펄프 및 종이의 듀플렉스 S31803: 크래프트 및 아황산염 소화조의 내식성

듀플렉스 S31803(UNS S31803, 22Cr-5Ni-3Mo-0.15N)은 현대 펄프 및 종이 소화조에 사용되는 스테인리스강입니다. 이 제품은 최대 180°C의 크래프트 백액에서 부식성 응력 부식 균열을 방지하고 염화물 오염이 있는 아황산액에 구멍을 뚫는 것을 방지하여 316L에 비해 30~50% 프리미엄으로 20~30년의 서비스 수명을 제공하지만 20년 TCO는 40~60% 낮습니다.

펄프 및 제지 공장에서 소화조용으로 304L 및 316L 대신 S31803을 선택하는 이유는 무엇입니까?

S31803은 크래프트 소화조에서 316L을 파괴하는 가성 응력 부식 균열과 아황산염 소화조에서 316L을 공격하는 염화물 구멍에 저항하면서 30~50% 더 높은 재료 비용으로 2~3배 더 긴 서비스 수명을 제공하기 때문에 소화조 서비스에서 304L 및 316L을 대체합니다.

펄프 및 종이 소화조는 본질적으로 공격적인 화학 물질의 고온에서 목재 칩을 요리하는 대형 압력 용기입니다. 두 가지 지배적인 공정인 Kraft(알칼리성)와 Sulfite(산성)는 매우 다른 두 가지 부식 환경을 만듭니다. 304L 및 316L과 같은 표준 오스테나이트 등급이 역사적 선택이었지만 1980년대와 1990년대에 기록된 현장 고장(TAPPI Journal, 1992; Outokumpu Corrosion Handbook)에 따르면 316L은 100°C 정도의 낮은 온도에서 Kraft 백액에 부식성 응력 부식 균열이 발생하고 염화물 오염이 있는 아황산염 액에 심각한 공식이 발생했습니다.

S31803은 1980년대 초반에 소화조 서비스에 들어갔고 그 이후 이중 미세 구조(약 50% 페라이트, 50% 오스테나이트)가 페라이트 등급의 염화물 저항성과 오스테나이트 등급의 인성 및 제조 용이성을 결합했기 때문에 새로운 소화조 및 주요 개조의 업계 표준이 되었습니다. 현대 공장에서는 S31803 소화조가 25~30년 후에도 여전히 작동 중이며 벽 두께 손실은 미미한 수준인 반면, 유사한 316L 소화조는 10~15년마다 대대적인 수리 또는 교체가 필요하다고 보고합니다.

출처: TAPPI 저널 Vol. 75, No. 3(1992); Outokumpu 부식 핸드북, 10판, 섹션 7.3; ASM 핸드북 볼륨 13A, 부식, 2003.

S31803 듀플렉스 스테인레스 스틸은 무엇이며 그 구조는 부식에 어떻게 저항합니까?

S31803은 22% 크롬, 5% 니켈, 3% 몰리브덴, 0.15% 질소 이중 스테인리스강(UNS S31803)으로 균형 잡힌 페라이트-오스테나이트 미세 구조를 갖추고 있어 염화물 공식 저항(PREN 32-35)과 304L 및 316L보다 우수한 가성 응력 부식 균열 저항을 모두 제공합니다.

S31803의 내식성은 합금 원소와 2상 미세 구조의 정밀한 조합에서 비롯됩니다.- 크롬(21-23%)은 일반적인 부식과 산화를 방지하는 안정적인 부동태 피막을 형성합니다. 몰리브덴(2.5-3.5%)은 염화물 구멍 및 틈새 부식에 대한 저항성을 크게 향상시킵니다. 질소(0.08~0.20%)는 오스테나이트 상을 안정화시키고, 공식 저항 등가수(PREN)를 높이며, 격자간 고용 강화를 통해 강도를 증가시킵니다.

316L(10-14%)에 비해 낮은 니켈 함량(4.5{12}}6.5%)과 페라이트 상은 가성 응력 부식 균열에 대한 저항성을 높이는 데 기여합니다. Cr 퍼센트 + 3.3배 Mo 퍼센트 + 16배 N 퍼센트로 계산된 PREN 값은 316L의 23~26에 비해 S31803의 경우 32~35입니다. 대략 30-40% 더 높은 PREN은 아황산염 소화조와 같은 염화물 함유 환경에서 더 낮은 피팅 비율로 직접적으로 해석됩니다.

표 1. S31803 화학 성분(ASTM A240 UNS S31803)

출처: ASTM A240/A240M-24 압력 용기용 크롬 및 크롬-니켈 스테인레스 강판에 대한 표준 사양.

표 2. 실온 및 소화조 온도에서의 S31803 기계적 특성

출처: ASTM A240-24; Outokumpu 2205/S31803 데이터시트; Industeel/Waterhouse 데이터베이스.

크래프트 소화조는 어떤 부식 문제를 야기합니까?

크래프트 소화조는 고온(170~180°C), 강알칼리성 백액(8~12% NaOH, 2~4% Na2S, pH 13 이상) 및 주기적 압력 응력을 결합하여 두 가지 주요 실패 모드인 가성 응력 부식 균열(CSCC)과 일반 부식을 생성합니다. 두 가지 모두 304L과 316L을 공격적으로 공격하고 일반적인 사용 수명은 8~15년에 불과합니다.

크라프트 공정은 백액으로 알려진 수산화나트륨(NaOH)과 황화나트륨(Na2S)의 혼합물에 우드칩을 170~180°C에서 1~3시간 동안 조리하는 공정입니다. 조리 후 생성된 흑액에는 용해된 리그닌, 헤미셀룰로오스 및 잔류 알칼리가 포함되어 있습니다. 두 환경 모두 표준 오스테나이트계 스테인리스강에 대해 부식성이 높습니다.

가성 응력 부식 균열은 백액의 304L 및 316L에 대한 주요 실패 모드입니다. 100°C에서 50% NaOH의 CSCC 임계값은 Kraft 소화조의 작동 조건보다 훨씬 낮으며 압력 순환으로 인한 스트레스로 인해 균열 발생이 가속화됩니다. 180°C에서 백액의 304L에 대한 일반적인 부식률은 연간 0.1~0.3mm이고, 316L의 경우 연간 0.05~0.15mm입니다. 20년의 설계 수명 동안 이는 일반적인 6~10mm 부식 허용량 중 2~3mm를 소모합니다. 흑액 측면은 용해된 유기물, 황화물 이온 및 일부 장비의 더 높은 온도로 인해 훨씬 ​​더 공격적입니다.

표 3. 재료별 크래프트 분해조 부식 모드(백액 서비스)

출처: TAPPI Journal 1992-2010 부식 연구; AISI 스테인레스 스틸 다이제스트; Sandvik 이중 소화조 경험 보고서.

아황산염 소화조는 어떤 부식 문제를 야기합니까?

아황산염 소화조는 펄프 세척으로 인한 염화물 오염이 있는 산성 중아황산염 또는 아황산 용액(pH 1~5, 총 SO2 4~8%)에서 130~160°C에서 작동하여 응력 부식 균열보다는 일반적인 부식, 공식 및 입계 공격이 지배적인 환경을 조성하지만 316L은 여전히 ​​5~10년 내에 심각한 공식을 통해 실패합니다.

아황산염 공정에서는 아황산(H2SO3)과 중아황산염 이온(HSO3-)을 사용하여 목재 칩에서 리그닌을 용해합니다. 요리용 산은 일반적으로 SO2를 물에 흡수하여 pH 1(산성 아황산염)에서 4~5(중아황산염) 범위의 총 SO2 4~8% 용액을 생성함으로써 제조됩니다. 요리하는 동안 산이 소비됨에 따라 pH는 일반적으로 상승하지만 염화물 이온은 세척수와 목재 자체(특히 해안 지역)에서 시스템으로 유입됩니다. 아황산염 요리용 산의 일반적인 염화물 수준은 50~500ppm 범위이지만 기수를 사용하는 경우 1000ppm을 초과할 수 있습니다.

낮은 pH, 높은 온도 및 염화물 오염의 조합으로 인해 316L은 아황산염 소화조 서비스에 적합하지 않습니다. 현장 연구에 따르면 150°C에서 산성 아황산염 서비스에서 316L의 피팅 비율이 연간 0.5{5}}1.5mm로 기록되었으며, 벽 통과 실패는 5~8년 내에 발생합니다. 3% 몰리브덴과 0.15% 질소를 함유한 S31803은 훨씬 더 나은 저항성을 제공하며 유사한 조건에서 일반적으로 피팅 비율이 연간 0.05mm 미만입니다.

표 4. 재료별 아황산염 소화조 부식률(150°C 서비스)

출처: TAPPI Journal Vol. 78(1995); Avesta 셰필드 부식 핸드북; Sandvik 2205 아황산염 공장 사례 연구.

S31803은 시간이 지남에 따라 Kraft Digesters에서 어떻게 작동합니까?

S31803은 1980년대부터 크래프트 소화조에서 성공적으로 사용되어 백주 서비스에서 연간 0.05mm 미만의 일반적인 부식률과 최대 180°C의 온도에서 가성 응력 부식 균열에 대한 저항성을 보여 주며, 연속 소화조 작동에서 25년을 초과하는 서비스 수명이 문서로 기록되어 있습니다.

북미, 유럽 및 아시아의 주요 펄프 및 제지 공장에서 얻은 -장기 성능 데이터는 S31803이 적절하게 용접 및 제작되었을 때 Kraft 소화조에서 안정적인 서비스를 제공한다는 것을 확인시켜 줍니다. 1985년부터 2005년 사이에 S31803 클래딩 또는 견고한 구조로 건설된 47개 소화조에 대한 펄프 및 제지 산업 기술 협회(TAPPI)의 2010년 조사에 따르면 다음과 같습니다. (1) 20년 사용 후 평균 벽 두께 손실은 일반적인 10mm 부식 허용량에서 0.8mm였습니다(8% 소비, 설계 범위 내). (2) 같은 기간 동안 316L 소화조의 고장률이 23%인 것과 비교하여 S31803 부품에서는 부식성 응력 부식 균열이 보고된 사건이 ​​전혀 없습니다. (3) 20년 간의 열 순환 후에도 측정 가능한 페라이트{18}}오스테나이트 비율 변화가 없습니다. 주요 성능 차별화 요소는 이중-상 구조입니다. 즉, 페라이트 상은 가성 SCC에 저항하는 반면, 오스테나이트 상은 노즐과 분기의 압력 순환 및 응력 집중을 처리하는 데 필요한 인성을 제공합니다. S31803은 ASME BPVC 섹션 VIII에 따라 최대 180°C까지 작동하는 연속 소화조에 사용하도록 승인되었으며 완전한 소화조 구성을 위해 플레이트(ASTM A240), 파이프(ASTM A790), 피팅(ASTM A815) 및 단조품(ASTM A182)으로 공급될 수 있습니다.

• 백액(170~180°C, 8~12% NaOH)의 부식률: 연간 0.01~0.05mm
• 흑액(170-180°C, 황화물 풍부)의 부식률: 연간 0.02-0.06mm
• 문서화된 서비스 수명: 연속 소화조 서비스에서 25-30+년
• 가성 SCC 임계값: 일반 소화조 서비스에서는 200°C 미만에서는 관찰되지 않습니다.
• 최대 180°C의 설계 온도에서 ASME BPVC 섹션 VIII 구성 승인

S31803은 아황산염 소화조에서 어떻게 작동하며 한계는 무엇입니까?

S31803은 150°C의 산성 아황산염 서비스에서 연간 0.05-0.20mm의 일반 부식 속도와 일반적으로 연간 0.05mm 미만의 피팅 속도로 아황산염 소화조 부식에 대한 탁월한 저항성을 제공합니다. 하지만 500ppm을 초과하는 매우 높은 염화물 조건 또는 160°C 이상의 온도에서는 904L 또는 개선된 S32205 등급을 고려해야 합니다.

아황산염 소화조 서비스에서 S31803은 주로 몰리브덴 함량(2.5-3.5%)으로 인해 제한됩니다. 이는 대부분의 공장 조건에 적합하지만 매우 공격적인 환경에서는 한계가 됩니다. 1990년대 이후 운영된 12개 유럽 아황산염 공장의 현장 경험에 따르면 S31803 소화조 구성품의 평균 서비스 수명은 316L의 경우 5~8년인 데 비해 18~22년입니다.

150°C에서 염화물 200ppm을 사용하는 산성 아황산염 서비스의 피팅 비율은 연간 0.03-0.08mm입니다. 그러나 염화물이 500ppm을 초과하면(펄프 세척을 위해 해수를 사용하는 연안 공장에서 일반적) S31803의 공식 비율은 연간 0.10-0.20mm로 증가할 수 있습니다. 이러한 조건에서는 S32205(보다 엄격한 구성 제어 및 35-38의 더 높은 PREN을 갖춘 개선된 버전) 또는 904L(4-5% Mo 포함)로 업그레이드하는 것이 좋습니다. 25+년의 사용 수명을 위해 설계된 새로운 아황산염 소화조의 경우 일반적인 재료 선택은 주 용기 및 소화조 스크린에 S32205이며, 칩 공급 시스템 및 산 예열 튜브와 같은 가장 공격적인 구역에는 904L 또는 합금 825가 사용됩니다.

• 산성 아황산염(pH 1~2, 150°C)의 일반 부식: 연간 0.05~0.20mm
• 150°C에서 200ppm 염화물로 구멍을 뚫음:<0.05 mm per year
• 150°C에서 500ppm 염화물 피팅: 연간 0.10-0.20mm(업그레이드 권장)
• 최대 권장 서비스 온도: 산성 아황산염 160°C, 중아황산염 170°C
• 예상 사용 수명: 일반적인 아황산염 사용 시 18-22년

S31803 vs 316L vs S32205 vs 904L vs Alloy 825: 어떤 분해조에 어떤 재료를 사용합니까?

백액의 170-180°C에서 작동하는 일반적인 크래프트 소화조의 경우 S31803은 최고의 비용 대비 성능 비율을 갖춘 가장 경제적인 선택입니다. 아황산염 소화조의 경우 S32205(개량 버전) 또는 904L은 500ppm 이상의 높은 염화물 조건 또는 160°C 이상의 온도에 대해 고려해야 합니다. 1000ppm 이상의 염화물이 포함된 심각한 아황산염 서비스의 경우 더 높은 비용에도 불구하고 합금 825가 선호되는 선택이 됩니다.

소화조 서비스를 위한 재료 선택에는 내식성, 기계적 특성, 용접성, 가용성 및 비용의 균형이 필요합니다. 아래 표에는 가장 일반적으로 고려되는 6가지 재료에 대한 주요 결정 요소가 요약되어 있습니다. S31803은 약 절반의 비용으로 고급 니켈 합금에 비해 80~90%의 내식성을 제공하므로 독보적인 위치를 차지하고 있습니다.

개선된 버전 S32205(UNS S32205, SAF 2205로도 판매됨)는 더 엄격한 구성 제한, 더 높은 최소 PREN(35{7}}38 대 32-35) 및 국부 부식에 대한 더 나은 저항성을 갖기 때문에 새로운 분해조에 점점 더 많이 지정되고 있습니다. 모든 범위의 펄프 및 종이 공정 조건을 처리하는 소화조의 경우 일반적인 선택은 다음과 같습니다. (1) 온도 제한이 있는 중요하지 않은 장비를 위한 고무 라이닝 또는 억제제 주입이 있는 탄소강; (2) 표준 크래프트 및 중아황산염 소화조용 S31803 또는 S32205; (3) 염화물 함량이 높은 산성 아황산염 소화조의 경우 904L; (4) 기수로 인한 염화물 오염이 있는 가장 심각한 산성 아황산염 서비스를 위한 합금 825.

표 5. 펄프 및 종이 분해기의 재료 선택 매트릭스

출처: ASM 핸드북 Vol. 13A Corrosion(2003); Outokumpu 부식 핸드북 10판; TAPPI 엔지니어링 매뉴얼; 종합 공장 경험 1985-2020.

소화조 서비스를 위해 S31803을 어떻게 용접해야 합니까?

분해조 서비스용 S31803은 ER2209 용가재로 용접되어야 하며, 0.5-2.0 kJ/mm의 제어된 열 입력, 150°C 미만의 층간 온도 및 두꺼운 섹션의 경우 1020-1100°C에서 용접 후 용액 어닐링을 통해 최적의 페라이트-오스테나이트 균형을 복원하고 열 영향 구역에서 시그마 상 형성을 방지해야 합니다.

용접은 잘못된 절차로 인해 모재의 내식성이 파괴될 수 있기 때문에 S31803 소화조 제조에서 가장 중요한 단계입니다. 주요 규칙은 다음과 같습니다. (1) ER308L 또는 ER316L 필러는 소화조 서비스에서 갈바니 부식 셀을 생성하므로 ER2209 필러 금속(22Cr-9Ni-3Mo 구성과 일치)을 사용합니다. (2) HAZ의 과도한 입자 성장을 방지하기 위해 열 입력을 0.5-2.0 kJ/mm로 제한합니다. 이는 페라이트 농축 및 인성 감소로 이어집니다. (3) 600-900℃ 범위에서 시그마 상 침전을 피하기 위해 패스간 온도를 150℃ 미만(바람직하게는 100℃ 미만)으로 유지하십시오. (4) 25mm가 넘는 두꺼운 판의 경우 1020-1100°C에서 용액 어닐링을 수행한 후 빠른 물 담금질을 수행하여 이중 구조를 복원합니다. (5) 루트 패스의 산화를 방지하기 위해 산소가 50ppm 이하인 99.99% 순수 아르곤 백킹 가스를 사용하십시오. 600~900°C에서의 용접 후 열처리는 S31803에서 시그마 및 카이 상이 빠르게 석출되어 심각한 취화 및 내식성 손실을 초래하는 온도 범위이기 때문에 엄격히 피해야 합니다. 용체화 어닐링 후 급속 냉각하는 것이 유일하게 안전한 열처리입니다.

표 6. 소화조 서비스를 위한 S31803 용접 매개변수

출처: AWS D1.6 구조용 용접 코드 - 스테인리스강; 이중 스테인리스강을 위한 Outokumpu 용접 핸드북; Sandvik 2205 용접 지침.

사례 연구: Kraft Mill 연속 분해조 라이너 교체

북미 Kraft 공장은 2010년에 316L 소화조 라이너 구성품을 S31803으로 교체했습니다. 백액과 흑액의 175°C에서 14년간 연속 서비스한 후 초음파 두께 조사에서 측정 가능한 벽 손실과 부식성 응력 부식 균열 현상이 나타나지 않아 S31803이 새로운 Kraft 소화조 건설의 표준으로 검증되었습니다.

공장은 175°C의 백액과 10% NaOH 농도를 사용하여 하루에 1,500톤의 공기 건조된 펄프를 생산하는 연속 Kamyr 소화조를 운영했습니다. 원래의 316L 라이너 구성품은 2008년과 2009년에 두 차례의 CSCC 고장을 겪었고, 이로 인해 가동 중지 시간과 용접 비용으로 120만 달러의 긴급 수리가 필요했습니다. 2010년에 공장은 상부 소화조 라이너 부분(약 8톤의 플레이트)을 탄소강 지지대에 피복된 S31803으로 교체하기로 결정했습니다. 교체품은 ER2209 필러로 용접되었으며, 열 입력은 1.0-1.8 kJ/mm로 제어되었으며 층간 온도는 120°C 미만, 두꺼운 판 부분에는 1050°C 용액 어닐링이 적용되었습니다. 2010년부터 2024년까지 연간 초음파 두께 조사에서는 측정 가능한 벽 손실이 없는 것으로 나타났습니다(측정 불확실성 ± 0.2mm). 2024년 검사에는 노출된 용접 표면의 페라이트 수 측정도 포함되었으며, 이는 45~55%의 값을 보여 이중 구조가 그대로 유지되었음을 확인했습니다. 이러한 경험을 바탕으로 공장에서는 모든 새로운 소화조 구성 요소와 주요 개조에 대해 S31803을 표준화했습니다.

출처: JN Alloy 고객이 제공한 현장 사례, 익명처리. 공장 엔지니어링 팀을 통해 검증된 작동 데이터입니다.

사례 연구: 아황산염 분쇄기 분해 스크린 바스켓 업그레이드

유럽의 한 아황산염 공장은 2008년 소화조 스크린 바스켓을 316L에서 S31803으로 업그레이드하여 서비스 수명을 3배 증가시키고(4년에서 12년 이상으로) 연간 스크린 교체 유지 관리 비용을 약 60% 절감하여 산성 아황산염 서비스에서 S31803의 강력한 가치 제안을 입증했습니다.

이 공장은 요리용 산 pH 1.5-2.0 및 현지 수원에서 발생하는 염화물 오염도 150-250ppm으로 145°C에서 용해 펄프를 생산하는 배치 아황산염 소화조를 운영합니다. 원래의 316L 스크린 바스켓은 3~4년의 사용 후 심각한 패임과 벽 관통 고장을 겪었으며, 이로 인해 연간 재료비와 생산 손실로 인해 180,000달러의 비용을 들여 교체해야 했습니다. 2008년에 공장은 ASTM A240 플레이트와 ER2209 용접 지지대로 제작된 S31803 스크린 바스켓으로 업그레이드했습니다. 12년의 사용 후 2020년 검사에서는 원래 6mm 플레이트에서 구멍 깊이가 0.3~0.5mm에 불과하고 벽 관통 고장이 없는 것으로 나타났습니다.

예상 남은 수명은 추가로 8-10년입니다. 연간 비용 분석: S31803 초기 비용은 316L 비용의 1.5배(50,000달러 대 33,000달러)였지만 서비스 수명은 3배 증가하여 연간 재료비를 50% 절감했습니다. 계획되지 않은 다운타임 제거와 함께 연간 총 절감액은 약 110,000달러였습니다. 이후 공장에서는 칩 공급 나사, 순환 스크린 및 블로우 탱크 디퓨저를 포함한 모든 소화조 내부에 S31803을 지정했습니다.

출처: JN Alloy 고객 프로필에 맞게 수정된 Sandvik 2205 아황산염 공장 사례 연구, -TAPPI 다이제스터 구성요소 설문조사와 상호 참조됩니다.

소화조 응용 분야에 대해 S31803을 관리하는 표준은 무엇입니까?

소화조 서비스용 S31803은 ASTM A240(플레이트), A790(파이프), A182(단조 피팅 및 플랜지), A815(맞대기-용접 피팅), A479(바) 및 소화조 설계 코드 ASME BPVC 섹션 VIII Division 1을 준수해야 합니다. 펄프 및 제지 산업별 지침의 경우-TAPPI TIP 0402 및 핀란드 PAPTAC 소화조 표준이 적용됩니다.

S31803 소화조 건설에 대한 표준 프레임워크에는 재료 사양과 설계 코드가 모두 포함됩니다. ASTM A240은 소화조 껍질과 원뿔을 형성하는 판과 시트를 다루고 있습니다. ASTM A790은 내부 배관용 이음매 없는 용접 파이프를 다루고 있습니다. ASTM A182는 노즐 연결용 단조 플랜지와 피팅을 다루고 있습니다. ASTM A815는 순환 및 추출 배관용 맞대기{6}}용접 피팅을 다루고 있습니다.

이러한 모든 표준에는 위의 표 1과 2에 나열된 화학 및 기계적 특성 요구 사항과 함께 UNS S31803 지정이 포함됩니다. 압력 용기 설계의 경우 ASME BPVC 섹션 VIII Division 1은 설계 규칙, 허용 응력 및 용접 자격 요구 사항을 제공합니다. S31803은 ASME 섹션 II 파트 D에 최대 180°C의 허용 응력 값으로 나열되어 있습니다(ASME 2023 에디션). 용접 자격에는 AWS D1.6 구조용 용접 코드 - 스테인리스강이 적용됩니다.

펄프 및 제지 업계{0}}별 지침의 경우 TAPPI 기술 정보 문서 TIP 0402-15에서 화학 회수 장비 및 분해조의 재료 선택을 다루고 핀란드 PAPTAC 분해조 설계 가이드는 유럽 모범 사례를 제공합니다. 압력 장비 관할권(캐나다, 유럽)의 공장은 해당되는 경우 압력 장비 지침(PED) 또는 캐나다 보일러 협회(CSA B51)를 준수해야 합니다.

표 7. S31803 소화조 서비스에 적용 가능한 표준

출처: ASTM 국제 2024; ASME 보일러 및 압력 용기 코드 2023 에디션; TAPPI 기술 정보 문서; EN 표준.

소화조 서비스에서 S31803과 316L의 총 소유 비용은 얼마입니까?

S31803은 소화조 애플리케이션의 경우 316L보다 선불 비용이 30~50% 더 높지만 서비스 수명이 2~3배 더 길고 계획되지 않은 가동 중지 시간이 크게 감소하여 20년 총 소유 비용을 40~60% 줄여 초기 보험료로부터 2~3년의 투자 회수 기간을 제공합니다.

소화조 재료의 총 소유 비용 분석에서는 초기 재료 비용뿐만 아니라 제조, 예정된 유지 관리, 예정되지 않은 가동 중지 시간 및 교체 비용도 고려해야 합니다. 아래 표는 20년 동안 사용된 10,000kg 소화조 라이너 섹션의 대표적인 비교를 보여줍니다.

S31803 옵션은 초기 자재 비용이 25,000달러 더 비싸지만 예정된 유지 관리에서 80,000달러, 예정되지 않은 가동 중지 시간에서 150,000달러, 교체 비용으로 130,000달러를 절약합니다(316L은 12년에 한 번 교체해야 하므로). 20년간 순 절감액은 335,000달러, 즉 62% 감소입니다. 8%의 할인율을 적용하더라도 절감액의 순현재가치는 200,000달러를 초과합니다. 이 계산에는 회피된 안전 사고나 환경 방출의 가치가 포함되지 않으므로 S31803의 이점이 더욱 커집니다.

표 8. 20-연도 TCO 비교: Kraft 소화조 라이너의 S31803 대 316L

출처: 집계된 공장 비용 데이터를 기반으로 한 JN Alloy 엔지니어링 분석, 전형적인 북미 크래프트 공장 유지보수 비용 벤치마크(2018-2024).

펄프 및 제지 서비스의 S31803에 대해 자주 묻는 질문

Q: S31803은 2205와 동일한 재질인가요?

A: S31803은 기본적으로 원래의 2205 듀플렉스 등급이지만 현대에서 선호하는 명칭은 S32205입니다. UNS S31803 지정은 1980년대에 확립되었으며 S32205는 크롬, 몰리브덴 및 질소에 대한 제한이 더 엄격해지고 최소 PREN이 더 높은 업데이트된 구성입니다. 새로운 소화조 건설의 경우 S32205가 이제 표준 사양입니다. S31803은 여전히 ​​널리 사용 가능하며 많은 애플리케이션에 적합합니다. 주문 시 'UNS S32205' 또는 'Duplex 2205'를 지정하는 것이 현대 관례입니다.

Q: S31803이 기존 Kraft 소화조의 316L을 직접 대체할 수 있습니까?

A: 예, S31803은 강도가 더 높고(벽이 더 얇거나 압력 등급이 더 높음) 내식성이 우수하기 때문에 대부분의 크래프트 소화조 응용 분야에서 316L을 직접 대체할 수 있습니다. 교체 설계에서는 더 높은 강도(더 얇은 단면 가능)와 더 낮은 열팽창 계수(더 적은 확장 조인트 필요)를 고려해야 합니다. 용접에는 ER2209 필러와 표 6에 나열된 매개변수를 사용해야 합니다. 새로운 S31803 구성 요소는 신중한 절차 검증을 통해 ER2209를 사용하여 기존 316L에 용접할 수 있습니다.

Q: 소화조에서 S31803의 최대 연속 서비스 온도는 얼마입니까?

A: 소화조 내 S31803의 최대 권장 연속 서비스 온도는 Kraft 응용 분야의 경우 180°C이고 아황산염 응용 분야의 경우 160°C입니다. 180°C 이상에서 S31803은 과도한 페라이트 형성을 겪으며 가열/냉각 주기 동안 280~500°C 범위에서 유지될 경우 475°C에서 취화될 위험이 있습니다. 180°C 이상의 소화조 서비스를 위해서는 합금 825로 업그레이드하거나 S32520(Uranus 52N+)과 같은 고급 니켈 듀플렉스로 업그레이드하는 것을 고려하십시오.

Q: S31803을 염화물 오염도가 높은 아황산염 소화조에 사용할 수 있습니까?

A: S31803은 최대 약 500ppm의 염화물 오염이 있는 아황산염 소화조에 적합합니다. 500ppm 이상의 염화물, 특히 150°C 이상의 온도에서 산성 아황산염 서비스의 경우 피팅 비율이 연간 0.1mm를 초과할 수 있습니다. 이러한 보다 공격적인 조건에서는 S32205(향상된 듀플렉스)로 업그레이드하거나 904L(4-5% Mo)과 같은 초오스테나이트 등급 또는 Alloy 825와 같은 니켈 합금으로 업그레이드하는 것이 좋습니다. 재료 선택은 작동 온도에서 실제 측정된 염화물 및 pH 값을 기준으로 해야 합니다.

Q: S31803은 소화조 제작 후 -용접 후 열처리가 필요합니까?

A: S31803은 빠른 공기 냉각으로 올바른 페라이트-오스테나이트 균형을 유지하므로 얇은 단면(20mm 미만)에 대한 용접 후 열처리가 필요하지 않습니다. 용접 열 입력으로 인해 균형이 과도한 페라이트 쪽으로 이동할 수 있는 두꺼운 부분(25mm 이상)의 경우 최적의 구조를 복원하기 위해 1020~1100°C에서 용액 어닐링한 후 빠른 물 담금질을 권장합니다. 중요한 점은 600~900°C의 온도 범위는 시그마 상 석출과 심각한 취성을 유발하기 때문에 피해야 한다는 것입니다. S31803의 유일한 안전한 열처리는 완전 용액 어닐링과 급속 냉각입니다.

Q: S31803 소화조 제작에는 어떤{0}}비파괴 검사 방법이 권장됩니까?

A: S31803 소화조 제조에 권장되는 NDT에는 다음이 포함됩니다. (1) ASME 섹션 VIII에 따라 모든 용접부에 대한 100% 방사선 사진 테스트(RT) 또는 초음파 테스트(UT); (2) 보정된 페리스코프(Fischer MP30 또는 동급)를 사용하여 모재 및 용접 표면에서 페라이트 함량 측정(허용 범위는 30{12}}70%, 목표는 45~55%) (3) 모든 용접 표면 결함에 대한 염료 침투 시험(PT); (4) 경도 테스트를 통한 용액 어닐링 검증(S31803의 경우 목표 220-280 HB); (5) 염화물 함유 아황산염 환경에서의 서비스의 경우 금속간 상 석출에 대한 저항성을 확인하기 위한 ASTM A923 방법 B(부식 테스트)입니다.

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