming (rørets tykkelse, lengde, direkte i forhold til denne-tykkelsen, og varmeveksleren tar hensyn til dette-veggtykkelsen, beregning. I praksis oppveier fordamperdesignere dette ved å dra nytte av G-30s korrosjonsmotstand for å spesifisere en tynnere rørvegg enn en karbon-stål- eller lavere-legering vil kreve, som delvis gjenvinner varmeoverføringsstraffen fra lavere ledningsevne, samtidig som den leverer en levetid på flere{1}{1}vegg{1} margin en korrosjonsgodtgjørelse på et mindre motstandsdyktig materiale ville kreve.

Hvilke rørproduktformer og standarder gjelder for G-30 fordamperrør?

G-30 fordamperrør er tilgjengelig som både sømløse rør under ASTM/ASME B622/SB622 og sveisede rør under ASTM/ASME B619/B626 og SB619/SB626, leveres mølle{{8}glødd, og bør gjen{1}{1}glødes etter kaldgløding eller rørbøyeoperasjon- som produserer 7 % eller mer ytre fiberforlengelse for å gjenopprette full korrosjonsmotstand.

Kilde: Haynes International "Specifications and Codes"-tabell, HASTELLOY G-30 legeringsdatablad.

Glødetemperaturen for G-30 er 1177 grader (2150 grader F) med vannkjøling anbefales, selv om rask luftkjøling er mulig for strukturer som er tynnere enn 10 mm (0,375 in) - en kategori som inkluderer de fleste veggtykkelser for fordamperrør{11}. G-30 er stivere enn austenittisk rustfritt stål og herder lettere, noe som har direkte betydning for rørbøying og ekspansjonsoperasjoner under buntfabrikasjon og bør planlegges i produksjonssekvensen.

Hva er de praktiske design- og driftsgrensene for G-30 fordamperrør?

G-30 yter pålitelig over hele 30-54 % P2O5-konsentrasjonsområdet og opptil 121 grader i ekte våt-prosesssyre, men designere bør behandle lokalisert kloridforurensning - ikke bulksyrestyrke - som den styrende designbegrensningen spesifikt for{1}den skarpe korrosjonsbegrensningen,{1} G-30s egne saltsyredata viser ved visse mellomliggende konsentrasjon- og temperaturkombinasjoner.

Haynes Internationals saltsyretabell viser korrosjonshastigheter som øker kraftig ved noen mellomliggende forhold - for eksempel, 2,5 % HCl ved 93 grader (200 grader F) hopper til 4,23 mm/år, og kokende 2-2,5 % HCl når 9,47{{10} mmy/12 langt over {{10}mmy}. godt{11}}oppførte seg ved både lavere og høyere konsentrasjoner i nærheten. Denne typen ikke-monotonisk oppførsel er en påminnelse om at iso-korrosjonsdiagrammer og konsentrasjonstabeller bør leses ved den faktiske, lokale syrekjemien som forventes ved rørveggen (inkludert eventuelle konsentrasjonseffekter fra koking eller fordampning rett ved overflaten), ikke bare den nominelle bulkprosesskonsentrasjonen.

• Design- og driftsveiledning:Spor nivåer av klorid og fri-svovelsyre-i prosesssyren, siden disse - ikke den nominelle P2O5-konsentrasjonen - er det som faktisk driver rørkorrosjonsrisikoen.
• Design- og driftsveiledning:Planlegg periodisk mekanisk rengjøring og inspeksjon under skala og avleiringer, siden G-30's terskel for sprekk-korrosjon (25-45 grader i akselererte tester) kan nærme seg overalt hvor begroing konsentrerer klorider lokalt.
• Design- og driftsveiledning:Unngå design som konsentrerer saltsyre lokalt til 2-3 % området ved forhøyet temperatur, der G-30s egne data viser en uforholdsmessig høy korrosjonshastighet.
• Design- og driftsveiledning:Der svovelsyreoverføringen er uvanlig høy eller regelmessig nærmer seg 90 % konsentrasjon ved rørveggen, evaluer Alloy 625 eller HASTELLOY G-35 som et mer konservativt alternativ.
• Design- og driftsveiledning:Gjenopp-gløde rør etter kald-forming eller bøyeoperasjoner som overstiger ca. 7 % ytre-fiberforlengelse for å gjenopprette korrosjonsmotstanden før igangkjøring.

Ofte stilte spørsmål

Spørsmål: Hvorfor brukes Hastelloy G-30 til fordamperrør for fosforsyre?

A: G-30s høye krominnhold motstår den oksiderende karakteren til forurensning av våt-fosforsyre og salpetersyre-, mens molybden- og kobberinnholdet motstår svovelsyreurenheten som finnes i hver våt-prosessstrøm. Haynes International kaller P2O5-fordamperrør som en av legeringens to primære bruksområder, støttet av både reagens-kvalitet og ekte våtprosess-syretesting.

Spørsmål: Holder G-30s korrosjonsmotstand ved hele 54 % P2O5-konsentrasjon som brukes i kommersielle fordampere?

A: Ja. Kokende fosforsyredata av reagens-kvalitet viser at G-30s korrosjonshastighet bare øker gradvis over konsentrasjonsområdet, og holder seg i området 0,1–0,2 mm/år rundt 54–60 % P2O5 - godt innenfor en komfortabel designgrense.

Spørsmål: Hva er den største korrosjonsrisikoen for G-30-rør i fordampertjeneste?

A: Klorid-drevet grop- og sprekk-korrosjon under avleiringer og avleiringer, ikke jevnt syreangrep på en ren overflate. Standard akselererte tester viser G-30-talls grop- og sprekk-korrosjonsterskler ved 25-55 grader, og derfor er periodisk rengjøring og inspeksjon under begroing fortsatt viktig uavhengig av legeringsvalg.

Spørsmål: Er Hastelloy G-30 bedre enn Alloy 625 for fosforsyrefordampere?

A: Det kommer an på hvilken urenhet som dominerer. Haynes Internationals egne komparative data viser G-30 foran 625 i saltsyre, men 625 holder en liten kant i svovelsyre. Der svovelsyreoverføringen er uvanlig høy, kan 625 eller HASTELLOY G-35 med høyere krom være den mer konservative spesifikasjonen.

Spørsmål: Reduserer sveising G-30s korrosjonsmotstand ved produksjon av fordamperrør?

A: Generelt nei. Publiserte sveise-metall-versus-bearbeidede data viser bare en liten forskjell mellom de fleste svovel- og saltsyreforhold som er relevante for fordampertjeneste, med både sveisemetall og smidet uedelt metall som viser en samsvarende, kjemidrevet-økning bare ved den mest alvorlige testede svovelsyretilstanden (90 %).

Spørsmål: Hvordan er G-30s varmeledningsevne sammenlignet med andre varmevekslerrørmaterialer?

A: G-30s termiske ledningsevne (ca. 10 W/m· grad ved romtemperatur) er godt under kobberlegeringer og karbonstål, så varme-området må dimensjoneres tilsvarende. I praksis er dette delvis utlignet fordi G-30s korrosjonsmotstand tillater en tynnere rørvegg enn en mindre motstandsdyktig legering trenger for samme levetid.