Який титановий сплав (клас 7 чи 12) у мокрому скрубері для спалювання відходів при рН 1,5 забезпечує кращу стійкість до термічної -зварювальної зони?

Умови роботи мокрих скруберів на сміттєспалювальних заводах дуже вимогливі. Димові гази містять хлористий водень, діоксид сірки, хлориди важких металів і іноді сполуки фтору. Очисний розчин зазвичай працює при pH 1,5-2,5 і температурі 60-80 градусів. Титанові занурювальні нагрівачі, розміщені в цих скруберах, повинні протистояти не тільки сипучому розчину, але й локальному впливу на зварні шви. Зона термічного-впливу зварювання (ЗТВ) є найбільш уразливою зоною під час зварювання через мікроструктурні зміни, залишкові напруги та можливе забруднення. Титанові сплави класу 7 (Ti-0,15Pd) і класу 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) були розроблені для кращої стійкості до корозії у відновних кислотах. Але захист ЗТВ зварного шва досягається за допомогою різних механізмів, і тому продуктивність помітно відрізняється в умовах скрубера з низьким рН і хлоридним навантаженням.

Механізми впливу на ЗТВ зварного шва в умовах мокрого скрубера

Під час зварювання ЗТВ піддається впливу температур від 500 градусів до трохи нижче точки плавлення. Цей термічний цикл у титані класу 2 створює голчастий альфа-основний мартенсит і грубі межі зерен, які більш схильні до кислотного впливу. Ступінь 7: Паладій переважно збагачується на межах зерен після затвердіння та охолодження. Катодний каталізатор паладій сприяє рекомбінації водню та відновленню кисню. Це збагачення захищає HAZ, навіть якщо пасивне покриття основного металу погіршується. Під час зварювання молібден і нікель поділяються на бета-фазу в класі 12. Збагачення цих легуючих елементів у бета-фазі забезпечує кращу термодинамічну стабільність у відновних кислотах. Однак розподіл бета-фази в ЗТВ є нерівномірним, що може призвести до появи гальванічних елементів між-збідненими сплавами та-збагаченими сплавами.

Кількісне порівняння показників ураження ЗТВ зварного шва

Контрольоване випробування в симульованому скруберному розчині (pH 1,5, 2000 ppm Cl-, 500 ppm SO42-, 50 ppm F-, 70 градусів) визначило такі швидкості корозії ЗТВ для кожного сплаву:

Ступінь 2 (у стані отримання, без легуючих добавок) Швидкість корозії ЗТВ: 0,45 мм/рік. Рівномірний штурм по всій ЗТВ із кращим травленням меж зерен. Прискорене потоншення арматури зварного шва. 20–30 ямок/см² щільності ЗТВ.

Ступінь 7 (стабілізований паладієм): швидкість корозії в ЗТВ 0,08 мм/рік. Локалізований захист забезпечується збагаченням меж зерен паладію. HAZ часто є більш стійким до корозії, ніж основний метал. Максимальна глибина ями<20 µm after 5,000 hrs. No preference in attack of weld metal.

Ступінь 12 (молібден/нікель): Швидкість корозії в ЗТВ 0,15 мм/рік. Збагачення бета-фазою забезпечує хороший, але нестабільний захист. 2. Мікро-шорстка поверхня . 2. Вибіркова атака альфа-фази поруч із багатими на бета областями. Максимальна глибина ями 50–80 мм через 5000 годин

Довготривала-термоциклічна поведінка

Мокрі скрубери піддаються регулярному тепловому циклу, коли змінюється навантаження спалювання. Термічний цикл прискорює руйнування HAZ:

Ступінь 7 після 500 термічних циклів (від 20 градусів до 70 градусів): Швидкість корозії HAZ без змін 0,08 мм/рік. Збагачення паладієм залишається незмінним. Зварні пальці на ногах не показують тріщин або швидкого удару.

Швидкість корозії 12 ступеня ЗТВ після 500 гарячих циклів зростає до 0,25 мм/рік. Мікротріщини викликані невідповідністю температурного розширення альфа- і бета-фаз на межі фаз. Осідання карбіду молібдену на границях зерен знижує стійкість до корозії.

Ступінь 2 збільшила швидкість корозії ЗТВ до 0,70 мм/рік після 500 циклів нагрівання. Термічна втома посилює атаку межі зерна. Носки арматури розтріскуються в зварних швах.

Керівництво з вибору сплаву для мокрого скруберу

Наступна матриця рішень допомагає у виборі титану класу 7 або класу 12 на основі умов роботи скрубера та розрахункового терміну служби.

Умова скрубера та пріоритет обслуговування Рекомендований легований сердечник Механізм захисту від ЗТВ Причина
рН 1,5-2,0, безперервна робота, 5+ рік розрахункового терміну служби. Паладій класу 7 забезпечує чудовий рівномірний захист від ЗТВ. Виправдовує вищу початкову вартість надійністю.
pH 2,0-2,5 періодичне обслуговування, низький вміст хлориду (<1,500 ppm) Grade 12 Mo-Ni additions are adequate for less severe service. It is cheaper, Sub-Grade 7.
Scrubber liquor with fluoride (>100 ppm F-) Паладій класу 7 менш сприйнятливий до утворення фторидних комплексів, ніж молібден. 12 клас дає розчинні фториди молібдену.
Scrubber frequent thermal cycling (>2 цикли на день) 7 клас Термічний цикл не впливає на збагачення паладію. Мікротріщини на межі фаз (клас 12)
Модернізація існуючого нагрівача 2 класу від корозії HAZ Замінити на 7 класу 12 класу може не продемонструвати значного покращення порівняно з класом 2 в агресивній експлуатації.
Вибір техніки, окрім сплаву

Метод зварювання є основним чинником ефективності ЗТВ незалежно від марки сплаву. І клас 7, і клас 12 вимагають зворотного-продування аргоном (кисень менше 50 частин на мільйон), щоб запобігти забрудненню. Високе підведення тепла (більше 1,5 кДж/мм) збільшує ширину ЗТВ і знижує корозійну стійкість. Після-термічна обробка після зварювання (550 градусів протягом 30 хвилин) знижує залишкові деформації, але ніколи не є необхідною для класу 7 через само{12}}збагачення паладієм. Для Grade 12 PWHT підвищує корозійну стійкість HAZ на 30-40% через більш рівномірний перерозподіл молібдену. Арматуру зварного шва слід відшліфувати врівень з поверхнею труби, щоб усунути джерела концентрації напруги, які починають атаку.

Знаючи, щоб уточнити

For a titanium heater on a waste incinerator wet scrubber at pH 1.5, use Grade 7 titanium for any service over 2 years or temperatures over 70°C. Cost-effective Grade 12 for less demanding situations (pH >2,0, температура<60°C, no fluorides) In the procurement specification state that weld HAZ samples will be tested in simulated scrubber fluid for 168 hours. Maximum allowed corrosion rate is 0.15 mm per annum. Request weld method qualification documents proving that HAZ microhardness levels do not exceed 220 HV (greater hardness is indicative of contamination or excessive heat input). During operation an annual inspection of the weld HAZ using a portable hardness tester should be conducted. A hardness increase in excess of 20% above the baseline is indicative of degradation needing inquiry. The engineer can confidently choose the alloy with weld HAZ resistance, therefore ensuring reliable heater operation in one of the most chemically demanding industrial situations.