A maróanyag-koncentráció és a burkolat felületi hőmérsékletének milyen kombinációja esetén tapasztal marófeszültség-korróziós repedést egy 1,2 milliméteres 316-os rozsdamentes acél burkolat a cellulóz- és papíripari emésztőfűtő-szolgáltatásban?
Hagyjon üzenetet
A cellulóz- és papírforgácsolókban az elektromos merülőmelegítőkért felelős folyamatmérnökök alkalmazása, a nátrium-hidroxid és a nátrium-szulfid magas hőmérsékleten történő kombinációja olyan környezetet hoz létre, amelyben a marófeszültség-korróziós repedés a fő hibaok. A maró repedés törékeny szemcseközi repedést hoz létre, amely néhány hét alatt áthatolhat egy 1,2 mm-es 316-os burkolaton, kevés nyilvánvaló figyelmeztetéssel, ellentétben a lyukasztással vagy a szokásos korrózióval. A nátronpépesítési eljárás során 15-20 % NaOH-t és 5-10 % Na₂S-t tartalmazó fehérlúgot használnak 150-170 fokos hőmérsékleten. Ezeknek a fűtőelemeknek a falvastagsága általában 1,2 mm, mivel az emésztőedényekben korlátozott a hely. A cikk azonosítja a maróanyag-koncentráció és a burkolat felületi hőmérsékletének azt a kombinációját, amelynél egy 1,2 mm-es 316-os hüvely marófeszültség-korróziós repedést fejleszt 1000 óra folyamatos üzemelés alatt.
A marófeszültség-korróziós repedés mechanizmusa a 316-ban
A 316-os rozsdamentes acél marófeszültség-korróziós repedéséhez három feltétel szükséges: egy küszöbérték feletti marókoncentráció, a repedési küszöb feletti hőmérséklet és a húzófeszültség. Az MgO szigetelés tömörítésére használt ütési módszer nagy maradék húzófeszültséget hoz létre a köpeny belső felületén -1,2 mm-es fal esetén jellemzően 150-250 MPa. Ezek a maradó feszültségek a repedéshez szükséges húzófeszültség forrásai. A 316-ban 150 °C-on végzett krakkolás maróanyag-koncentrációja körülbelül 5% NaOH. A küszöbhőmérsékletet 130 °C-ra csökkentjük 10%-os NaOH mellett. A 15%-os NaOH-nál a repedés 110 fok feletti. Krakkolás 20%-os NaOH-on 100°C felett. A fehérlúgban (15-20% NaOH, 150-170 fok) a körülmények jóval a repedési küszöb felett vannak. Az 1,2 mm-es 316-os hüvely repedései általában a belső felületen keletkeznek, ahol a maradék feszültségek a legnagyobbak 100–500 órás expozíció után. Ha létrejöttek, a repedések heti 0,1–1,0 mm-es sebességgel terjednek, és 1–3 hónapon belül áthatolnak az 1,2 mm-es falon.
Köpeny 1.2 Kritikus repedési küszöbértékek 1.2-hez
A fehérlúg-szimulánsban végzett 316 köpenyminta laboratóriumi vizsgálata és a cellulózgyári rothasztókból származó terepi hibaelemzés alapján a lúgkoncentráció és a köpeny felületi hőmérsékletének következő kombinációi 1000 órán belül maró feszültségkorróziós repedést eredményeznek.
Nátrium-hidroxid-koncentráció (tömeg%) Nátrium-szulfid-koncentráció (tömeg%) Kritikus hőmérséklet a repedés kialakulásához Idő a repedés kialakulásáig 150°C-on Köpenyfelületi áthatolási idő -Falrepedés (1,2 mm) 150°C-on 5 – 8% 150°C-on 5 – 8% 2 –0 –4 óra 1200 – 2000 óra 8 – 10 % 4 – 6 % 130°C 500 – 800 óra 800 – 1500 óra 10 – 12 % 5 – 7 % 120°C 300 – 500 óra 500 – 1000 óra
12 – 15 % 6 – 8 % 115 fok 200 – 400 óra 400 – 800 óra 15 – 18 % 7 – 9 % 110 fok 150 – 300 óra 300 – 600 óra
18 – 20 % 8 – 10 % 100 fok 100 – 200 óra 200 – 400 óra
Több mint 20% Több mint 10% Kevesebb mint 100 fok 50-150 óra 100-300 óra
Egy 16%-os NaOH-val 155 fokos térfogathőmérsékleten működő kraft rothasztó esetében a köpeny felületi hőmérséklete nagyjából 155-160 fok (kis hőmérséklet-emelkedést feltételezve a nagy rothasztó alacsony wattsűrűsége miatt). Ez meghaladja a 110°C-os repedési küszöböt, és 150-300 óra alatt repedéseket okozna. Egy 1,2 mm-es hüvely valószínűleg 1-2 hónap folyamatos működés után kilyukad. A helyszíni tapasztalatok azt mutatják, hogy a fehérlúd-szervizhüvelyek általában 3-6 hónap alatt eltörnek, a döntően meghibásodási mód repedésével.
Biztonságos működési boríték 1,2 mm-es burkolathoz maró szervízben
Az alábbi táblázat felsorolja a maximális biztonságos maróanyag-koncentrációt egy 1,2 mm-es 316-os köpenyhez különböző köpenyfelületi hőmérsékleteken, hogy elkerülhető legyen a marófeszültség-korróziós repedés az 1000 órás élettartam alatt. Az értékek a lengés utáni maradó húzófeszültségeket feltételezik, amelyek nem csökkenthetők utólagos{5}}hevítés nélkül.
Köpenyfelületi hőmérséklet Maximális biztonságos NaOH-koncentráció a repedés megelőzésére (szulfid nélkül) Maximális biztonságos NaOH-koncentráció 5% Na2S-vel. A repedés várható ideje maximális biztonságos koncentráció mellett Javasolt művelet 80°C 20% 15% 2000 – 3000 óra 1 Marginal 2000 %1°C 1500 – 2500 óra Korlátozott élettartam 100°C 12% 10% 1000 – 2000 óra 316 nem ajánlott 110°C 10% 8% 800 – 1500 óra Használjon lágyított vagy ötvözött korszerűsítést 120°C 120°C 80006 óra szükséges 130°C 6% 4% 300 – 800 óra Ötvözet korszerűsítés kötelező 140°C 4% 2% 200 – 500 óra 316 nem megfelelő
150°C felett Nem biztonságos Nem biztonságos 200 óra alatt Használjon nikkelötvözetet
Az 1,2 mm-es 316-os hüvely biztonságos működési burkolata nem létezik 16%-os NaOH-val 155°C-on végzett cellulóz- és papírromboló üzemben. A repedés heteken, hónapokon belül biztosan jön. A mérnököknek tartósabb ötvözetet kell választaniuk.
Tervezési változtatások a maró repedés elkerülése érdekében
Ha a 316-os hüvelyt marószeres üzemben kell használni, három tervezési beállítás meghosszabbíthatja az élettartamot, de egyik sem teszi a 316-ost megbízhatóvá a nátronforgácsoló körülmények között. A kezdeti lépés az 1050 fokos utó-hevítés lágyítása a maradék húzófeszültségek kiküszöbölése érdekében. Az izzítás 150-250 MPa-ról 20 MPa alá csökkenti a belső felületi maradó feszültséget, eltávolítva a repedéshez szükséges húzókomponenst. Ha egy 1,2 mm-es 316-os hüvelyt 16%-os NaOH-ban 150 °C-on izzítanak, az élettartama 1-2 hónap helyett 3-6 hónapra meghosszabbítható. A második változtatás a külső felület kivágása vagy más módon préselése. A nyomóréteg ellenáll a repedés terjedésének, de nem enyhíti a belső felület húzófeszültségét. A végső változtatás az, hogy a lehető legalacsonyabb köpenyfelületi hőmérsékleten működjön a wattsűrűség csökkentésével és a keringés fokozásával. A felületi hőmérséklet 10 fokkal történő csökkenése megduplázza a repedés kialakulásának idejét. Ezek a változtatások nem elegendőek a legtöbb cellulóz- és papíralkalmazáshoz. A 625-ös ötvözet vagy a C-276-os ötvözet a fehérlúg-fűtőburkolatok tipikus anyaga. Ezek a nikkel alapú ötvözetek ellenállnak a marófeszültség-korróziós repedéseknek, minden koncentrációban és hőmérsékleten, amely a rothasztókban megfigyelhető. Az 1,6 mm-es ötvözet 625-ös hüvely általában 5-10 évig bírja a lakkbenzin szolgálatát, szemben a 316-os 2-6 hónapos idővel. A magasabb kezdeti költséget kompenzálja az állásidő és a cseremunka megtakarítása. Azok a mérnökök, akik fűtőtesteket választanak ki a rothasztóműködéshez, nem fogadhatják el a 316-ot olyan alkalmazásokhoz, ahol a maróanyag-koncentráció 100°C feletti hőmérsékleten 10% felett van. A túlnyomásos rothasztóban bekövetkező gyors repedés meghibásodásának költsége, beleértve a termékveszteséget, az edény lehűlését és a cserét, lényegesen magasabb, mint a magas nikkelötvözet járulékos költsége. Ha egy gyártó a 316-ot ajánlja a lakkbenzin szervizeléséhez, és nem beszél a marófeszültség-korróziós repedésről, akkor nem ad megfelelő mérnöki tanácsot. Az 1,2 mm-es tokban repedések gyorsan és minden látható jel nélkül alakulnak ki, amíg a hüvely ki nem szivárog. Az egyetlen biztos megoldás a megelőzés az ötvözet helyes megválasztásával.
