Za digestore tvornice papira koji zagrijavaju bijelu tečnost (Na₂S + NaOH) na 170 stepeni, koja je maksimalna dozvoljena koncentracija hlorida za titanijum 2. stepena bez pucanja od korozije pod naprezanjem?

Digestori za tvornicu papira koriste bijelu tečnost, otopinu natrijum sulfida (Na2S) i natrijum hidroksida (NaOH) za delignifikaciju drvne sječke na 150-180 stepeni i 8-10 bara. Titanium grade 2 koristi se u grijaćim kalemovima i sitama za ekstrakciju tekućine zbog njegove otpornosti na kaustične i sulfidne napade. Hloridni joni se, međutim, unose u bijelu tečnost iz brojnih izvora, uključujući zaostale kloride u vodi za dopunu, hemikalije za izbjeljivanje koje sadrže hlor koje se vraćaju u petlje za oporavak i hloridne spojeve u samom drvu. Titanijum Grade 2 je osetljiv na pucanje od korozije pod naponom (SCC) u kaustičnim rastvorima na povišenim temperaturama iznad graničnog nivoa sadržaja hlorida. SCC uzrokuje krto transgranularno pucanje koje može brzo perforirati cijevi s malim stanjivanjem stijenke, za razliku od pitinga ili ravnomjerne korozije koja se može vidjeti pri nižoj temperaturi hlorida. Ovaj članak utvrđuje maksimalno dozvoljeni sadržaj hlorida u bijeloj tečnosti za titanijum 2. stepena na 170 stepeni da bi se sprečio SCC na osnovu laboratorijskih testova i iskustva stečenog u mlinu.

SCC mehanizam u mediju kaustičnog{0}}klorida
Titanijum Grade 2 ima dobru otpornost na koroziju prema čistim kaustičnim rastvorima (NaOH, KOH) do 200 stepeni sa stopom korozije manjom od 0,01 mm godišnje. Na 2 S - Nema povećanja korozije bilo kakvog značaja. Ali djelovanje kaustike, klorida i visoke temperature daje određeni mehanizam razbijanja. Joni klorida ulaze u pasivni TiO₂ premaz na mjestima zateznog naprezanja (zavari, krivine cijevi, valjani krajevi cijevi). Kada se film raspadne, lokalizirana koncentracija kaustika u pukotini podiže pH na razine veće od 13, pri čemu je titan sklon transgranularnom pucanju. Pukotina se širi u titanijumskoj rešetki duž ravnina klizanja uz malo proizvoda korozije ili stanjivanja zidova.

Kontrolni faktori za SCC uključuju temperaturu iznad 150 stepeni, pH iznad 12, koncentraciju hlorida iznad nekog praga i zatezno naprezanje (zaostalo ili primenjeno) iznad oko 50% granice tečenja. Bijela tečnost je obično 15-20% NaOH, a pH na 170 stepeni je 13-14. Većina cevi za grejače stepena 2 ostaje sa zaostalim zateznim naponom od proizvodnje (savijanje cevi, zavarivanje, širenje u cevne listove) od 100-200 MPa-znatno iznad praga popuštanja od 50% (granica tečenja za Grade 2 na 170 stepeni je oko 200 MPa je oko 200 MPa);

Određivanje praga hlorida
Podaci o kvantitativnom pragu su iz kontroliranog SCC ispitivanja korištenjem uzoraka savijanja U- (ASTM G30) od titanijuma stepena 2 koji su bili podvrgnuti simulantu bijele tekućine (15% NaOH + 5% Na2S) na 170 stepeni sa različitim dodacima hlorida. Uzorci su provjeravani na pukotine u intervalima od 100 do 1000 sati.

Nije otkriveno pucanje nakon 1000 sati pri koncentracijama klorida < 50 ppm. Uzorci su bili duktilni i mikroskopskim pregledom na površini nisu uočene pukotine.

Manje površinske pukotine pri koncentraciji hlorida 50-100 ppm na 500-800 sati. Pukotine su bile plitke (dubine 20-50 μm) i nisu se širile kroz uzorak debljine 1,5 mm tijekom 1000 sati.

Pucanje je počelo na 200 do 400 h pri 100 do 200 ppm hlorida. Dubina pukotine nakon 1000 sati (100-300 mikrona, ili 10-20% debljine zida).

Pucanje je počelo tokom 50-150 sati pri koncentracijama hlorida od 200-500 ppm. Duboke pukotine (500-1000 µm nakon 500 h) brzo su se širile. Za 700-900 sati nekoliko primjeraka je potpuno propalo.

Pucanje je počelo oko 20-50 h pri koncentraciji klorida većoj od 500 ppm. Slomljeni uzorci u roku od 200-400 sati.

Iz ovih podataka, maksimalni sadržaj hlorida za titanijum stepena 2 u bijeloj tečnosti na 170 stepeni bez rizika od SCC je 100 ppm. Predloženo je konzervativno ograničenje dizajna od 50 ppm kako bi se osiguralo slobodno vrijeme za poremećaje procesa i efekte lokalne koncentracije.

Iskustvo u mlinovi i analizi kvarova
Validacija na terenu je izvršena istraživanjem 15 fabrika papira koje koriste kalemove za grejanje od titanijuma 2 stepena u digestorima belog tečnosti (koji rade na 170 stepeni). Mlinovi koji su održavali hlorid bijelog likera ispod 50 ppm imali su 8-12 godina vijeka trajanja zavojnice bez problema sa SCC. Mlinovi sa nivoima hlorida od 50-100 ppm su prijavili 5-8 godina života sa nekim SCC pucanjem uočenim na zavarenim i krivinama nakon 4-6 godina. Mlinovi koji su imali skokove klorida iznad 200 ppm (obično zbog poremećaja u ciklusu oporavka) doživjeli su katastrofalne kvarove SCC u roku od 6-18 mjeseci nakon poremećaja. Analiza oštećenih cijevi pokazala je da su transgranularne pukotine nastale na vrhovima zavara i na unutrašnjem radijusu savijanja cijevi, u područjima s najvećim zaostalim vlačnim naprezanjem.

Strategije za ublažavanje povišenih nivoa hlorida
Ako se klorid bijele tekućine ne može zadržati ispod 100 ppm, sljedeće mjere smanjuju rizik od SCC:

Žarenje za ublažavanje naprezanja: Preostala naprezanja se smanjuju za 50-70%, povećavajući prag klorida za faktor 2-3 Toplinska obrada nakon zavarivanja i savijanja na 540-650 stepeni u trajanju od 1-2 sata.

Sačmarenje ili površinsko valjanje: Uvođenje zaostalog naprezanja na površinu cijevi (črtvenim penjenjem ili brušenjem valjkom) sprječava razvoj pukotina čak i pri razinama klorida do 300-500 ppm.

Nadogradnja na Grade 7 ili Grade 12 Grade 7 (Ti-0.15Pd): Povećava prag hlorida SCC na oko 500 ppm na 170 stepeni. Stepen 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) povećava prag na oko 300 ppm.

Smanjenje radne temperature: Smanjenje temperature digestora sa 170 stepeni na 160 stepeni će povećati prag hlorida za faktor 2-3. Podizanje na 150 stepeni povećava prag za faktor 5-10.

Zavojnice za grijanje bijele tekućine - Aplikaciona matrica
Koncentracija bijelog tečnog hlorida Radna temperatura Preporučena Titanijumska klasa Da li je potrebno oslobađanje od stresa? Očekivani vijek trajanja<50 ppm 170°C Grade 2 No 8-12 years 50-100 ppm 170°C Grade 2 Yes (post-weld) 5-8 years 100-200 ppm 170°C Grade 2 with stress relief + shot peening3-5 years required 100-200 ppm 170 °C Grade 7 (no stress relief)Not required 6-10 years 200-500 ppm 170°C Grade 7, Stress relievedRecommended 5-7 years 200-500 ppm 170°C Grade 12 Not necessary 4-6 years >500 ppm 170 stepeni Stepen 7 nije prihvatljiv; koristite Hastelloy C-276 N/A Koristite leguru nikla
Praktični savjeti za tvornice papira
Za digestore tvornice papira koji zagrijavaju bijelu tečnost na 170 stepeni, maksimalna koncentracija hlorida za titanijum stepena 2 bez pucanja korozije pod naprezanjem je 100 ppm; 50 ppm preporučuje se za dugotrajnu trajnost. Tjedno ionskom hromatografijom ili određenom jonskom elektrodom. Hlorid Korektivna radnja ako je hlorid veći od 100 ppm: poboljšajte kvalitet-dopunske vode (reverzna osmoza ili demineralizacija), identifikujte i uklonite kontaminaciju hloridima u hemijskom obnavljanju ili povećajte ispuštanje iz sistema bijelog tečnosti. Odredite titanijumske zavojnice stepena 7 sa žarenjem za ublažavanje naprezanja za mlinove koji ne mogu pouzdano da održavaju hlorid ispod 100 ppm. Ocjena 7 povećava prag na 500 ppm i daje 2-3 puta povećanje otpornosti na SCC. Kada kupujete zavojnice razreda 2 za bijelu tekućinu, uvijek tražite ublažavanje naprezanja nakon zavarivanja (540 stupnjeva za 1 sat u atmosferi argona) bez obzira na nivo hlorida koji očekujete da ćete naići. Ovo će poboljšati život čak i ako je nivo hlorida nizak. Dodatni trošak za Grade 7 opravdan je za nove digestore ili zamjenske kalemove gdje se ne može osigurati kontrola klorida. Za postojeće zavojnice stepena 2, vršite ultrazvučni pregled zona zavarivanja i savijanja cijevi na mjesečnoj bazi kako biste otkrili SCC prije perforacije. 100-200 ppm 200-400 sati Početak pukotine Mjesečni pregled (720 sati) Detekcija pukotina prije širenja na zidu