Hastelloy C276 при десульфурации дымовых газов: почему он превосходит нержавеющую сталь - Знания

Десульфуризация дымовых газов (ДДГ) — это доминирующая технология удаления диоксида серы (SO2) из выбросов дымовых газов угольных-электростанций и электростанций, работающих на тяжелом мазуте. Уголь содержит 0,5-5% серы по массе; при сжигании сера окисляется до SO2, что вызывает кислотные дожди, респираторные заболевания и образование мелких частиц. Системы ДДГ улавливают 90–99% этого SO2 до того, как дымовые газы выбрасываются в атмосферу.

Hastelloy C276 in Flue Gas Desulfurization

Наиболее распространенной конфигурацией ДДГ является мокрый скруббер (мокрая десульфурация дымовых газов, ВДГД). В мокром скруббере дымовой газ контактирует с известняковой суспензией (в основном карбонатом кальция, CaCO3) или морской водой в большой абсорбционной башне. SO2 реагирует с суспензией с образованием гипса (дигидрат сульфата кальция, CaSO4-2H2O) или других побочных продуктов. Очищенный газ затем повторно нагревается и выпускается через дымовую трубу.

Шаг 1 - Ввод дымовых газов

Горячий дымовой газ (120-180°С) поступает в абсорбционную башню из воздухоподогревателя. Электростатические осадители (ESP) или рукавные фильтры сначала удаляют частицы летучей золы.

Шаг 2 - Охлаждение и закалка газа

Газ охлаждается до 50-80°С путем рециркуляции распыления суспензии. При таких температурах растворимость SO2 в воде резко возрастает.

Шаг 3 - Абсорбция SO2

The gas contacts counter-current limestone slurry (pH 5.0-6.0) in the absorber packing. SO2 + H2O -> H2SO3 (sulfurous acid); then H2SO3 + CaCO3 ->CaSO3 + CO2 + H2O. В результате реакции образуется сульфит кальция (CaSO3).

Шаг 4 - Окисление и образование гипса

Compressed air is injected into the slurry tank (oxidation air duct). CaSO3 + 1/2 O2 + 2H2O ->CaSO4-2H2O (гипс). Гипсовую суспензию обезвоживают для получения гипса технического качества (используемого в гипсокартоне и цементе).

Шаг 5 -. Выход очищенного газа и выпуск дымохода.

Очищенный газ проходит через туманоуловитель (демистер) для удаления капель, повторно нагревается до 80-100°C в газоперегревателе (GHR) и выходит через дымовую трубу.

Пульпа ДДГ внутри мокрого скруббера представляет собой одну из самых агрессивных сред многофакторной коррозии в современной промышленности. Одна абсорберная башня ДДГ может одновременно подвергаться воздействию всех следующих механизмов коррозии:

Таблица 1. Коррозионная среда ДДГ - Десять одновременных факторов коррозии и их влияние на 316L по сравнению с C276

Фактор коррозии

Типичное значение ДДГ

Влияние на нержавеющую сталь 316L

C276 Механизм сопротивления

pH суспензии (рабочий)

4,5-6,0 (поглотитель); 0-2 (кислотная очистка)

Питтинговая и щелевая коррозия ниже pH 4,5.

Mo 15-17% обеспечивает устойчивость к низким значениям pH.

Концентрация хлоридов

10 000–80 000 частей на миллион (переработанная суспензия)

CSCC выше 50 ppm Cl- при 50°C+; питтинг выше 500 ppm

Высокий уровень Ni (57%) подавляет CSCC; Мо подавляет питтинг

Растворенный кислород (DO)

2-8 ppm (присутствует окислительный воздух)

Ускоряет общую и точечную коррозию.

Cr 14,5-16,5% образует стабильную пассивную пленку Cr2O3.

Температура

50-95С (рабочая); 120-150С (зона ввода газа)

Удваивает скорость коррозии при повышении температуры на 10°С (Аррениус)

Стабильная пассивная пленка до 200C в суспензии ДДГ

Серная кислота (H2SO4)

5-30 % в суспензии (побочный продукт)

Aggressive reducing acid; 316L pitting rate >1 мм/год в 10% H2SO4

C276 выдерживает до 70% H2SO4 при 80C; 15-17% Мо

плавиковая кислота (HF)

След (из силиката в угле)

Даже следы HF растворяют защитную пленку SiO2 на 316L; вызывает быстрое изъязвление

C276 не подвержен влиянию следов ВЧ; Основание Ni устойчиво к фториду кислоты

Гипсовые абразивные частицы

10-20% сухих веществ по массе; Частицы размером 10-100 мкм

Эрозия-коррозия на изгибах и участках, нарушенных потоком-

Высокая твердость и прочность противостоят эрозии; Пленка Cr2O3 восстанавливается-после истирания

Термический велоспорт

50-180C ежедневные циклы выключения/запуска

Термические усталостные трещины на сварных швах; разрыв оксидной пленки

Низкий коэффициент теплового расширения; нет фазового превращения

Сульфит-ионы (SO3 2-)

500–2000 частей на миллион в суспензии

Агрессивный восстановитель; способствует подкоррозионной коррозии

C276 устойчив к воздействию окружающей среды благодаря содержанию Mo.

Сенсибилизация ЗТВ сварного шва

Зоны сварки во время сварки испытывают температуру 600-850°С.

316L HAZ страдает от обеднения Cr; становится анодным по отношению к основному металлу

Ниобий (Nb <0,35%) в C276 подавляет сенсибилизацию HAZ.

Хастеллой C276 (UNS N10276) — это сплав никеля-молибдена-хрома, разработанный компанией Haynes International (ранее Cabot Corporation). Он был представлен в 1960-х годах специально для тех случаев, когда нержавеющая сталь не выдержала. Буква «C» в C276 относится к «семейству C-» сплавов Hastelloy, которые характеризуются высоким содержанием молибдена (15–17%) и хрома (14,5–16,5%), что придает им исключительную стойкость как к окислительной, так и к восстановительной агрессивной среде.

Таблица 2: Hastelloy C276 (UNS N10276) - Полный химический состав согласно ASTM B575 и роль в коррозионной стойкости FGD

Элемент

ASTM B575 мин.

ASTM B575 Макс.

Типичный тепловой анализ (%)

Роль в коррозионной стойкости ДДГ

Никель (Ni)

57.0

57.5-59.0

Базовый элемент; подавляет коррозионное растрескивание под напряжением, вызванное Cl (CSCC); сохраняет пластичность при низком pH

Молибден (Мо)

15.0

17.0

15.5-16.5

Устойчивость к первичной точечной и щелевой коррозии; обеспечивает стойкость к восстанавливающим кислотам (H2SO4, HCl, HF)

Хром (Cr)

14.5

16.5

15.5-16.5

Образует стабильную пассивную пленку оксида хрома (Cr2O3); обеспечивает стойкость к окислению в атмосфере дымовых газов

Железо (Fe)

4.0

7.0

5.0-6.0

Экономически-эффективный стабилизатор аустенита; поддерживает структуру

Вольфрам (Ж)

3.0

4.5

3.5-4.0

Вторичная питтинговая стойкость (W синергизирует с Mo); добавляет к вкладу PREN

Углерод (С)

0.010

0.001-0.005

Сверх-низкое содержание углерода предотвращает сенсибилизацию в зоне термической опасности сварного шва; максимум 0,01% по ASTM B575

Кремний (Si)

0.08

0.02-0.05

Должно поддерживаться ниже 0,08 %. - Высокий уровень кремния вызывает охрупчивание сварного шва.

Марганец (Mn)

1.00

0.50-0.80

Раскислитель; улучшает горячую обрабатываемость

Фосфор (Р)

0.040

<0.015

Должно быть сведено к минимуму - высокое содержание P способствует ликвационному растрескиванию ЗТВ.

Сера (S)

0.030

<0.005

Должно быть сведено к минимуму - высокое значение S способствует образованию горячих трещин.

Ванадий (V)

0.35

0.10-0.30

Усилитель; улучшает стойкость к окислению

Кобальт (Со)

2.50

<0.50

Второстепенный элемент; не оказывает существенного влияния на коррозионную стойкость

Эквивалентное число питтинговой устойчивости (PREN) является стандартным отраслевым показателем для сравнения стойкости к питтинговой и щелевой коррозии нержавеющей стали и никелевых сплавов. Формула учитывает вклад хрома (стойкость к окислению), молибдена (стойкость к питтинговой коррозии) и азота (стойкость к питтинговой коррозии и стабильность):

PREN=%Cr + 3.3 x %Mo + 16 x %N

Таблица 3. Сравнение PREN - Hastelloy C276 с нержавеющими сталями и никелевыми сплавами при эксплуатации FGD

Материал (УНС)

Кр (%)

Мо (%)

N (%)

W (%)

Расчетный PREN

Срок службы ДДГ (лет)

Рекомендуется для ФГД?

304L (S30403)

18-20

0.10

18-20

0,5-1,5 (сильная питтинговая коррозия)

НЕТ - нет рейтинга

316L (S31603)

16-18

2.0-3.0

0.02-0.10

24-30

1,5-3,0 (CSCC + питтинг)

НЕТ - не удается выполнить FGD

904L (N08904)

19-23

4.0-5.0

0.015

35-40

3-8 (локальная коррозия)

НЕТ - маргинального значения в ФГД

254 СМО (S31254)

19.5-20.5

6.0-7.0

0.20-0.25

44-50

5-10 (некоторые зоны ФГД)

MARGINAL - только поглотитель

254 СМО (высокий Мо)

20-22

7.0-8.0

0.25

50-56

8-15

MARGINAL - ограниченное обслуживание

2507 Супер Дуплекс (S32750)

24-26

3.0-5.0

0.24-0.32

40-43

8-15 (ограничение щели)

MARGINAL - только зоны навозной жижи

Сплав 625 (N06625)

20-23

8-10

0.02-0.10

45-52

10-20 (некоторые зоны ФГД)

ЧАСТИЧНЫЙ - только внутренние детали абсорбера

Сплав 59 (N06059)

22-24

15-16

0.01-0.05

61-66

15-25

ХОРОШО - лучше, чем 625

Хастеллой C276 (N10276)

14.5-16.5

15-17

0.01-0.05

3-4.5

69-73

25-40+ (доказано)

ДА - первичный материал ДДГ

Хастеллой C22 (N06022)

20-22.5

12.5-14.5

0.01-0.05

2.5-3.5

65-71

25-40+ (доказано)

ДА - равно C276

Система мокрой ДДГ состоит из нескольких компонентов, каждый из которых имеет разные коррозионные среды и требования к материалам. Выбор материала должен быть адаптирован к конкретной зоне внутри скруббера.

FGD System Components and Material

Таблица 4. Компоненты системы ДДГ - Коррозионная среда и матрица выбора материалов

Зона ДДГ/Компонент

Температура (С)

pH (рабочий)

Cl- (ppm)

H2SO4 (%)

Требуемый материал

Почему не 316L?

Корпус поглотительной башни (внутренняя облицовка)

50-80

4.5-6.0

10,000-60,000

5-20

Лист Hastelloy C276 / наплавка C276 на углеродистой стали

316L pitting rate >1 мм/год; CSCC в<24 months

Корпус поглотительной башни (внешний)

50-80

Н/Д (окружающее)

N/A

Углеродистая сталь + резиновая футеровка или плакированная пластина C276.

Внешняя окружающая среда, но необходима изоляция для температурного градиента

Воздуховод окисления

50-85

4.0-5.5

15,000-50,000

3-15

Лист Хастеллой C276; C276 наплавка на CS

Высокое содержание растворенного кислорода + суспензия=сильная эрозия-коррозия; 316Л терпит неудачу<5 years

Входной дымоход

120-180

Н/Д (только газ)

<100 (before scrubbing)

<0.1

Углеродистая сталь + огнеупор + наплавка C276 на изгибах

Во входной зоне: температура газа 120-180°С, присутствует некоторое количество SO2; C276 необходим на поворотах (эрозия)

Выходной дымоход (очищенный газ)

70-100

Н/Д (только газ)

<500

<0.1

Лист Hastelloy C276 или наплавка C276 на CS

Высокая скорость газа переносит частицы гипса; эрозионная-коррозия на изгибах; также возможна кислотная конденсация во время запуска

Зона туманоуловителя (туманоуловителя)

55-80

5.0-6.0

10,000-40,000

2-8

Элементы проволочной сетки Hastelloy C276 или 254 SMO

Насыщенный газ + капельный перенос=потенциальная кислотная пленка на поверхностях; 316L может образовывать ямки в зонах капель

Трубопровод рециркуляции шлама

50-80

4.5-6.0

10,000-60,000

5-20

Труба Hastelloy C276 или наплавка C276 на трубе CS

High-velocity slurry with gypsum; 316L erosion rate >0,5 мм/год

Резервуар для обезвоживания гипса

40-60

5.5-6.5

5,000-20,000

1-5

Допустимо 316L или 904L; 316L здесь адекватный

Понизьте Cl- и температуру; 316L приемлем, если скорость навозной жижи<3 m/s

Резервуар для подачи известняковой суспензии

30-50

6.0-7.0

2,000-10,000

316L приемлемо

Слегка кислый; 316L адекватно работает при pH ниже 5,5 и ниже 50C.

Трубопровод технической воды (сырая вода)

20-40

7.0-8.0

<500

<0.1

Допустимо 316L или 304L

Очень низкий Cl-; 316L/304L – экономически-эффективный выбор.

Резервуары для хранения реагентов (известняк)

Окружающий

Н/Д (сплошной)

Незначительный

Углеродистая сталь

Не-агрессивная среда; никелевый сплав не требуется

Дымовая труба (дымоход, футерованный)

70-100 (внутренний)

Н/Д (очищенный газ)

<500

<0.1

Углеродистая сталь с огнеупорной футеровкой; C276 на переходе впуска газа

Очищенный газ с низким содержанием Cl-; огнеупорная футеровка достаточная; C276 только во входной переходной зоне

Таблица 5. Механические и физические свойства Hastelloy C276 согласно ASTM B575 и ASME BPVC, раздел II

Свойство

Стоимость (отожженный лист)

Ценность (обработанное решение)

Соответствие применению ФГД

Предел прочности (UTS)

760 МПа (110 фунтов на квадратный дюйм) мин.

690-830 МПа типичное

Соответствует расчетному давлению резервуара абсорбера (обычно<10 bar operating)

Предел текучести (смещение 0,2%)

355 МПа (50 фунтов на квадратный дюйм) мин.

310-380 МПа типичное

Основа проектирования для расчета толщины стенок сосудов под давлением

Удлинение 50 мм

30 % мин. (ASTM B575)

30-50% типично

Высокая пластичность - поглощает термоциклические деформации без образования трещин.

Твердость

201 HB макс. (отожженный)

180-201 НВ типично

Умеренная твердость; не является износостойким-сплавом, но достаточным для работы со шламами

Плотность

8,89 г/см3 (0,321 фунта/дюйм3)

Тяжелее нержавеющей стали (316L=7.98 г/см3); конструктивный дизайн должен учитывать увеличение массы на 11%

Теплопроводность

9,8 Вт/м-К при 25°C; 15,1 Вт/м-К при 500°C

Ниже, чем у нержавеющей стали, - важно для расчета температурного градиента в толстых сечениях.

Электрическое сопротивление

130 микроом-см при 25°C

Актуально для мониторинга электрохимической коррозии (метод ЭПР).

Коэффициент теплового расширения

11,2 мкм/м-С (20-100С); 14,6 мкм/мК (20–500°С)

Ниже, чем у аустенитной нержавеющей стали; меньшая термическая усталость в зонах сварки при запуске/остановке

Модуль Юнга

205 ГПа (29700 фунтов на квадратный дюйм)

Стандарт проектирования сосудов под давлением; аналогичен аустенитной нержавеющей стали

Магнитная проницаемость

1,002 (по существу не-магнитный)

Нет магнитного притяжения; нет проблем с ограничениями магнитопорошкового контроля (MPI)

Удар по Шарпи с V-надрезом (комнатная температура)

200–260 Дж типично (отожженный)

Превосходная прочность при всех рабочих температурах ДДГ; нет риска хрупкого перелома

Удар по Шарпи с V-надрезом (-40C)

180–220 Дж типично (отожженный)

Подходит для условий зимнего отключения в холодном климате.

Максимальная расчетная температура (ASME)

540С (1004F) в окислительных средах; 650C прерывистый

Подходит для зоны входа газа ДДГ (120-180°C) с большим запасом безопасности.

Минимальная расчетная температура (ASME)

-198С (для листа<25mm)

Подходит для отключения в холодную зиму; нет риска трансформации LTT

Сварка Hastelloy C276 при использовании FGD требует особого внимания к процедуре. Высокое содержание молибдена (15-17%) делает C276 склонным к образованию горячих трещин, если параметры сварки не контролируются должным образом. Однако при правильном выборе присадочного металла, защитного газа и диапазона тепловложения сварные швы C276 достигают превосходной коррозионной стойкости и механических свойств.

Fabrication and Welding of Hastelloy C276

Таблица 6. Процедуры сварки Hastelloy C276 для изготовления системы FGD

Параметр

GTAW (TIG) / GTAW-P

GMAW (МИГ)

SMAW (ручная дуговая сварка)

Экранированная флюсовая проволока-Порошковая дуга (FCAW)

Присадочный металл

ЭРНиКрМо-4 (ЭРНиМо-4)

ЭРНиКрМо-4 (проволока 1,0-1,6мм)

ЭНиКрМо-4 (электрод)

ЭРНиКрМо-4 или ЭНиКрМо-4

Состав присадочного металла

Ni 60%, Mo 17%, Cr 7%, W 4,5%, Fe 5%, C 0,02% макс.

То же, что GTAW

Тот же состав (покрытый электрод)

То же, что GTAW

Защитный газ (TIG)

100% аргон (Ar), 10-15 л/мин; требуется обратная продувка

75% Ar + 25% Он рекомендовал

Н/Д (электрод с покрытием)

75% Ar + 25% CO2 или 100% CO2

Температура предварительного нагрева

НЕ требуется (окружающая среда, 10–40°C)

НЕ требуется

Межпроходная температура макс.

150°С (93°С предпочтительнее для толстых срезов)

150C

Диапазон тепловложения

0,8-1,5 кДж/мм

Используйте короткую дугу; умеренное тепловложение

0,8-1,5 кДж/мм

Угол электрода для SMAW

N/A

70-80 градусов (крутой угол, чтобы избежать пористости)

N/A

Термическая обработка после-сварки (PWHT)

НЕ требуется; может снизить коррозионную стойкость, если все сделано неправильно

НЕ требуется

Межпроходная очистка

Проволочная щетка из нержавеющей стали (специальна, не используется для очистки углеродистой стали); удаляйте оксид перед каждым проходом

То же, что GTAW

Удаляйте шлак перед каждым проходом; щетка из нержавеющей стали между проходами

Удаляйте шлак перед каждым проходом

Типичный совместный КПД (RT)

100% с сертифицированными WPS (ASME Раздел IX)

100% с квалифицированным WPS

Распространенные дефекты сварного шва, которых следует избегать

Пористость (от влаги/загрязнений); Растрескивание ЗТВ (из-за высокого тепловложения)

Пористость; брызги (от неправильного напряжения)

Шлаковые включения; пористость

Пористость; чрезмерное разбрызгивание

Толщина наплавленного слоя (поглотитель ДДГ)

6-10 мм за один проход для защиты от коррозии

6-10 мм, многопроходной

8-12 мм (несколько проходов)

6-10 мм, многопроходной

C276 Наплавка на углеродистой стали - Внутренние детали абсорбера ДДГ

Наиболее распространенным применением ДДГ для Hastelloy C276 является наплавка внутренних частей резервуара абсорбера из углеродистой стали. Вместо того, чтобы изготавливать весь абсорбер из цельного листа C276 (чрезмерно дорого), производители наносят наплавку из C276 толщиной 6–10 мм на внутренние поверхности корпуса абсорбера, впускные/выпускные каналы и трубопроводы воздуха для окисления. Корпус из углеродистой стали обеспечивает прочность конструкции; накладка C276 обеспечивает устойчивость к коррозии.

Таблица 7. Методы наложения покрытия Hastelloy C276 на внутренние детали корпуса абсорбера ДДГ - Процесс, толщина и применение

Метод наложения

Процесс

Толщина наложения

Типичное применение в FGD

Преимущества

Ограничения

GTAW (TIG) ручное наложение

Наполнитель ERNiCrMo-4, обратная продувка 100% Ar

6-10 мм (2-4 прохода)

Внутренние части корпуса абсорбера, сложная геометрия

Наложение высочайшего качества; самое низкое разведение; лучшая устойчивость к коррозии

Медленная скорость осаждения (0,5-1,0 кг/час); высокая стоимость рабочей силы

GMAW (MIG) полу-автоматическое наложение

Проволока ЭРНиКрМо-4, 75% Ar+ 25% He

6-10 мм (2-4 прохода)

Оболочка абсорбера, прямые участки

В 2-3 раза быстрее, чем GTAW; хорошее качество; более низкая стоимость

Более высокое разбавление, чем у GTAW; требуется опытный оператор

Наложение FCAW (порошковая-дуга)

Порошковая проволока ERNiCrMo-4, 100 % CO2

8–12 мм (2–5 проходов)

Большие плоские поверхности; стоимость-конкурентных проектов

Самая высокая скорость осаждения; более низкая стоимость за кг внесенного

Высший шлак; требует тщательной очистки между проходами; более высокое разбавление

Наложение SAW (дуга под флюсом)

Специальный флюс ERNiCrMo-4 +, один-проход

6-10 мм

Длинные прямые участки корпуса абсорбера

Очень высокая скорость осаждения; отличное качество; низкая рабочая сила

Только для флетовых позиций; ограничен простой геометрией

Взрывное соединение (плакированная пластина)

Лист C276, склеенный взрывом-на пластине из углеродистой стали

3-5 мм C276 на 12-50 мм CS

Сегменты корпуса абсорбера (изготавливаются по индивидуальному заказу-на заводе)

Нет сварной ЗТВ; равномерная толщина; самая быстрая установка

Высокая первоначальная стоимость инструмента; требует крупных заказов; минимальный объем заказа (MOQ) ~20 тонн

Наложение сварки взрывом (ЭКСАМ)

Полоски C276, нанесенные взрывом на внутреннюю поверхность CS.

3-6 мм

Ремонт корродированных внутренних частей абсорбера; целевое наложение

Может применяться-для ремонта на месте; минимальная ЗТВ

Ограничено определенной геометрией; требуется экспертиза по взрывам

Таблица 10: Требования к обеспечению качества и проверке компонентов FGD Hastelloy C276

Шаг контроля качества

Метод

Стандартный

Критерии приемки

Когда выполнять

Идентификация материала (PMI)

Портативный XRF (ручной, например, Niton XL3t или Olympus Vanta)

АСТМ Б575; ЭН 10204

Никель 57%+; Кр 14,5-16,5%; Мо 15-17%; Фе 4-7%; Ж 3-4,5%; С<0.010%

При поступлении - 100% листов и пластин

Химический состав (термический анализ)

Лабораторная ИСП или ОЭС

ASTM B575, раздел 7

В пределах химических ограничений ASTM B575; номер заезда на MTR

Обзор отчета об испытаниях стана (MTR); подтвердить перед изготовлением

Предел прочности и текучести

Универсальная испытательная машина (УТС, ЮС, Эл)

АСТМ Б575; АСМЭ СБ-575

УТС 760 МПа не менее; YS 355 МПа мин; Эл 30% мин через 50мм

За плавку; по протоколу испытаний мельницы

Испытание на твердость

Твердость по Бринеллю (HBW) или по Роквеллу B.

АСТМ Б575; КДЕС MR0175

201 HB max (отожженный); Максимум 100 HB для кислого обслуживания

За плавку; проверить состояние отжига

Визуальный осмотр

Невооруженным глазом + 10-кратная лупа

АСТМ Б575; ASME Раздел VIII

Никаких трещин, нахлестов, швов или вредных дефектов.

При получении; перед сваркой; после наложения сварного шва

Пенетрантный контроль жидкости (ПТ)

PT (съемный растворителем или моющийся водой)

АСТМ Э165/Э165М; ASME Раздел VIII Раздел 1

Нет соответствующих указаний (ASME Раздел V Статья 25)

Все сварные соединения (TIG, MIG, наплавка); вся поверхность накладки C276

Радиографическое исследование (РТ)

Рентгеновская-рентгенография или гамма-рентгенография в ИК-192

АСТМ Е94/Е1032; ASME Раздел V Статья 2

Отсутствие дефектов пленки > ASME Раздел V Статья 25 Класс 3

Стыковые швы-сварные швы, удерживающие давление; полная длина

Ультразвуковой контроль (УЗК)

Ультразвуковое измерение толщины стенок

АСТМ Е797/Е213; ASME Раздел V Статья 5

Уменьшение толщины не более чем на 10% от номинальной.

Входной контроль; ежегодная-проверка при эксплуатации; инспекция при остановке

Проверка толщины наплавленного шва

Толщиномер UT (минимум 3 показания на м2)

Спецификация наложения Babcock & Wilcox; ASME Раздел VIII

Толщина наложения минимум 6 мм (как указано); нет подрезов менее 6 мм.

После завершения наложения; перед гидроиспытанием

Проверка химического состава металла сварных швов

Сварной купон + РФА или лабораторный анализ

АРМ А5.14; ASME Раздел IX

Металл шва Ni 55-65%; Мо 15-19%; Кр 5-9%; соответствует составу ЭРНиКрМо-4

В рамках WPS - один купон на каждую квалификацию сварщика; за один производственный цикл

Купонный мониторинг коррозии

Купоны для снижения веса (купоны C276 + 316L + 904L, установленные в навозной жиже)

КДЕС ТМ0169; АСТМ G1

C276 скорость коррозии<0.02 mm/year in FGD slurry; 316L coupon as reference

6-месячный или ежегодный поиск и взвешивание

Мониторинг датчика ER (электрического сопротивления)

Онлайн-зонды коррозии ER (Corritest или Rohrback)

КДЕС ТМ0190; АСТМ G96

C276 скорость коррозии<0.02 mm/year; alarm at 0.05 mm/year

Непрерывный онлайн-мониторинг (установлен в абсорбере)

Гидростатические испытания

Испытание гидростатическим давлением (1,5-кратное расчетное давление)

ASME Раздел VIII Раздел 1 UG-99; ASME B31.3 (технологические трубопроводы)

Отсутствие утечек при испытательном давлении; нет видимых искажений; держать минимум 30 минут

После завершения изготовления; перед вводом в эксплуатацию

Вопрос: Почему Hastelloy C276 сопротивляется коррозии FGD лучше, чем нержавеющая сталь 316L?

О: Основные причины: (1) Более высокое содержание молибдена: C276 содержит 15-17% Mo по сравнению с 2-3% в 316L. Молибден является наиболее эффективным элементом в борьбе с точечной и щелевой коррозией в хлорид-содержащих средах - он повышает потенциал точечной коррозии и подавляет возникновение щелевой коррозии. (2) Более высокое содержание никеля: C276 содержит 57% Ni по сравнению с 10-14% в 316L. Высокое содержание никеля подавляет коррозионное растрескивание под напряжением, вызванное хлоридами (CSCC), которое является основным видом разрушения стали 316L в средах ДДГ с содержанием Cl выше 50 ppm и температурах выше 50°C. (3) Сверхнизкое содержание углерода (C < 0,010%): предотвращает сенсибилизацию ЗТВ сварного шва, которая может вызвать межкристаллитную коррозию.. 316L (C < 0,030%) более восприимчив к сенсибилизации ЗТВ. (4) PREN 69-73 по сравнению с 24-30: рассчитанный PREN подтверждает, что C276 имеет примерно в 2,5 раза большую устойчивость к точечной коррозии, чем 316L в хлоридных средах.

Вопрос: Какова максимальная концентрация хлоридов, с которой Hastelloy C276 может работать в ДДГ?

Ответ: C276 успешно применяется в скрубберах ДДГ с концентрацией хлоридов в шламе до 100 000 частей на миллион (10 % Cl- по массе) при рабочих температурах 95°C. Это в 1000 раз выше, чем концентрация хлоридов, вызывающая CSCC в 316L (более 50-100 ppm Cl- при 50C+). Практическим ограничением для C276 в ДДГ является не концентрация хлорида, а совокупный эффект хлорида + низкого pH + температуры. При pH 0–2 (условия кислотной очистки) скорость коррозии C276 увеличивается, но он все равно превосходит 316L в 10 и более раз. Для справки: типичный рабочий раствор ДДГ Cl- составляет 10 000–80 000 частей на миллион, что находится в пределах возможностей C276.

Вопрос: Можно ли использовать Hastelloy C22 вместо C276 при ДДГ?

А: Да. Hastelloy C22 (UNS N06022, Cr 20-22,5%, Mo 12,5–14,5%, W 2,5–3,5%) имеет PREN примерно 65–71, что сопоставимо с C276 (PREN 69–73). C22 имеет немного лучшую устойчивость к окисляющим кислотам (например, азотной кислоте, HNO3) и немного более устойчив к хлорангидридным средам, чем C276. В частности, для скрубберов ДДГ отличным выбором являются C22 и C276. C22 предпочтителен, если система ДДГ также обрабатывает значительные количества окисляющих кислот (например, от сжигания отходов с высоким содержанием хлора). C276 предпочтителен, если в основном применяется угольная энергетика с высоким содержанием SO2 и восстановительной кислотностью (с преобладанием H2SO4). C22 стоит примерно на 10-20% дороже, чем C276, поэтому C276 обычно является предпочтительным выбором, если только C22 не диктуется конкретными инженерными требованиями.

Вопрос: Почему нержавеющая сталь 316L выходит из строя в абсорберах ДДГ в течение 18–36 месяцев?

Ответ: 316L не работает в абсорберах ДДГ, главным образом, из-за совместного воздействия трех одновременных механизмов коррозии: (1) Питтинг: 316L содержит PREN 24-30, который недостаточен для концентраций хлоридов выше 500 частей на миллион при температуре выше 50°C. Питтинг возникает на включениях MnS или неоднородностях поверхности и быстро распространяется в среде суспензии ДДГ. (2) Хлоридное коррозионное растрескивание под напряжением (CSCC): 316L содержит 10-14% Ni, что недостаточно для подавления CSCC при концентрации Cl- выше 50 ppm при температуре выше 50°C. В суспензии FGD (10 000–80 000 частей на миллион Cl-, 50–95°C) 316L подвергается транскристаллитному CSCC в ЗТВ сварного шва в течение 18–36 месяцев. (3) Коррозия под отложениями: частицы гипса оседают на горизонтальных поверхностях и создают под ними щели. Обедненная кислородом зона под отложениями становится анодной, что ускоряет локализованное воздействие. Все три механизма действуют одновременно в абсорбере ДДГ, вызывая быстрый выход из строя 316L.

Вопрос: Какова правильная процедура сварки наплавленного слоя C276 в поглотителях ДДГ?

A: Правильная процедура сварки накладки C276 в поглотителях FGD: (1) Процесс: GTAW (TIG) для наложения высочайшего качества; GMAW (MIG) для больших плоских площадей, где стоимость имеет решающее значение. (2) Присадочный металл: ERNiCrMo-4 (AWS A5.14/A5.14M:2020). Убедитесь, что сертификат химического состава партии наполнителя соответствует составу ERNiCrMo-4 (Ni 60 %, Mo 17 %, Cr 7 %, W 4,5 %, Fe 5 %, C<0.02%). (3) Shielding gas: 100% Argon, 10-15 L/min, with back purge on the inside of the vessel for weld overlay on internal surfaces. (4) Preheat: None required (ambient temperature, 10-40C). (5) Interpass temperature: Maximum 150C; preferred <93C for sections over 20mm thick. (6) Heat input: 0.8-1.5 kJ/mm. Use stringer beads (not weave) to minimise heat input and dilution. (7) Interpass cleaning: Stainless steel wire brush (dedicated to C276 - never use brushes previously used on carbon steel). (8) Post-weld treatment: None required. Do not PWHT C276 in FGD service - PWHT may reduce corrosion resistance if not carefully controlled.

Вопрос: Какая толщина C276 требуется для корпуса корпуса абсорбера ДДГ?

A: The required C276 thickness depends on the design pressure and structural requirements of the absorber vessel. For most wet FGD absorber towers (design pressure 0.5-3 bar), the structural shell is carbon steel (typically 12-30mm depending on vessel size), with a C276 weld overlay (6-10mm) on the internal surface. For C276 sheet fabrication (not overlay): minimum 3mm for absorber internals (baffles, support plates); 4-6mm for absorber shell panels where C276 is the structural material; 6-12mm for oxidation air duct. Verify all thickness calculations against ASME Section VIII Div.1 or EN 13445 design codes. Always add a corrosion allowance of minimum 3mm for FGD slurry service on the construction drawing. For thick sections (>20 мм), определите обработку раствором после сварки, чтобы обеспечить равномерную коррозионную стойкость в ЗТВ сварного шва.

Вопрос: Как pH суспензии ДДГ влияет на скорость коррозии Hastelloy C276?

Ответ: Скорость коррозии C276 в суспензии ДДГ относительно стабильна в нормальном рабочем диапазоне pH (4,5–6,0). При pH 5,5-6,0 (верхняя зона абсорбера) скорость коррозии С276 составляет<0.01 mm/year - essentially negligible. At pH 4.0-5.0 (absorber mid zone, oxidation air injection zone), C276 corrosion rate is 0.01-0.05 mm/year - still negligible for design life calculations. At pH 2.0-4.0 (absorber lower zone, slurry tank), C276 corrosion rate increases to 0.05-0.15 mm/year - still acceptable for design life. At pH 0-2 (acid cleaning, quarterly or annual cleaning cycles using citric acid or formic acid), C276 corrosion rate rises to 0.2-0.5 mm/year but remains acceptable for the short cleaning duration (4-8 hours). For comparison: 316L at pH 4.0-5.0 in FGD slurry has a corrosion rate of 0.5-2.0 mm/year - 10-40x higher than C276. The key advantage of C276 is that it maintains low corrosion rates across the full pH range encountered in FGD, while 316L fails rapidly at pH below 5.0.

Вопрос: В чем разница между Hastelloy C276 и Inconel 625 для FGD?

A: И C276, и Inconel 625 представляют собой сплавы на основе никеля-, подходящие для ДДГ, но у них разные цели оптимизации: (1) Химический состав: C276 (UNS N10276) содержит Ni 57%, Cr 14,5-16,5%, Mo 15-17%, W 3-4,5%; Инконель 625 (UNS N06625) содержит Ni 58%+, Cr 20-23%, Mo 8–10%, Nb 3,15–4,15%. В C276 на 7-9% больше Mo и добавлен W (вольфрам), что значительно улучшает стойкость к точечной и щелевой коррозии в хлоридных средах. (2) ПРЕН: C276=69-73; Inconel 625=45-52. C276 имеет PREN на 40–50 % выше. (3) Характеристики ДДГ: C276 является предпочтительным материалом для всех зон абсорбера ДДГ, особенно нижнего абсорбера с высоким содержанием хлоридов и воздуховода для окисления. Inconel 625 приемлем для верхних зон абсорбера (нижний Cl-, pH 5-6), но не подходит для нижних зон абсорбера и воздуховодов окисления, где концентрации хлоридов самые высокие. (4) Стоимость: C276 стоит примерно в 1,5-2,0 раза дороже Inconel 625. Дополнительные затраты оправданы для емкостей абсорбера и воздуховодов для окисления, где C276 обеспечивает значительно лучшую долговременную защиту от коррозии. Для верхних зон абсорбера с меньшим содержанием хлоридов Inconel 625 является приемлемой оптимизацией затрат.