304/316:n beyond: Kaksinkertaiset ruostumattoman teräksen laadut ja Hastelloy-sarjat saavat jalostusteollisuudessa suosiota

Edistyneet kemiallisen käsittelyn laitokset vaativat yhä enemmän erikoismateriaaleja, kuten kaksinkertaisen luokan ruostumattomia teräksiä ja Hastelloy-seoksia, jotta ne kestävät syövyttävät ympäristöt

Kemiallisen käsittelyn materiaalien kehittyvä maisema

Global Chemical Industry —Jo useiden vuosikymmenten ajan, 304 ja 316 ruostumattomat teräkset ovat olleet työhevosten materiaaleja kemiallisen prosessiteollisuuden laitteisiin, joita on arvostettu niiden riittävän korroosionkestävyyden ja kustannustehokkuus vuoksi kohtuullisen aggressiivisissa ympäristöissä. Kuitenkin kun kemialliset prosessit muuttuvat vaativammiksi ja käyttöolosuhteet ankarimmiksi, merkittävä siirtyminen kehittyneet materiaalit mukaan lukien kaksoisluokkaiset ruostumattomat teräkset ja nikkeli-pohjaiset seokset kuten Hastelloy muuttaa teollisuuden lähestymistapaa laitteen spesifioinnissa ja tilojen suunnittelussa.

Tämä siirtymä johtuu yhä enemmän syövyttävistä prosessiväliaineista , korkeammista käyttölämpötiloista ja -paineista, tiukemmista ympäristövaatimuksista sekä taloudellisesta tarpeesta minimoida pysähdysaikoja ja huoltokustannuksia. Maailmanlaajuinen pyrkimys kohti erikoistuneempaa kemian tuotantoa, johon kuuluu mm. korkeanpuhtauslääkkeiden, edistyneiden polymeerien ja erikoiskemikaalien valmistus, on edelleen kiihdyttänyt näiden premium-materiaalien käyttöönottoa.

Perinteisten ruostumattomien terästen tekniset rajoitukset

Perinteiset austeniittiset ruostumattomat teräkset kohtaavat merkittäviä haasteita nykyaikaisissa kemiallisissa prosessiympäristöissä:

• Rajoittunut kloridien kestävyys joka johtaa jyrsimiseen ja halkaisunkorroosioon

• Herkkyyden lisääntyminen hitsattujen komponenttien kohdalla, mikä heikentää korroosionkestävyyttä

• Riittämätön lujuus korkeassa lämpötilassa

• Altistuminen jännityskorroosimurtumiselle (SCC) kloridia sisältävissä ympäristöissä

• Nopea hajoaminen voimakkaasti pelkistävissä hapoissa, kuten rikkihappo ja suolahappo

Nämä rajoitukset ovat johtaneet materiaalitieteilijöiden ja prosessi-insinöörien etsimään vaihtoehtoisia materiaaleja, jotka voivat tarjota paransunutta suorituskykyä samalla kun ne pitävät taloudellisen kannattavuuden tasolla pituinen palveluikä ja vähentyneet huoltotoimet .

Kaksiluokkaiset ruostumattomat teräkset: yhdistetään suorituskyky ja taloudellisuus

Kaksiluokkaiset ruostumattomat teräkset edustavat merkittävää edistystä materiaaliteknologiassa ja tarjoavat tasapainon suorituskyvyn ja hinnan välillä, mikä tekee niistä sopivia laajaan joukkoon kemiallisia prosessisovelluksia varten:

Koostumus ja ominaisuudet

Kaksiluokkaiset ruostumattomat teräkset ovat tyypillisesti kaksivaiheinen mikrorakenne joka koostuu noin yhtä suurista osuuksista austeniittia ja ferriittia, mikä tarjoaa:

• Tehostettu vahvuus noin kaksinkertainen verrattuna perinteisiin austeniittisiin ruostumattomiin teräksiin

• Parantunut kestävyys jännityskorroosiomurtumiselle

• Korroosionkestävyys kloridiympäristöissä

• Hyvä varsinkuvatuskyky ja sitkeys

• Suotuisa lämmönjohtavuus ja laajenemisominaisuudet

Keskeiset sovellukset kemiallisessa käsittelyssä

• Reaktiovesit kloroitujen orgaanisten yhdisteiden käsittely

• Lämpövaihtimet käyttäen jäähdytysvettä, jossa on korkeat kloridipitoisuudet

• Tallennustankit aggressiivisten kemiallisten väliaineiden

• Putkistot vaativat korkeaa mekaanista lujuutta ja korroosionkestävyyttä

• Hienojennoitteita ja krystallointilaitteet suolapitoisessa käytössä

Kiinalaiset valmistajat, kuten Taiyuan Iron and Steel (TISCO) ovat saavuttaneet merkittäviä edistysaskelia kaksoisferritiisten ruostumattomien terästen teknologiassa, ja niiden tuotteita käytetään kriittisissä sovelluksissa, mukaan lukien kemikaalitankkerit , merenkulun öljy- ja kaasulaitokset , ja merkittävät infrastruktuuriprojektit kuten Hongkong-Zhuhai-Macao-silta.

Taulukko: Vertailu eri ruostumattomien terästen laaduista kemiallisissa prosessisovelluksissa

Hastelloy -seokset: Parhaan suorituskyvyn ratkaisut äärimmäisiin olosuhteisiin

Hastelloy-nikkelipohjaiset seokset edustavat korroosionkestävien materiaalien huippua kemiallisiin prosessisovelluksiin, joissa edistynyt ruostumaton teräs ei riitä:

Poikkeuksellinen korroosionkestävyys

Hastelloy-seokset, erityisesti C-22 (UNS N06022) ja C-276 (UNS N10276) , tarjoavat vertaansa vailla olevan suorituskyvyn aggressiivisissa kemiallisissa olosuhteissa:

• Erinomainen kestävyys halkeiluun, rakenneliitosten korroosioon ja jännityskorroosiohalkeamiseen

• Erinomainen suorituskyky sekä hapettavissa että pelkistävissä olosuhteissa

• Erinomainen kestävyys rikkihappoon, suolahappoon, fosforihappoon ja etikkahappoon

• Ylläpidetty rakennekokonaisuus korkealämpötilasovelluksissa jopa 1000 °C asti

• Hyvä kestävyys kostealle kloorille, klooridioksidille ja muille vahville hapettajille

Kemialliset prosessisovellukset

Hastelloy-seokset on määritetty vaativimpiin kemiallisiin prosessisovelluksiin:

• Reaktorijärjestelmät lääke- ja erikoiskemikaalituotantoon

• Päästöjen hallintalaitteet mukaan lukien savukaasujen rikinpoistojärjestelmät

• Sähkökemiallinen käsittely solut ja siihen liittyvä varustus

• Happopitoisuus ja höyrystysjärjestelmät

• Korkean lämpötilan katalyysi ja reaktiojärjestelmät

Hastelloy-seosten monikäyttöisyys ilmenee niiden saatavuudesta eri tuoteformoissa, mukaan lukien ilman saumaa oleva putki (ASTM B-622), hitsattu putki (ASTM B-619), levyt ja kateet (ASTM B-575), tankopalkki (ASTM B-574) ja erikoistuneet liitännäiset ja laipat (ASTM B-462, B-366) .

Markkinoiden dynamiikka ja hyväksymispyrkimykset

Kemiallisen käsittelyn alalla käytettävien edistyneiden materiaalien globaalisti markkinalla on merkittävä kasvupotentiaali:

Hastelloy-markkinanäkymät

Globaalin Hastelloy-markkinan ennustetaan kasvavan merkittävästi kemiallisen käsittelyn, energian ja ilmailualan kysynnän kasvaessa :

• Hastelloy-putkistomarkkinat arvioitu kasvavan 10,89 miljardista dollarista vuonna 2024 kahteenkymmeneen kolmeen miljardiin dollariin vuoteen 2032 mennessä, mikä vastaa noin 3,65 %:n vuotuista yhdistettyä kasvua

• Kasvava hyväksyntä uusissa sovelluksissa, kuten lääkeaineiden käsittelyssä ja pilaantumisen hallinnassa

• Kasvava suosio räätälöityjen ja erityissovelluksiin tarkoitettujen ratkaisujen käytölle

Alueelliset hyväksymismallit

• Pohjois-Amerikka ja Eurooppa : Vakiintuneet markkinat, joilla on merkittävä korvauskysyntä ja olemassa olevien laitosten päivityksiä

• Aasia-Tyynimeri : Nopeasti kasvava markkina, jota kiihdyttää uuden kemiallisen käsittelyn kapasiteetti, erityisesti Kiinassa ja Intiassa

• Lähi-idän : Kasvava hyväksyntä öljyn- ja kaasunjalostusteollisuuteen liittyvissä petrokemiallisissa ja kemiallisissa prosessointisovelluksissa

Taloudelliset näkökohdat: Koko omistuskustannukset

Vaikka edistyneet materiaalit vaativat kalliin hinnan alussa, niiden taloudellinen perustelu piilee usein kokonaisomistuskustannus huomioon otettavat seikat:

Elinkaaren kustannusetuudet

• Laitteiden elinkaaren pidentäminen korvaustiheyden ja siihen liittyvien kustannusten vähentämisessä

• Vähemmän huoltotoimintaa vaatimusten ja siihen liittyvän tuotantokatkon vähentämisessä

• Parantunut prosessin luotettavuus ja pienempi riski odottamattomiin vikoihin

• Alempien vakuutusmaksujen alempien katastrofaalisten vikojen riskin vuoksi

• Parantunut turvallisuus mahdollisten vastuuvelkien kustannusten vähentäminen

Sovelluskohtainen taloudellinen analyysi

Monille kemiallisille prosesseille edistyneiden materiaalien taloudellisuus on vakuuttavaa, kun otetaan huomioon:

• Tuotteen häviön arvo epäpuhtauksien kautta korroosiotuotteista

• Tuotannon keskeytysten kustannukset huollon ja korjausten vuoksi

• Ympäristönsuojelun noudattamiskustannukset vuotoihin ja päästöihin liittyvät

• Energiatehokkuus parannukset parempien lämmön siirto-ominaisuuksien kautta

Valmistus- ja käsittelytekniikan edistykset

Viimeaikaiset valmistusteknologian edistykset ovat parantaneet edistyneiden seosten saavutettavuutta ja suorituskykyä:

Käsittelyinnovaatiot

• Parannetut sulatusmenetelmät mukaan lukien tyhjiöinduktiosulatus ja elektrosalpien uudelleensulatus, jotka parantavat materiaalin puhtautta ja yhtenäisyyttä

• Edistetyt muovausmenetelmät mahdollistaen monimutkaisten geometrioiden valmistuksen säilyttäen materiaalin ominaisuudet

• Parannetut hitsausmenettelyt ja täyttöaineet, jotka säilyttävät korroosionkestävyyden hitsaussaumojen yhteydessä

• Pinnankäsittelyteknologiat parantaen suorituskykyä tietyissä sovelluksissa

Kiinalaiset valmistusmahdollisuudet

Kiinalaiset tuottajat ovat merkittävästi kehittäneet korkean suorituskyvyn metalliseosten valmistuskykyään:

• TISCOn läpimurto suurikokoisten erikoismetalliseosten korkean puhtauden sulatuksessa

• Integroitujen valmistusprosessien kehittäminen korkean suorituskyvyn nikkeliin perustuvien metalliseosten valmistuskustannusten alentaminen yli 20 %

• Tuotosprosentin nostaminen saavuttaen 81,94 % joillekin edistyneille metalliseoksille

• Sertifiointi kansainvälisiin standardeihin mukaan lukien NORSOK M-650 merikäyttöön

Uudet sovellukset ja tulevat trendit

Edistyneiden materiaalien käyttöalueet laajenevat jatkuvasti uusille alueille kemiallisessa käsittelyssä:

Lääkeaineet ja hieno kemikaalit

• Korkean puhtauden reaktiojärjestelmät vaativat vähäistä kontaminaatiota

• CGMP-yhteensopivat laitteet joiden puhdistusominaisuudet ja korroosionkestävyys ovat erinomaiset

• Erikoisprosessointi erittäin voimakkaasti vaikuttaville lääkeaineille (API)

Energia- ja ympäristösovellukset

• Hiilidioksidin talteenotto ja varastointi järjestelmät, jotka käsittelevät syövyttäviä amiiniliuoksia

• Veden tuotanto ja prosessointilaitteet

• Bio-pohjainen kemikaalien tuotanto voimakkailla fermentaattituotteilla

• Edistyneet kierrätysprosessit muovien ja elektroniikkajätteen osalta

Teknologian kehityssuunta

• Seostuksen edelleen kehittäminen kohdentamalla tiettyjä korroosion mekanismeja

• Hybridimateriaalit yhdistämällä eri seosjärjestelmiä optimoituun suorituskykyyn

• Pintatekniikka menetelmiä alhaisemman hinnan pohjapintojen suorituskyvyn parantamiseksi

• Digitaalisia kaksosia laitteiston käyttöä ennustamaan jäljellä oleva käyttöikä ja optimoimaan huolto

Toteutustarkastelut kemiallisille prosessoijille

Yrityksille, jotka harkitsevat siirtymistä edistyneisiin materiaaleihin, useat tekijät vaativat huolellista harkintaa:

Materiaalien valinnan menetelmät

• Kattava korroosiotestaus todellisissa prosessiolosuhteissa

• Elinkaarikustannusanalyysi alkuperäisten materiaalikustannusten ulkopuolella

• Valmistuskyvyn arviointi mahdollisten toimittajien

• Sääntelyjen noudattaminen vahvistus tarkoitettuja sovelluksia varten

• Toimitusketjun turvallisuus kriittisiä komponentteja varten

Siirtymisstrategiat

• Vaiheittainen toteutus aloittaen kriittisimmillä komponenteilla

• Pilotointitestaus uusien materiaalien käytöstä vähemmän kriittisissä sovelluksissa

• Toimittajan pätevyyden arviointi ohjelmat, jotka takaavat yhdenmukaisen laadun

• Koulutusohjelmat huolto- ja käyttöhenkilöstölle

• Asiakirjat suorituskyvyn tulevia spesifikaatiosuunnitelmia varten

Globaali toimitusketju ja markkinakilpailu

Edistyneiden materiaalien markkina-alue on monipuolinen kilpailutilanne:

Vakiintuneet kansainväliset toimijat

• VDM Metals (Saksa)

• Haynes International (Yhdysvallat)

• Carpenter Technology (Yhdysvallat)

• Special Metals Corporation (Yhdysvallat)

• Sandvik (Ruotsi)

Nousevat kiinalaisvalmistajat

• Taiyuan Iron and Steel (TISCO)

• Jiugang-ryhmä

• Useita erikoistuneita tuottajia keskittymällä tiettyihin seosjärjestelmiin

Kilpailukykyiset dynamiikat muuttuvat, kun kiinalaiset valmistajat kehittävät teknologisia kykyjään ja saavuttavat sertifiointeja kansainvälisiin standardeihin, mikä saattaa muuttaa globaaleja toimitusketjuja ja hinnoittelurakenteita.

Johtopäätös: Kemiallisen prosessoinnin materiaalien tulevaisuus

Kemian käsittelyn teollisuuden siirtyminen perinteisten 304/316 ruostumattomien terästen ohi kohti edistyneitä materiaaleja, mukaan lukien kaksoisluokan ruostumattomat teräkset ja Hastelloy-seokset, edustaa merkittävää kehitystä lähestymistavassa laitosten suunnittelussa, käytössä ja huollossa. Tämä siirtymä johtuu yhä vaativammista prosessiolosuhteista, taloudellisesta paineesta parantaa luotettavuutta ja vähentää elinkaarikustannuksia sekä edistyneiden materiaalien saatavuudesta, joilla on osoitettuja suorituskykyetuja.

Kun materiaalitekniikka kehittyy edelleen ja globaali valmistuskapasiteetti laajenee, kemian käsittelyyrityksillä on yhä kehittyneempi joukko materiaalivaihtoehtoja osoitettavaksi heidän erityisiinsä haasteisiinsa. Mukauttamiseen ja sovelluskohtaisiin materiaaliratkaisuihin tähtäävä suuntaus jatkuu todennäköisesti, ja sitä tukevat digitaalitekniikat, jotka mahdollistavat tarkan ennusteen materiaalien suorituskyvystä käytännön olosuhteissa.

Kun insinööritiimit määrittelevät materiaaleja uusiin projekteihin tai arvioivat olemassa olevien laitosten päivityksiä, näiden edistyneiden materiaalivaihtoehtojen ja niiden taloudellisten vaikutusten kattava ymmärtäminen on välttämätöntä kilpailukykyisten, luotettavien ja kestävien kemiallisten prosessien saavuttamiseksi.