Hastelloy C-276 naspram C-22: Odabir najbolje opcije za cjevne spojnice i koljena u FGD sustavima

Hastelloy C-276 naspram C-22: Odabir najbolje opcije za cjevne spojnice i koljena u FGD sustavima

Egzecutivni sažetak

Hastelloy C-276 i C-22 predstavljaju dvije vodeće nikal-krom-molibdenske legure posebno konstruirane za izuzetno korozivne okoline koje se susreću u sustavima za uklanjanje sumpornog dioksida (FGD) . Iako obje legure nude izvrsne performanse, suptilne razlike u njihovim kemijski sastav , otpornost na koroziju , i karakteristikama izrade čine svaku jedinstveno prikladnom za određene FGD primjene. Ova tehnička analiza nudi sveobuhvatan vodič za odabir optimalne legure za cijevne spojnice i koljena u FGD sustavima, temeljen na stvarnim radnim uvjetima, ekonomskim razmatranjima i dugoročnim zahtjevima pouzdanosti.

1 Kemijski sastav i mikrostrukturna svojstva

1.1 Usporedba sastava slitina

Temeljne razlike između ovih slitina potječu od njihovih točnih kemijskih formulacija:

Tablica: Usporedba kemijskog sastava (težinski %)

1.2 Metalurška svojstva

• C-276 : Prvotno razvijen kako bi se riješili problemi korozije u zavarima kod ranijih varijanti Hastelloy C kroz kontrolirano niske razine ugljika i silicija

• C-22 : Predstavlja daljnu dopunu s optimiziranim omjerom kroma i molibdena za širi raspon primjene

• Obje legure održavati stabilnu kubičnu strukturu s plošno centriranim (FCC) austenitnim strukturama otpornim na osjetljivost

2 Otpornost na koroziju u FGD okolini

2.1 Otpornost na pitting i koroziju u pukotinama

FGD sustavi stvaraju agresivne uvjete koji zahtijevaju izuzetnu otpornost na lokaliziranu koroziju:

• Broj ekvivalentne otpornosti na pitting (PREN) :

  • C-276: PREN ≈ 68-74

  • C-22: PREN ≈ 65-70

• Kritična temperatura pittinga (CPT) :

  • C-276: 85-95°C u zakiseljenim kloridnim otopinama

  • C-22: 75-85°C u sličnim uvjetima

*Veći sadržaj molibdena u C-276 čeličnoj leguri pruža nešto bolju otpornost na pitting koroziju induciranu kloridima, posebno u stajaćim uvjetima unutar koljena i cijevnih spojeva.*

2.2 Specifična otpornost u FGD okolini

Kiseli kondenzati

FGD sustavi često proizvode kisеле kondenzate različitih kemijskih sastava:

• Mistična sumporna kiselina : C-22 pokazuje prednosti zbog većeg sadržaja kroma

• Klorovodična kiselina : C-276 pokazuje bolje performanse pri koncentracijama iznad 10%

• Mješovite kiseline : C-22 općenito pokazuje bolje performanse u smjesama dušične/klorovodične kiseline

Oksidirajući uvjeti

• Klorirana okoliša : Kromni C-22 pruža superiornu otpornost

• Vlažni klorin plin : Oba legure izvrsno funkcioniraju, pri čemu C-22 ima blagu prednost

• Klorit/Klorat otopine : C-22 pokazuje bolje performanse

3 Mehanička svojstva i razmatranja o izradi

3.1 Usporedba mehaničkih svojstava

Tablica: Tipična mehanička svojstva pri sobnoj temperaturi

3.2 Značajke izrade i zavarivanja

Operacije oblikovanja

• Hladnog formiranja : Oba legure brzo se očvrste deformacijom pri čemu je potrebno međukovanje

• Oblikovanje na toplije : Preporučena radna temperatura 1120-1170°C za oba legure

• Oblikovanje koljena : C-276 pokazuje nešto bolju oblikovnost za koljena s malim radijusom

Performanse zavarivanja

• Otpornost na koroziju u zavaru : C-22 pokazuje izvrsnu otpornost na koroziju u HAZ-u

• Odabir dodatnog metala :

  • C-276: Standardno se zavaruje dodatnim metalom ERNiCrMo-4

  • C-22: Standardno se zavaruje dodatnim metalom ERNiCrMo-10

• Toplinska obrada nakon zavarivanja : Općenito nije potrebna za nijednu od legura

4 Preporuke specifične za primjenu za FGD sustave

4.1 Vodič za komponente FGD potpodsustava

Komponente zone scrubbera

• Spray glave i mlaznice : C-276 preporučen za superiornu otpornost na eroziju i koroziju

• Komponente separatora magle : C-22 preporučen za bolju otpornost na oksidaciju

• Obloga zida scrubbera : Oba su prikladna, s odabirom na temelju specifične kemije

Cjevovodi i sustavi za zaobilaženje

• Amortizeri i dilatacijski spojevi : C-22 preporučeni za mješovite oksidacijske uvjete

• Koljena i savijanja : C-276 preporučeni za otpornost na eroziju u područjima visoke brzine

• Sustavi podrške : Oba legure prihvatljiva s obzirom na troškove

Cijevne armature i posebni dijelovi

• Lokove : C-276 superiorniji za rukovanje muljem koji sadrži abrazivne čestice

• Razdjelnici i suženja : C-22 bolji za uvjete u parnoj fazi

• Flanši i brtvila s mekim zaptivanjem : C-276 se preporučuje zbog otpornosti na koroziju u pukotinama

4.2 Smjernice za odabir na temelju temperature

Primjena pri niskim temperaturama (<80°C)

• Obje legure izvrsno funkcioniraju

• Troškovna razmatranja može dominirati odabir

• C-276 preporučuje se ako kloridi prelaze 500 ppm

Srednja temperatura (80-100°C)

• C-276 uglavnom superiorniji za reducirajuće uvjete

• C-22 bolji za oksidirajuće uvjete

• Kritična točka odlučivanja temelji se na specifičnoj kemiji

Visoka temperatura (>100 °C)

• C-22 pokazuje prednosti u oksidirajućim uvjetima

• Toplinska stabilnost preporuke favoriziraju C-22

• Obje legure zahtijevaju pažljiv mehanički dizajn

5 Ekonomski aspekti i analiza cijene životnog ciklusa

5.1 Usporedba početnih troškova

• Premija materijala : C-22 obično ima 15-25% cijenovnu premiju u odnosu na C-276

• Troškovi izrade : Slično za obje legure s manjim varijacijama

• Razmatranja inventara : C-276 šire dostupan u standardnim spojevima

5.2 Čimbenici troškova životnog ciklusa

Održavanje i Stankovanje

• Intervali inspekcije : C-22 može omogućiti produžene intervale u oksidirajućim uvjetima

• Zamjena komponenti : C-276 pokazuje dulji vijek trajanja u reducirajućim uvjetima

• Zahtjevi za čišćenje : Slično za obje legure

Posljedice otkazivanja

• Troškovi neplaniranog prekida rada : Često premašuju razlike u troškovima materijala

• Usklađenost s okolišem : Obje legure pružaju pouzdanu sigurnost sukladnosti

• Sigurnosne implikacije : Zanemariva razlika između legura

*Tablica: Usporedna analiza troškova životnog ciklusa (20-godišnji vodoravni presjek)*

6 Nedavni tehnički razvoji i studije slučaja

6.1 Iskustvo u industriji i podaci o performansama

Primjene u proizvodnji električne energije

• Tvornice na ugljen : Oba legura pokazuju vijek trajanja od 20+ godina u dobro projektiranim sustavima

• Otpadne energane : C-22 se preporučuje za složene kemijske okoline

• Industrijski kotlovi : C-276 uobičajen za jednostavnije sustave s predvidivom kemijom

Potvrdu performansi

• Terensko testiranje : Višestruka polja testova tijekom 5 godina pokazuju <0,1 mm/godišnje stope korozije za oba slitina

• Laboratorijske studije : Testovi ubrzane izloženosti potvrđuju predviđene razlike u performansama

• Analiza otkazivanja : Izolirani slučajevi otkazivanja obično povezani s pitanjima dizajna/rada, a ne ograničenjima materijala

6.2 Napredak u proizvodnji

• Dodatna proizvodnja : Obje slitine uspješno obrađene pomoću laserskog sinteriranja prahova

• Tehnologije oblaganja : Raspršno i zavarivačko oblaganje dostupno za oba

• Standardizacija : Povećana dostupnost standardnih cijevnih spojnica u oba legura

7 Metodologija izbora i okvir odlučivanja

7.1 Sustavni proces izbora

Korak 1: Karakterizacija okoline

• Kompletna kemijska analiza očekivanih okolina

• Termoprofila i tlakova

• Identifikacija poremećaja

Korak 2: Zahtjevi za performansama

• Specifikacija projektiranog vijeka trajanja

• Ciljevi pouzdanosti

• Filozofija održavanja

Korak 3: Ekonomsko analiziranje

• Modeliranje troškova životnog ciklusa

• Odlučivanje temeljeno na riziku

• Izračun ukupnih troškova vlasništva

7.2 Alati za podršku odlučivanju

Protokol za testiranje korozije

• Laboratorijsko testiranje u simuliranim uvjetima

• Testiranje uzoraka u stvarnim uvjetima

• Elektrokemijska karakterizacija

Računalno modeliranje

• Dinamika računalnog fluida za predviđanje erozije

• Termodinamičko modeliranje za stabilnost faza

• Analiza metodom konačnih elemenata za mehaničku otpornost

8 Zaključak i preporuke

8.1 Opće smjernice za primjenu FGD

Preporučuje se Hastelloy C-276 Kada:

• Koncentracija klorida prelazi 500 ppm pri temperaturama iznad 80°C

• Redukcijski uvjeti dominiraju u procesnom okolišu

• Erozija-korozija je značajan problem

• Osetljivost na troškove je važan faktor

Preferiraj Hastelloy C-22 Kada:

• Oksidujuša stanja su učestala

• Prisutne su mešovite kiseline uključujući oksidujuše kiseline

• Planira se rad pri višim temperaturama (>100°C)

• Maksimalna otpornost na lokalizovanu koroziju je neophodna

8.2 Budući trendovi i razvoj

• Hibridna rješenja : Odabir legure specifične za komponentu postaje sve učestaliji

• Napredna proizvodnja : Aditivna proizvodnja omogućava optimizovane geometrije

• Tehnologije nadzora : Nadzor korozije omogućen IoT-om koji utječe na strategije održavanja

• Razvoj materijala : Nove legure koje se dalje razvijaju s poboljšanim svojstvima

8.3 Konačni preporuka

Za većinu cjevovodnih elemenata i koljena FGD sustava, Hastelloy C-276 predstavlja optimalnu ravnotežu između učinkovitosti, mogućnosti izrade i ekonomske učinkovitosti . Međutim, u sustavima s važnim oksidirajućim uvjetima, kompleksnim kemijskim okolinama ili radom pri povišenoj temperaturi, Hastelloy C-22 opravdava svoju višu cijenu poboljšanom učinkovitošću i pouzdanošću .

Konačni izbor treba temeljiti na sveobuhvatnoj analizi specifičnih radnih uvjeta, uz potporu odgovarajućih testiranja gdje je to potrebno, te integrirati s holističkim prikazom ukupnih troškova životnog ciklusa i operativnih zahtjeva.