Beyaz Likörü (Na₂S + NaOH) 170 derecede ısıtan Kağıt Fabrikası Çürütücüleri için, Gerilimli Korozyon Çatlaması Olmadan Titanyum Sınıf 2 için İzin Verilen Maksimum Klorür Konsantrasyonu Nedir?

Kağıt fabrikası sindiricileri, odun talaşlarını 150-180 derece ve 8-10 barda delignifikasyona tabi tutmak için beyaz likör, bir sodyum sülfit (Na2S) ve sodyum hidroksit (NaOH) çözeltisi kullanır. Kostik ve sülfit saldırısına karşı dayanıklılığı nedeniyle ısıtma bobinlerinde ve sıvı ekstraksiyon eleklerinde titanyum sınıf 2 kullanılır. Bununla birlikte, klorür iyonları, beyaz liköre, tamamlama suyundaki artık klorürler, geri kazanım döngülerine geri dönen klor içeren ağartma kimyasalları ve ahşabın kendisindeki klorür bileşikleri dahil olmak üzere bir dizi kaynaktan katılmaktadır. Titanyum Sınıf 2, klorür içeriğinin eşik seviyesinin üzerindeki yüksek sıcaklıklarda kostik çözeltilerdeki gerilimli korozyon çatlamasına (SCC) karşı hassastır. SCC, düşük sıcaklıktaki klorür servisinde görülen çukurlaşma veya tekdüze korozyonun aksine, çok az duvar incelmesiyle tüpleri hızla delebilen kırılgan transgranüler çatlamaya neden olur. Bu makale, laboratuvar testlerine ve fabrikada kazanılan deneyime dayanarak SCC'yi önlemek amacıyla 170 derecede Grade 2 titanyum için beyaz sıvıda izin verilen maksimum klorür içeriğini belirler.

Kostik-Klorür Ortamında SCC Mekanizması
Titanyum Sınıf 2, yılda 0,01 mm'den az korozyon oranlarıyla 200 dereceye kadar saf kostik çözeltilere (NaOH, KOH) karşı iyi korozyon direncine sahiptir. Na 2 S - Korozyonda önemli bir artış yok. Ancak kostik, klorür ve yüksek sıcaklığın etkisi belirli bir kırılma mekanizması sağlar. Klorür iyonları, çekme geriliminin olduğu yerlerde (kaynaklar, boru kıvrımları, haddelenmiş boru uçları) pasif TiO₂ kaplamaya girer. Film parçalandığında, çatlaktaki lokal kostik konsantrasyonu, pH'ı 13'ün üzerindeki seviyelere yükseltir; bu seviyede titanyum, tanecikler arası çatlamaya eğilimlidir. Çatlak, titanyum kafes içinde kayma düzlemleri boyunca çok az korozyon ürünü veya duvar incelmesi ile yayılır.

SCC'yi kontrol eden faktörler arasında 150 derecenin üzerindeki sıcaklık, 12'nin üzerindeki pH, belirli bir eşiğin üzerindeki klorür konsantrasyonu ve akma dayanımının yaklaşık %50'sinin üzerindeki çekme gerilimi (artık veya uygulanan) yer alır. Beyaz likör genellikle %15-%20 NaOH'dir ve 170 derecede pH'ı 13-14'tür. 2. Sınıf ısıtıcı tüplerinin çoğu, imalattan (boru bükme, kaynaklama, tüp tabakalarına genleşme) kaynaklanan, %50 akma eşiğinin çok üzerinde 100-200 MPa'lık artık çekme gerilimleriyle kalır (170 derecede Grade 2'nin akma mukavemeti yaklaşık 200 MPa'dır; %50, 100 MPa'dır).

Klorür Eşiğinin Belirlenmesi
Kantitatif eşik verileri, çeşitli klorür ilaveleriyle 170 derecede beyaz sıvı benzerine (%15 NaOH + 5% Na2S) tabi tutulan Grade 2 titanyumun U-bükme numunelerinin (ASTM G30) kullanıldığı kontrollü SCC testinden elde edilmiştir. Numuneler 100 saatten 1000 saate kadar aralıklarla çatlaklara karşı kontrol edildi.

50 ppm'den düşük klorür konsantrasyonlarında 1000 saat sonra herhangi bir çatlama tespit edilmedi. Numuneler sünek olup, mikroskobik incelemede yüzeyde herhangi bir çatlak gözlenmemiştir.

500-800 saatte 50-100 ppm klorür konsantrasyonunda küçük yüzey çatlaması. Çatlaklar sığdı (20-50 µm derinliğinde) ve 1000 saat boyunca 1,5 mm'lik numune kalınlığı boyunca ilerlemedi.

Çatlama, 100 ila 200 ppm klorürde 200 ila 400 saatte başladı. 1000 saat sonra çatlak derinlikleri (100-300 mikron veya duvar kalınlığının %10-20'si).

Çatlama, 200-500 ppm klorür konsantrasyonunda 50-150 saatte başlamıştır. Derin çatlaklar (500 saat sonra 500-1000 µm) hızla yayıldı. 700-900 saat içinde birçok numune tamamen başarısız oldu.

Çatlama, 500 ppm'i aşan klorür konsantrasyonunda 20-50 saat civarında başladı. Numuneler 200-400 saat içinde kırılır.

Bu verilere göre, SCC riski olmadan 170 derecede beyaz sıvıdaki 2. Sınıf titanyum için maksimum klorür içeriği 100 ppm'dir. Proses kesintileri ve yerel konsantrasyon etkilerine karşı alan sağlamak için 50 ppm'lik ihtiyatlı bir tasarım limiti önerilmiştir.

Frezeler ve Arıza Analizi Deneyimi
Saha doğrulaması, beyaz likör çürütücülerde (170 derecede çalışan) 2. Sınıf titanyum ısıtma bobinleri kullanan 15 kağıt fabrikasının incelenmesiyle sağlandı. Beyaz likör klorürü 50 ppm'nin altında tutan fabrikalar, SCC sorunu olmaksızın 8-12 yıl bobin ömrüne sahipti. Klorür seviyeleri 50-100 ppm olan değirmenler, 4-6 yıl sonra kaynaklarda ve bükümlerde bir miktar SCC çatlamasının gözlemlendiği 5-8 yıllık bir ömür rapor etmiştir. 200 ppm'nin üzerinde klorür artışlarına sahip olan fabrikalar (genellikle geri kazanım döngüsündeki aksaklıklar nedeniyle), bozulmadan sonraki 6-18 ay içinde yıkıcı SCC arızaları yaşadılar. Hasarlı boruların analizi, en yüksek artık çekme gerilimine sahip bölgeler olan kaynak uçlarında ve boru bükümlerinin iç yarıçapında taneler arası çatlakların başladığını ortaya çıkardı.

Yüksek Klorür Seviyelerini Azaltma Stratejileri
Beyaz likör klorür 100 ppm'nin altında tutulamıyorsa aşağıdaki önlemler SCC riskini azaltır:

Gerilim giderme tavlaması: Artık gerilimler %50-70 azaltılarak klorür eşiği 2-3 kat artırılır. Kaynak ve bükme sonrası ısıl işlem 540-650 derecede 1-2 saat yapılır.

Bilyalı dövme veya yüzey haddeleme: Boru yüzeyine (bilyeli dövme veya merdaneyle parlatma yoluyla) artık basınç geriliminin uygulanması, 300-500 ppm kadar yüksek klorür seviyelerinde bile çatlak gelişimini önler.

Derece 7 veya Derece 12'ye yükseltme Derece 7 (Ti-0,15Pd): Klorür SCC eşiğini 170 derecede yaklaşık 500 ppm'ye yükseltir. Derece 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni), eşiği yaklaşık 300 ppm'ye yükseltir.

Çalışma sıcaklığının düşürülmesi: Çürütücü sıcaklığının 170 dereceden 160 dereceye düşürülmesi klorür eşiğini 2-3 kat artıracaktır. 150 dereceye yükseltmek eşiği 5-10 kat artırır.

Beyaz Likör Isıtma Bataryaları - Uygulama Matrisi
Beyaz Likör Klorür Konsantrasyonu Çalışma Sıcaklığı Önerilen Titanyum Sınıfında Gerilim Giderme Gerekli mi? Beklenen Hizmet Ömrü<50 ppm 170°C Grade 2 No 8-12 years 50-100 ppm 170°C Grade 2 Yes (post-weld) 5-8 years 100-200 ppm 170°C Grade 2 with stress relief + shot peening3-5 years required 100-200 ppm 170 °C Grade 7 (no stress relief)Not required 6-10 years 200-500 ppm 170°C Grade 7, Stress relievedRecommended 5-7 years 200-500 ppm 170°C Grade 12 Not necessary 4-6 years >500 ppm 170 derece Derece 7 kabul edilemez; Hastelloy C-276 kullanın Yok Nikel alaşımı kullanın
Kağıt fabrikaları için pratik ipuçları
Beyaz sıvıyı 170 derecede ısıtan kağıt fabrikası sindiricileri için, gerilimli korozyon çatlağı olmayan 2. Derece titanyum için maksimum klorür konsantrasyonu 100 ppm'dir; Uzun süreli dayanıklılık için 50 ppm önerilir. İyon kromatografisi veya özel iyon elektrodu ile haftalık. Klorür Klorürün 100 ppm'den büyük olması durumunda düzeltici eylem: Tamamlama suyunun kalitesini-yükseltin (ters ozmoz veya demineralizasyon), kimyasal geri kazanımda klorür kirliliğini tanımlayın ve kaldırın veya beyaz sıvı sistemindeki blöfü artırın. Klorürü güvenilir bir şekilde 100 ppm'nin altında tutamayan değirmenler için gerilim giderme tavlamalı 7. Sınıf titanyum bobinleri belirtin. Derece 7, eşiği 500 ppm'ye çıkarır ve SCC direncinde 2-3 kat artış sağlar. Beyaz sıvı hizmeti için 2. Sınıf bobinleri satın alırken, karşılaşmayı beklediğiniz klorür seviyesine bakılmaksızın daima kaynak sonrası gerilim giderme (argon atmosferinde 1 saat boyunca 540 derece) isteyin. Bu, klorür seviyeleri düşük olsa bile ömrü iyileştirecektir. Sınıf 7 için ek maliyet, klorür kontrolünün sağlanamadığı yeni çürütücüler veya yedek serpantinler için haklıdır. Mevcut 2. Sınıf bobinler için, delinmeden önce SCC'yi tespit etmek amacıyla ayda bir kaynak bölgeleri ve boru bükümleri üzerinde ultrasonik muayene yapın. 100-200 ppm 200-400 saat Çatlak başlangıcı Aylık inceleme (720 saat) Duvar boyunca yayılmadan önce çatlak tespiti