أداء الفولاذ المقاوم للصدأ في حامض الكبريتيك المركز

أداء الفولاذ المقاوم للصدأ في حامض الكبريتيك المركز
حمض الكبريتيك هو أحد المواد الكيميائية الأكثر استخدامًا في العالم وبتركيزاتأكبر من 90wt٪ ، كما أنها شديدة التآكل. تناقش هذه الورقة اختيار المواد لـمناولة حامض الكبريتيك المركز ، خاصة في درجات الحرارة المرتفعة (حتى 200 درجة مئوية)التي تحدث أثناء تصنيعها. بعض من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي والدوبلكس الحديثمراجعة ومناقشة حدودها ومزاياها.
بقلم روجر فرانسيس ، ر® المواد ، المملكة المتحدة

المقدمةحمض الكبريتيك مادة كيميائية تستخدم في العديد من الصناعاتوكذلك في ترشيح العديد من المعادن منالخامات. وينتج من ثاني أكسيد الكبريت الذي قد يكونالناتج عن حرق الكبريت ، قد يكون منتجًا ثانويًا لـعملية صهر المعادن ، أو قد تنتج عن طريق الحرارةتحلل (تجديد) الحمض المستهلك. ثاني أكسيد الكبريتيتفاعل مع الأكسجين فوق محفز عند ~ 420 درجة مئوية إلى 625 درجة مئوية لتكوينهثالث أكسيد الكبريت. ثم يتفاعل الغاز الأخير مع الماء فيأبراج امتصاص لتكوين حامض الكبريتيك. هذه العمليةيمكن أن يصل الطارد للحرارة والحمض إلى درجات حرارة تصل إلى 180 درجةإلى 200 درجة مئوية. يتم استرداد معظم هذه الطاقة من خلال مجموعة من الوسائلتقليل استهلاك الطاقة. عادة ما يتم تبريد الحمض بعد ذلكمن حوالي 100 درجة مئوية إلى قريبة من المحيط للتخزين.


الموادتقليديا ، تم استخدام مواد مثل الفولاذ المبطن بالطوب الحمضيالسفن ، ومكاوي الدكتايل ، مثل موندي® أو الأوستنيتي سبيكة منخفضةالفولاذ المقاوم للصدأ مثل 316 للأنابيب ، ضمن نطاق محدودنطاق درجة الحرارة وتركيز الحمض. ومع ذلك ، فإنتطوير فولاذ مقاوم للصدأ حديث وعالي الجودة ، مع تحسينلقد أدت مقاومة الأحماض المركزة الساخنة إلى تغيير الموادخيارات الاختيار. يوضح الجدول 1 تكوين بعضالفولاذ المقاوم للصدأ الذي يستخدم مع حامض الكبريتيك. 304 و 316 هيالدرجات الأوستنيتي الشائعة التي يستخدمها على نطاق واسعالصناعة الكيميائية والمعالجة. سبيكة 310 عالية الكروم ،سبائك النيكل الأوستنيتي التي تتمتع بمقاومة عالية للتآكل الحمضيمقارنة بـ 304 و 316. ZERON®100 و 2507 هيالفولاذ المقاوم للصدأ superduplex مع تقريبي 50/50ميزان طور الأوستينيت / الفريت. هذا الهيكل يعطي أعلى من ذلك بكثيرقوة (~ 2½ مرة) من سبائك وعروض الأوستنيتيإمكانية توفير سمك الجدار للتطبيقات التي تتضمنالضغط العالي و / أو درجات الحرارة.Saramet® ، Sandvik SX® وزيكور® كلها ملكية أوستنيتيةالفولاذ المقاوم للصدأ الذي يحتوي على ~ 5٪ سيليكون ، مما يحسنمقاومة التآكل في حمض قوي ساخن. ساراميت يأتي في قسمينالمتغيرات بتركيبات مختلفة قليلاً. ZeCor هو أصغر حجمًا فيالكروم والنيكل من السبائك الأخرى المسجلة الملكية ولكن ذلكيحتوي على المزيد من السيليكون ، وهو عنصر معروف بتعزيز التآكلالمقاومة في حامض ساخن وقوي.

تآكليوضح الشكل 1 منحنيات التآكل المتساوي لبعض السبائك الشائعةفي حامض الكبريتيك. يمكن ملاحظة أن سبائك superduplex كذلكمتفوقة على 316 لتر. يتفوق ZERON 100 أيضًا على 2507 ، وهويعتقد أنه يرجع إلى الإضافات المتعمدة من التنجستن والنحاس إلى ZERON 100. يشيع استخدام سبيكة 20 في مادة الكبريتوحمض من حوالي 50٪ إلى 90٪ حمض يتفوق على ZERON100. ومع ذلك ، في حمض قوي (GG gt ؛ 90٪) يظهر ZERON 100 أزيادة ملحوظة في مقاومة التآكل مقارنة بـ 2507 وسبيكة 20.

يقارن الشكل 2 منحنيات التآكل المتساوي للثلاثةسبائك مسجلة الملكية تحتوي على السيليكون و ZERON 100. هناكاختلافات واضحة بين السبائك المحتوية على السيليكونتظهر السبائك مقاومة محسنة للتآكل في الأحماض المخففة.عند البحث في هذه الورقة ، لم يتمكن المؤلف من العثور على أي منهاالبيانات المنشورة عن 310 من الفولاذ المقاوم للصدأ فوق تركيز الحمض هذانطاق. ربما يكون هذا بسبب مصنعي مصانع الحمضيعتبر هذا بيانات حساسة تجاريًا. ومع ذلك ، فمن المعروفأن مقاومة التآكل من 310 الفولاذ المقاوم للصدأ تتناقص بشكل ملحوظعندما ينخفض ​​تركيز الحمض إلى أقل من 96٪.يوضح الشكل 3 منحنيات التآكل المتساوي لـ 304 و 310 وساراميت 23 في حمض قوي جدا1,2. يمكن ملاحظة أن هناك ملفزيادة مقاومة التآكل لكل من 310 و Saramet فينطاق درجة الحرارة 180 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية. من المفترض أن SX وتظهر ZeCor سلوكًا مشابهًا. هذا يعني أن هذه السبائك يمكنتستخدم في الأجزاء ذات درجة الحرارة العالية للنباتات الحمضية. هناكلا توجد بيانات لـ ZERON 100 على مدى درجة الحرارة الكاملة لـالشكل 3 ومن غير المعروف ما إذا كان الفولاذ المقاوم للصدأ Superduplex أيضًاتظهر هذه الميزة.

يوضح الشكل 4 معدل التآكل لبعض أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ فيحمض الكبريتيك القوي عند 110 درجة مئوية مأخوذ من الشركات المصنعةالبيانات المنشورة. يمكن ملاحظة أن مقاومة التآكلساراميت 23 يتناقص مع زيادة تركيز الحمض على عكسالسبائك الأخرى. بتركيزات حمضية أكبر من 100٪ هناكهو ثالث أكسيد الكبريت الزائد ويعرف الخليط بعد ذلك باسمأوليوم. من المعروف أن هذا أكثر تآكلًا للسبائك مثل ساراميتمن ZERON 100 وسبائك 310.على الرغم من عدم وجود بيانات متاحة للجمهور عن 310 بوصة من الفولاذ المقاوم للصدأحمض قوي جدًا ، هناك نقطة بيانات واحدة. في حامضتركيز 99٪ ودرجة حرارة 110 درجة مئوية ، التآكلكان معدل 310 0.1 ملم / سنة1. هذا يدل على تحسن مقاومةZERON 100 فوق 310 غير القابل للصدأ عند درجة الحرارة هذه (الشكل 4).تتمتع ZERON 100 أيضًا بمقاومة تآكل مماثلة لـ ZeCor وSandvik SX في حمض أقوى ،> ؛ 97٪ بالوزن.توجد عادة كمية قليلة من الحديد في مصانع الأحماض التجاريةالحالي (عادةً 5 جزء في المليون) ويمكن أن يؤثر ذلك على معدل تآكلبعض السبائك.

يوضح الشكل 5 تأثير 5 جزء في المليون من الحديد علىمعدل تآكل ZERON 100 عند 110 درجة مئوية. يمكن ملاحظة ذلك في الداخلخطأ تجريبي ، لم يكن هناك تأثير معنوي للحديد علىتآكل. عند 200 درجة مئوية (الشكل 6) في حمض 98.5 ٪ ، تسبب الحديد صغيرةزيادة في معدل التآكل ، ولكن لا شيء من الهندسةالدلالة.

تأثير السرعةلأن الفولاذ المقاوم للصدأ غالبًا ما يكون نشطًا (على عكس السلبي)في حامض الكبريتيك المركز الحار ، يكون معدل التآكل أدالة السرعة. يوصى عادة بأن السبائكمثل 316 و 310 على سرعة تدفق قصوى تبلغ1.5 م / ثانية2. تم إجراء اختبارات السرعة في غاز كبريت 95٪ بالوزنالحمض عند 70 درجة مئوية باستخدام عينات أسطوانية دوارة. باستخدام التحليلسيلفرمان3 تم حساب تدفق الدوران ليكون مكافئًاإلى 2.5 م / ثانية في أنبوب NPS 4. معدل تآكل ZERON 100كانت عالية في أول يومين أو ثلاثة أيام. بعد ذلك التآكلكان المعدل أقل من 0.1 ملم / سنة. المعدل الأولي العالي للتآكلكان مرتبطًا بتشكيل فيلم أسود رقيق علىسطح معدني. يبدو أن الفيلم يمنح مقاومة التآكل مثليتضح من خلال معدل خسارة المعادن المنخفض اللاحق. تظهر هذه النتائجيمكن استخدام ZERON 100 في درجات حرارة أعلى وسرعات تزيد عن 316 لتر في حامض الكبريتيك القوي. الاختبارات في أقوىأظهر الحمض معدلات تآكل أقل.تميل إضافات السيليكون إلى إزالة حساسية السرعة لـالفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل في حامض الكبريتيك الساخن القوي. ساندفيكالإبلاغ عن معدلات تآكل منخفضة للغاية (GG لتر ؛ 0.01 مم / سنة) لـ SX في 96٪الحمض عند 70 درجة مئوية و 25 م / ثانية في ورقة بيانات السبيكة. حصلوا عليهامعدل تآكل مماثل في حمض 98.5٪ عند 115 درجة مئوية وتدفق 10 متر / ثانية● السرعة. أظهر Saramet 35 معدلات تآكل منخفضة جدًا مماثلة فيحمض 98.5٪ عند 120 درجة مئوية بسرعة 9 و 25 م / ث4. على الرغم من وجودلا توجد بيانات منشورة عن ZeCor بسرعات عالية ، من المفترض أنكما أنها تتفوق على الدرجات 304 و 316.

التطبيقاتتوضح البيانات الواردة في الشكل 3 أن السبيكة 310 يمكن أن تكون مناسبة جدًا لـقسم استرداد الحرارة بشرط أن يكون تركيز الحمضتعمل بنسبة 98٪ أو أكثر. ومع ذلك ، في بعض الرحلات إلى النباتاتتركيزات حمض منخفضة شائعة ثم الملكيةتعتبر السبائك المحتوية على السيليكون أكثر موثوقية ، ضمن حدود استخدامها.تم استخدام السبائك الثلاثة المحتوية على السيليكون في الأبراج ،الخزانات والأنابيب والتجهيزات والمصافي وموزعات الحوض والحرارةالمبادلات ومزيلات الضباب حيثما كانت الظروفمرهقة جدا 3105,6. لا تزال السبائك 310 تستخدم على نطاق واسع في حمض قوي ،خاصة حيث يمكن إنتاج زيت الزيتون. في المبادلات الحراريةيتم استخدام أنابيب 316L (غالبًا مع Mo≥2.5٪) مع أنوديكالحماية لإبقائها سلبية.تظهر البيانات أعلاه بوضوح مقاومة التآكل الجيدة لـZERON 100 في حمض الكبريتيك المركز عند درجات حرارة تصل إلى200 درجة مئوية. يمكن أن تكون فعالة بشكل خاص في درجات الحرارة العاليةقسم استرداد مصانع حامض الكبريتيك. PCS الفوسفات فيكشفت الولايات المتحدة الأمريكية عن بكرة NPS1 من ZERON 100 لمدة 18 شهرًا فيمركز حمض عند 200 درجة مئوية. كان معدل التآكل&لتر ؛ 0.2 مم / سنة.قامت أجهزة الكمبيوتر أيضًا بتركيب مرشح ZERON 100 في اتجاه المنبع من مادة الكبريتمضخة حمض تعمل في درجات حرارة عالية (~ 200 درجة مئوية). بعد 18أشهر في الخدمة كان المرشح في حالة ممتازة. كان هذاتحسين كبير على مرشح الفولاذ المقاوم للصدأ 310 المستخدمسابقا.كما تم استخدام ZERON 100 بواسطة أحد الكبريتات الرئيسيةشركات تصميم مصانع الحمض لألواح الفتحة (الشكل 7).

هؤلاء همتستخدم للتحكم في التدفق في تطبيقات مثل موزعات الحوض الصغير.هذا يستغل المقاومة الجيدة للتآكل من ZERON100. ZERON 100 متاح أيضا كمبادل حراري ملحومأنابيب. هذا يجعلها مناسبة بشكل مثالي للمبردات الحمضية حيثمياه التبريد قليلة الملوحة أو مياه البحر ، حيث أن ZERON 100 يحتوي على أتاريخ مثبت للمقاومة الممتازة لهذه البيئة7.

التوفرلا يمثل استخدام هذه السبائك للمشاريع الجديدة مشكلة بشكل عامككمية تشغيل مطحنة مطلوبة عادة. ومع ذلك ، للإضافة المتأخرة-الإضافات أو الإصلاحات أو تعديلات المصنع ، الكميات الأصغر بشكل عاممطلوب. لا يتم الاحتفاظ بالسبائك المحتوية على السيليكون المسجلة الملكيةحاملي أسهم الفولاذ المقاوم للصدأ بكميات كبيرة لمثل هذاالتطبيقات. تمتلك الشركات المصنعة للمعدات الأصلية مخزونات محدودة في بعضأشكال المنتجات لدعم عملائها. سبيكة 310 على نطاق واسعمتوفرة كلوحة ، ولكنها ليست متوفرة بسهولة مثل الأنابيب والتجهيزاتوالشفاه.
ZERON 100 هووبالتالي مفيدسبيكة للتطبيقات التي يكون فيها التسليم السريع مهمًا أو صغيرًاالكميات المطلوبة.ZERON 100 قابل للحام بالكامل بواسطة جميع اللحام القوسي المشتركالتقنيات والاستخدام الواسع للسبائك في صناعة النفط والغازيعني أن هناك العديد من المصنعين المؤهلين. سبيكة 310 هيقابلة للحام بشرط أن يكون الكربون منخفضًا بشكل معقول ؛ 0.04٪ أالحد الأقصى المعقول. يجب تحديد هذا بشكل خاص على أنه UNSيحتوي S31000 على حد أقصى للكربون بنسبة 0.08٪ وكربون منخفضالإصدار (UNS S31002) غير متاح بسهولة. ارتفاع السيليكونمن السهل نسبيًا تصنيع سبائك الأوستنيتي وجميعها تأتيمع مستويات كربون بحد أقصى 0.03٪ لضمان عدم تكون الكربيداتعلى اللحام.

الاستنتاجات
1. سبيكة 310 لديها مقاومة جيدة لحمض الكبريتيك المركزفي درجات حرارة مرتفعة ، لكنها ليست مقاومة مثل الحمضينخفض ​​التركيز من 98٪. السبيكة ليست جاهزةمتاح في غير شكل لوحة.
2. الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي عالي السليكون لديه تآكل جيدالمقاومة لحمض الكبريتيك المركز على الساخن وأفضلمن 310 في حمض أضعف. يعطي السيليكون هذه السبائك جيدةمقاومة حمض الكبريتيك بسرعات تدفق عالية. هذه السبائكأقل مقاومة في الأوليوم مقارنةً بسبيكة 310.
3. ZERON 100 لديه مقاومة مفيدة للتركيز الساخنحمض الكبريتيك ، وسيط بين سبائك 310 وسبائك الأوستنيتي عالية السيليكون. توافرها الجاهز في نطاق واسعمجموعة من أشكال المنتجات تجعلها مناسبة لكل من المصنع الجديدوما فوق.

المراجع
1. CM Schillmoller ، تقرير فني لمعهد النيكل رقم 10 057.
2. DK Louie ، دليل تصنيع حامض الكبريتيك ، 2طبعة ، 2008 ، نشرتها DKL Engineering.
3. DG Silverman، Corrosion 44، 1 (1988) 42.
4. S. كلارك ، "سبائك ساراميت - تطبيقات في الطلبتطبيقات حمض الكبريتيك "، اتفاقية AIChE ، فلوريدا ، الولايات المتحدة الأمريكية ،يونيو 2003.
5. “Saramet Austentic Stainless Steel” ، Aker Solutionsالمنشور ، 2009.
6. إس ريتشاردسون ، إم سبينس وجي هورن ، "هندسي زكورمعدات خدمة حامض الكبريتيك "، اتفاقية AIChE ،فلوريدا ، الولايات المتحدة الأمريكية ، يونيو 2007.
7. ر. فرانسيس وج. بيرن ، “Experiences with Superduplexالفولاذ المقاوم للصدأ في مياه البحر "عالم الفولاذ المقاوم للصدأ ، المجلد 16 ،يونيو 2004 ، KCI ، صفحة 53.® العلامات التجارية المسجلة

المقال من عالم الفولاذ المقاوم للصدأ.