I en vådskrubber til affaldsforbrænding ved pH 1,5, hvilken titaniumlegering (grad 7 eller grad 12) giver bedre modstandsdygtighed over for svejsevarme-angreb fra berørt zone?

Driftsforholdene for vådskrubberne i affaldsforbrændingsanlæg er meget krævende. Røggasserne indeholder hydrogenchlorid, svovldioxid, tungmetalklorider og nogle gange fluorforbindelser. Rensevæsken drives normalt ved pH 1,5-2,5 og temperaturer på 60-80 grader. Titanium dykvarmere, der er placeret i disse skrubbere, skal modstå ikke blot bulkvæsken, men lokaliseret angreb ved svejsninger. Den svejsevarme-påvirkede zone (HAZ) er det mest sårbare område under svejsning på grund af mikrostrukturelle ændringer, resterende spændinger og mulig forurening. Grade 7 (Ti-0.15Pd) og Grade 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) titanlegeringer blev designet til bedre korrosionsbestandighed i reducerende syrer. Men svejse-HAZ-beskyttelsen opnås ved forskellige mekanismer, og derfor er ydeevnen markant anderledes under chloridfyldte skrubberforhold med lav pH.

Svejs HAZ-angrebsmekanismer i våde skrubberforhold

HAZ'en udsættes for temperaturer på 500 grader op til lige under smeltepunktet under svejsning. Denne termiske cyklus i grad 2 titanium skaber nåleformede alfa-prime martensit og grove korngrænser, som er mere tilbøjelige til syreangreb. Grad 7: Palladium beriges fortrinsvis ved korngrænser efter størkning og afkøling. Den katodiske katalysator palladium hjælper med rekombination af hydrogen og reduktion af oxygen. Denne berigelse beskytter HAZ, selvom den passive belægning på basismetallet nedbrydes. Under svejsning opdeles molybdæn og nikkel i betafasen i grad 12. Berigelsen af ​​disse legeringselementer i betafasen giver en bedre termodynamisk stabilitet i reducerende syrer. Imidlertid er fordelingen af ​​betafasen i HAZ ikke ensartet, hvilket kan forårsage galvaniske celler mellem legerings-udtømte og legeringsberigede{{12} lokaliteter.

Kvantitativ sammenligning af svejse-HAZ-angrebsrater

Kontrolleret test i simuleret scrubbervæske (pH 1,5, 2.000 ppm Cl-, 500 ppm SO42-, 50 ppm F-, 70 grader) har bestemt følgende HAZ-korrosionshastigheder for hver legering:

Grad 2 (som modtaget, ingen legeringsadditiver) HAZ-korrosionshastighed: 0,45 mm/år. Ensartet angreb over hele HAZ med foretrukken korngrænseætsning. Accelereret udtynding af svejsearmeringen. 20–30 pits/cm² HAZ-densitet.

Grad 7 (palladiumstabiliseret): 0,08 mm/år korrosionshastighed i HAZ. Lokaliseret beskyttelse ydet af korngrænseberigelse af palladium. HAZ er ofte mere korrosionsbestandigt end basismetal. Maksimal brønddybde<20 µm after 5,000 hrs. No preference in attack of weld metal.

Grad 12 (molybdæn/nikkel): HAZ korrosionshastighed 0,15 mm/år. Betafaseberigelsen giver god, men ikke ensartet beskyttelse. 2. Mikro-ruet overflade . 2. Selektivt angreb af alfafase ved siden af ​​beta-rige områder. Maksimal brønddybde 50–80 mm efter 5.000 timer

Langsigtet- termisk cyklingsadfærd

De våde scrubbere gennemgår regelmæssig varmecyklus, efterhånden som forbrændingsbelastningen ændres. Termisk cykling accelererer forringelsen i HAZ:

Grad 7 efter 500 termiske cyklusser (20 grader til 70 grader): HAZ korrosionshastighed uændret 0,08 mm/år. Berigelsen i palladium forbliver den samme. Svejsetæerne viser ingen revner eller hurtigt angreb.

Grad 12 HAZ korrosionshastighed efter 500 varme cyklusser stiger til 0,25 mm/år. Mikrorevner er forårsaget af mismatch af termisk udvidelse af alfa- og betafaser ved fasegrænser. Udfældning af molybdæncarbid ved korngrænser sænker korrosionsbestandigheden.

Grad 2 øgede HAZ-korrosionshastigheden til 0,70 mm/år efter 500 varmecyklusser. Termisk træthed forværrer korngrænseangreb. Tæer af armering revner i svejsninger.

Vådskrubber Service Legering Valg Guide

Følgende beslutningsmatrix hjælper med valget af enten Grade 7 eller Grade 12 titanium baseret på scrubberens driftsforhold og estimeret levetid.

Tilstand af skrubber & serviceprioritet Anbefalet legeringskerne HAZ beskyttelsesmekanisme Årsag
pH 1,5-2,0, kontinuerlig drift, 5+ år designlevetid Grade 7 Palladium giver enestående, ensartet HAZ-beskyttelse. Begrunder højere startomkostninger med pålidelighed.
pH 2,0-2,5 intermitterende service, lavt kloridindhold (<1,500 ppm) Grade 12 Mo-Ni additions are adequate for less severe service. It is cheaper, Sub-Grade 7.
Scrubber liquor with fluoride (>100 ppm F-) Grade 7 Palladium er mindre modtagelig for fluoridkompleksdannelse end molybdæn. Grad 12 giver opløselige molybdænfluorider.
Scrubber frequent thermal cycling (>2 cyklusser om dagen) Grad 7 Termisk cykling påvirker ikke palladiumberigelse. Mikrorevner ved fasegrænsen (grad 12)
HAZ-korrosionseftermontering af eksisterende grad 2-varmelegeme Udskift med Grade 7 Grade 12 viser muligvis ikke meget forbedring i forhold til Grade 2 i aggressiv service.
Andre teknik end legeringsvalgene

Svejsemetoden er en vigtig faktor for HAZ-ydelse uanset legeringskvaliteten. Både Grade 7 og Grade 12 kræver tilbage-rensning med argon (ilt mindre end 50 ppm) for at forhindre kontaminering. Høj varmetilførsel (mere over 1,5 kJ/mm) øger bredden af ​​HAZ og mindsker korrosionsbestandigheden. Varmebehandling efter-svejsning (550 grader i 30 minutter) sænker resterende belastninger, men er aldrig nødvendig for Grade 7 på grund af dens selvbeskyttende palladiumberigelse. For klasse 12 øger PWHT HAZ-korrosionsbestandigheden med 30-40 % på grund af den mere ensartede omfordeling af molybdæn. Svejsearmeringen skal slibes i plan med røroverfladen for at fjerne kilder til spændingskoncentration, som begynder at angribe.

At vide at specificere

For a titanium heater on a waste incinerator wet scrubber at pH 1.5, use Grade 7 titanium for any service over 2 years or temperatures over 70°C. Cost-effective Grade 12 for less demanding situations (pH >2,0, temperatur<60°C, no fluorides) In the procurement specification state that weld HAZ samples will be tested in simulated scrubber fluid for 168 hours. Maximum allowed corrosion rate is 0.15 mm per annum. Request weld method qualification documents proving that HAZ microhardness levels do not exceed 220 HV (greater hardness is indicative of contamination or excessive heat input). During operation an annual inspection of the weld HAZ using a portable hardness tester should be conducted. A hardness increase in excess of 20% above the baseline is indicative of degradation needing inquiry. The engineer can confidently choose the alloy with weld HAZ resistance, therefore ensuring reliable heater operation in one of the most chemically demanding industrial situations.