Hastelloy-legeringer i affaldsforbrænding: Korrosionsbestandighed over for sure røggaskondensater

Afbrænding af kommunalt fast affald producerer mere end varme og aske - det producerer en røggas fyldt med saltsyre, svovloxider og andre syredannende-forbindelser, der, når de er kondenseret, skaber et af de mest ætsende væskemiljøer, som noget industrielt udstyr rutinemæssigt møder. Standard rustfrit stål, og i mange tilfælde endda 6 % molybdæn super-austenitiske kvaliteter, er ikke pålideligt tilstrækkelige i denne specifikke kondensatkemi, hvilket er grunden tilHastelloy C276, C-22 og C-2000 er blevet standardmaterialer på tværs af affalds-til-energi-anlægsscrubber- og bratkølesystemer. Denne guide forklarer, hvorfor røggaskondensat er så aggressivt, hvor i et forbrændingsanlæg det dannes, og hvordan Hastelloy-familien af ​​legeringer er specificeret til at overleve det.

Hvorfor skaber affaldsforbrændingsrøggas et så aggressivt korrosionsmiljø?

Affaldsforbrændingsrøggas er aggressiv, fordi afbrænding af blandet kommunalt fast affald -, som almindeligvis indeholder PVC-plast, madaffald og andre klor-- og svovlholdige materialer - frigiver saltsyre, svovloxider og andre syre--ætsende gasser, når de bliver ekstremt lav{5}-ætsende, høj-chloridvæske.

Kommunalt fast affald er et meget variabelt brændstof, og den variabilitet er netop det, der gør dets røggaskemi så krævende: PVC og anden kloreret plast frigiver hydrogenchloridgas (HCl) under forbrændingen, svovl-holdige materialer frigiver svovloxider, der kan danne svovl- og svovlsyre til komplekset og strømmen af tungmetaller i kondensering og yderligere tilsætning af tungmetallet i kondensering, resulterende gas og eventuel kondensatkemi.

I modsætning til en vel-kontrolleret kemisk proces med et kendt, ensartet råmateriale, ændrer et forbrændingsanlægs røggassammensætning sig med sammensætningen af affaldet, der brændes på en given dag, hvilket betyder, at korrosionsbeskyttelsessystemet skal designes til en realistisk alvorlig kombination af forhold i stedet for en enkelt, præcist karakteriseret kemi - en designfilosofi, der favoriserer en bred{1} filosofi over{2} snævert optimerede.

Hvad er syredugpunktskorrosion, og hvor forekommer det i et forbrændingssystem?

Syredugpunktskorrosion opstår, når røggassen afkøles til den specifikke temperatur, ved hvilken dens syredannende dampe kondenserer til væskedråber direkte på udstyrets overflader, og det er mest alvorligt ved kolde-ende varmeoverførselsoverflader, bratkølingskamre og vådskrubbersystemer, hvor denne kondensering enten er en uundgåelig forureningsproces, som er en del af processen.

Røggas bærer syre-dannende forbindelser i dampform ved høj temperatur, og når gassen afkøles - enten gennem varmegenvindingsudstyr eller en bevidst bratkølings- og skrubbeproces - når disse forbindelser en temperatur, hvorved de kondenserer ud som koncentreret sur væske direkte på den nærmeste kølige overflade. Dette sure dugpunkt er ikke en enkelt fast temperatur; det afhænger af den specifikke blanding af sure gasser og fugtindhold, der er til stede, men den underliggende mekanisme er konsistent: enhver metaloverflade, der falder under denne tærskel, bliver et kondenseringssted for, hvad der kan være en ekstremt lav-pH, høj-chlorid og ofte lokalt koncentreret ætsende væske.

Dette er netop grunden til, at kold-økonomisator- og luftforvarmeroverflader, bratkølingskamre og vådskrubberbeholdere - alle er specielt designet til at køle røggas og, i scrubbere, til bevidst at komme i kontakt med væske til fjernelse af syregas -, er de zoner, hvor denne korrosionsmekanisme og materialevalg er mest konsekvent.

Hvilke Hastelloy-legeringer bruges almindeligvis i affaldsforbrændingsservice, og hvordan adskiller de sig?

Hastelloy C-276, C-22 og C-2000 er de nikkel-chrom-molybdæn-legeringer, der oftest specificeres til sur røggaskondensat, og hver tilbyder en relateret, men tydelig korrosionsbestandighedsprofil formet af forskelle i indhold af molybdæn, wolfram og kobber.

En sammenligning af de tre mest almindeligt specificerede Hastelloy-kvaliteter for denne service:

Tabel 1. Sammenligning af almindelige Hastelloy-kvaliteter specificeret for affaldsforbrænding af røggaskondensat. Kvalitetsvalg bør altid valideres i forhold til den specifikke kondensatkemi, der forventes på en given anlægsplacering, ideelt set understøttet af korrosionstestning eller dokumenteret felterfaring med sammenlignelig service, snarere end generel referencevejledning alene.

Alle tre legeringer deler det samme basiske nikkel-chrom-molybdæn-fundament, der er ansvarlig for at modstå både generelt syreangreb og chlorid-induceret lokaliseret korrosion, men hver blev udviklet til at udvide eller genbalancere den modstand i en bestemt retning - C-22s forbedrede oxiderende ydeevne{{0} og C{0}betingelse{{0}' kobberdrevet svovlsyreresistens repræsenterer begge målrettede metallurgiske reaktioner på specifikke huller, der er identificeret i felterfaring med tidligere generations legeringer som C-276, hvilket afspejler den samme form for sammensætningsforfining diskuteret i andre tekniske vejledninger om udvikling af rustfrit stål.

Hvorfor er standard rustfrit stål generelt utilstrækkeligt til surt røggaskondensat?

Standard austenitisk rustfrit stål, og ofte endda 6 % molybdæn super-austenitiske kvaliteter, er generelt utilstrækkelige til de mest alvorlige sure røggaskondensatzoner, fordi kombinationen af meget lav pH, høj kloridkoncentration og oxiderende stoffer i dette specifikke kondensat overstiger den praktiske korrosionsbestandighed, hvilket især begrænser disse kvaliteter med hensyn til korrosionsspænding og korrosions- og kloridkvaliteter. korrosionsrevner.

Røggaskondensat, når det er mest alvorligt, kombinerer adskillige-korrosionsaccelererende faktorer samtidigt: chloridkoncentration, der kan stige et godt stykke over typiske procesvandsniveauer, da fordampning koncentrerer kondensatet, pH-værdi lav nok til at repræsentere ægte syreangreb snarere end simpel chlorideksponering, og oxiderende forbrænding af-selv oxiderende forbrænding af-produkter, der kan skubbe-endog klorid deres praktiske grænser. Denne kombination er betydeligt mere alvorlig end de generelle scenarier for chloridgruber og sprækkekorrosion, der er diskuteret i andre tekniske vejledninger om grænseværdier for PREN og rustfrit stålchlorid, hvilket er grunden til, at affald-til-energianlæg specifikt rækker efter nikkel-baserede Hastelloy-legeringer i de mest strenge{ refri stålkvaliteter, i stedet for de strengeste{ refri stålzoner7} der fungerer godt i mindre sure, mindre oxiderende kloridmiljøer, såsom havvand.

Hvordan forbedres C-22 på C-276 for oxiderende sure kloridforhold?

Hastelloy C-22 forbedrer C-276's ydeevne specifikt i oxiderende sure chloridforhold gennem en rebalanceret krom-, molybdæn- og wolframsammensætning, hvilket giver den bedre modstandsdygtighed over for lokal korrosion og generelt angreb i nærvær af oxiderende stoffer end C-276 tilbyder, hvorfor C-22 er blevet mere og mere foretrukket i mange moderne crubbersystemdesigns.

C-276 forbliver en fremragende, bredt egnet legering, men felterfaring på tværs af kemisk behandling og røggasrensningsapplikationer har identificeret, at dens ydeevne kunne blive mere marginal, specifikt når sure chloridforhold også var stærkt oxiderende - en kombination, der virkelig er mulig i forbrænding af røggaskondensat, givet den tilstedeværende gas{5} med oxiderende gas{5}. C-22's udvikling var specifikt rettet mod dette hul, og genbalancerede legeringens chrom- og molybdæn-wolfram-forhold for at udvide pålidelig ydeevne yderligere til oxiderende forhold uden at ofre modstandsdygtigheden over for reducerende syre, som gjorde C-276 værdifuld i første omgang.

Denne målrettede forbedring er grunden til, at mange moderne design af vådskrubbersystem specificererC22som mindst lig med og i oxiderende-tilstand-tilbøjelige applikationer nogle gange foretrækkes frem for C-276, selvom begge forbliver gyldige, aktivt specificerede valg afhængigt af den specifikke kondensatkemi, en given plante forventer.

Hvilken rolle spiller C-2000's kobbertilsætning i røggaskondensatmodstanden?

C-2000's kobbertilsætning øger specifikt modstandsdygtigheden over for svovlsyre og visse blandede syreforhold, hvilket gør det til et særligt relevant valg, hvor røggaskondensat indeholder en betydelig sulfat- eller svovlsyrekomponent sammen med det mere almindeligt fremhævede chloridindhold.

Kobbertilsætninger har en veletableret rolle i nikkellegeringsmetallurgi for at forbedre modstandsdygtigheden ved at reducere sure miljøer, et princip, der også diskuteres i andre tekniske vejledninger, der dækker kobbers rolle i kvaliteter som 904L. C-2000 anvender det samme generelle princip inden for en høj-chrom, høj-molybdæn Hastelloy-ramme, hvilket giver den en korrosionsbestandighedsprofil, der spænder over både oxiderende og reducerende forhold, samtidig med at den tilbyder særlig styrke i svovlsyre-syre-påvirket kemi, der er influensatrelevant i kondensat}, fordi {{9} svovlholdige affaldskomponenter kan producere et meningsfuldt indhold af sulfat og svovlsyre sammen med det oftere diskuterede saltsyrebidrag. Hvor en specifik plantes forventede kondensatkemianalyse indikerer, at et betydeligt sulfatindhold er en styrende bekymring, er C-2000 en rimelig legering at evaluere sammen med C-276 og C-22 i stedet for at misligholde en af ​​de mere klorid-fokuserede diskussioner alene.

Hvor i et forbrændingsanlæg er Hastelloy-legeringer mest almindeligt specificeret?

Hastelloy-legeringer er oftest specificeret i vådskrubberbeholdere, bratkølingskamre, tågeeliminatorer og kolde-varmeoverførselsoverflader - de specifikke zoner, hvor vedvarende direkte kontakt med koncentreret surt kondensat forekommer -, mens mindre alvorlige zoner af samme anlæg ofte er bygget af mere økonomiske materialer.

En zone-for-visning af typisk materialetilgang på tværs af et forbrændingsanlægs røggasvej:

Tabel 2. Repræsentativ zone-for-zone korrosionsgrad og materialetilgang på tværs af en affalds-til-energiforbrændingsanlægs røggasvej.

Dette selektive specifikationsmønster afspejler den samme zone-baserede, driver-specifikke materialevalgsfilosofi, som diskuteres i andre tekniske vejledninger om offshore-konstruktioner og kemisk behandlingsudstyr: i stedet for at bygge et helt anlæg ud fra det mest korrosions-resistente tilgængelige materiale, koncentrerer ingeniører førsteklasses nikkellegeringer specifikt på de steder, hvor der forekommer eksponeringer, hvor der rent faktisk forekommer vedvarende, beskyttende, syreholdige eller mere økonomiske kondenserende materialer. foringer andre steder i samme system.

Hvordan bør ingeniører forholde sig til materialevalg på tværs af et forbrændingsanlægs korrosionszoner?

Ingeniører bør karakterisere forventet kondensatkemi - chlorid, sulfat og pH - efter zone, kortlægge lokal metaltemperatur i forhold til syredugpunktet og vælge mellem C-276, C-22 og C-2000 (eller en kombination på tværs af forskellige zoner) baseret på det specifikke oxiderende/reducerende indhold af hver karakter og kondensatets forventede indhold.

En praktisk udvælgelsestilgang:

1. Karakteriser forventet røggas- og kondensatkemi,inklusive chlorid-, sulfat- og pH-områder, ideelt baseret på faktisk eller repræsentativ affaldsstrømsammensætning snarere end generiske antagelser.

2. Kortlæg lokal metaltemperatur mod syredugpunktetfor hver zone, identificere hvor der sandsynligvis vil forekomme kondens, selv uden for de bevidst våde zoner som scrubbere og bratkølingskamre.

3. Vurder den oxiderende/reducerende karakter af det forventede kondensatsom en primær faktor i valget mellem C-276 og C-22, i overensstemmelse med de mekanismedrevne materialevalgsprincipper, der er diskuteret i andre tekniske vejledninger om oxiderende versus reducerende korrosionsmiljøer.

4. Overvej specifikt C-2000, hvor indholdet af sulfat eller svovlsyre er en væsentlig, dokumenteret komponentaf den forventede kondensatkemi, i stedet for kun at misligholde klorid-fokuserede karaktersammenligninger.

5. Påfør premium legeringer selektivt efter zone,at reservere Hastelloy-kvaliteter til steder med vedvarende, alvorlig syrekondensateksponering, mens der bruges mere økonomiske materialer eller beskyttende foringer andre steder i det samme anlæg.

Ofte stillede spørgsmål

Kan duplex eller super duplex rustfrit stål bruges overalt i et affaldsforbrændingsanlægs syregasvej?

Ja, i mindre alvorlige zoner, hvor kondensatkemien er mindre aggressiv eller metaltemperaturen pålideligt holder sig over syredugpunktet, kan duplex- og superduplekskvaliteter tilbyde et mere økonomisk alternativ til Hastelloy-legeringer, men de anses generelt ikke for at være tilstrækkelige til direkte, vedvarende kontakt med det mest alvorlige skrubber- og bratkølekammerkondensat.

Påvirker affaldsstrømmens sammensætning væsentligt, hvilken Hastelloy-kvalitet der er passende?

Ja - da sammensætningen af kommunalt fast affald varierer efter region og over tid, kan anlæg, der brænder affaldsstrømme med usædvanligt højt indhold af kloreret plastik, svovl-holdigt materiale eller industriaffalds-samfyring, se en meningsfuldt anderledes kondensatkemi end en typisk kommunal affaldsstrøm, hvilket er grunden til, at stedet- snarere anbefales at vælge et enkelt sted-. universelt på tværs af alle forbrændingsanlæg.

Anvendes Hastelloy-legeringer som solid beholderkonstruktion, eller oftere som foring og beklædning?

Begge tilgange bruges i praksis - solid Hastelloy-konstruktion er almindelig for mindre komponenter og kritiske emner som tågeliminatorer, mens beklædning eller beklædning af et mere økonomisk strukturelt substrat med et Hastelloy-lag er en almindelig omkostningseffektiv tilgang til større fartøjer, hvor valget afhænger af fartøjsstørrelse, fremstillingsovervejelser og projektøkonomi.

Er svejsning af Hastelloy-legeringer i fremstilling af forbrændingsanlæg forskellig fra svejsning af dem i andre industrier?

De grundlæggende svejseprincipper - passende svejsemetalvalg, varmetilførselskontrol og efter-svejsning - er i overensstemmelse med Hastelloys svejsepraksis på tværs af industrier, selvom fremstilling af forbrændingsanlæg stadig bør følge en kvalificeret svejseprocedure, der er specifik for den nøjagtige legering og anvendelse i stedet for at antage, at generel nikkellegeringsvejledning gælder uden verifikation.

Eliminerer brugen af ​​en førsteklasses Hastelloy-legering behovet for regelmæssig inspektion i forbrændingsanlægsscrubbersystemer?

Ingen - selv meget korrosionsbestandige-legeringer drager fordel af et dokumenteret inspektionsprogram, især i betragtning af den ægte variabilitet i forbrændingsrøggaskemien over et anlægs levetid; inspektion forbliver et vigtigt supplement til materialevalg snarere end et trin, som valg af premium legeringer gør unødvendigt.