Voor papierfabriekvergisters die witte alcohol (Na₂S + NaOH) verwarmen tot 170 graden, wat is de maximale chlorideconcentratie die is toegestaan voor titanium klasse 2 zonder spanningscorrosiescheuren?
Laat een bericht achter
Vergisters in papierfabrieken maken gebruik van witte vloeistof, een oplossing van natriumsulfide (Na2S) en natriumhydroxide (NaOH) om houtsnippers te onthouten bij 150-180 graden en 8-10 bar. Titaniumklasse 2 wordt gebruikt in verwarmingsspiralen en vloeistofextractieschermen vanwege zijn weerstand tegen bijtende en sulfide-aanvallen. Chloride-ionen worden echter vanuit een aantal bronnen in de witte vloeistof geïntroduceerd, waaronder resterende chloriden in het suppletiewater, chloorhoudende bleekchemicaliën die in terugwinningscircuits worden teruggevoerd, en chlorideverbindingen in het hout zelf. Titaniumklasse 2 is gevoelig voor spanningscorrosie (SCC) in bijtende oplossingen bij verhoogde temperaturen boven een drempelniveau van het chloridegehalte. SCC veroorzaakt brosse transgranulaire scheuren die buizen snel kunnen perforeren met weinig wandverdunning, in tegenstelling tot de putcorrosie of uniforme corrosie die wordt waargenomen bij chloridegebruik bij lagere temperaturen. Dit artikel stelt het maximaal toegestane chloridegehalte in witte vloeistof voor titanium van klasse 2 vast op 170 graden om SCC te voorkomen, gebaseerd op laboratoriumtests en ervaring opgedaan in de fabriek.
SCC-mechanisme in bijtend-chloridemedium
Titaniumklasse 2 heeft een goede corrosieweerstand tegen zuivere bijtende oplossingen (NaOH, KOH) tot 200 graden met corrosiesnelheden van minder dan 0,01 mm per jaar. Na 2 S - Geen toename van corrosie van enige betekenis. Maar de werking van bijtend, chloride en hoge temperatuur geeft een bepaald breekmechanisme. Chloride-ionen dringen de passieve TiO₂-coating binnen op plaatsen waar trekspanningen optreden (lassen, buisbochten, gewalste buisuiteinden). Wanneer de film afbreekt, verhoogt de plaatselijke concentratie van bijtende stof in de scheur de pH tot niveaus boven de 13, waarbij titanium gevoelig is voor transgranulair kraken. De scheur plant zich voort in het titaniumrooster langs glijvlakken met weinig corrosieproduct of wandverdunning.
De controlerende factoren voor SCC zijn onder meer een temperatuur boven 150 graden, een pH boven 12, een chlorideconcentratie boven een bepaalde drempel en trekspanning (resterend of toegepast) boven ongeveer 50% van de vloeigrens. Witte vloeistof bevat gewoonlijk 15-20% NaOH en de pH bij 170 graden is 13-14. De meeste verwarmingsbuizen van klasse 2 hebben resttrekspanningen als gevolg van de fabricage (buigen van de buis, lassen, uitzetten in buisplaten) van 100-200 MPa, ruim boven de vloeigrens van 50% (de vloeigrens van klasse 2 bij 170 graden is ongeveer 200 MPa; 50% is 100 MPa).
Bepaling van de chloridedrempel
Kwantitatieve drempelgegevens zijn afkomstig van gecontroleerde SCC-testen waarbij gebruik is gemaakt van U--buigspecimens (ASTM G30) van titanium van graad 2, onderworpen aan een simulant van witte vloeistof (15% NaOH + 5% Na2S) bij 170 graden met verschillende toevoegingen van chloride. Monsters werden met tussenpozen van 100 uur tot 1000 uur op scheuren gecontroleerd.
Bij chlorideconcentraties < 50 ppm werd na 1.000 uur geen barstvorming waargenomen. De monsters waren ductiel en bij microscopisch onderzoek werden geen scheuren in het oppervlak waargenomen.
Kleine oppervlaktescheurtjes bij een chlorideconcentratie van 50-100 ppm na 500-800 uur. De scheuren waren ondiep (20-50 μm diep) en plantten zich niet voort door de monsterdikte van 1,5 mm gedurende 1000 uur.
Het kraken begon na 200 tot 400 uur bij 100 tot 200 ppm chloride. Scheurdieptes na 1000 uur (100-300 micron, of 10-20% van de wanddikte).
Het kraken begon gedurende 50-150 uur bij chlorideconcentraties van 200-500 ppm. Diepe scheuren (500-1000 µm na 500 uur) verspreidden zich snel. Binnen 700-900 uur faalden verschillende exemplaren volledig.
Het kraken begon rond 20-50 uur bij een chlorideconcentratie van meer dan 500 ppm. Gebroken exemplaren binnen 200-400 uur.
Op basis van deze gegevens bedraagt het maximale chloridegehalte voor titanium van graad 2 in witte vloeistof bij 170 graden zonder risico op SCC 100 ppm. Er wordt een conservatieve ontwerplimiet van 50 ppm voorgesteld om ruimte te bieden voor procesverstoringen en lokale concentratie-effecten.
Ervaring met frees- en faalanalyse
Veldvalidatie werd geleverd door een onderzoek onder 15 papierfabrieken die gebruik maakten van titanium verwarmingsspiralen van klasse 2 in witloogvergisters (draaiend op 170 graden). Fabrieken die het witloogchloride onder de 50 ppm hielden, hadden een levensduur van 8-12 jaar zonder SCC-problemen. Walserijen met een chloridegehalte van 50-100 ppm hebben een levensduur van 5-8 jaar gerapporteerd, waarbij na 4-6 jaar enige SCC-scheurtjes bij lassen en bochten worden waargenomen. Fabrieken met chloridepieken boven de 200 ppm (meestal als gevolg van verstoringen in de herstelcyclus) ondervonden catastrofale SCC-storingen binnen 6-18 maanden na de verstoring. Uit analyse van de beschadigde buizen bleek dat de transgranulaire scheuren begonnen bij de lasnaden en bij de binnenradius van de buisbochten, de gebieden met de hoogste resttrekspanning.
Strategieën voor het verzachten van verhoogde chlorideniveaus
Als witloogchloride niet onder de 100 ppm kan worden gehouden, verminderen de volgende maatregelen het risico op SCC:
Spanningsarm gloeien: restspanningen worden met 50-70% verminderd, waardoor de chloridedrempel met een factor 2-3 wordt verhoogd. Warmtebehandeling na lassen en buigen bij 540-650 graden gedurende 1-2 uur.
Kogelstralen of oppervlaktewalsen: De introductie van drukrestspanning op het buisoppervlak (door middel van kogelstralen of walsen) voorkomt de ontwikkeling van scheuren, zelfs bij chlorideniveaus zo hoog als 300-500 ppm.
Upgrade naar Graad 7 of Graad 12 Graad 7 (Ti-0,15Pd): Verhoogt de SCC-drempel voor chloride tot ongeveer 500 ppm bij 170 graden. Graad 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) verhoogt de drempel tot ongeveer 300 ppm.
Verlaging van de bedrijfstemperatuur: Het verlagen van de vergistertemperatuur van 170 graden naar 160 graden zal de chloridedrempel met een factor 2-3 verhogen. Verhogen naar 150 graden verhoogt de drempel met een factor 5-10.
Verwarmingsspiralen voor witte likeur - Toepassingsmatrix
Concentratie witte alcoholchloride Bedrijfstemperatuur Aanbevolen Titaniumkwaliteit Spanningsverlichting vereist? Verwachte levensduur<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 graden Graad 7 niet acceptabel; gebruik Hastelloy C-276 N.v.t. Gebruik een nikkellegering
Praktische tips voor papierfabrieken
Voor vergisters in papierfabrieken die witte vloeistof verwarmen tot 170 graden, is de maximale chlorideconcentratie voor titanium van klasse 2 zonder spanningscorrosiescheuren 100 ppm; 50 ppm wordt aanbevolen voor duurzaamheid op lange termijn. Wekelijks door ionenchromatografie of specifieke ionenelektrode. Chloride Corrigerende actie als het chloridegehalte hoger is dan 100 ppm: verhoog de kwaliteit van het suppletiewater (omgekeerde osmose of demineralisatie), identificeer en verwijder chlorideverontreiniging bij chemische terugwinning, of verhoog het spuiwater uit het witloogsysteem. Specificeer titaniumspiralen van klasse 7 met spanningsontlastend gloeien voor fabrieken die niet in staat zijn om op betrouwbare wijze het chloridegehalte onder de 100 ppm te houden. Graad 7 verhoogt de drempel tot 500 ppm en geeft een 2-3 keer hogere SCC-resistentie. Wanneer u spoelen van klasse 2 voor witloogservice koopt, vraag dan altijd om spanningsverlichting na het lassen (540 graden gedurende 1 uur in argonatmosfeer), ongeacht het chlorideniveau dat u verwacht aan te treffen. Dit zal de levensduur verbeteren, zelfs als de chlorideniveaus laag zijn. De extra kosten voor klasse 7 zijn gerechtvaardigd voor nieuwe vergisters of vervangingsspiralen waarbij chloridecontrole niet kan worden gegarandeerd. Voer voor bestaande spoelen van klasse 2 maandelijks ultrasoon onderzoek uit op laszones en buisbochten om SCC te detecteren vóór perforatie. 100-200 ppm 200-400 uur Scheurinitiatie Maandelijkse inspectie (720 uur) Scheurdetectie vóór voortplanting door de muur
