ハステロイC-276 vs. C-22：FGDシステム用配管継手およびエルボの最適選択を解読

ハステロイC-276 vs. C-22：FGDシステム用配管継手およびエルボの最適選択を解読

エグゼクティブサマリー

ハステロイ C-276 と C-22 特に深刻な腐食環境に耐えるために設計された2つの高品質ニッケル-クロム-モリブデン合金を表しており、 排ガス脱硫（FGD）システム 両方の合金は優れた性能を発揮しますが、その 化学 組成 , 腐食に強い および 加工特性 はそれぞれに特異的なFGD用途に最適化されています。この技術分析では、実際の運転条件、経済的要素、長期的な信頼性要件に基づいて、FGD用パイプフィッティングおよびエルボに最適な合金を選定するための包括的な指針を提供します。

1 化学組成および微細構造特性

1.1 合金組成の比較

これらの合金の根本的な違いは、その正確な化学的配合から生じます：

表：化学組成比較（重量％）

1.2 金属組織の特性

• C-276 ：従来のHastelloy Cシリーズの溶接部における粒界腐食（ワルドレーキ）問題に対応するため、炭素とケイ素含有量を低く制御して開発された

• C-22 ：クロムとモリブデンのバランスを最適化し、さらに広範な用途に対応できるように改良された合金

• 両方の合金 析出や粒界腐食に抵抗性を持つ安定した面心立方（FCC）オーステナイト組織を維持する

2 FGD環境における腐食耐性性能

2.1 点食および隙間腐食耐性

FGDシステムは、局所的な腐食耐性が特に求められる過酷な環境を作り出します。

• 点食耐性等価数（PREN） :

  • C-276: PREN ≈ 68-74

  • C-22: PREN ≈ 65-70

• 臨界点食温度（CPT） :

  • C-276: 酸化塩化物溶液中で85-95°C

  • C-22: 同様の条件下で75-85°C

*C-276に含まれるモリブデンの含有量が多いことにより、特にエルボや継手内部の滞留状態において、塩化物による点食に対してやや優れた耐性を示します。*

2.2 特定のFGD環境性能

酸性凝縮液

FGDシステムは、さまざまな化学組成の酸性凝縮液を発生させることが多いです：

• 硫酸ミスト ：C-22はクロム含有量が高いため有利です

• 塩酸 ：C-276は10％を超える濃度でより優れた性能を発揮します

• 混合酸 ：C-22は硝酸／塩酸混合液において一般的により優れた性能を示します

酸化性条件

• 塩素化環境 ：C-22のクロム含有量の多さが優れた耐食性を発揮

• 湿潤塩素ガス ：両合金とも非常に良好な性能を示すが、C-22の方がやや優れる

• 亜塩素酸／塩素酸溶液 ：C-22がより優れた性能を示す

3 机械的特性および加工上の検討事項

3.1 机械的特性の比較

表：代表的な常温機械的特性

3.2 加工および溶接特性

加工操作

• コールドフォーミング : 両合金は急速に作業硬化するため、中間焼鈍が必要です

• ホットフォーミング : 両合金の推奨作業温度は1120〜1170°Cです

• エルボ形成 : C-276は急な曲率のエルボに若干優れた成形性を示します

溶接性能

• 溶接熱影響部腐食抵抗性 : C-22はHAZ腐食に対する耐性が優れています

• 溶加材の選定 :

  • C-276: 通常ERNiCrMo-4溶加材で溶接されます

  • C-22: 通常ERNiCrMo-10溶加材で溶接されます

• 溶接後の熱処理 : どちらの合金においても一般的に必要ありません

4 烟気脱硫（FGD）システムにおける用途別推奨事項

4.1 FGDサブシステム部品に関する指針

スクラバー区域の部品

• スプレーヘッダーおよびノズル ：優れた摩耗腐食耐性のためにC-276が好ましい

• ミスト除去器の構成部品 ：優れた酸化耐性のためにC-22が推奨される

• スクラバー内壁ライニング ：両方とも適していますが、選定は特定の化学条件に基づく

ダクトワークおよびバイパスシステム

• ダンパーおよび伸縮継手 ：混合酸化条件においてはC-22が好ましい

• エルボおよび曲管 : 高流速領域での摩耗抵抗にC-276を推奨

• サポートシステム : コスト要因に基づきどちらの合金も使用可能

配管継手および特殊部品

• エルボ : 磨耗性粒子を含むスラリー処理においてC-276が優れる

• チーズおよび径違い管 : 蒸気相条件にはC-22が適す

• フランジおよびガスケット締結継手 : 窪み腐食抵抗性においてC-276が推奨される

4.2 温度に基づく選定ガイドライン

低温用途 (<80°C)

• 両方の合金 非常に優れた性能を発揮する

• 費用 考慮 選定で優位性を示す可能性がある

• C-276 塩化物濃度が500ppmを超える場合は推奨される

中温域（80〜100°C）

• C-276 還元性雰囲気において一般的により優れる

• C-22 酸化性雰囲気においてより適する

• 重要な判断ポイント 特定の化学的条件に基づく

高温域（>100°C）

• C-22 酸化性環境において利点を示す

• 熱安定性 c-22を推奨する根拠

• 両方の合金 慎重な機械設計が必要

5 経済的な検討とライフサイクルコスト分析

5.1 初期コスト比較

• 素材コストプレミアム ：C-22はC-276と比較して15～25％の価格プレミアムが一般的

• 製造コスト ：両方の合金において若干の差異はあるが、ほぼ同等

• 在庫管理の検討事項 ：C-276の方が一般的な継手部品として広く供給されている

5.2 ライフサイクルコスト要因

メンテナンスとダウンタイム

• 点検間隔 ：C-22 は酸化条件下で間隔を延長可能とする場合がある

• コンポーネントの交換 ：C-276 は還元条件下でより長い耐用年数を示す

• 清掃要件 ：両合金ともほぼ同様

故障の影響

• 予期せぬ停止コスト ：材料費の差額を超える場合が多い

• 環境への適合 ：両方の合金は信頼性の高い適合性を提供します

• 安全性に関する影響 ：合金間の差は最小限です

*表：比較ライフサイクルコスト分析（20年間）*

6 最近の技術開発とケーススタディ

6.1 業界での実績と性能データ

発電アプリケーション

• 石炭火力発電所 : 両方の合金は、適切に設計されたシステムにおいて20年以上の使用実績を示す

• 廃棄物エネルギー施設 : C-22は複雑な化学環境において推奨される

• 産業用ボイラー : C-276は化学成分が予測可能な比較的単純なシステムで一般的に使用される

性能検証

• 現地試験 : 5年間の複数の現地試験により、両合金とも腐食速度が年間0.1 mm/年未満であることを確認

• 実験室試験 ：加速試験により、予測された性能差が確認されています

• 障害分析 ：まれな故障は、一般的に材料の限界ではなく設計・運用上の問題に関連しています

6.2 製造技術の進展

• アディティブ製造 ：両方の合金はレーザー粉末床溶融によって無事に処理されました

• クラッド技術 ：両方の合金に対して爆発クラッディングおよび溶接オーバーレイクラッディングが利用可能です

• 標準化 ：両合金において標準継手の供給が増加しています

7 選定方法論および意思決定フレームワーク

7.1 系統的な選定プロセス

ステップ1：環境の特性評価

• 予想される環境の完全な化学分析

• 温度および圧力プロファイリング

• 異常状態の特定

ステップ2: 性能要件

• 設計寿命仕様

• 信頼性目標

• メンテナンス方針

ステップ3: 経済分析

• ライフサイクルコストモデル化

• リスクに基づく意思決定

• 所有総コストの計算

7.2 意思決定支援ツール

腐食試験プロトコル

• 模擬条件下での実験室試験

• 実際の環境におけるコポン試験

• 電気化学的特性評価

コンピュータシミュレーション

• 浸食予測のための流体解析

• 相安定性の熱力学的モデリング

• 機械的完全性のための有限要素解析

8 結論および推奨事項

8.1 FGD適用の一般的ガイドライン

以下の場合にはハステロイC-276を推奨：

• 塩化物濃度が80°Cを超える温度で500ppmを超える場合

• プロセス環境で還元性条件が支配的である場合

• エロージョン・コーロジョンが大きな懸念事項である場合

• コスト感度が主要因である場合

以下の場合にはハステロイC-22を推奨：

• 酸化性条件が優勢である場合

• 酸化性酸を含む混合酸が存在する場合

• 高温域（>100°C）での運転が予想される

• 局所腐食への最大限の耐性が必要とされる

8.2 今後のトレンドと開発動向

• ハイブリッドソリューション 構成部品ごとの合金選定がますます一般的になる

• 先進的な製造 付加製造技術により最適化された形状が可能になる

• モニタリング技術 ioTを活用した腐食モニタリングがメンテナンス戦略に影響を与える

• 材料開発 強化された特性を持つ新合金が継続的に登場する

8.3 最終的な推奨事項

ほとんどのFGDシステムの管継手およびエルボにおいて、 Hastelloy C-276は性能、加工性、経済効率の面で最適なバランスを実現しています。 ただし、強い酸化性条件、複雑な化学環境、または高温での運転が伴うシステムにおいては、 Hastelloy C-22はその高コストを補って余りある性能と信頼性を提供します。 .

最終的な選定にあたっては、特定の使用条件についての包括的な分析に基づき、必要に応じて適切な試験結果を踏まえ、ライフサイクルコストや運転要件を総合的に考慮することが必要です。