Kolikšna je največja dovoljena koncentracija klorida za titan stopnje 2 brez razpok zaradi napetostne korozije za digestorje v papirnici, ki segrevajo belo lužnico (Na₂S + NaOH) na 170 stopinj?

Digestorji v papirnici uporabljajo belo lužnico, raztopino natrijevega sulfida (Na2S) in natrijevega hidroksida (NaOH) za delignifikacijo lesnih sekancev pri 150-180 stopinjah in 8-10 barih. Titan stopnje 2 se uporablja v grelnih tuljavah in zaslonih za ekstrakcijo tekočine zaradi njegove odpornosti na jedke in sulfidne napade. Vendar pa se kloridni ioni vnesejo v belo lužnico iz številnih virov, vključno s preostalimi kloridi v vodi za dopolnjevanje, belilnimi kemikalijami, ki vsebujejo klor, vrnjenimi v obnovitvenih zankah, in kloridnimi spojinami v samem lesu. Titan Grade 2 je občutljiv na napetostno korozijsko razpokanje (SCC) v jedkih raztopinah pri povišanih temperaturah nad mejno vrednostjo vsebnosti klorida. SCC povzroča krhke transgranularne razpoke, ki lahko hitro perforirajo cevi z majhnim stanjšanjem sten v nasprotju z luknjičasto ali enakomerno korozijo, ki jo opazimo pri uporabi klorida pri nižjih temperaturah. Ta člen določa največjo dovoljeno vsebnost klorida v beli lužnici za titan stopnje 2 pri 170 stopinjah, da se prepreči SCC na podlagi laboratorijskih testov in izkušenj, pridobljenih v obratu.

Mehanizem SCC v mediju jedkega-klorida
Titan Grade 2 ima dobro korozijsko odpornost na čiste jedke raztopine (NaOH, KOH) do 200 stopinj s stopnjo korozije manj kot 0,01 mm na leto. Na 2 S - Brez bistvenega povečanja korozije. Toda delovanje kavstika, klorida in visoke temperature daje določen mehanizem zloma. Kloridni ioni vstopajo v pasivno prevleko TiO₂ na mestih nateznih napetosti (zvari, krivine cevi, valjani konci cevi). Ko film razpade, lokalizirana koncentracija kavstika v razpoki dvigne pH na ravni, ki presegajo 13, pri kateri je titan nagnjen k transgranularnemu razpokanju. Razpoka se širi v titanovi rešetki vzdolž drsnih ravnin z malo korozijskega produkta ali stanjšanja stene.

Nadzorni dejavniki za SCC vključujejo temperaturo nad 150 stopinj, pH nad 12, koncentracijo klorida nad določenim pragom in natezno napetost (preostalo ali uporabljeno) nad približno 50 % meje tečenja. Bela tekočina je običajno 15-20% NaOH in pH pri 170 stopinjah je 13-14. Večina grelnih cevi stopnje 2 ostane s preostalimi nateznimi napetostmi izdelave (upogibanje cevi, varjenje, raztezanje v cevne plošče) 100-200 MPa - precej nad 50-odstotnim pragom tečenja (meja tečenja razreda 2 pri 170 stopinjah je približno 200 MPa; 50 % je 100 MPa).

Določanje kloridnega praga
Podatki o kvantitativnem pragu so pridobljeni iz kontroliranega testiranja SCC z uporabo vzorcev z U-upogibom (ASTM G30) iz titana stopnje 2, izpostavljenega simulantu bele lužnice (15 % NaOH + 5 % Na2S) pri 170 stopinjah z različnimi dodatki klorida. Vzorce smo preverjali glede razpok v intervalih od 100 ur do 1000 ur.

Po 1000 urah pri koncentracijah klorida < 50 ppm niso zaznali razpok. Vzorci so bili duktilni in pri mikroskopskem pregledu na površini niso opazili razpok.

Manjše površinsko razpokanje pri koncentraciji klorida 50-100 ppm pri 500-800 urah. Razpoke so bile plitve (20-50 μm globoke) in se v 1000 urah niso razširile skozi 1,5 mm debelino vzorca.

Krekiranje se je začelo pri 200 do 400 h pri 100 do 200 ppm klorida. Globina razpok po 1000 urah (100-300 mikronov ali 10-20% debeline stene).

Krekiranje se je začelo v 50-150 urah pri koncentraciji klorida 200-500 ppm. Globoke razpoke (500-1000 µm po 500 urah) so se hitro razširile. V 700-900 urah je več primerkov popolnoma odpovedalo.

Krekiranje se je začelo okoli 20-50 h pri koncentraciji klorida nad 500 ppm. Zlomljeni primerki v 200-400 urah.

Iz teh podatkov je največja vsebnost klorida za titan stopnje 2 v beli tekočini pri 170 stopinjah brez tveganja za SCC 100 ppm. Predlagana je konservativna zasnova meja 50 ppm, da se zagotovi manevrski prostor za motnje v procesu in učinke lokalne koncentracije.

Izkušnje z mlini in analizo napak
Terenska validacija je bila opravljena z raziskavo 15 papirnic, ki uporabljajo grelne tuljave iz titana stopnje 2 v digestorjih bele lužnice (delujejo pri 170 stopinjah). Mlini, ki ohranjajo klorid bele lužnice pod 50 ppm, so imeli 8-12 let življenjske dobe brez težav s SCC. Mlini z vsebnostjo klorida 50-100 ppm so poročali o 5-8 letih življenjske dobe z nekaterimi razpokami SCC, opaženimi na zvarih in krivinah po 4-6 letih. Mlini, ki so imeli konice klorida nad 200 ppm (običajno zaradi motenj v obnovitvenem ciklu), so doživeli katastrofalne okvare SCC v 6-18 mesecih po motnji. Analiza poškodovanih cevi je pokazala, da so se transgranularne razpoke začele na konicah zvara in na notranjem polmeru krivin cevi, območjih z najvišjo preostalo natezno napetostjo.

Strategije za ublažitev povišanih ravni kloridov
Če klorida bele lužnice ni mogoče obdržati pod 100 ppm, naslednji ukrepi zmanjšajo tveganje za SCC:

Žarjenje za sprostitev napetosti: preostale napetosti se zmanjšajo za 50-70 %, povečajo prag klorida za faktor 2-3. Toplotna obdelava po varjenju in upogibanju pri 540-650 stopinjah 1-2 uri.

Peening ali površinsko valjanje: Uvedba preostale tlačne napetosti na površino cevi (s peeningom ali valjčnim bruniranjem) preprečuje razvoj razpok tudi pri vsebnosti klorida do 300-500 ppm.

Nadgradite na stopnjo 7 ali stopnjo 12. Stopnja 7 (Ti-0,15Pd): zviša prag SCC klorida na približno 500 ppm pri 170 stopinjah. Razred 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) zviša prag na približno 300 ppm.

Znižanje delovne temperature: znižanje temperature digestorja s 170 stopinj na 160 stopinj bo povečalo prag klorida za faktor 2-3. Dvig na 150 stopinj poveča prag za faktor 5-10.

Grelne tuljave za belo tekočino - Matrika uporabe
Koncentracija klorida v beli tekočini. Delovna temperatura. Priporočena kakovost titana. Ali je potrebna razbremenitev napetosti? Pričakovana življenjska doba<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 stopinj Razred 7 ni sprejemljivo; uporabite Hastelloy C-276 N/A Uporabite nikljevo zlitino
Praktični nasveti za papirnice
Za digestorje v papirnici, ki segrevajo belo tekočino pri 170 stopinjah, je največja koncentracija klorida za titan stopnje 2 brez razpok zaradi napetostne korozije 100 ppm; Za dolgotrajno obstojnost se priporoča 50 ppm. Tedensko z ionsko kromatografijo ali določeno ionsko elektrodo. Klorid Korektivni ukrep, če je klorid večji od 100 ppm: povečajte kakovost-dopolnilne vode (reverzna osmoza ali demineralizacija), identificirajte in odstranite kontaminacijo s kloridom pri kemični obnovi ali povečajte izpihovanje iz sistema bele lužnice. Določite titanove tuljave stopnje 7 z žarjenjem za razbremenitev napetosti za mline, ki ne morejo zanesljivo vzdrževati klorida pod 100 ppm. Stopnja 7 zviša prag na 500 ppm in daje 2-3-kratno povečanje odpornosti proti SCC. Ko kupujete tuljave stopnje 2 za belo lužnico, vedno zahtevajte razbremenitev napetosti po varjenju (540 stopinj za 1 uro v atmosferi argona), ne glede na raven klorida, na katero pričakujete. To bo izboljšalo življenje, tudi če so ravni klorida nizke. Dodatni stroški za stopnjo 7 so upravičeni za nove digestorje ali nadomestne tuljave, kjer ni mogoče zagotoviti nadzora nad klorom. Za obstoječe tuljave stopnje 2 mesečno opravite ultrazvočni pregled zvarnih območij in krivin cevi za odkrivanje SCC pred perforacijo. 100-200 ppm 200-400 ur Začetek razpoke Mesečni pregled (720 ur) Odkrivanje razpok pred širjenjem skozi steno