آلیاژهای هاستلوی در سوزاندن زباله: مقاومت در برابر خوردگی در برابر میعانات گازی دودکش اسیدی

سوزاندن زباله های جامد شهری بیش از گرما و خاکستر تولید می کند - یک گاز دودکش ایجاد می کند که حاوی اسید هیدروکلریک، اکسیدهای گوگرد و سایر ترکیبات تشکیل دهنده اسید- است که پس از متراکم شدن، یکی از خورنده ترین محیط های مایع را ایجاد می کند که به طور معمول تجهیزات صنعتی با آن مواجه می شوند. فولاد ضد زنگ استاندارد و در بسیاری از موارد حتی 6% مولیبدن سوپر{4}}گریدهای آستنیتی، به طور قابل اعتمادی در این شیمی میعانات خاص کافی نیستند، به همین دلیل است کههاستلوی C276, C-22 و C{3}}2000 به مواد استانداردی در سیستم‌های اسکرابر و خاموش کردن نیروگاه زباله به انرژی تبدیل شده‌اند. این راهنما توضیح می دهد که چرا میعانات گازی دودکش تا این حد تهاجمی است، در کجا در یک کارخانه سوزاندن تشکیل می شود و چگونه خانواده آلیاژهای Hastelloy برای زنده ماندن در آن مشخص شده است.

چرا گازهای دودکش سوزاندن زباله چنین محیط خوردگی تهاجمی ایجاد می کند؟

گازهای دودکش سوزاندن زباله ها تهاجمی است زیرا سوزاندن زباله های جامد شهری مخلوط - که معمولاً حاوی پلاستیک های پی وی سی، ضایعات مواد غذایی، و سایر مواد حاوی کلر- و گوگرد-- است، اسید کلریدریک، اکسیدهای گوگرد و سایر اسیدها را آزاد می کند. PH پایین، مایع-کلرید بالا.

زباله‌های جامد شهری سوخت بسیار متغیری هستند، و این تنوع دقیقاً همان چیزی است که شیمی گازهای دودکش آن را بسیار سخت می‌کند: PVC و سایر پلاستیک‌های کلردار گاز کلرید هیدروژن (HCl) را در طی احتراق آزاد می‌کنند، مواد حاوی گوگرد{0}}اکسیدهای گوگرد آزاد می‌کنند که می‌توانند سولفوریک و تغلیظ فلزات و سولفوره‌ها و سولفوره‌های سنگین را تشکیل دهند. جریان پیچیدگی بیشتری به گاز حاصل و در نهایت شیمی میعانات می‌افزاید.

برخلاف یک فرآیند شیمیایی کنترل‌شده خوب-با مواد اولیه ثابت و شناخته شده، ترکیب گازهای دودکش کارخانه‌ی سوزاندن با ترکیب زباله‌هایی که در یک روز معین سوزانده می‌شوند تغییر می‌کند، به این معنی که سیستم حفاظت از خوردگی باید برای ترکیبی واقع‌گرایانه شدید از شرایط طراحی شود تا یک شیمی کاملاً مشخص. مواد-حاشیه بالا نسبت به مواردی که بهینه شده اند.

خوردگی نقطه شبنم اسیدی چیست و در کجا در سیستم سوزاندن رخ می دهد؟

خوردگی نقطه شبنم اسیدی زمانی اتفاق می‌افتد که گاز دودکش تا دمای خاصی خنک می‌شود که در آن بخارات تشکیل‌دهنده اسید آن-به صورت قطرات مایع مستقیماً روی سطوح تجهیزات متراکم می‌شوند، و در سطوح سرد-انتقال حرارت انتهایی، محفظه‌های خاموش و سیستم‌های اسکرابر مرطوب که این تراکم یا به‌طور غیرقابل اجتناب از فرآیند کنترل می‌شود، شدیدتر است.

گاز دودکش ترکیبات تشکیل‌دهنده اسید- را به شکل بخار در دمای بالا حمل می‌کند، و با سرد شدن گاز - یا از طریق تجهیزات بازیابی حرارت یا فرآیند خاموش کردن و شستشوی عمدی -، این ترکیبات به دمایی می‌رسند که در آن به صورت مایع اسیدی غلیظ مستقیماً روی نزدیک‌ترین سطح خنک متراکم می‌شوند. این نقطه شبنم اسیدی یک دمای ثابت نیست. این به ترکیب خاصی از گازهای اسیدی و رطوبت موجود بستگی دارد، اما مکانیسم زیربنایی ثابت است: هر سطح فلزی که به زیر این آستانه می‌افتد، به محل چگالش می‌شود که می‌تواند یک مایع خورنده بسیار پایین-pH،{{5} بالا- و اغلب به صورت محلی متمرکز باشد.

دقیقاً به همین دلیل است که-سطوح اکونومایزر انتهایی و پیشگرمکن هوا، محفظه‌های خاموش، و مخازن اسکرابر مرطوب - همگی به طور خاص برای خنک کردن گاز دودکش و در اسکرابرها برای تماس عمدی آن با مایع برای حذف گاز اسیدی - طراحی شده‌اند، مناطقی هستند که این مکانیسم خوردگی برای انتخاب مواد شدیدترین و بیشترین تأثیر را دارد.

کدام آلیاژهای هاستلوی معمولاً در خدمات سوزاندن زباله استفاده می شوند و چه تفاوتی با هم دارند؟

Hastelloy C{3}}276، C{4}}22، و C-2000 آلیاژهای نیکل-کروم-مولیبدن هستند که معمولاً برای خدمات میعانات گازی دودکش اسیدی مشخص می‌شوند و هر کدام یک نمایه مقاومت به خوردگی مرتبط اما متمایز را ارائه می‌دهند که به دلیل تفاوت در مولیبدن و محتوای مس، تنگستن شکل می‌گیرد.

مقایسه سه گرید Hastelloy که معمولاً برای این سرویس مشخص شده است:

جدول 1. مقایسه گریدهای رایج Hastelloy مشخص شده برای خدمات میعانات گازی دودکش سوزاندن زباله. انتخاب درجه باید همیشه بر اساس شیمی میعانات خاص مورد انتظار در یک مکان کارخانه مشخص باشد، که به طور ایده‌آل توسط آزمایش خوردگی یا تجربه میدانی مستند در خدمات قابل مقایسه پشتیبانی می‌شود، نه راهنمایی مرجع عمومی به تنهایی.

هر سه آلیاژ یک پایه نیکل-کروم-مولیبدن پایه یکسان دارند که مسئول مقاومت در برابر حملات اسیدی و خوردگی موضعی ناشی از کلرید{2}}است، اما هر کدام برای گسترش یا متعادل کردن مجدد مقاومت در جهت خاصی ساخته شده‌اند. مقاومت اسید سولفوریک مبتنی بر مس هر دو نشان‌دهنده پاسخ‌های متالورژیکی هدفمند به شکاف‌های خاص شناسایی‌شده در تجربه میدانی با آلیاژهای نسل قبلی مانند C-276 هستند، که بازتاب همان نوع اصلاح ترکیبی است که در سایر راهنمای‌های فنی در مورد تکامل درجه فولاد ضد زنگ مورد بحث قرار گرفته است.

چرا فولاد ضد زنگ استاندارد به طور کلی برای میعانات گازی اسیدی ناکافی است؟

فولاد زنگ نزن آستنیتی استاندارد، و اغلب حتی 6% مولیبدن سوپر{1}}گریدهای آستنیتی، عموماً برای شدیدترین مناطق میعانات گازی دودکش اسیدی ناکافی هستند زیرا ترکیب pH بسیار پایین، غلظت کلرید بالا، و گونه های اکسید کننده در این میعانات خاص، از درجه عملی برای مقاومت در برابر خوردگی فراتر می رود، و این محدودیت ها را در برابر خوردگی خاص ارائه می دهد. ترک خوردگی تنش کلرید.

میعانات گازی دودکش در شدیدترین حالت خود چندین عامل تسریع کننده خوردگی-را به طور همزمان ترکیب می‌کند: غلظت کلرید که می‌تواند بسیار بالاتر از سطح آب فرآیند معمولی باشد، زیرا تبخیر میعانات را غلیظ می‌کند، pH به اندازه‌ای پایین است که نشان دهنده حمله اسیدی واقعی به جای قرار گرفتن در معرض کلرید ساده باشد، و اکسید کننده احتراق{1} حتی می‌تواند باعث شود آلیاژها نسبت به حدود عملی خود. این ترکیب به طور قابل‌توجهی شدیدتر از سناریوهای خوردگی حفره‌ای کلرید و خوردگی شکافی است که در سایر راهنماهای فنی در مورد محدودیت‌های PREN و فولاد ضد زنگ بحث شده است، به همین دلیل است که ضایعات-- نیروگاه‌های انرژی به‌طور خاص به آلیاژهای مبتنی بر نیکل-به جای آلیاژهای فولاد ضد زنگ در بالاترین منطقه{7} فولاد ضدزنگ در بالاترین منطقه{7} در بالاترین منطقه PR می‌رسند. گریدهایی که در محیط‌های اسیدی کمتر و کلرید اکسیدکننده کمتر مانند آب دریا عملکرد خوبی دارند.

چگونه C-22 در C-276 برای شرایط اکسید کننده کلرید اسیدی بهبود می یابد؟

Hastelloy C-22 عملکرد C-276 را به ویژه در شرایط اکسیداسیون کلرید اسیدی از طریق ترکیب کروم، مولیبدن و تنگستن مجدداً متعادل می کند و مقاومت بهتری در برابر خوردگی موضعی و حمله عمومی در حضور گونه های اکسید کننده نسبت به C-276 می دهد، به همین دلیل است که C-22 در بسیاری از طراحی های مدرن اسکرابر به طور فزاینده ای ترجیح داده شده است.

C{1}}276 یک آلیاژ عالی و به طور گسترده با قابلیت باقی می ماند، اما تجربه میدانی در کاربردهای پردازش شیمیایی و پاکسازی گازهای دودکش نشان داد که عملکرد آن می تواند به طور خاص زمانی که شرایط کلرید اسیدی به شدت اکسید می شود - ترکیبی که واقعاً در سوزاندن گازهای دودکش اکسید کننده در کنار میعانات گازی در امتداد محصول میعانات گازی سوزاندن ممکن است حاشیه ای تر شود. گازها توسعه C{6}}22 به طور خاص این شکاف را هدف قرار داد و نسبت کروم و مولیبدن به تنگستن آلیاژ را مجدداً متعادل کرد تا عملکرد قابل اعتماد را در شرایط اکسیداسیون بدون قربانی کردن مقاومت اسیدی کاهنده که در وهله اول C-276 را ارزشمند می‌کرد، گسترش دهد.

این بهبود هدفمند به همین دلیل است که بسیاری از طرح‌های سیستم اسکرابر مرطوب مدرن را مشخص می‌کنندC22به عنوان حداقل برابر، و در شرایط اکسید کننده-شرایط-برنامه های کاربردی مستعد گاهی اوقات بر C-276 ترجیح داده می شود، حتی اگر هر دو معتبر باقی می مانند، انتخاب های فعالانه مشخص بسته به شیمی میعانات خاصی که یک کارخانه معین انتظار دارد.

افزودن مس C-2000 چه نقشی در مقاومت میعانات گازی دودکش دارد؟

افزودن مس 2000 به طور خاص مقاومت در برابر اسید سولفوریک و برخی شرایط اسید مخلوط را افزایش می‌دهد، و آن را به یک انتخاب مناسب تبدیل می‌کند که در آن میعانات گازی دودکش دارای یک جزء سولفات یا اسید سولفوریک قابل توجه در کنار محتوای کلرید است که معمولاً تأکید می‌شود.

افزودنی‌های مس نقش ثابتی در متالورژی آلیاژ نیکل برای بهبود مقاومت در کاهش محیط‌های اسیدی دارند، این اصل در سایر راهنماهای فنی که نقش مس را در گریدهایی مانند 904L پوشش می‌دهند نیز مورد بحث قرار گرفته است. C{4}}2000 همین اصل کلی را در چارچوب هاستلوی با{5}}کروم،{{6} بالا-مولیبدن بالا اعمال می‌کند، و به آن یک نمایه مقاومت در برابر خوردگی می‌دهد که هم شرایط اکسیدکننده و هم کاهش‌دهنده را در بر می‌گیرد و در عین حال استحکام خاصی را در گوگرد{7}}اسید{{8}تأثیرپذیر{8}تاثیرپذیر{9}شیمی خاص دارد. زیرا اجزای ضایعاتی{14}}دارای گوگرد می‌توانند سولفات و اسید سولفوریک معنی‌داری را در کنار سهم اسید کلریدریک که اغلب مورد بحث قرار می‌گیرد، تولید کنند. در جایی که تجزیه و تحلیل شیمیایی میعانات مورد انتظار یک کارخانه خاص نشان می‌دهد که محتوای سولفات قابل توجهی یک نگرانی حاکم است، C-2000 یک آلیاژ معقول برای ارزیابی در کنار C-276 و C-22 است نه اینکه به تنهایی به بحث‌های متمرکز بر کلرید توجه داشته باشد.

آلیاژهای هاستلوی معمولاً در کجای کارخانه سوزاندن مشخص می شوند؟

آلیاژهای هیستولی معمولاً در مخازن اسکرابر مرطوب، محفظه های خاموش، حذف کننده های مه، و{0}}سطوح انتقال حرارت انتهایی سرد - مشخص می شوند، مناطق خاصی که تماس مستقیم پایدار با میعانات اسیدی غلیظ در آنها رخ می دهد - در حالی که مناطق کم شدت همان کارخانه اغلب از مواد اقتصادی تر ساخته می شوند.

نمای منطقه‌ای-به-رویکرد مواد معمولی در مسیر گازهای دودکش کارخانه سوزاندن:

جدول 2. منطقه نمایانگر-بر اساس-شدت خوردگی منطقه و رویکرد مواد در سراسر زباله-به-مسیر گازهای دودکش نیروگاه سوزاندن انرژی.

این الگوی مشخصه انتخابی منعکس کننده همان فلسفه انتخاب مواد خاص-بر اساس محرک-است که در سایر راهنماهای فنی در مورد سازه های فراساحلی و تجهیزات پردازش شیمیایی مورد بحث قرار گرفته است: مهندسان به جای ساختن یک کارخانه کامل از مواد موجود در برابر خوردگی-مقاوم، آلیاژهای نیکل ممتاز را در جایی که در واقع آلیاژهای اسیدی شدیدتر در معرض قرار می گیرند، متمرکز می کنند. مواد مقرون به صرفه یا آسترهای محافظ در جای دیگر همان سیستم.

مهندسان چگونه باید به انتخاب مواد در مناطق خوردگی یک کارخانه سوزاندن برخورد کنند؟

مهندسان باید شیمی میعانات مورد انتظار - کلرید، سولفات، و pH - را بر اساس منطقه مشخص کنند، دمای فلز محلی را نسبت به نقطه شبنم اسید ترسیم کنند، و از میان C-276، C-22، و C-2000 (یا ترکیبی در مناطق مختلف) بر اساس محتوای اکسید کننده/کاهنده خاص مورد انتظار در هر مکان و سولفات انتخاب کنند.

رویکرد انتخاب عملی:

1. مشخص کردن گاز دودکش مورد انتظار و شیمی میعانات،از جمله محدوده کلرید، سولفات، و pH، به طور ایده آل بر اساس ترکیب جریان زباله واقعی یا نماینده به جای فرضیات عمومی است.

2. دمای فلز محلی را در برابر نقطه شبنم اسید ترسیم کنیدبرای هر منطقه، مشخص کردن جایی که تراکم ممکن است حتی در خارج از مناطق عمدا مرطوب مانند اسکرابرها و محفظه های خاموشی رخ دهد.

3. ویژگی اکسید کننده/کاهنده میعانات مورد انتظار را ارزیابی کنیدبه عنوان یک عامل اصلی در انتخاب بین C{2}}276 و C-22، مطابق با اصول انتخاب مواد مبتنی بر مکانیسم که در سایر راهنماهای فنی در مورد محیط های اکسید کننده در مقابل کاهش خوردگی بحث شده است.

4. C-2000 را به طور خاص در نظر بگیرید که در آن محتوای سولفات یا اسید سولفوریک جزء مهم و مستند است.از شیمی میعانات مورد انتظار، به‌جای پیش‌فرض بودن مقایسه‌های درجه متمرکز-کلرید.

5. آلیاژهای برتر را به صورت انتخابی بر اساس منطقه اعمال کنید.رزرو نمرات Hastelloy برای مکان‌هایی با قرار گرفتن در معرض شدید و پایدار میعانات اسیدی در حالی که از مواد مقرون‌به‌صرفه‌تر یا پوشش‌های محافظ در جاهای دیگر همان کارخانه استفاده می‌شود.

سوالات متداول

آیا می توان از فولاد ضد زنگ دوبلکس یا فوق دوبلکس در هر جایی در مسیر گاز اسیدی کارخانه زباله سوز استفاده کرد؟

بله، در مناطق کمتر شدید که شیمی میعانات تهاجمی کمتری دارد یا دمای فلز به طور قابل اعتماد بالاتر از نقطه شبنم اسیدی باقی می‌ماند، گریدهای دوبلکس و سوپر دوبلکس می‌توانند جایگزین اقتصادی‌تری برای آلیاژهای هاستلوی ارائه دهند، اما معمولاً برای تماس مستقیم و پایدار با شدیدترین اسکرابر و محفظه کوئنچ مناسب نیستند.

آیا ترکیب جریان ضایعات به طور قابل توجهی تأثیر می گذارد که کدام درجه Hastelloy مناسب است؟

بله - از آنجایی که ترکیب زباله‌های جامد شهری برحسب منطقه و در طول زمان متفاوت است، کارخانه‌هایی که جریان‌های زباله با محتوای پلاستیک کلردار غیرمعمول،{1}}مواد حاوی گوگرد یا زباله‌های صنعتی{2}}را سوزانده می‌کنند ممکن است شیمی میعانات متفاوتی نسبت به جریان زباله‌های شهری معمولی داشته باشند، به همین دلیل است که مشخصه‌سازی یک سایت مجزا{3} توصیه می‌شود. انتخاب آلیاژ به طور جهانی در تمام تاسیسات سوزاندن اعمال می شود.

آیا آلیاژهای هاستلوی به عنوان ساخت ظرف جامد یا بیشتر به عنوان پوشش و روکش استفاده می شود؟

هر دو روش در عمل مورد استفاده قرار می‌گیرند -ساختار هاستلوی جامد برای اجزای کوچک‌تر و موارد حیاتی مانند حذف کننده‌های غبار رایج است، در حالی که روکش کردن یا پوشش یک لایه ساختاری مقرون‌به‌صرفه‌تر با یک لایه Hastelloy یک رویکرد هزینه متداول-موثر برای کشتی‌های بزرگ‌تر است، با انتخاب بسته به اندازه کشتی، ملاحظات ساخت، و اقتصادی پروژه.

آیا جوشکاری آلیاژهای هاستلوی در ساخت کارخانه سوزاندن با جوشکاری آنها در سایر صنایع متفاوت است؟

اصول اساسی جوشکاری - انتخاب مناسب فلز پرکننده، کنترل حرارت ورودی، و-تمیز کردن پس از جوش - با روش جوشکاری Hastelloy در سراسر صنایع سازگار است، اگرچه ساخت کارخانه سوزاندن همچنان باید از یک روش جوشکاری واجد شرایط خاص برای آلیاژ و کاربرد دقیق پیروی کند نه اینکه فرض شود تاییدیه عمومی جوشکاری آلیاژ نیکل بدون هدایت جوشکاری آلیاژ نیکل باشد.

آیا استفاده از آلیاژ Hastelloy درجه یک نیاز به بازرسی منظم در سیستم های اسکرابر کارخانه سوزاندن را برطرف می کند؟

هیچ - حتی بسیار مقاوم در برابر خوردگی- از یک برنامه بازرسی مستند بهره نمی برد، به ویژه با توجه به تنوع واقعی در شیمی گازهای دودکش سوزاندن در طول عمر کارخانه. بازرسی به جای مرحله ای که انتخاب آلیاژ برتر آن را غیر ضروری می کند، مکمل مهمی برای انتخاب مواد باقی می ماند.