Ефективність нержавіючих сталей у концентрованій сірчаній кислоті

Ефективність нержавіючих сталей у концентрованій сірчаній кислоті
Сірчана кислота є однією з найбільш часто використовуваних хімічних речовин у світі і в концентраціяхбільше 90 мас.%, він також є дуже корозійним. У цій роботі обговорюється вибір матеріалів дляповодження з концентрованою сірчаною кислотою, особливо при підвищених температурах (до 200 ° C)які виникають під час його виготовлення. Деякі сучасні аустенітні та дуплексні нержавіючі сталіобговорюються та обговорюються їх обмеження та переваги.
Роджер Френсіс, RR® Матеріали, Великобританія

ВступСірчана кислота - хімічна речовина, яка використовується в багатьох промислових галузяхпроцесів, а також при вимиванні багатьох металів з їхруди. Він виробляється з діоксиду сірки, який може бутищо утворюється при спалюванні сірки, це може бути побічним продуктомметалургійний процес виплавки, або він може бути отриманий термічним способомрозкладання (регенерація) відпрацьованої кислоти. Двоокис сіркиутворюється реакція з киснем над каталізатором при ~ 420 ° до 625 ° Cтриоксид сірки. Потім останній газ реагує з водою впоглинаючі вежі з утворенням сірчаної кислоти. Цей процес єекзотермічна і кислота може досягати температури до 180 °до 200 ° C. Більша частина цієї енергії відновлюється цілим рядом засобівмінімізувати споживання енергії. Зазвичай кислота потім охолоджуєтьсявід приблизно 100 ° C до близького до навколишнього середовища для зберігання.


МатеріалиТрадиційно для цього використовувались такі матеріали, як сталь, облицьована кислотною цеглоюпосудини та пластичні чавуни, такі як Монді® або низьколегований аустенітнийнержавіючі сталі, такі як 316 для трубопроводів, в межах обмеженогодіапазон температури та концентрації кислоти. Однакрозробка сучасних високолегованих нержавіючих сталей з вдосконаленимистійкість до гарячої концентрованої кислоти змінила матеріаливаріанти вибору. У таблиці 1 наведено склад деякихнержавіючі сталі, що використовуються з сірчаною кислотою. 304 і 316 єзагальні аустенітні сорти, які широко використовуютьсяхімічна та переробна промисловість. Сплав 310 - це високий хром,нікелевий аустенітний сплав, який має чудову стійкість до кислотної корозіїпорівняно з 304 та 316. ZERON®100 і 2507 єсупердуплексні нержавіючі сталі приблизно 50/50баланс фаз аустеніту / фериту. Ця структура дає набагато вищеміцність (~ 2½ рази), ніж сила аустенітних сплавів та пропозиційможливість економії товщини стінки для додатків, що включаютьвисокий тиск та / або температура.Saramet®, Sandvik SX® та ZeCor® всі є запатентованими аустенітаминержавіючі сталі, що містять ~ 5% кремнію, що покращуєкорозійна стійкість у гарячій сильній кислоті. Сарамет приходить через двохваріанти, з дещо різними композиціями. ZeCor є більш стрункимхром і нікель, ніж інші два запатентовані сплави, але цемістить більше кремнію, елемента, який, як відомо, сприяє корозіїстійкість до гарячої, сильної кислоти.

КорозіяНа рисунку 1 показані криві ізокорозії для деяких звичайних сплавівв сірчаній кислоті. Видно, що наддуплексні сплави єперевершує 316L. ZERON 100 також перевершує 2507, що євважається, що це пов'язано з навмисними добавками вольфраму імідь до ZERON 100. Сплав 20 зазвичай використовується в сірчаномукислота і приблизно від 50% до 90% кислоти перевершує ZERON100. Однак у сильній кислоті (GG gt; 90%) ZERON 100 показує aпомітне підвищення корозійної стійкості порівняно з 2507 ісплав 20.

Малюнок 2 порівнює криві ізокорозії для трьохзапатентовані сплави, що містять кремній і ZERON 100. Єчітко розрізняються сплави з кремнійвміснимисплави, що мають покращену корозійну стійкість у більш розбавленій кислоті.Досліджуючи цю статтю, автору не вдалося її знайтиопублікував дані щодо 310 нержавіючої сталі над цією концентрацією кислотидіапазон. Це, мабуть, тому, що виробники кислотних рослинрозцінювати це як комерційно конфіденційні дані. Однак це відомощо корозійна стійкість нержавіючої сталі 310 помітно знижуєтьсяколи концентрація кислоти опускається нижче 96%.На малюнку 3 показані криві ізокорозії для 304, 310 таСарамет 23 у дуже сильній кислоті1,2. Видно, що існуєпідвищення стійкості до корозії як 310, так і Сарамета вдіапазон температур 180º до 200ºC. Передбачається, що SX іZeCor демонструє подібну поведінку. Це означає, що ці сплави можутьбути використаним у високотемпературних частинах кислотних рослин. євідсутні дані для ZERON 100 у повному діапазоні температурМалюнок 3 і невідомо, чи наддуплексні нержавіючі сталі такожпоказати цю функцію.

На рисунку 4 показана швидкість корозії деяких нержавіючих сталей в Росіїсильна сірчана кислота при 110 ° C взята від виробниківопубліковані дані. Видно, що корозійна стійкістьСарамет 23 зменшується зі збільшенням концентрації кислоти, на відміну відінші сплави. При концентрації кислоти більше 100% тамє надлишком триоксиду сірки, і суміш тоді називаєтьсяолеум. Це, як відомо, є більш їдким для таких сплавів, як Сараметніж до ZERON 100 та сплаву 310.Хоча немає загальнодоступних даних про 310 нержавіючої сталі в Росіїдуже сильна кислота, існує єдиний пункт даних. При кислотіконцентрація 99% і температура 110ºC, корозіяшвидкість 310 становила 0,1 мм / рік1. Це свідчить про покращений опірZERON 100 понад 310 з нержавіючої сталі при цій температурі (малюнок 4).ZERON 100 також має подібну корозійну стійкість до ZeCor таSandvik SX у міцнішій кислоті,> 97% мас.На комерційних кислотних заводах зазвичай є невелика кількість заліза(зазвичай 5 ppm), і це може вплинути на швидкість корозіїдеякі сплави.

На малюнку 5 показано вплив 5 ppm заліза нашвидкість корозії ZERON 100 при 110 ° C. Видно, що всерединіпомилка експерименту, не було значного впливу заліза накорозія. При 200 ° С (рис. 6) у 98,5% кислоти залізо спричиняє невелику кількістьзбільшення швидкості корозії, але нічого інженерногозначення.

Вплив швидкостіОскільки нержавіючі сталі часто активні (на відміну від пасивних)у гарячій концентрованій сірчаній кислоті швидкість корозії становить aфункція швидкості. Зазвичай рекомендується використовувати сплавитаких як 316 та 310, обмежувати до максимальної швидкості потоку1,5 м / сек2. Випробування на швидкість проводили в аерованій 95 мас.% Сіркикислоти при 70 ° C з використанням обертових циліндричних зразків. Використання аналізуСільвермана3 обертальний потік був розрахований як еквівалентнийдо 2,5 м / с у трубі NPS 4. Швидкість корозії ZERON 100була висока протягом перших двох-трьох днів. Після цього корозіяшвидкість була менше 0,1 мм / рік. Висока початкова швидкість корозіїбуло пов'язано з утворенням тонкої чорної плівки наметалева поверхня. Здається, плівка надає корозійну стійкість якпоказано наступним низьким рівнем втрат металу. Ці результати показуютьщо ZERON 100 можна використовувати при більш високих температурах ішвидкості, ніж 316L у сильній сірчаній кислоті. Тести на сильнішікислота показала ще нижчі показники корозії.Добавки кремнію, як правило, знімають чутливість до швидкостінержавіючі сталі до корозії в гарячій, сильній сірчаній кислоті. Сандвікповідомляють про надзвичайно низькі показники корозії (GG lt; 0,01 мм / рік) для SX у 96%кислоти при 70 ° С і 25 м / с у паспорті сплаву. Вони отрималианалогічна швидкість корозії в 98,5% кислоти при 115 ° C і витраті 10 м / сшвидкість. Сарамет 35 показав подібні дуже низькі показники корозії в Росії98,5% кислоти при 120 ° C зі швидкістю 9 і 25 м / с4. Хоча єнемає даних, опублікованих для ZeCor при високих швидкостях, вважається, щовін також перевершує класи 304 та 316.

ПрограмиДані на малюнку 3 показують, що сплав 310 може бути дуже придатним длясекція рекуперації тепла за умови, що концентрація кислоти дорівнюєпрацює на рівні 98% або більше. Однак на деяких заводах екскурсії внизькі концентрації кислоти є загальними, а потім запатентованимикремнійвмісні сплави є більш надійними в межах їх використання.Всі три кремнійвмісні сплави використовувались для веж,резервуари, труби, фітинги, сітчасті фільтри, жолобні розподільники, теплообмінники та елімінатори туману там, де були умовизанадто обтяжливий для 3105,6. Сплав 310 все ще широко використовується у сильних кислотах,особливо там, де можна виробляти олеум. У теплообмінникахТрубки 316L (часто з Mo≥2,5%) часто використовують з аноднимизахист, щоб тримати їх пасивними.Наведені вище дані чітко свідчать про хорошу корозійну стійкістьZERON 100 у концентрованій сірчаній кислоті при температурі до200 ° C. Це може бути особливо ефективним при високій температурі тепласекція відновлення сірчанокислих заводів. PCS Фосфати вСША виставили золотник NPS1 ZERON 100 протягом 18 місяців уконцентрована кислота при 200 ° С. Швидкість корозії становила< 0,2="" мм="">PCS також встановили фільтр ZERON 100 перед потоком сіркикислотний насос, що працює при високих температурах (~ 200 ° C). Після 18місяців експлуатації фільтр був у відмінному стані. Це булосуттєве покращення порівняно із використовуваним фільтром з нержавіючої сталі 310раніше.ZERON 100 також використовувався однією з основних сірчаних кислоткомпанії, що займаються проектуванням кислотних заводів для отворів пластин (рисунок 7).

Ось таківикористовується для контролю потоку в таких додатках, як коритні розподільники.Це використовує хорошу стійкість ZERON до корозії100. ZERON 100 також доступний як зварний теплообмінниктрубки. Це робить його ідеально придатним для кислотних охолоджувачів, деохолоджуюча вода солонувата або морська, оскільки ZERON 100 має aперевірена історія чудової стійкості до цього середовища7.

ДоступністьВикористання цих сплавів для нових проектів, як правило, не є проблемоюоскільки, як правило, потрібна кількість пробігу. Однак для пізнього додаванняремонт, модифікація установок, як правило, менші кількостівимагається. Запатентовані кремнійвмісні сплави не утримуютьсяакціонери з нержавіючої сталі у значних кількостях для такихдодатків. У деяких основних акцій OEM є обмежені запасиформи продуктів для підтримки своїх клієнтів. Сплав 310 широкодоступний як плита, але не так легко, як труби, фітингиі фланці.
ZERON 100 єтаким чином кориснимсплав для застосувань, де швидка доставка важлива або маланеобхідні кількості.ZERON 100 повністю зварюється всіма звичайними дуговими зварюваннямитехніки та широке використання сплаву нафтовою та газовою промисловістюозначає, що є багато кваліфікованих виробників. Сплав 310 єзварюваний за умови, що вуглець досить низький; 0,04% - церозумний максимум. Це потрібно спеціально вказати як UNSS31000 має максимум вуглецю 0,08% та низький вміст вуглецюверсія (UNS S31002) недоступна. Високий кремнійаустенітні сплави також відносно легко виготовити, і всі вони надходятьз вмістом вуглецю 0,03% максимум, щоб забезпечити утворення карбідівна зварюванні.

Висновки
1. Сплав 310 має хорошу стійкість до концентрованої сірчаної кислотипри підвищеній температурі, але він не такий стійкий, як кислотаконцентрація зменшується з 98%. Сплав не є легкимдоступні в іншій формі, ніж форма.
2. Висококремнієві аустенітні нержавіючі сталі мають хорошу корозіюстійкість у гарячій концентрованій сірчаній кислоті і є кращиминіж 310 у більш слабкій кислоті. Кремній дає цим сплавам користьстійкість до сірчаної кислоти при великих швидкостях потоку. Ці сплавименш стійкі в олеумі порівняно зі сплавом 310.
3. ZERON 100 має корисну стійкість до концентрованих гарячих речовинсірчана кислота, проміжна між кислотою сплаву 310 івисококремнієві аустенітні сплави. Його доступність у широкомуасортимент форм продукту робить його придатним як для нового заводуі вищі класи.

Список літератури
1. К. М. Шиллмоллер, Технічний звіт Інституту нікелю № 10 057.
2. Д. К. Луї, Довідник з виробництва сірчаної кислоти, 2-еВидання, 2008, опубліковано DKL Engineering.
3. DG Silverman, Корозія 44, 1 (1988) 42.
4. С. Кларк, “Сараметові сплави - вимоги, що вимагаютьЗастосування сірчаної кислоти ”, Конвенція AIChE, Флорида, США,Червень 2003 р.
5. “Сараметська аустентична нержавіюча сталь”, Aker SolutionsПублікація, 2009.
6. С. Річардсон, М. Спенс та Дж. Хорн, “Створений ZeCorОбладнання для обслуговування сірчаної кислоти ”, Конвенція AIChE,Флорида, США, червень 2007 р.
7. Р. Френсіс та Г. Бірн, “Досвід із супердуплексомНержавіюча сталь у морській воді ”Світ нержавіючої сталі, том 16,Червень, 2004, KCI, сторінка 53.® Зареєстровані торгові марки

Стаття зі світу нержавіючої сталі.