Vilken titanlegering (grad 7 eller grad 12) ger bättre motståndskraft mot svetsvärme-attack i påverkad zon i en avfallsförbränningsvåtskrubber vid pH 1,5?

Driftförhållandena för våtskrubbarna i avfallsförbränningsanläggningar är mycket krävande. Rökgaserna innehåller klorväte, svaveldioxid, tungmetallklorider och ibland fluorföreningar. Rengöringsvätskan drivs normalt vid pH 1,5–2,5 och temperaturer på 60–80 grader. Doppvärmare av titan som placeras i dessa skrubbrar måste motstå inte bara bulkvätskan utan även lokalt angrepp vid svetsar. Den svetsvärmepåverkade zonen (HAZ) är det mest sårbara området under svetsning på grund av mikrostrukturella förändringar, kvarvarande spänningar och eventuell kontaminering. Grade 7 (Ti-0.15Pd) och Grade 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) titanlegeringar designades för bättre korrosionsbeständighet vid reducerande syror. Men svets-HAZ-skyddet uppnås genom distinkta mekanismer och därför är prestandan avsevärt annorlunda vid lågt pH, kloridbelastade skrubberförhållanden.

Svets HAZ attackmekanismer i våta skrubberförhållanden

HAZ utsätts för temperaturer på 500 grader upp till strax under smältpunkten under svetsning. Denna termiska cykel i grad 2 titan skapar nålformig alfa-primär martensit och förgrovade korngränser som är mer benägna för syraangrepp. Grad 7: Palladium anrikas företrädesvis vid korngränserna efter stelning och kylning. Den katodiska katalysatorn palladium hjälper rekombination av väte och reduktion av syre. Denna berikning skyddar HAZ även om den passiva beläggningen på basmetallen försämras. Under svetsning fördelas molybden och nickel i betafasen i grad 12. Anrikningen av dessa legeringsämnen i betafasen ger en bättre termodynamisk stabilitet i reducerande syror. Men fördelningen av betafasen i HAZ är inte enhetlig, vilket kan orsaka galvaniska celler mellan legerings-utarmade och legeringsberikade platser.

Kvantitativ jämförelse av svets-HAZ-attackhastigheter

Kontrollerad testning i simulerad skrubberlut (pH 1,5, 2 000 ppm Cl-, 500 ppm SO42-, 50 ppm F-, 70 grader) har fastställt följande HAZ-korrosionshastigheter för varje legering:

Grad 2 (som mottaget, inga legeringstillsatser) HAZ-korrosionshastighet: 0,45 mm/år. Enhetligt angrepp över hela HAZ med föredragen korngränsetsning. Accelererad förtunning av svetsarmeringen. 20–30 gropar/cm² HAZ-densitet.

Grad 7 (palladiumstabiliserad): 0,08 mm/år korrosionshastighet i HAZ. Lokaliserat skydd som ges av korngränsanrikning av palladium. HAZ är ofta mer korrosionsbeständigt än basmetall. Maximalt gropdjup<20 µm after 5,000 hrs. No preference in attack of weld metal.

Grad 12 (molybden/nickel): HAZ korrosionshastighet 0,15 mm/år. Betafasanrikningen ger ett bra men inte konsekvent skydd. 2. Mikro-uppruggad yta . 2. Selektiv attack av alfafas bredvid betarika regioner. Maximalt gropdjup 50–80 mm efter 5 000 timmar

Lång-termisk cykling

Våtskrubbarna genomgår regelbunden värmecykling när förbränningsbelastningen ändras. Termisk cykling accelererar försämringen i HAZ:

Grad 7 efter 500 termiska cykler (20 grader till 70 grader): HAZ korrosionshastighet oförändrad 0,08 mm/år. Anrikningen av palladium förblir densamma. Svets tår visar inga sprickor eller snabb attack.

Grad 12 HAZ-korrosionshastighet efter 500 varma cykler ökar till 0,25 mm/år. Mikrosprickor orsakas av oöverensstämmelse mellan termisk expansion av alfa- och betafaser vid fasgränserna. Utfällning av molybdenkarbid vid korngränserna sänker korrosionsbeständigheten.

Grad 2 ökade HAZ-korrosionshastigheten till 0,70 mm/år efter 500 värmecykler. Termisk trötthet förvärrar korngränsangrepp. Armeringstår som spricker i svetsar.

Våtskrubber Service Val av legeringsguide

Följande beslutsmatris hjälper till vid valet av antingen grad 7 eller grad 12 titan baserat på skrubberdriftsförhållanden och beräknad livslängd.

Skrubbarens skick & serviceprioritet Rekommenderad legeringskärna HAZ-skyddsmekanism Orsak
pH 1,5-2,0, kontinuerlig drift, 5+ års designlivslängd Grad 7 Palladium ger enastående, enhetligt HAZ-skydd. Motiverar högre initial kostnad med tillförlitlighet.
pH 2,0-2,5 intermittent service, låg kloridhalt (<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-) Grad 7 Palladium är mindre känsligt för fluoridkomplexbildning än molybden. Grad 12 ger lösliga molybdenfluorider.
Scrubber frequent thermal cycling (>2 cykler per dag) Grad 7 Termisk cykling påverkar inte palladiumanrikningen. Mikrosprickor vid fasgräns (Grad 12)
HAZ korrosion eftermontering av befintlig klass 2 värmare. Byt ut mot Grade 7 Grade 12 kanske inte visar någon större förbättring jämfört med Grad 2 i aggressiv drift.
Andra tekniker än legeringsvalen

Svetsmetoden är en viktig faktor för HAZ-prestanda oavsett legeringskvalitet. Både grad 7 och grad 12 kräver åter-rengöring med argon (syre mindre än 50 ppm) för att förhindra kontaminering. Hög värmetillförsel (mer över 1,5 kJ/mm) ökar bredden på HAZ och minskar korrosionsbeständigheten. Värmebehandling efter-svetsning (550 grader i 30 minuter) minskar kvarvarande spänningar men är aldrig nödvändig för Grad 7 på grund av dess själv-skyddande palladiumanrikning. För klass 12 ökar PWHT HAZ-korrosionsbeständigheten med 30-40 % på grund av den mer enhetliga omfördelningen av molybden. Svetsarmeringen bör slipas i jämnhöjd med rörytan för att avlägsna källor till spänningskoncentrationer som börjar attackera.

Att veta att specificera

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, temperatur<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.