Какой титановый сплав (Ti-0,15Pd или Ti-0,3Mo-0,8Ni) в мокрых скрубберах для сжигания отходов, работающих с парами соляной кислоты, обеспечивает превосходную стойкость к щелевой коррозии?

Мокрые скрубберы мусоросжигательных заводов расположены на границе раздела между высокотемпературными дымовыми газами и системами абсорбции коррозионно-активных жидкостей. Пары соляной кислоты от сжигания хлорированных пластмасс и других отходов конденсируются в скрубберную жидкость, состоящую из 5-15% HCl при температуре 60-80oC. Титановые сплавы часто выбираются для внутренних частей скрубберов, таких как распылительные коллекторы, туманоуловители и трубки промежуточного нагревателя. Наиболее частым видом отказов является щелевая коррозия в местах соединения труб с трубными решетками, под прокладками и под твердыми отложениями. Есть два титановых сплава, которые претендуют на эту услугу: класс 7 (Ti-0,15Pd) и класс 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni), и они предлагают различные методы защиты от щелевой коррозии. В этой статье оцениваются характеристики сплавов в условиях скруббера соляной кислоты и определяется, какой сплав обеспечивает лучшую защиту от щелевого воздействия.

Механизм щелевой коррозии в скрубберах HCl
В щели – обычно зазоре 0,1–0,5 мм между титановой трубкой и прокладкой из ПТФЭ или между трубкой и свернутой трубной решеткой – химический состав сильно отличается от сыпучей жидкости скруббера. Катодные процессы быстро истощают кислород в щели. В отсутствие кислорода титан анодно растворяется с образованием ионов Ti³⁺ и Ti⁴⁺, которые гидролизуются до HCl, постепенно снижая pH щели. В объемном скруббере с 10% HCl pH может быть ниже 0 при pH примерно 0,5. Сочетание высокого содержания хлоридов, низкого уровня pH и ограниченного массопереноса приводит к созданию автокаталитической среды, которая приводит к быстрой щелевой коррозии, как только она началась.

Сопротивление сплава этому воздействию определяется критической температурой щели (CCT) и критическим потенциалом щели (CCP). CCT — это максимальная температура, при которой стандартный щелевой узел (ASTM G78) может быть погружен в воду на 72 часа без явного разрушения щели. CCP — это порог, за которым не возникает трещин при определенной температуре и концентрации хлоридов.

Степень 7: Пассивация, стабилизированная палладием
Титан класса 7 содержит 0,12-0,25% палладия, благородного металла, который является отличным катодным центром для выделения водорода и восстановления кислорода. В среде щели, - лишенной кислорода, палладий катализирует восстановление ионов водорода (2H+ + 2e- → H2) при более низком перенапряжении, чем сам титан. Эта катодная реакция регулирует потенциал щели в благородном направлении и, следовательно, помогает поддерживать пассивную пленку даже в условиях низкого pH и недостатка кислорода.

Класс 7 имеет CCT в 10% HCl при 70 градусах Цельсия около 65 градусов Цельсия -, т.е. разрушение щелей не начинается при температуре ниже 65 градусов Цельсия в стандартных условиях испытаний. Щелевая атака длится 100-200 часов при температуре 75 градусов. Класс 7 соответствует или немного ниже CCT для скруббера, работающего под углом 60–70 градусов, что обеспечивает небольшой, но функциональный запас прочности.

12 класс: Мо-Ni Power-Up
В титане 12 класса содержится 0,2-0,4% молибдена и 0,6-0,9% никеля. В отличие от палладия, который изменяет катодный процесс, молибден обогащен пассивной пленкой молибдатами (MoO₄²⁻), которые препятствуют проникновению хлорид-ионов и снижают скорость анодного растворения. Никель повышает стабильность пассивной пленки при восстановлении кислот и способствует репассивации после механического повреждения пленки. Эта комбинация приводит к созданию более эластичной пассивной пленки, устойчивой к разрушению даже в агрессивных химических средах щелей.

Класс 12 имеет CCT около 80 градусов в 10% HCl при температуре 70 градусов, что намного выше, чем класс 7. Класс 12 показывает небольшое растрескивание после 500 часов при температуре 85 градусов. Улучшенные характеристики объясняются тем фактом, что добавление молибдена-никеля приводит к увеличению внутренней стабильности пассивной пленки, а не катализу благородными металлами, который может быть затруднен, когда выделение водорода является преобладающей катодной реакцией.

Сравнение производительности скруббера мусоросжигательного завода
Данные скрубберов мусоросжигательных заводов, работающих при температуре 65-70 градусов с 8-12% HCl, показали явные различия между двумя сплавами. Трубки класса 7, снятые после 5 лет эксплуатации, имеют неглубокие трещины (глубиной 0,1–0,3 мм) в местах соединений прокатанных трубок и под прокладками. В некоторых установках класса 7 через 7-8 лет наблюдалась сквозная щелевая перфорация. В тех же условиях на трубках класса 12 не наблюдается значительного растрескивания через 5 лет и лишь минимальное травление поверхности (0,05 мм) через 8-10 лет.

Преимущество класса 12 особенно очевидно в скрубберах, которые имеют проблемы с температурой.. 75-80 Воздействие градусов в течение длительного времени приводит к разрушению щелей класса 7, глубина которых может достигать 0,5 мм за несколько месяцев. Класс 12 относительно не подвержен воздействию таких температур.

Матрица применения титанового сплава в скруббере для мусоросжигательных заводов
Условия эксплуатации скруббера Концентрация HCl (рекомендуемый диапазон температур сплава) Ожидаемый срок службы без щелей-
Последовательная работа, стабильная температура 5–10%, 55–65 градусов, класс 7 5-7 лет.
Непрерывная работа, постоянная температура 10–15 %, 55–65 градусов, класс 12 8-10 лет.
Переменная рабочая температура Сбои до 75 градусов от 5 до 10 % от 60 до 75 градусов Класс 12 6 до 8 лет
Отходы с высоким содержанием хлора, часто отклонения10-15% 65-80 градусов 12 степень (мин) 5-7 лет
Любая услуга, в которой присутствуют тяжелые твердые отложения. Любые любые отложения 12 класса увеличивают риск образования трещин; предпочитаю 12 класс
Новая постройка, расчетный срок службы 10 лет 5–15 % 60–70 градусов Класс 12 10+ лет
Заключение по техническим характеристикам скруббера мусоросжигательного завода
В мокрых скрубберах мусоросжигательных заводов, где ожидается температура паров соляной кислоты 60-80 градусов, титан класса 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) предпочтительнее класса 7 (Ti-0,15Pd) с точки зрения стойкости к щелевой коррозии. Анодное ингибирование за счет добавления молибдена-никеля улучшает стабильность пассивной пленки и приводит к тому, что критическая температура щели примерно на 15 градусов выше, чем у класса 7. Типичная эксплуатация скруббера осуществляется при температуре 65-70 градусов с 10% HCl. 12-й класс обеспечит 8-10 лет службы без щелей, а 7-й класс начнет проявлять атаку через 5-7 лет. Класс 12: предпочтительный сплав для новых установок или замен, требующих 10-летнего срока службы, но стоит немного дороже (примерно на 15–20 % дороже, чем класс 7). Класс 7 по-прежнему подходит для скрубберов с более низкой температурой (55–65 градусов) или если первоначальные капитальные затраты являются основным ограничением, но класс 12 следует указывать там, где температура скруббера может превышать 65 градусов или где содержание хлоридов превышает 10%. При покупке попросите трубы ASTM B338 класса 12 с травлеными поверхностями и сварными (не прокатными) соединениями труб с трубными решетками, чтобы устранить щели в соединениях труб с трубными решетками и продлить срок службы.