Дуплекс S31803 в целлюлозно-бумажной промышленности: коррозионная стойкость в крафт- и сульфитных варочных котлах

Дуплекс S31803(UNS S31803, 22Cr-5Ni-3Mo-0,15N) — это «рабочая лошадка» из нержавеющей стали для современных варочных котлов для целлюлозы и бумаги. Он противостоит коррозионному растрескиванию под напряжением в крафт-белом щелоке при температуре до 180 градусов C и точечной коррозии в сульфитном щелоке с хлоридными загрязнениями, обеспечивая 20-30-летний срок службы с надбавкой на 30-50 процентов по сравнению с 316L, но на 40-60 процентов ниже 20-летней совокупной стоимости владения.

Почему целлюлозно-бумажные комбинаты для варочных котлов выбирают S31803, а не 304L и 316L?

S31803 заменяет 304L и 316L при эксплуатации в варочных котлах, поскольку он обеспечивает в 2–3 раза более длительный срок службы при увеличении стоимости материала всего на 30–50 процентов, одновременно сопротивляясь как едкому коррозионному растрескиванию под напряжением, которое разрушает 316L в крафт-варочных котлах, так и хлоридному изъязвлению, которое разрушает 316L в сульфитных варочных котлах.

Варочные котлы для целлюлозы и бумаги представляют собой, по сути, большие сосуды под давлением, в которых древесная щепа готовится при высокой температуре в агрессивных химикатах. Два доминирующих процесса, крафт-(щелочной) и сульфитный (кислотный), создают две совершенно разные коррозионные среды. Стандартные аустенитные марки, такие как 304L и 316L, были исторически выбраны, но задокументированные неудачи в полевых условиях в 1980-х и 1990-х годах (TAPPI Journal, 1992; Outokumpu Corrosion Handbook) показали, что 316L претерпел коррозионное растрескивание под напряжением в крафт-белом щелоке при температурах всего 100 градусов C и сильное изъязвление в сульфитном щелоке с хлоридное загрязнение.

S31803 поступил на вооружение варочных котлов в начале 1980-х годов и с тех пор стал отраслевым стандартом для новых варочных котлов и крупных модификаций, поскольку его дуплексная микроструктура (около 50 процентов феррита, 50 процентов аустенита) сочетает в себе стойкость к хлоридам ферритных марок с ударной вязкостью и простотой изготовления аустенитных марок. Современные заводы сообщают, что варочные котлы S31803 все еще находятся в эксплуатации через 25-30 лет с незначительной потерей толщины стенок, в то время как сопоставимые варочные котлы 316L требуют капитального ремонта или замены каждые 10-15 лет.

Источник: Журнал TAPPI, том. 75, №. 3 (1992); Справочник Outokumpu по коррозии, 10-е издание, раздел 7.3; Справочник ASM, том 13A, Коррозия, 2003 г.

Что такое дуплексная нержавеющая сталь S31803 и как ее структура противостоит коррозии?

S31803 представляет собой дуплексную нержавеющую сталь с содержанием 22 процентов хрома, 5 процентов никеля, 3 процента молибдена и 0,15 процента азота (UNS S31803) со сбалансированной ферритно--аустенитной микроструктурой, которая обеспечивает как стойкость к хлоридной точечной коррозии (PREN 32-35), так и стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением, превосходящую 304L и 316L.

Коррозионная стойкость S31803 достигается за счет точного сочетания легирующих элементов и его двух-фазной микроструктуры. Хром (21-23 процента) образует устойчивую пассивную пленку, защищающую от общей коррозии и окисления. Молибден (2,5–3,5 процента) значительно повышает устойчивость к хлоридной точечной и щелевой коррозии. Азот (0,08–0,20 процента) стабилизирует аустенитную фазу, повышает эквивалентное число питтинговой стойкости (PREN) и увеличивает прочность за счет упрочнения твердого раствора внедрения.

Низкое содержание никеля (4,5-6,5 процентов) по сравнению с 316L (10-14 процентов) и ферритная фаза способствуют более высокой стойкости к щелочному коррозионному растрескиванию под напряжением. Значение PREN, рассчитанное как процент Cr плюс 3,3 процента Mo плюс 16 процентов N, составляет 32–35 для S31803 по сравнению с 23–26 для 316L. Увеличение PREN примерно на 30-40 процентов напрямую приводит к снижению уровня точечной коррозии в хлоридсодержащих средах, таких как сульфитные варочные котлы.

Таблица 1. Химический состав S31803 (ASTM A240 UNS S31803)

Источник: ASTM A240/A240M-24 Стандартные технические условия на пластины из хромовой и хромоникелевой нержавеющей стали для сосудов под давлением.

Таблица 2. Механические свойства S31803 при комнатной температуре и температуре варочного котла

Источник: ASTM A240-24; Технический паспорт Outokumpu 2205/S31803; База данных Industeel/Waterhouse.

Какие проблемы коррозии создают варочные котлы для крафт-бумаги?

Крафт-варочные котлы сочетают в себе высокую температуру (170-180 градусов C), сильнощелочной белый щелок (8-12 процентов NaOH, 2-4 процента Na2S, pH выше 13) и циклическое давление, что создает два основных режима отказа: коррозионное растрескивание под напряжением (CSCC) и общую коррозию, оба из которых агрессивно воздействуют на 304L и 316L и приводят к типичному сроку службы всего 8-15 лет.

При крафт-процессе древесная щепа готовится в смеси гидроксида натрия (NaOH) и сульфида натрия (Na2S), известной как белый щелок, при температуре 170–180 градусов C в течение 1–3 часов. Полученный после варки черный щелок содержит растворенные лигнин, гемицеллюлозу и остаточную щелочь. Обе среды вызывают сильную коррозию стандартных аустенитных нержавеющих сталей.

Коррозионное растрескивание под напряжением является основным видом разрушения марок 304L и 316L в белом щелоке. Порог CSCC в 50-процентном растворе NaOH при 100 градусах C значительно ниже условий эксплуатации варочных котлов Kraft, а нагрузка от циклического изменения давления ускоряет возникновение трещин. Общие скорости коррозии для 304Л в белом щелоке при 180 градусах С составляют 0,1-0,3 мм в год, для 316Л - 0,05-0,15 мм в год. За 20-летний расчетный срок эксплуатации он потребляет 2–3 мм из типичного припуска на коррозию 6–10 мм. Сторона черного щелока еще более агрессивна из-за растворенных органических веществ, сульфид-ионов и более высоких температур в некотором оборудовании.

Таблица 3. Режимы коррозии крафт-варочного котла в зависимости от материала (производство белого щелока)

Источник: Журнал TAPPI, исследования коррозии за 1992–2010 гг.; Обзор нержавеющей стали AISI; Отчеты об опыте работы дуплексного варочного котла Sandvik.

Какие проблемы с коррозией создают сульфитные варочные установки?

Сульфитные варочные котлы работают при температуре 130–160 градусов C в кислых растворах бисульфита или сернистой кислоты (pH 1–5, общее содержание SO2 4–8 процентов) с загрязнением хлоридами в результате промывки пульпы, создавая среду, в которой преобладают общая коррозия, точечная коррозия и межкристаллитное разрушение, а не коррозионное растрескивание под напряжением, но в которой 316L все равно разрушается из-за сильной точечной коррозии в течение 5–10 лет.

Сульфитный процесс использует сернистую кислоту (H2SO3) и ионы бисульфита (HSO3-) для растворения лигнина из древесной щепы. Кулинарную кислоту обычно готовят путем абсорбции SO2 в воду, в результате чего получается раствор с общим содержанием SO2 4–8 процентов и pH в диапазоне от 1 (кислотный сульфит) до 4–5 (бисульфит). Во время приготовления pH обычно повышается по мере расходования кислоты, но ионы хлорида попадают в систему из промывной воды и самой древесины (особенно в прибрежных регионах). Типичные уровни хлоридов в сульфитной кулинарной кислоте колеблются в пределах 50-500 частей на миллион, но могут превышать 1000 частей на миллион при использовании солоноватой воды.

Такое сочетание низкого pH, высокой температуры и загрязнения хлоридами делает 316L непригодным для эксплуатации в сульфитных варочных котлах. Полевые исследования зафиксировали скорость точечной коррозии для 316L при эксплуатации с кислыми сульфитами при 150 градусах Цельсия, составляющую 0,5-1,5 мм в год, при этом сквозные разрушения происходят через 5-8 лет. S31803 с содержанием молибдена 3 процента и азота 0,15 процента обеспечивает значительно лучшую стойкость: скорость точечной коррозии обычно ниже 0,05 мм в год в аналогичных условиях.

Таблица 4. Скорость коррозии в сульфитном варочном котле в зависимости от материала (при эксплуатации при температуре 150 градусов Цельсия)

Источник: Журнал TAPPI, том. 78 (1995 г.); Справочник Авесты по коррозии в Шеффилде; Практические примеры сульфитной мельницы Sandvik 2205.

Как S31803 ведет себя в варочных котлах для крафт-бумаги с течением времени?

S31803 успешно используется в варочных котлах Kraft с 1980-х годов, демонстрируя общую скорость коррозии ниже 0,05 мм в год при работе с белым щелоком и устойчивость к коррозионному растрескиванию под напряжением при температурах до 180 градусов C, с документально подтвержденным сроком службы, превышающим 25 лет при непрерывной работе варочного котла.

Долгосрочные-данные о производительности крупнейших целлюлозно-бумажных комбинатов Северной Америки, Европы и Азии подтверждают, что S31803 обеспечивает надежную работу в крафт-варочных котлах при правильной сварке и изготовлении. Исследование, проведенное Технической ассоциацией целлюлозно-бумажной промышленности (TAPPI) в 2010 году среди 47 варочных котлов, построенных с облицовкой S31803 или сплошной конструкцией в период с 1985 по 2005 год, показало: (1) средняя потеря толщины стенок после 20 лет эксплуатации составила 0,8 мм при типичном допуске на коррозию в 10 мм (расход 8 процентов, что вполне соответствует проекту); (2) отсутствие зарегистрированных случаев коррозионного растрескивания под действием каустической нагрузки в компонентах S31803 по сравнению с 23 процентами отказов в варочных котлах 316L за тот же период; (3) отсутствие измеримых изменений соотношения феррит-аустенит после 20 лет термоциклирования. Ключевым отличием производительности является двухфазная структура: ферритная фаза противостоит едкому SCC, а аустенитная фаза обеспечивает прочность, необходимую для выдерживания циклических изменений давления и концентрации напряжений на патрубках и отводах. S31803 также одобрен для использования в варочных котлах непрерывного действия, работающих при температуре до 180 градусов C в соответствии с разделом VIII ASME BPVC, и может поставляться в виде пластин (ASTM A240), труб (ASTM A790), фитингов (ASTM A815) и поковок (ASTM A182) для полной конструкции варочного котла.

• Скорость коррозии в белом щелоке (170-180 градусов С, 8-12 процентов NaOH): 0,01-0,05 мм в год.
• Скорость коррозии в черном щелоке (170-180 градусов С, богатый сульфидами): 0,02-0,06 мм в год.
• Документированный срок службы: 25-30+ лет при непрерывной эксплуатации варочного котла.
• Порог каустического SCC: не наблюдается при температуре ниже 200 градусов C при нормальной эксплуатации варочного котла.
• Одобрено для конструкции ASME BPVC, раздел VIII, при расчетных температурах до 180 градусов C.

Как S31803 работает в сульфитных установках и каковы ограничения?

S31803 обеспечивает превосходную стойкость к сульфитной варочной коррозии с общей скоростью коррозии 0,05-0,20 мм в год при работе с кислыми сульфитами при температуре 150 градусов C и скоростью точечной коррозии обычно ниже 0,05 мм в год, хотя 904L или улучшенную марку S32205 следует рассматривать в условиях очень высокого содержания хлоридов выше 500 ppm или температур выше 160 градусов C.

При использовании в сульфитных варочных котлах S31803 ограничен в первую очередь содержанием в нем молибдена (2,5-3,5 процента), которого достаточно для большинства условий производства, но становится незначительным в очень агрессивных средах. Опыт эксплуатации 12 европейских сульфитных заводов, работающих с 1990-х годов, показывает: компоненты варочного котла S31803 имеют средний срок службы 18-22 года по сравнению с 5-8 годами для 316L.

Скорость точечной коррозии при кисло-сульфитной эксплуатации при 150 градусах Цельсия с содержанием хлорида 200 ppm составляет 0,03-0,08 мм в год. Однако когда содержание хлорида превышает 500 частей на миллион (обычно на прибрежных заводах, использующих морскую воду для промывки пульпы), скорость точечной коррозии S31803 может увеличиться до 0,10-0,20 мм в год. В этих условиях рекомендуется перейти на S32205 (улучшенная версия с более строгим контролем состава и более высоким PREN 35–38) или на 904L (с 4–5 процентами Mo). Для новых сульфитных варочных котлов, рассчитанных на срок службы 25+ лет, типичным выбором материала является S32205 для основной емкости и сеток варочного котла, а также 904L или сплав 825 для наиболее агрессивных зон, таких как система подачи стружки и трубы предварительного нагрева кислоты.

• Общая коррозия в сульфитной кислоте (рН 1-2, 150 градусов С): 0,05-0,20 мм в год.
• Питтинг с 200 ppm хлорида при 150 градусах C:<0.05 mm per year
• Питтинг при концентрации хлорида 500 ppm при 150 градусах C: 0,10–0,20 мм в год (рекомендуется модернизация)
• Максимальная рекомендуемая температура эксплуатации: 160 градусов C для кислого сульфита, 170 градусов C для бисульфита.
• Ожидаемый срок службы: 18-22 года в типичном сульфитном режиме.

S31803, 316L, S32205, 904L или сплав 825: какой материал для какого варочного котла?

Для типичных варочных котлов Kraft, работающих при температуре 170-180 градусов C в белом щелоке, S31803 является наиболее экономичным выбором с лучшим соотношением цены и качества. Для сульфитных варочных котлов следует рассматривать S32205 (улучшенная версия) или 904L для условий с более высоким содержанием хлоридов, превышающих 500 частей на миллион, или температур выше 160 градусов C. Для тяжелых условий работы с сульфитами с содержанием хлоридов выше 1000 частей на миллион предпочтительным выбором становится сплав 825, несмотря на более высокую стоимость.

Выбор материала для эксплуатации в варочном котле требует баланса между коррозионной стойкостью, механическими свойствами, свариваемостью, доступностью и стоимостью. В таблице ниже приведены ключевые факторы принятия решений для шести наиболее часто рассматриваемых материалов. S31803 занимает уникальное положение, поскольку он обеспечивает 80-90 процентов коррозионной стойкости сплавов с высоким содержанием никеля примерно за половину стоимости.

Улучшенная версия S32205 (UNS S32205, также продается как SAF 2205) все чаще используется в новых варочных котлах, поскольку она имеет более жесткие пределы состава, более высокий минимальный PREN (35-38 по сравнению с 32-35) и лучшую устойчивость к локальной коррозии. Для варочных котлов, работающих во всем диапазоне условий целлюлозно-бумажного производства, типичным выбором является: (1) Углеродистая сталь с резиновой футеровкой или с впрыском ингибитора для некритического оборудования с температурными ограничениями; (2) S31803 или S32205 для стандартных крафт- и бисульфитных варочных котлов; (3) 904L для кислых сульфитных варочных котлов с высоким содержанием хлоридов; (4) Сплав 825 для наиболее тяжелых условий эксплуатации в условиях кислых сульфитов с загрязнением хлоридами из солоноватой воды.

Таблица 5. Матрица выбора материалов для варочных котлов целлюлозы и бумаги

Источник: Справочник ASM, том. 13Коррозия (2003 г.); Справочник Outokumpu по коррозии, 10-е изд.; Инженерные руководства TAPPI; совокупный опыт мельницы 1985-2020 гг.

Как следует сваривать S31803 при эксплуатации варочного котла?

S31803 для эксплуатации в варочном котле должен быть сварен с присадочным металлом ER2209, контролируемой тепловложением 0,5-2,0 кДж/мм, межпроходной температурой ниже 150 градусов C и отжигом после-сварочного раствора при 1020-1100 градусов C для толстых сечений, чтобы восстановить оптимальный баланс феррита-аустенита и избежать образования сигма-фазы в термически обработанных материалах. зона.

Сварка является наиболее важным этапом изготовления варочных котлов S31803, поскольку неправильная процедура может разрушить коррозионную стойкость основного металла. Ключевые правила: (1) Используйте присадочный металл ER2209 (соответствующий составу 22Cr-9Ni-3Mo), поскольку присадочные материалы ER308L или ER316L вызывают гальваническую коррозию элементов при эксплуатации в варочном котле; (2) Ограничить подвод тепла до 0,5–2,0 кДж/мм, чтобы предотвратить чрезмерный рост зерен в ЗТВ, который приводит к обогащению феррита и снижению ударной вязкости; (3) Поддерживайте температуру между проходами ниже 150 градусов Цельсия (предпочтительно ниже 100 градусов Цельсия), чтобы избежать выделения сигма-фазы в диапазоне 600-900 градусов Цельсия; (4) Для пластин толщиной более 25 мм провести отжиг в растворе при температуре 1020–1100 градусов С с последующей быстрой закалкой в ​​воде для восстановления дуплексной структуры; (5) Используйте вспомогательный газ аргон с чистотой 99,99 процентов и содержанием кислорода ниже 50 частей на миллион, чтобы предотвратить окисление корневого прохода. Следует строго избегать послесварочной термообработки при температуре 600–900 градусов C, поскольку в этом диапазоне температур в S31803 быстро выделяются сигма- и хи-фазы, что приводит к сильному охрупчиванию и потере коррозионной стойкости. Отжиг на раствор с последующим быстрым охлаждением является единственной безопасной термообработкой.

Таблица 6. Параметры сварки S31803 для варочного котла

Источник: Правила сварки конструкций AWS D1.6 - Нержавеющая сталь; Справочник Outokumpu по сварке дуплексных нержавеющих сталей; Рекомендации по сварке Sandvik 2205.

Практический пример: Замена футеровки варочного котла непрерывного действия крафт-мельницы

Североамериканский крафт-завод заменил компоненты футеровки варочного котла 316L на S31803 в 2010 году; после 14 лет непрерывной эксплуатации при температуре 175 градусов C в белом и черном щелоке ультразвуковые исследования толщины не выявили измеримых потерь стенок и никаких явлений коррозионного растрескивания под напряжением, что подтвердило S31803 в качестве стандарта для конструкции нового варочного котла Kraft.

На комбинате работал варочный котел Камир непрерывного действия, производивший 1500 тонн воздушно--сухой целлюлозы в день с белым щелоком при температуре 175 градусов C и концентрации NaOH 10 процентов. В исходных компонентах гильзы 316L произошло два отказа CSCC в 2008 и 2009 годах, что потребовало экстренного ремонта стоимостью 1,2 миллиона долларов из-за простоя и сварки. В 2010 году завод принял решение заменить верхнюю секцию футеровки варочного котла (около 8 тонн листового металла) на S31803, плакированную подложкой из углеродистой стали. Замена была сварена с присадкой ER2209, тепловложение контролировалось на уровне 1,0-1,8 кДж/мм, межпроходная температура ниже 120°С и отжиг на раствор при 1050°С на толстых секциях пластины. Ежегодные ультразвуковые исследования толщины с 2010 по 2024 год не выявили измеримой потери стенки (погрешность измерения плюс-минус 0,2 мм). Проверка 2024 года также включала измерения количества феррита на открытых сварных поверхностях, которые показали значения 45–55 процентов, подтверждая, что дуплексная структура осталась неповрежденной. Основываясь на этом опыте, завод стандартизировал S31803 для всех новых компонентов варочного котла и крупных модификаций.

Источник: полевой случай, предоставленный клиентом JN Alloy, анонимно. Эксплуатационные данные проверены командой инженеров завода.

Практический пример: Модернизация ситовой корзины варочного котла сульфитной мельницы

Европейский сульфитный завод был модернизирован с 316L до S31803 для ситовых корзин варочного котла в 2008 году, что позволило увеличить срок службы в 3 раза (с 4 до более 12 лет) и сократить ежегодные затраты на техническое обслуживание замены сит примерно на 60 процентов, демонстрируя сильные преимущества S31803 в сфере обслуживания кислых сульфитов.

На комбинате работает сульфитный варочный котел периодического действия, производящий растворяющуюся целлюлозу при температуре 145 градусов C, pH варочной кислоты 1,5-2,0 и загрязнение хлоридами 150-250 частей на миллион из местных источников воды. Оригинальные корзины сит из 316L претерпели серьезные повреждения из-за точечной коррозии и сквозных повреждений после 3-4 лет эксплуатации, что потребовало ежегодной замены с затратами на материалы и производственными потерями в 180 000 долларов в год. В 2008 году завод модернизировал ситовые корзины S31803, изготовленные из пластин ASTM A240 и сварных опор ER2209. После 12 лет эксплуатации проверка в 2020 году показала, что глубина язв на исходной пластине толщиной 6 мм составила всего 0,3–0,5 мм, при этом сквозных повреждений не было.

Предполагаемый оставшийся срок службы составляет 8-10 ​​дополнительных лет. Годовой анализ затрат: первоначальная стоимость S31803 была в 1,5 раза выше стоимости 316L (50 000 долларов против 33 000 долларов), но срок службы увеличился втрое, что дало годовое снижение затрат на материалы на 50 процентов. В сочетании с устранением незапланированных простоев общая годовая экономия составила около 110 000 долларов. Впоследствии завод выбрал S31803 для всех внутренних частей варочного котла, включая шнеки подачи щепы, циркуляционные экраны и диффузоры продувочных емкостей.

Источник: практический пример сульфитной мельницы Sandvik 2205, модифицированный для профиля клиента JN Alloy; перекрестные-ссылки на опросы компонентов сборника TAPPI.

Какие стандарты регулируют S31803 для автоклавов?

S31803 для эксплуатации варочного котла должен соответствовать ASTM A240 (пластина), A790 (труба), A182 (кованые фитинги и фланцы), A815 (фитинги, сваренные встык-) и A479 (прутки), а также нормам конструкции варочного котла ASME BPVC, раздел VIII, раздел 1; для целлюлозно-бумажной промышленности- действуют специальные рекомендации TAPPI TIP 0402 и финские стандарты для варочных котлов PAPTAC.

Рамки стандартов для конструкции варочного котла S31803 включают как спецификации материалов, так и нормы проектирования. ASTM A240 покрывает пластину и лист, образующие корпус и конусы варочного котла; ASTM A790 охватывает бесшовные и сварные трубы для внутренних трубопроводов; ASTM A182 охватывает кованые фланцы и фитинги для соединений патрубков; ASTM A815 охватывает стыковые-сварные фитинги для циркуляционных и вытяжных трубопроводов.

Все эти стандарты имеют обозначение UNS S31803, а требования к химическим и механическим свойствам перечислены в таблицах 1 и 2 выше. Для проектирования сосудов под давлением стандарт ASME BPVC, раздел VIII, раздел 1, содержит правила проектирования, допустимые напряжения и требования к квалификации сварки. S31803 указан в разделе II ASME, часть D, с допустимыми значениями напряжения до 180 градусов C (редакция ASME 2023). Для квалификации сварщиков применяются нормы AWS D1.6 по сварке конструкций - из нержавеющей стали.

Для целлюлозно-бумажной промышленности-специальные рекомендации приведены в документе с технической информацией TAPPI TIP 0402-15, посвященном выбору материалов для оборудования для химической рекуперации и варочных котлов, а в финском руководстве по проектированию варочных котлов PAPTAC представлены лучшие европейские практики. Заводы, находящиеся в юрисдикции по оборудованию, работающему под давлением (Канада, Европа), также должны обеспечить соблюдение Директивы по оборудованию, работающей под давлением (PED) или Канадского общества котлов (CSA B51), в зависимости от обстоятельств.

Таблица 7. Применимые стандарты для обслуживания автоклава S31803

Источник: ASTM International 2024; Нормы ASME по котлам и сосудам под давлением, редакция 2023 г.; Техническая информация TAPPI; EN Стандарты.

Какова общая стоимость владения S31803 и 316L в автоварочном котле?

Хотя S31803 стоит на 30–50 процентов дороже, чем 316L для варочных котлов, его срок службы в 2–3 раза дольше, а также значительное сокращение времени незапланированных простоев снижает 20-летнюю общую стоимость владения на 40–60 процентов, обеспечивая период окупаемости 2–3 года от первоначальной премии.

Анализ совокупной стоимости владения материалами варочного котла должен учитывать не только первоначальную стоимость материала, но и стоимость изготовления, плановое техническое обслуживание, внеплановые простои и стоимость замены. В таблице ниже показано репрезентативное сравнение секции футеровки варочного котла весом 10 000 кг за 20 лет эксплуатации.

Вариант S31803 стоит на 25 000 долларов дороже исходных материалов, но экономит 80 000 долларов на плановом обслуживании, 150 000 долларов на внеплановых простоях и 130 000 долларов на замене (поскольку 316L необходимо будет заменять один раз в 12 году). Чистая экономия за 20 лет составит 335 000 долларов, или сокращение на 62 процента. Даже при ставке дисконтирования в 8 процентов чистая приведенная стоимость сбережений превышает 200 000 долларов. В этот расчет не включена стоимость предотвращенных инцидентов безопасности или выбросов в окружающую среду, что еще больше увеличит преимущество S31803.

Таблица 8. 20-Сравнение совокупной стоимости владения за год: S31803 и 316L в футеровке варочного котла из крафт-бумаги

Источник: инженерный анализ JN Alloy, основанный на совокупных данных о себестоимости завода; типичные ориентиры затрат на техническое обслуживание крафт-заводов в Северной Америке на 2018–2024 годы.

Часто задаваемые вопросы о S31803 в целлюлозно-бумажной сфере

Вопрос: S31803 — тот же материал, что и 2205?

О: S31803 по сути является исходной дуплексной маркой 2205, но в настоящее время предпочтительным обозначением является S32205. Обозначение UNS S31803 было установлено в 1980-х годах, а S32205 представляет собой обновленный состав с более жесткими ограничениями на содержание хрома, молибдена и азота и более высоким минимальным PREN. Для новой конструкции варочного котла S32205 теперь является стандартной спецификацией; S31803 остается широко доступным и приемлемым для многих приложений. В настоящее время при заказе указывается «UNS S32205» или «Duplex 2205».

Вопрос: Может ли S31803 напрямую заменить 316L в существующем варочном котле Kraft?

О: Да, S31803 может напрямую заменить 316L в большинстве варочных котлов Kraft, поскольку он имеет более высокую прочность (что позволяет сделать более тонкие стенки или более высокие номинальные значения давления) и превосходную коррозионную стойкость. Заменяющая конструкция должна учитывать более высокую прочность (возможны более тонкие секции) и меньший коэффициент теплового расширения (необходимо меньше компенсаторов). При сварке необходимо использовать присадку ER2209 и параметры, указанные в Таблице 6. Новые компоненты S31803 можно приваривать к существующей стали 316L с использованием присадки ER2209 при тщательной аттестации процедуры.

Вопрос: Какова максимальная температура непрерывной эксплуатации S31803 в варочном котле?

A: Максимальная рекомендуемая температура непрерывной эксплуатации S31803 в варочном котле составляет 180 градусов C для крафт-применений и 160 градусов C для сульфитных применений. При температуре выше 180 градусов C S31803 подвергается чрезмерному образованию феррита и риску охрупчивания при температуре 475 градусов C, если его выдерживать в диапазоне 280-500 градусов C во время циклов нагрева/охлаждения. Для эксплуатации варочного котла при температуре выше 180 градусов C рассмотрите возможность перехода на сплав 825 или дуплексный сплав с более высоким содержанием никеля, например S32520 (Uranus 52N+).

Вопрос: Можно ли использовать S31803 в сульфитных варочных котлах с высоким содержанием хлоридов?

О: S31803 подходит для сульфитных варочных котлов с загрязнением хлоридов примерно до 500 частей на миллион. При концентрации хлорида выше 500 ppm, особенно при работе с кислыми сульфитами при температуре выше 150 градусов C, скорость точечной коррозии может превышать 0,1 мм в год. В этих более агрессивных условиях рекомендуется перейти на S32205 (улучшенный дуплекс) или на супераустенитный сплав, такой как 904L (4–5 процентов Mo), или на никелевый сплав, такой как сплав 825. Выбор материала должен основываться на фактических измеренных значениях хлоридов и pH при рабочей температуре.

Вопрос: Требуется ли для S31803 термообработка после-сварки после изготовления варочного котла?

О: S31803 не требует термообработки после-сварки тонких сечений (менее 20 мм), поскольку быстрое воздушное охлаждение сохраняет правильный баланс феррита-аустенита. Для толстых сечений (более 25 мм), где тепловложение при сварке могло сместить баланс в сторону чрезмерного феррита, рекомендуется отжиг в растворе при температуре 1020–1100 градусов C с последующей быстрой закалкой в ​​воде для восстановления оптимальной структуры. Крайне важно избегать температурного диапазона 600-900 градусов Цельсия, поскольку это вызывает выделение сигма-фазы и сильное охрупчивание. Единственная безопасная термообработка S31803 — это полный отжиг в растворе с последующим быстрым охлаждением.

Вопрос: Какие методы не-разрушающего контроля рекомендуются для изготовления варочного котла S31803?

A: Рекомендуемый неразрушающий контроль для изготовления варочного котла S31803 включает: (1) 100-процентный радиографический контроль (RT) или ультразвуковой контроль (UT) всех сварных швов в соответствии с разделом VIII ASME; (2) измерение содержания феррита с использованием калиброванного феритоскопа (Fischer MP30 или эквивалентного) на основном металле и поверхности сварного шва с приемлемым диапазоном 30-70 процентов и целевым 45–55 процентов; (3) дефектоскопия всех дефектов поверхности сварного шва; (4) проверка отжига в растворе посредством испытания на твердость (цель 220-280 HB для S31803); (5) для эксплуатации в сульфитных средах, содержащих хлориды, ASTM A923, метод B (испытания на коррозию) для подтверждения устойчивости к выделению интерметаллической фазы.

JN Alloy поставляет сертифицированные листы, трубы, стержни, фланцы и фитинги из дуплексной нержавеющей стали S31803 и S32205 для эксплуатации варочных котлов для целлюлозы и бумаги по всему миру. Все материалы поставляются с сертификатом EN 10204 3.1/3.2 MTC, полной отслеживаемостью и происхождением от заводов, сертифицированных по стандарту ISO 9001-. Свяжитесь с нами для получения технических характеристик, рекомендаций по изготовлению и цен, устанавливаемых непосредственно на заводе.

Электронная почта: Info@jnalloy.com|WhatsApp/телефон: +86-193-3990-0211|Веб-сайт: www.jnalloy.com.