Streszczenie
Obsługa korozyjnych proszków chemicznych stanowi wyzwanie materiałowe wykraczające daleko poza standardową stal nierdzewną. Gdy proszki zawierają pozostałości kwasów, chlorków lub utleniaczy, niewłaściwy materiał zaworu powoduje korozję od wewnątrz, zanieczyszczając produkt i ryzykując katastrofalną awarię. Wybór odpowiedniego stopu do proszkowego zaworu obrotowego wymaga zrozumienia korozji galwanicznej, odporności na wżery i specyficznego środowiska chemicznego. W tym przewodniku porównano wydajność Hastelloy, stali nierdzewnej duplex, gatunków superaustenitycznych i innych stopów specjalnych, aby pomóc Ci wybrać optymalny materiał do zastosowania w przypadku proszku korozyjnego.
Co sprawia, że proszek powoduje korozję materiałów zaworów
Korozja w środowisku proszkowym zasadniczo różni się od korozji w środowisku cieczy. W cieczy środek korozyjny jest równomiernie rozprowadzony i pozostaje w stałym kontakcie z powierzchnią metalu. W proszku środek korozyjny może występować w postaci resztkowej powłoki na cząstkach, w postaci wilgoci, która skrapla się podczas wahań temperatury lub w postaci odgazowujących oparów w przestrzeni nad złożem proszku.
Najbardziej agresywnym mechanizmem korozyjnym proszkowych zaworów obrotowych jest korozja wżerowa powodowana przez chlorki. Wiele proszków chemicznych, takich jak dwutlenek tytanu, żywica polichlorku winylu i niektóre półprodukty farmaceutyczne, zawiera śladowe ilości chlorków powstałych w procesie produkcyjnym. Kiedy wilgoć skrapla się we wnętrzu zaworu, chlorki te rozpuszczają się i tworzą lokalne kwaśne mikrośrodowisko. Standardowa stal nierdzewna 316L zawiera 2 do 3 procent molibdenu, co zapewnia pewną odporność na chlorki, ale w stężeniach powyżej 1000 części na milion chlorków wżery stają się nieuniknione.
Korozja szczelinowa występuje w wąskiej szczelinie pomiędzy końcówką wirnika a otworem obudowy. Ta ograniczona przestrzeń ogranicza dyfuzję tlenu, tworząc komorę koncentracji tlenu. Metal wewnątrz szczeliny staje się anodowy i preferencyjnie koroduje. Nawet stopy o wysokiej odporności na korozję mogą ulegać korozji szczelinowej, jeśli geometria szczeliny jest zbyt ciasna, a środowisko jest wystarczająco agresywne.
Korozja galwaniczna ma miejsce, gdy różne metale stykają się elektrycznie w obecności elektrolitu. Jeśli wirnik z końcówką z węglika wolframu obraca się wewnątrz obudowy ze stali nierdzewnej, a przewodząca wilgoć proszku wypełnia szczelinę, tworzy się para galwaniczna. Mniej szlachetny metal szybko koroduje. Odpowiednie dobranie materiałów zapobiega temu.
Pękanie korozyjne naprężeniowe jest najniebezpieczniejszym rodzajem awarii. W niektórych stopach poddawanych naprężeniom rozciągającym w obecności chlorków lub substancji żrących mogą powstać mikroskopijne pęknięcia, które nagle się rozprzestrzeniają. Austenityczne stale nierdzewne są szczególnie podatne na pękanie korozyjne naprężeniowe chlorkowe w temperaturze powyżej 60 stopni Celsjusza. W przypadku gorącego, korozyjnego proszku całkowicie wyklucza to standardowe gatunki 304 i 316.
Dlaczego wybór materiału dla proszków korozyjnych ma znaczenie
Określenie niewłaściwego stopu powoduje kaskadę usterek, których standardowa konserwacja nie jest w stanie naprawić.
Katastrofalne zanieczyszczenie
Kiedy korpus zaworu ulega korozji, płatki rdzy lub tlenków stopów mieszają się ze strumieniem produktu. Podczas produkcji dwutlenku tytanu zanieczyszczenie żelazem z korodującego zaworu ze stali węglowej powoduje, że błyszczący biały pigment staje się szary, niszcząc jego wartość handlową. Całą partię należy poddać ponownemu przetworzeniu lub wyrzucić. Stosowanie odpowiedniego stopu odpornego na korozję zapobiega zanieczyszczeniu u źródła.
Ukryte przerzedzanie ścian
Korozja wżerowa atakuje otwór oprawy od wewnątrz. Zewnętrzna strona zaworu wygląda normalnie, natomiast grubość ścianki wewnętrznej zmniejsza się. W końcu tworzy się dziura, uwalniając proszek pod ciśnieniem do atmosfery. W przypadku toksycznych substancji chemicznych stwarza to poważne zagrożenie dla zdrowia. W przypadku proszków palnych stwarza to ryzyko wybuchu. Wymagane jest regularne ultradźwiękowe badanie grubości ścianki obudowy, ale jedynym realnym rozwiązaniem jest przede wszystkim wybór stopu odpornego na wżery.
Awaria połączenia końcówki wirnika
Końcówki wirnika z utwardzaną powierzchnią są mocowane do korpusu wirnika za pomocą spawania. Jeśli materiał podstawowy ulegnie korozji, złącze spawane ulegnie uszkodzeniu, a końcówka odłączy się wewnątrz zaworu. Luźna końcówka działa jak narzędzie tnące, raniąc otwór oprawy w sposób uniemożliwiający naprawę. Należy wymienić cały zawór. Odporne na korozję materiały podstawowe i kompatybilne procedury spawania zapobiegają temu rodzajowi awarii.
Zgodność z przepisami i bezpieczeństwo
Zakłady chemiczne działają na podstawie rygorystycznych zezwoleń środowiskowych. Niekontrolowane uwolnienie żrących proszków przez skorodowany sprzęt narusza warunki pozwolenia i może skutkować egzekwowaniem przepisów. Właściwy dobór stopu jest podstawowym elementem zgodności z wymogami ochrony środowiska i bezpieczeństwa społeczności.
Jak wybrać odpowiedni stop do obsługi proszków korozyjnych
Wybór stopu następuje po systematycznej ocenie środowiska chemicznego, temperatury i wymagań mechanicznych.
Zdefiniuj środowisko korozyjne
Zidentyfikować konkretne środki żrące obecne w proszku. Czy jest kwaśny przy pH poniżej 4? Czy zawiera chlorki w ilości powyżej 500 części na milion? Czy istnieją środki utleniające, takie jak azotany lub nadmanganiany? Jaka jest zawartość wilgoci i punkt rosy gazu procesowego? Odpowiedź na te pytania tworzy specyfikację korozji, która pomaga w wyborze stopu.
Super austenityczna stal nierdzewna 904L
W przypadku umiarkowanie korozyjnych proszków o niskiej zawartości chlorków stal nierdzewna 904L zapewnia lepszą wydajność w porównaniu z 316L. Zawiera od 4 do 5 procent molibdenu i od 1 do 1,5 procent miedzi, co zapewnia zwiększoną odporność na środowisko kwasu siarkowego i fosforowego. Jest powszechnie stosowany w produkcji nawozów fosforowych i niektórych zastosowaniach pigmentowych. Koszt jest o około 40 procent wyższy niż 316L.
Dupleksowa stal nierdzewna 2205 i 2507
Stale nierdzewne duplex łączą mikrostruktury austenityczne i ferrytyczne, zapewniając w przybliżeniu dwukrotnie większą granicę plastyczności niż stal 316L i znacznie lepszą odporność na wżery chlorkowe. Klasa 2205 radzi sobie z chlorkami do około 10000 części na milion w temperaturze otoczenia. Klasa 2507, znana również jako superduplex, rozszerza tę granicę do 50 000 części na milion. Stopy duplex są szeroko stosowane w układach chłodzonych wodą morską i instalacjach chloro-alkalicznych. W transporcie proszkowym doskonale radzą sobie z polichlorkiem winylu i chlorowaną parafiną. Wyższa wytrzymałość pozwala na cieńsze sekcje ścian, częściowo kompensując wyższy koszt materiału.
Hastelloy C276 i C22
Hastelloy C276 to standard branżowy dla zastosowań silnie korozyjnych. Zawiera około 16 procent molibdenu, 15 procent chromu i 4 procent wolframu w osnowie niklowej. Skład ten zapewnia wyjątkową odporność na wżery, korozję szczelinową i pękanie korozyjne naprężeniowe w środowisku chlorkowym i kwaśnym. Hastelloy C22 oferuje jeszcze lepszą odporność na kwasy utleniające. Stopy te są domyślnym wyborem w systemach odzyskiwania kwasu fosforowego, kwasu fluorowodorowego i mieszanych procesów na mokro. Koszt materiału jest około 5 do 8 razy większy niż w przypadku 316L, ale w przypadku silnie korozyjnego proszku żaden inny stop nie przetrwa niezawodnie.
Tytan i cyrkon
W przypadku wyjątkowo agresywnych środowisk utleniających dostępny w handlu tytan i cyrkon zapewniają niezrównaną odporność na korozję. Tytan doskonale radzi sobie z mokrym chlorem, podchlorynem i kwasem azotowym. Cyrkon działa wyjątkowo we wrzącym środowisku kwasu siarkowego i solnego. Metale te są rzadko stosowane w kompletnych korpusach zaworów ze względu na ekstremalne koszty, ale cienkie tuleje tytanowe lub cyrkonowe można zastosować na krytycznych powierzchniach zużywających się w skądinąd standardowych obudowach.
Powłoki i obróbka powierzchni
Gdy stałe stopy egzotyczne są zbyt kosztowne, powłoki ochronne stanowią alternatywę. Powłoki winyloestrowe wzmocnione płatkami szklanymi są odporne na kwasy, ale mają słabą odporność na ścieranie. Powłoki z halarowego etylenu i chlorotrifluoroetylenu zapewniają doskonałą odporność chemiczną i pewną elastyczność. Aby uzyskać ostateczną barierę, wewnątrz obudowy można zastosować wykładzinę z politetrafluoroetylenu lub perfluoroalkoksylu. Nie można jednak nakładać powłok na końcówki wirnika, ponieważ uległyby natychmiastowemu zużyciu. Wirnik musi być nadal wykonany z litego stopu odpornego na korozję.
Przykład zastosowania
Instalacja chlorowanej parafiny w Chinach przetwarzała sproszkowany produkt uboczny zawierający 3% resztkowego kwasu solnego i 8000 części na milion chlorków. W oryginalnych zaworach obrotowych ze stali nierdzewnej 316L w ciągu czterech miesięcy rozwinęła się korozja wżerowa, a penetracja ścian nastąpiła w strefie styku końcówki wirnika. Doebritz wymienił zawory na konstrukcję ze stali nierdzewnej super duplex 2507. Po dwóch latach ciągłej pracy ultradźwiękowe badanie grubości wykazało zerową mierzalną utratę ścianki. Zakład obliczył zwrot z inwestycji na poziomie 400 procent w oparciu o uniknięcie przestojów i wyeliminowanie zanieczyszczeń produktu.
Często zadawane pytania
Czy mogę używać stali nierdzewnej 316L do proszków lekko kwaśnych?
Jeśli pH wynosi powyżej 5, a zawartość chlorków jest niższa niż 500 części na milion, dopuszczalny może być 316L. Jednakże każda skroplona wilgoć spowoduje koncentrację chlorków, dlatego też 316L należy stosować ostrożnie, nawet w pozornie łagodnych warunkach.
Czy Hastelloy wymaga specjalnych procedur spawania?
Tak. Hastelloy należy spawać z pasującym spoiwem, stosując spawanie łukiem wolframowym w gazie lub spawanie łukiem gazowym metalu ze ścisłą osłoną gazu płuczącego. Niewłaściwe spawanie niszczy odporność na korozję. Doebritz utrzymuje procedury spawania zgodne z normą ASME Sekcja IX dla wszystkich stopów egzotycznych.
Jak temperatura wpływa na szybkość korozji
Szybkość korozji zwykle podwaja się na każde 10 do 20 stopni Celsjusza wzrostu temperatury. Proszek, który jest nieszkodliwy dla 316L w temperaturze 25 stopni Celsjusza, może agresywnie zaatakować go w temperaturze 80 stopni Celsjusza. Zawsze określaj materiały w oparciu o maksymalną temperaturę roboczą, a nie otoczenia.
Czy istnieją niemetalowe alternatywy dla stopów egzotycznych?
Niektóre techniczne tworzywa termoplastyczne i fluoropolimery są odporne na korozję, ale brakuje im wytrzymałości mechanicznej elementów konstrukcyjnych. Można je stosować jako okładziny, ale nie jako główny korpus zaworu przenoszący obciążenie.
Czy Doebritz przeprowadza badania korozyjne przed konstrukcją zaworu?
Tak. Doebritz może przeprowadzić test kuponu zanurzeniowego przy użyciu rzeczywistych próbek proszku technologicznego w celu sprawdzenia kompatybilności stopu przed wyprodukowaniem zaworu. Usługa ta jest zalecana do zastosowań pierwszego rodzaju.
Wniosek
Żrące proszki chemiczne wymagają starannego doboru stopu w oparciu o specyficzne środowisko chemiczne, temperaturę i wilgotność. Od superaustenitycznego 904L po duplex 2205, super duplex 2507 i Hastelloy C276, każdy stop oferuje określony zakres odporności na korozję w odpowiednim przedziale cenowym. Dopasowanie stopu do rzeczywistego narażenia na korozję zapewnia niezawodną obsługę, zapobiega zanieczyszczeniu produktu i zapewnia najniższy całkowity koszt posiadania. Zgadywanie w sprawie doboru materiałów do obsługi proszków korozyjnych to ryzyko, którego nie powinien podejmować żaden kierownik zakładu.
Określ z całą pewnością zastosowanie proszku korozyjnego. Skontaktuj się z Doebritz Shanghai Co., Ltd. już dziś, aby omówić swoje środowisko chemiczne, poprosić o tabele porównawcze stopów lub umówić się na testy korozyjne. Nasi inżynierowie zalecą optymalny materiał na obrotowy podajnik śluzy powietrznej i przedstawią ofertę, która równoważy wydajność z budżetem.
Twoja wiadomość musi mieć od 20 do 3000 znaków!