انتخاب مواد سیستم FGD: گوگرد زدایی از گاز دودکش

گوگرد زدایی از گاز دودکش (FGD) چیست؟

گوگردزدایی از گازهای دودکش (FGD) فرآیند صنعتی است که برای حذف دی اکسید گوگرد (SO2) - و به میزان کمتر هیدروژن کلرید (HCl) و هیدروژن فلوراید (HF) - از گازهای خروجی زغال سنگ- نیروگاه ها، کوره ها، ذوب ها، اتمسفر و سیمان آزاد می شود.

SO2 عامل اصلی باران اسیدی است که به اکوسیستم ها آسیب می رساند، زیرساخت ها را خورده و به سلامت تنفسی انسان آسیب می رساند. مقررات جهانی - از جمله قانون هوای پاک ایالات متحده، دستورالعمل انتشارات صنعتی اتحادیه اروپا (IED 2010/75/EU)، و استانداردهای انتشار 13271 GB چین - راندمان حذف SO2 بیش از 95 درصد را برای اکثر تاسیسات احتراق بزرگ الزامی می‌کند.

تکنولوژی FGD غالب در سراسر جهان استاکسیداسیون اجباری سنگ آهک مرطوب (WLFO)، که تقریباً 85٪ از ظرفیت نصب شده FGD در سطح جهان را تشکیل می دهد. در یک سیستم WLFO، گاز دودکش با دوغاب سنگ آهک (CaCO3) در یک ظرف جاذب بزرگ در تماس است. SO2 با دوغاب واکنش می دهد و سولفات کلسیم (گچ، CaSO4·2H2O) تولید می کند.

چرا FGD فولاد معمولی را نابود می کند؟

سیستم های FGD از جمله خورنده ترین محیط های صنعتی روی زمین هستند. ترکیبی از عوامل در داخل یک اسکرابر مرطوب یک محیط شیمیایی ایجاد می کند که در عرض چند ماه فولاد کربنی را از بین می برد و حتی فولادهای ضد زنگ استاندارد را به شدت مورد حمله قرار می دهد:

غلظت کلرید:یون‌های کلرید (Cl-) - که از احتراق زغال سنگ آزاد می‌شوند و با فرآیند پاک‌سازی متمرکز می‌شوند، در مایع در حال چرخش جاذب تا سطوح 20000-100000 ppm تجمع می‌یابند. در این غلظت ها، کلریدها به لایه اکسید غیرفعال فولادهای زنگ نزن استاندارد نفوذ می کنند و باعث ایجاد خوردگی حفره ای و شکافی می شوند.

PH اسیدی:دوغاب جاذب در pH 3-6 عمل می کند و تمام سطوح خیس شده را به طور مداوم در معرض اسید سولفوریک و گوگرد رقیق قرار می دهد.

چرخه دما:سطوح مجرا چرخش حرارتی را بین 50 درجه (خروجی اسکرابر مرطوب) و 200 درجه (قبل-ورودی اسکرابر) تجربه می کنند که بر مواد پایه و هر سیستم پوششی فشار وارد می کند.

فرسایش:دوغاب سنگ آهک با سرعت 3 تا 8 متر بر ثانیه از طریق پمپ‌ها، لوله‌ها و نازل‌های اسپری چرخش می‌شود، باعث سایش شدید فرسایشی می‌شود که با خوردگی هم‌افزایی می‌کند تا از دست دادن مواد تسریع شود.

ترک خوردگی تنشی (SCC):تنش کششی در جوش‌ها و اعضای سازه‌ای، همراه با مایعات حاوی کلرید داغ- باعث ایجاد SCC در فولادهای زنگ نزن آستنیتی با PREN کمتر از 40 می‌شود.

داده های صنعت:سیستم FGD نیروگاهی با قدرت 600 مگاوات زغال سنگ، تقریباً 2 تا 3 میلیون نیوتن متر مکعب در ساعت گاز دودکش را پردازش می کند. کشتی‌های جاذب در سیستم‌های WLFO معمولاً 15 تا 25 متر قطر و 20 تا 30 متر ارتفاع دارند - که انتخاب مواد برای پوشش پوسته و قطعات داخلی را به یک تصمیم چند میلیون دلاری با انتظار عمر طراحی 30 ساله تبدیل می‌کند.

خلاصه شرایط منطقه FGD

جدول 1: شرایط خورنده بر اساس منطقه سیستم FGD

آلیاژهای توصیه شده توسط FGD Component

هیچ آلیاژ واحدی برای هر ناحیه از یک سیستم FGD بهینه نیست. انتخاب صحیح مواد، مقاومت به خوردگی آلیاژ - را که به صورت کمی با عدد معادل مقاومت حفره‌ای اندازه‌گیری می‌شود (PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N) - با غلظت کلرید خاص، pH، دما، و بارگذاری مکانیکی هر سیستم مطابقت می‌دهد.

جدول 2: آلیاژهای توصیه شده بر اساس جزء FGD و شرایط عملیاتی

مرجع خواص کلیدی آلیاژ

جدول 3: ترکیب شیمیایی و PREN آلیاژهای FGD|* PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N

آلیاژ C{0}} معیار FGD

Hastelloy C276 (UNS N10276)گسترده ترین آلیاژ مشخص شده برای وظیفه FGD شدید است. محتوای مولیبدن آن از 15 تا 17 درصد - بالاترین میزان در بین آلیاژهای نیکل تولید شده تجاری - است که به آن PREN تقریباً 65 و مقاومت فوق‌العاده در هر دو محیط اسیدی اکسید کننده و کاهش‌دهنده می‌دهد. C{8}}276 برای پوسته‌های جاذب در سیستم‌های{12}WLFO با کلرید بالا، آسترهای پشته‌ای مرطوب، و به‌عنوان روکش کاغذ دیواری 2 تا 3 میلی‌متری بر روی بسترهای کانال فولادی کربنی مشخص شده است. این به طور کامل با ساخت مخزن تحت فشار ASME Section VIII مطابقت دارد و می توان آن را با استفاده از فلز پرکننده ERNiCrMo-4 به صورت مداری جوش داد.

آلیاژ 625 - فرسایش-متخصص خوردگی

آلیاژ 625 (N06625)ترکیبی از کروم بالا (20-23%)، مولیبدن (8-10%) و نیوبیم است که به آن مقاومت استثنایی در برابر فرسایش-خوردگی - حمله ترکیبی ذرات ساینده و محیط های خورنده که نازل های اسپری و قسمت داخلی پمپ را از بین می برد، می دهد. PREN آن تقریباً 51 و استحکام کششی بالا (827-1034 مگاپاسکال) آن را به انتخاب ارجح برای هدرهای اسپری FGD، حذف کننده های غبار و پروانه های پمپ چرخشی که سرعت دوغاب بیش از 4 متر بر ثانیه است تبدیل می کند.

317LMN - هزینه-میانه موثر

گرید 317LMN (S31726) - نسخه بهبودیافته 317L با مولیبدن 4 تا 5 درصد و افزودن نیتروژن کنترل شده - به PREN تقریباً 40 با هزینه بسیار کمتر از آلیاژهای نیکل دست می یابد. این به طور گسترده برای پوسته‌های جاذب FGD در کاربردهای متوسط-که غلظت کلرید کمتر از 30000 ppm است و pH بالای 4 باقی می‌ماند استفاده می‌شود. این گزینه مقرون‌به‌صرفه‌ترین گزینه ضد زنگ کاملا آستنیتی برای ساخت‌وساز جدید FGD است که در آن C-276 از نظر اقتصادی قابل توجیه نیست.

روکش و آستر: ترکیب استحکام با مقاومت در برابر خوردگی

برای مخازن و مجراهای جاذب FGD با قطر بزرگ، استفاده از صفحه جامد C-276 هزینه- گزافی دارد. راه حل صنعت ساخت کامپوزیت است: فولاد کربنی یا پوسته فولادی کم آلیاژ استحکام ساختاری را فراهم می کند، در حالی که یک پوشش آلیاژی نازک محافظت در برابر خوردگی را فراهم می کند:

روکش کاغذ دیواری (روکش جوش):2 تا 3 میلی‌متر C{4}}276 با روکش نواری یا روکش جوش خودکار به داخل فولاد کربنی اعمال می‌شود. مقرون به صرفه-برای پوشش-منطقه بزرگ؛ روکش باید حداقل دو-رسوب را به دست آورد تا اطمینان حاصل شود که ترکیب اصلاح شده با رقت مطابق با الزامات PREN است.

بشقاب چسبانده شده انفجاری-:کارخانه-صفحه روکش فولادی C-276/کربن را تولید کرد که در پوسته ظروف ساخته شد. ضخامت آلیاژ دقیق و ثابت (معمولاً 3-5 میلی متر) را ارائه می دهد. برای کشتی های جاذب که به مهر کد ASME نیاز دارند ترجیح داده می شود.

آسترهای آلیاژی شل:ورق نازک (1.5-2 میلی متر) C- 276 یا 625 به صورت مکانیکی ثابت یا چسبنده به کانال های فولاد کربنی. فیلد-قابل نصب. در پروژه های مقاوم سازی که در آن کار گرم محدود است استفاده می شود.

بینش هزینه:ورق جامد C{6}}276 تقریباً 8 تا 12 برابر قیمت فولاد کربنی بر حسب وزن است. روکش کاغذ دیواری محتوای آلیاژ را به 15 تا 25 درصد از هزینه ساخت جامد کاهش می دهد و در عین حال محافظت در برابر خوردگی را در سطح خیس شده ارائه می دهد - و آن را به راه حل استاندارد برای مخازن جاذب FGD با قطر بیش از 10 متر تبدیل می کند.

الزامات ساخت و کیفیت

جوشکاری فلزات پرکننده:C276 به ERNiCrMo-4 پرکننده (AWS A5.14) نیاز دارد. آلیاژ 625 از ERNiCrMo-3 استفاده می کند. 317LMN از ER317L یا 309LMo آلیاژ شده استفاده می کند. پرکننده های منطبق یا بیش از حد آلیاژ شده از رقیق شدن فلز جوش از کاهش PREN به زیر سطح فلز پایه جلوگیری می کند.

کنترل رنگ حرارتی:جوش های آلیاژ نیکل باید دوباره-با آرگون خالص 99.995% پاکسازی شوند تا از تشکیل اکسید روی دانه های ریشه جلوگیری شود. رنگ حرارتی در جوش های C-276 نشان دهنده تخلیه موضعی مولیبدن است و باید با ترشی یا تکمیل مکانیکی حذف شود.

عملیات جوشکاری پست-آلیاژهای نیکل به عملیات حرارتی پس از جوشکاری (PWHT) نیاز ندارند و توسط آن تخریب می‌شوند (رسوب فاز سیگما). 317جوش‌های LMN در سرویس FGD معمولاً در صورت ایجاد حساسیت، آنیل می‌شوند.

بازرسی:آزمایش 100% رادیوگرافی (RT) یا اولتراسونیک (UT) کلیه فشارها-حاوی جوش در مخازن جاذب؛ آزمایش نافذ رنگ (PT) همه روکش‌های جوش C-276 برای تأیید عدم وجود ترک و عدم گداخت.

استانداردهای قابل اجرا

صفحه، ورق، نوار و لوله ASTM B575 / B622 - C-276 و C-22

صفحه و لوله ASTM B443 / B444 - آلیاژ 625

محصولات نورد تخت فولاد ضد زنگ ASTM A240 - 316L, 317L, 317LMN-

ASME Section VIII Div. 1 - ساخت مخازن تحت فشار (ظروف جاذب)

NACE MR0103 - مواد مقاوم در برابر ترک خوردگی تنش سولفیدی در محیط‌های ترش پالایشگاه

ISO 9001 / EN 10204 نوع 3.1 - گواهینامه مواد و قابلیت ردیابی برای ساخت و ساز FGD

نتیجه گیری

انتخاب مواد مهم ترین تصمیم مهندسی در طراحی سیستم FGD است. تعیین آلیاژ مناسب - مطابق با غلظت کلرید، pH، دما و بارگذاری مکانیکی هر منطقه سیستم - تفاوت بین عمر مفید 30 ساله و خرابی زودرس پرهزینه است.

سلسله مراتب واضح است:use 316L/317L where chloride levels are low and pH is moderate; upgrade to 317LMN or 6Mo stainless where chloride concentrations reach 20,000–50,000 ppm; specify Alloy 625 where erosion-corrosion combines with aggressive chemistry; and deploy Alloy C-276 (solid or clad) wherever continuous exposure to >50000 ppm کلرید، pH<4, or wet stack conditions demands maximum corrosion performance.

با تشدید مقررات زیست‌محیطی در سطح جهانی و سرمایه‌گذاری شرکت‌های برق در مقاوم‌سازی نیروگاه‌های قدیمی با سیستم‌های FGD، تقاضا برای آلیاژهای با عملکرد بالا-منطبق با کد-منطبق با کد{2}}به رشد خود ادامه خواهد داد. دریافت دقیق مشخصات مواد در مرحله طراحی، مقرون به صرفه‌ترین{4}}سرمایه‌گذاری در قابلیت اطمینان سیستم FGD است.