En un fregador humit per incineració de residus a pH 1,5, quin aliatge de titani (grau 7 o grau 12) ofereix una millor resistència a l'atac de la zona afectada per la calor de soldadura-?

Les condicions de funcionament de les fregadores humides de les plantes d'incineració de residus són molt exigents. Els gasos de combustió contenen clorur d'hidrogen, diòxid de sofre, clorurs de metalls pesants i de vegades compostos de fluor. El licor de neteja normalment funciona a pH 1,5-2,5 i temperatures de 60-80 graus. Els escalfadors d'immersió de titani col·locats en aquests fregadors han de resistir no només el licor a granel, sinó l'atac localitzat a les soldadures. La -zona afectada per la calor de la soldadura (HAZ) és l'àrea més vulnerable durant la soldadura a causa dels canvis microestructurals, les tensions residuals i la possible contaminació. Els aliatges de titani de grau 7 (Ti-0.15Pd) i grau 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) es van dissenyar per a una millor resistència a la corrosió en àcids reductors. Però la protecció HAZ de la soldadura s'aconsegueix mitjançant diferents mecanismes i, per tant, el rendiment és notablement diferent en condicions de fregadors carregats de clorur i pH baix.

Mecanismes d'atac HAZ de soldadura en condicions de fregador humit

El HAZ està subjecte a temperatures de 500 graus fins just per sota del punt de fusió durant la soldadura. Aquest cicle tèrmic en titani de grau 2 crea martensita acicular alfa-primera i límits de gra gruixuts que són més propensos a l'atac àcid. Grau 7: el pal·ladi s'enriqueix preferentment als límits del gra després de la solidificació i el refredament. El catalitzador catòdic pal·ladi ajuda a la recombinació de l'hidrogen i la reducció de l'oxigen. Aquest enriquiment protegeix la HAZ fins i tot si el recobriment passiu del metall base es degrada. Durant la soldadura, el molibdè i el níquel es divideixen en la fase beta en el grau 12. L'enriquiment d'aquests elements d'aliatge en la fase beta proporciona una millor estabilitat termodinàmica en els àcids reductors. Tanmateix, la distribució de la fase beta a la ZAZ no és uniforme, cosa que podria provocar cèl·lules galvàniques entre les ubicacions-esgotades d'aliatges i enriquides-aliatges.

Comparació quantitativa de les taxes d'atac HAZ de soldadura

Les proves controlades en licors de depuració simulades (pH 1,5, 2.000 ppm Cl-, 500 ppm SO42-, 50 ppm F-, 70 graus) han determinat les següents taxes de corrosió HAZ per a cada aliatge:

Grau 2 (tal com s'ha rebut, sense additius d'aliatge) Índex de corrosió HAZ: 0,45 mm/any. Assalt uniforme sobre tota la ZAC amb gravat de límit de gra preferit. Aprimament accelerat del reforç de soldadura. 20–30 densitat HAZ de fossats/cm².

Grau 7 (estabilitzat amb pal·ladi): taxa de corrosió de 0,08 mm/any a la ZAC. Protecció localitzada que ofereix l'enriquiment del límit del gra del pal·ladi. HAZ és freqüentment més resistent a la corrosió que el metall bàsic. Profunditat màxima de la fossa<20 µm after 5,000 hrs. No preference in attack of weld metal.

Grau 12 (molibdè/níquel): taxa de corrosió HAZ 0,15 mm/any. L'enriquiment de la fase beta proporciona una protecció bona però no consistent. 2. Micro-superfície rugosa . 2. Atac selectiu de la fase alfa al costat de les regions riques en beta . Profunditat màxima del pou 50–80 mm després de 5.000 hores

Comportament del cicle tèrmic{0}}a llarg termini

Els fregadors humits se sotmeten a cicles de calor regulars a mesura que canvia la càrrega d'incineració. El cicle tèrmic accelera el deteriorament de les zones HAZ:

Grau 7 després de 500 cicles tèrmics (de 20 a 70 graus): taxa de corrosió HAZ sense canvis 0,08 mm/any. L'enriquiment en pal·ladi es manté igual. Els dits dels peus de soldadura no mostren esquerdes ni atac ràpid.

La taxa de corrosió HAZ de grau 12 després de 500 cicles calents augmenta a 0,25 mm/any. Les microesquerdes són causades per un desajust de l'expansió tèrmica de les fases alfa i beta als límits de fase. La precipitació de carbur de molibdè als límits del gra redueix la resistència a la corrosió.

El grau 2 va augmentar la taxa de corrosió HAZ a 0,70 mm/any després de 500 cicles de calor. La fatiga tèrmica agreuja l'atac al límit del gra. Esquerdes de puntes de reforç a les soldadures.

Guia de selecció d'aliatges de servei de fregadors humits

La següent matriu de decisions ajuda a la selecció de titani de grau 7 o grau 12 en funció de les condicions de funcionament del fregador i la vida útil estimada.

Estat del fregador i prioritat de servei Mecanisme de protecció HAZ del nucli d'aliatge recomanat Motiu
pH 1,5-2,0, funcionament continu, 5+ anys de vida útil de disseny El pal·ladi de grau 7 ofereix una protecció HAZ uniforme i excepcional. Justifica un cost inicial més elevat amb fiabilitat.
pH 2,0-2,5 servei intermitent, baix clorur (<1,500 ppm) Grade 12 Mo-Ni additions are adequate for less severe service. It is cheaper, Sub-Grade 7.
Scrubber liquor with fluoride (>100 ppm F-) El pal·ladi de grau 7 és menys susceptible a la complexació de fluor que el molibdè. El grau 12 dóna fluorurs de molibdè solubles.
Scrubber frequent thermal cycling (>2 cicles per dia) Grau 7 El cicle tèrmic no afecta l'enriquiment del pal·ladi. Microesquerdes a la vora de la fase (grau 12)
La modificació per corrosió HAZ de l'escalfador existent de grau 2. Reemplaçar per grau 7. El grau 12 pot no mostrar gaire millora respecte al grau 2 en un servei agressiu.
Enginyeria diferent de les opcions d'aliatge

El mètode de soldadura és un factor important en el rendiment HAZ independentment del grau d'aliatge. Tant el grau 7 com el grau 12 requereixen una retropurga-amb argó (oxigen inferior a 50 parts per milió) per evitar la contaminació. L'elevada entrada de calor (més d'1,5 kJ/mm) augmenta l'amplada de la HAZ i disminueix la resistència a la corrosió. El tractament tèrmic post-soldadura (550 graus durant 30 minuts) redueix les soques residuals, però mai és necessari per al grau 7 a causa del seu enriquiment de pal·ladi auto-protector. Per al grau 12, PWHT augmenta la resistència a la corrosió HAZ en un 30-40% a causa de la redistribució més uniforme del molibdè. El reforç de la soldadura ha d'estar a ras de terra amb la superfície del tub per eliminar les fonts de concentració d'estrès que comencen l'atac.

Saber especificar

For a titanium heater on a waste incinerator wet scrubber at pH 1.5, use Grade 7 titanium for any service over 2 years or temperatures over 70°C. Cost-effective Grade 12 for less demanding situations (pH >2.0, temperatura<60°C, no fluorides) In the procurement specification state that weld HAZ samples will be tested in simulated scrubber fluid for 168 hours. Maximum allowed corrosion rate is 0.15 mm per annum. Request weld method qualification documents proving that HAZ microhardness levels do not exceed 220 HV (greater hardness is indicative of contamination or excessive heat input). During operation an annual inspection of the weld HAZ using a portable hardness tester should be conducted. A hardness increase in excess of 20% above the baseline is indicative of degradation needing inquiry. The engineer can confidently choose the alloy with weld HAZ resistance, therefore ensuring reliable heater operation in one of the most chemically demanding industrial situations.