I avfallsforbrenningsanlegg våtskrubbere som håndterer saltsyredamper, hvilken titanlegering (Ti-0.15Pd vs Ti-0.3Mo-0.8Ni) gir overlegen sprekkkorrosjonsbestandighet?

Våtskrubbere i avfallsforbrenningsanlegg sitter i grensesnittet mellom høy-forbrenningsgasser og etsende væskeabsorpsjonssystemer. Dampene av saltsyre fra brenning av klorert plast og annet avfall kondenseres til en scrubbervæske på 5-15 % HCl ved 60-80oC. Titanlegeringer velges ofte for scrubber-innvendige deler, slik som sprøytehoder, tåkeliminatorer og gjenoppvarmingsrør. Den vanligste feilmodusen er spaltekorrosjon ved rør-til-rørark-kryss, under pakninger og under faste avleiringer. Det er to titanlegeringer som er kandidater for denne tjenesten, Grade 7 (Ti-0.15Pd) og Grade 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni), og de tilbyr forskjellige metoder for spaltekorrosjonsbestandighet. Denne artikkelen evaluerer legeringenes ytelse under saltsyreskrubberforhold og bestemmer hvilken legering som gir bedre beskyttelse mot sprekk-angrep.

Mekanisme for sprekkkorrosjon i HCl-skrubbere
I en sprekk - vanligvis et 0,1-0,5 mm gap mellom et titanrør og en PTFE-pakning eller mellom et rør og en rullet rørplate - er kjemien veldig forskjellig fra bulkskrubbervæske. Katodiske prosesser trekker raskt ut oksygen i sprekken. I fravær av oksygen oppløses titan anodisk med dannelse av Ti³⁺- og Ti⁴⁺-ioner som hydrolyserer til HCl og reduserer sprekkens pH jevnt. I en bulkskrubber med 10 % HCl kan pH være under 0 ved en pH på ca. 0,5. Kombinasjonen av høyt kloridinnhold, lav pH og begrenset massetransport resulterer i et autokatalytisk miljø som fører til rask sprekkkorrosjon når den har startet.

Motstanden til en legering mot dette angrepet er definert av kritisk spaltetemperatur (CCT) og kritisk spaltepotensial (CCP). CCT er den maksimale temperaturen som en standardisert sprekksammenstilling (ASTM G78) kan senkes ved i 72 timer uten tydelig sprekkangrep. CCP er terskelen over hvilken ingen sprekkstart forekommer ved en bestemt temperatur og kloridkonsentrasjon.

Grad 7: Palladium Stabilisert Passivation
Grad 7 titan inneholder 0,12-0,25 % palladium, et edelmetall som er et utmerket katodisk sted for hydrogenutvikling og oksygenreduksjon. I det oksygen-sultede sprekkmiljøet katalyserer palladium reduksjonen av hydrogenioner (2H+ + 2e- → H2) ved et lavere overpotensial enn titan i seg selv. Denne katodiske reaksjonen justerer spaltepotensialet i den edle retningen og hjelper dermed til å opprettholde den passive filmen selv under oksygenfattige forhold med lav pH.

Grad 7 har en CCT i 10 % HCl ved 70 grader C på ca. 65 grader C -, dvs. sprekkangrep starter ikke under 65 grader C under standard testforhold. Spaltangrep er i løpet av 100-200 timer ved 75 grader. Grad 7 er på eller litt under CCT for en skrubber som kjører på 60-70 grader, noe som gir en liten, men funksjonell sikkerhetsmargin.

Karakter 12: Mo-Ni Power-Up
Grad 12 titan har 0,2-0,4% molybden og 0,6-0,9% nikkel. I motsetning til palladium, som endrer den katodiske prosessen, anrikes molybden i den passive filmen som molybdatarter (MoO₄²⁻) som hindrer kloridionpenetrering og reduserer hastigheten på anodisk oppløsning. Nikkel øker stabiliteten til den passive filmen ved å redusere syrer og hjelper repassivering etter mekanisk skade på filmen. Denne kombinasjonen resulterer i en mer spenstig passiv film som er motstandsdyktig mot sammenbrudd selv i aggressive sprekkkjemi.

Grad 12 har en CCT på rundt 80 grader i 10 % HCl ved 70 grader, som er mye høyere enn grad 7. Grad 12 viser et lett sprekkangrep etter 500 timer ved 85 grader. Den forbedrede ytelsen tilskrives det faktum at molybden-nikkeltilsetningen fører til en økning i den passive filmens indre stabilitet, snarere enn edelmetallkatalyse, som kan hemmes når hydrogenutvikling er den dominerende katodiske reaksjonen.

Sammenligning av ytelse fra forbrenningsovnsskrubber
Data fra avfallsforbrenningsskrubbere som kjører ved 65-70 grader med 8-12 % HCl, viste klare forskjeller mellom de to legeringene. Grad 7 rør fjernet etter 5 års service viser grunne sprekkerangrep (0,1-0,3 mm dype) ved rullede rørskjøter og under pakninger. Noen av Grade 7-installasjonene har opplevd perforering gjennom sprekker ved 7-8 år. Under de samme forholdene viser Grad 12-rør ingen signifikant sprekkangrep etter 5 år, og kun minimal overflateetsing (0,05 mm) etter 8-10 år.

Fordelen med grad 12 er spesielt åpenbar i skrubbere som har temperaturproblemer . 75-80 gradseksponering over lengre tid forårsaker angrep i grad 7 sprekker som kan vokse til 0,5 mm dybde på måneder. Grad 12 er relativt upåvirket ved disse temperaturene.

Forbrenningsovn Scrubber Titanium Alloy Application Matrix
Scrubber Driftsforhold HCl-konsentrasjon (anbefalt legeringstemperaturområde Forventet sprekk-fri levetid
Fortløpende drift, stabil temperatur 5-10 % 55-65 grader Grade 7 5-7 år
Kontinuerlig arbeid, jevn temperatur 10–15 % 55–65 grader Klasse 12 8-10 år
Variabel drift Temperaturforstyrrelser til 75 grader 5 til 10 % 60 til 75 grader Grade 12 6 til 8 år
Høyt kloravfall, ofte utflukter10-15 % 65-80 grader Grad 12 (min) 5-7 år
Enhver tjeneste der tunge solide avleiringer er tilstedeAlle Grad 12-avsetninger øker risikoen for sprekker; foretrekker klasse 12
Nybygg, 10 års designlevetid 5–15 % 60–70 grader Klasse 12 10+ år
Konklusjon om forbrenningsovnsskrubber-spesifikasjon
I våtskrubbere i avfallsforbrenningsanlegg der saltsyredampene forventes å være på 60-80 grader, er grad 12 titan (Ti-0,3Mo-0,8Ni) å foretrekke fremfor grad 7 (Ti-0,15Pd motstandsdyktighet mot spalte) fra et standpunkt for korrosjonsresistens. Den anodiske inhiberingen fra molybden-nikkeltilsetningen forbedrer stabiliteten til den passive filmen og resulterer i en kritisk spaltetemperatur som er omtrent 15 grader høyere enn grad 7. Typisk skrubberdrift er på 65-70 grader med 10 % HCl. Grad 12 vil gi 8-10 år med sprekkfri tjeneste, men grad 7 vil begynne å vise angrep etter 5-7 år. Grad 12: Den foretrukne legeringen for nye installasjoner eller utskiftninger som krever 10 års levetid, men koster litt mer (ca. 15-20 % mer enn klasse 7). Grad 7 er fortsatt egnet for skrubbere med lavere temperatur (55-65 grader) eller hvis startkapitalkostnad er hovedbegrensningen, men grad 12 bør spesifiseres der skrubbertemperaturen kan være større enn 65 grader eller hvor kloridinnholdet overstiger 10 %. Når du kjøper, be om ASTM B338 Grade 12-rør med syltede overflater og sveisede (ikke rullede) rør-til-rør-skjøter for å eliminere sprekker ved rør-til-rør-plate-forbindelsene og bidra til å forlenge levetiden.