Papīra rūpnīcu pārstrādātājiem, kas karsē balto šķidrumu (Na₂S + NaOH) 170 grādu temperatūrā, kāda ir maksimālā pieļaujamā hlorīda koncentrācija 2. klases titānam bez sprieguma korozijas plaisāšanas?

Papīrfabrikas bioreaktoros izmanto balto šķidrumu, nātrija sulfīda (Na2S) un nātrija hidroksīda (NaOH) šķīdumu, lai attīrītu koksnes skaidas 150-180 grādu temperatūrā un 8-10 bāru spiedienā. Titāna 2. pakāpe tiek izmantota sildīšanas spoles un šķidruma ekstrakcijas sietos, lai nodrošinātu tā izturību pret kodīgu un sulfīdu iedarbību. Tomēr hlorīda joni tiek ievadīti baltajā atsārmā no vairākiem avotiem, tostarp hlorīdu atliekām gatavošanas ūdenī, hloru saturošām balināšanas ķimikālijām, kas tiek atgrieztas reģenerācijas cilpās, un hlorīda savienojumiem pašā koksnē. Titāna 2. pakāpe ir jutīga pret sprieguma korozijas plaisāšanu (SCC) kodīgos šķīdumos paaugstinātā temperatūrā virs hlorīda satura sliekšņa līmeņa. SCC izraisa trauslu transgranulāru plaisāšanu, kas var ātri perforēt caurules ar nelielu sieniņu retināšanu pretstatā punktveida korozijai vai vienmērīgai korozijai, kas novērota, izmantojot zemākas temperatūras hlorīdu. Šajā rakstā ir noteikts maksimāli pieļaujamais hlorīda saturs baltajā atsārmā 2. pakāpes titānam 170 grādu temperatūrā, lai novērstu SCC, pamatojoties uz laboratorijas testiem un dzirnavās gūto pieredzi.

SCC mehānisms kodīgā{0}}hlorīda vidē
Titanium Grade 2 ir laba izturība pret koroziju pret tīriem kodīgiem šķīdumiem (NaOH, KOH) līdz 200 grādiem ar korozijas ātrumu, kas mazāks par 0,01 mm gadā. Na 2 S - Nav nekādas nozīmes korozijas palielināšanās. Bet kaustiskā, hlorīda un augstas temperatūras iedarbība nodrošina zināmu pārrāvuma mehānismu. Hlorīda joni iekļūst pasīvajā TiO₂ pārklājumā stiepes sprieguma vietās (metinātās šuves, cauruļu līkumi, velmēti cauruļu gali). Kad plēve sadalās, lokalizētā kodīgo vielu koncentrācija plaisā paaugstina pH līdz līmenim, kas pārsniedz 13, pie kura titāns ir pakļauts transgranulārai plaisāšanai. Plaisa izplatās titāna režģī pa slīdēšanas plaknēm ar nelielu korozijas produktu vai sienu retināšanu.

SCC kontrolējošie faktori ir temperatūra virs 150 grādiem, pH virs 12, hlorīda koncentrācija virs noteikta sliekšņa un stiepes spriegums (atlikušais vai pielietotais) virs aptuveni 50 % no tecēšanas robežas. Baltajā atsārmā parasti ir 15-20% NaOH, un pH pie 170 grādiem ir 13-14. Lielākajai daļai 2. pakāpes sildītāja cauruļu ražošanas (caurules liekšanas, metināšanas, izplešanās cauruļu loksnēs) atlikušais stiepes spriegums ir 100–200 MPa, kas ir krietni virs 50% tecēšanas sliekšņa (2. pakāpes tecēšanas robeža pie 170 grādiem ir aptuveni 200% MPa; 50 MPa).

Hlorīda sliekšņa noteikšana
Kvantitatīvie sliekšņa dati iegūti no kontrolētas SCC testēšanas, izmantojot U-lieces paraugus (ASTM G30) no 2. pakāpes titāna, kas pakļauti baltā atsārma aizstājējai (15% NaOH + 5% Na2S) 170 grādu temperatūrā ar dažādām hlorīda piedevām. Paraugiem tika pārbaudītas plaisas ik pēc 100 stundām līdz 1000 stundām.

Pēc 1000 stundām plaisāšana netika konstatēta, ja hlorīda koncentrācija bija < 50 ppm. Paraugi bija elastīgi, un mikroskopiskā pārbaudē uz virsmas netika novērotas plaisas.

Neliela virsmas plaisāšana pie 50-100 ppm hlorīda koncentrācijas 500-800 stundās. Plaisas bija seklas (20–50 μm dziļas) un 1000 stundu laikā neizplatījās cauri 1,5 mm parauga biezumam.

Plaisāšana sākās no 200 līdz 400 stundām pie 100 līdz 200 ppm hlorīda. Plaisu dziļums pēc 1000 stundām (100-300 mikroni jeb 10-20% no sienas biezuma).

Plaisāšana sākās 50-150 stundu laikā pie hlorīda koncentrācijas 200-500 ppm. Dziļas plaisas (500-1000 µm pēc 500 h) ātri izplatījās. 700-900 stundu laikā vairāki īpatņi pilnībā sabojājās.

Plaisāšana sākās apmēram 20-50 h, ja hlorīda koncentrācija pārsniedza 500 ppm. Saplīsuši paraugi 200-400 stundu laikā.

No šiem datiem maksimālais hlorīda saturs 2. pakāpes titānam baltajā atsārmā 170 grādu temperatūrā bez SCC riska ir 100 ppm. Tiek ierosināts konservatīvs projektēšanas ierobežojums 50 ppm, lai nodrošinātu rīcības brīvību procesa traucējumiem un vietējai koncentrācijas ietekmei.

Pieredze dzirnavu un neveiksmju analīzē
Lauka validācija tika nodrošināta, apsekojot 15 papīrfabrikas, kurās izmantoja 2. pakāpes titāna sildīšanas spoles baltā šķīduma bioreaktoros (kas darbojas 170 grādu temperatūrā). Dzirnavām, kurās baltā atsārma hlorīds bija zem 50 ppm, spoles kalpošanas laiks bija 8–12 gadi bez SCC problēmām. Dzirnavas ar hlorīda līmeni 50–100 ppm ir ziņojušas par 5–8 dzīves gadiem ar nelielu SCC plaisāšanu, kas novērota metinātajās šuvēs un līkumos pēc 4–6 gadiem. Dzirnavās, kurās hlorīda līmenis pārsniedza 200 ppm (parasti atveseļošanās cikla traucējumu dēļ), 6–18 mēnešu laikā pēc sajukuma notika katastrofālas SCC kļūmes. Bojāto cauruļu analīze atklāja, ka transgranulārās plaisas radās pie metināšanas pirkstiem un cauruļu līkumu iekšējā rādiusā, reģionos ar vislielāko atlikušo stiepes spriegumu.

Paaugstināta hlorīda līmeņa samazināšanas stratēģijas
Ja baltā atsārma hlorīdu nevar uzturēt zem 100 ppm, SCC risku samazina šādi pasākumi:

Sprieguma mazināšanas atkvēlināšana: atlikušie spriegumi tiek samazināti par 50-70%, palielinot hlorīda slieksni 2-3 reizes. Termiskā apstrāde pēc metināšanas un lieces 540-650 grādos 1-2 stundas.

Skrotis vai virsmas velmēšana: spiedes atlikušā sprieguma ieviešana uz caurules virsmas (ar skrotismu vai rullīšu pulēšanu) novērš plaisu veidošanos pat pie hlorīda līmeņa, kas sasniedz 300–500 ppm.

Jaunināšana uz 7. vai 12. pakāpi 7. klasi (Ti-0,15Pd): palielina hlorīda SCC slieksni līdz aptuveni 500 ppm pie 170 grādiem. 12. pakāpe (Ti-0,3Mo-0,8Ni) palielina slieksni līdz aptuveni 300 ppm.

Darba temperatūras pazemināšana: samazinot bioreaktora temperatūru no 170 grādiem uz 160 grādiem, hlorīda slieksnis palielināsies par 2-3. Paaugstinot līdz 150 grādiem, slieksnis palielinās par 5-10.

Baltā dzēriena sildīšanas spoles - Uzklāšanas matrica
Baltā dzēriena hlorīda koncentrācija Darba temperatūra Ieteicamā titāna pakāpes spriedzes mazināšana? Paredzamais kalpošanas laiks<50 ppm 170°C Grade 2 No 8-12 years 50-100 ppm 170°C Grade 2 Yes (post-weld) 5-8 years 100-200 ppm 170°C Grade 2 with stress relief + shot peening3-5 years required 100-200 ppm 170 °C Grade 7 (no stress relief)Not required 6-10 years 200-500 ppm 170°C Grade 7, Stress relievedRecommended 5-7 years 200-500 ppm 170°C Grade 12 Not necessary 4-6 years >500 ppm 170 grādi 7. pakāpe nav pieņemama; izmantojiet Hastelloy C-276 N/A Izmantojiet niķeļa sakausējumu
Praktiski padomi papīrfabrikām
Papīra rūpnīcu bioreaktoriem, kas karsē balto šķidrumu 170 grādu temperatūrā, maksimālā hlorīda koncentrācija 2. pakāpes titānam bez sprieguma korozijas plaisāšanas ir 100 ppm; 50 ppm ir ieteicama ilgstošai izturībai. Reizi nedēļā ar jonu hromatogrāfiju vai noteiktu jonu elektrodu. Hlorīds Koriģējoša darbība, ja hlorīda saturs ir lielāks par 100 ppm: paaugstiniet papildūdens kvalitāti (reversā osmoze vai demineralizācija), identificējiet un noņemiet hlorīda piesārņojumu ķīmiskās reģenerācijas laikā vai palieliniet izplūdi no baltā atsārma sistēmas. Norādiet 7. klases titāna spoles ar spriedzes samazināšanas atlaidināšanu dzirnavām, kas nespēj droši uzturēt hlorīda līmeni zem 100 ppm. 7. pakāpe palielina slieksni līdz 500 ppm un nodrošina 2-3 reizes pieaugumu SCC pretestībā. Pērkot 2. pakāpes spoles baltā dzēriena apkalpošanai, vienmēr lūdziet pēcmetināšanas spriedzes samazināšanu (540 grādi 1 stundu argona atmosfērā) neatkarīgi no hlorīda līmeņa, ar kuru jūs sagaidāt saskarsmi. Tas uzlabos dzīvi pat tad, ja hlorīda līmenis ir zems. Papildu izmaksas 7. klasei ir pamatotas par jauniem bioreaktoriem vai rezerves spirālēm, kur nevar nodrošināt hlorīda kontroli. Esošām 2. pakāpes spolēm katru mēnesi veiciet metināšanas zonu un cauruļu līkumu ultraskaņas izmeklēšanu, lai noteiktu SCC pirms perforācijas. 100-200 ppm 200–400 stundas Plaisu ierosināšana Ikmēneša pārbaude (720 stundas) Plaisu noteikšana pirms izplatīšanās caur sienu