인산 생산에 사용되는 Incoloy 825: 습식-공정 산성 열교환기 성능

습식{0}}인산(WPA)은 산업 화학 처리에서 취급되는 가장 부식성이 강한 유체 중 하나이며 유리 황산, 불화물, 염화물 및 연마성 고체를 단일 흐름에 결합합니다. WPA 플랜트의 분해, 여과 및 증발 섹션에 있는 열 교환기는 이러한 공격이 고장으로 인해 가장 많은 비용이 드는 속도, 온도 및 용접 위치(-)에 집중되어 있음을 확인합니다.인코로이 825(UNS N08825)니켈-크롬-몰리브덴-구리 화학이 황산/인산 환원 공격과 국부적인 염화물 부식을 동시에 방지하도록 특별히 개발되었기 때문에 이 임무를 위한 주력 합금이 되었습니다.

이 가이드에서는 Incoloy 825가 WPA 열 교환기에서 우수한 성능을 발휘하는 이유, 316L 스테인리스강 및 고급 니켈 합금과 비교하는 방법, 전체 서비스 수명을 얻기 위해 필요한 설계 및 제조 방법에 대해 설명합니다.

Incoloy 825는 무엇이며 인산 생산에 널리 사용되는 이유는 무엇입니까?

Incoloy 825는 몰리브덴과 구리가 첨가된 니켈-철-크롬 합금으로, 습식-공정 인산에서 발견되는 황산, 인산 및 염화물/불화물 결합 공격에 저항하도록 특별히 제조되었습니다. 이것이 바로 대부분의 WPA 생산 공장에서 표준 열 교환기 및 공정 장비 합금이 된 이유입니다.

표 1 - ASTM B424/B425/B163에 따른 Incoloy 825의 대표적인 화학 성분.

합금의 구리 첨가는 황산 및 인산과 같은 산의 환원에 대한 저항성을 높이는 핵심이며, 몰리브덴 함량은 염화물 이온으로 인한 공식 및 틈새 부식에 대한 저항성을 추가합니다. 높은 니켈 함량(38~46%)은 이 서비스에서 316L과 같은 표준 오스테나이트 스테인리스강을 제한하는 실패 모드인 염화물 응력 부식 균열을 방지합니다. 습식-공정 인산에는 소화 단계의 황산, 인광암의 불화물 및 오염물질인 염화물이 모두 포함되어 있기 때문에 - Incoloy 825의 균형 잡힌 다{9}}원소 저항성은 모든 부식성 종에 대해 서로 다른 특수 합금을 요구하지 않고 대부분의 공장에 실용적인 단일{10}}합금 솔루션을 제공합니다.

습식-인산 공정이 열 교환기 재료를 부식시키는 원인은 무엇입니까?

습식-인산은 하나의 흐름에 4가지 별도의 부식 메커니즘을 결합하기 때문에 공격적입니다. - 유리 황산 공격, 불화물-가속 부식, 염화물-유발 공식 및 응력 부식 균열, 고형물-구동 침식-부식 - 이 중 어느 하나라도 표준 스테인레스강 자체에 도전할 수 있으며 이 네 가지 모두를 함께 사용하면 문제가 됩니다.

유리 황산: WPA는 인광석을 황산으로 분해하여 생성되며, 일반적으로 통제된 과량의 미반응 황산이 공정 흐름에 남아 있어 강력한 환원-내산성이 부족한 물질을 공격합니다.

불소 함량: 인산염 암석에는 소화 중에 불소 이온을 방출하는 불소인회석이 포함되어 있습니다. 불화물은 특히 고농도 또는 고온에서 수동 산화막을 국부적으로 분해하고 부식을 가속화할 수 있습니다.

염화물 오염: 염화물은 광석, 공정수 또는 상류 오염으로부터 유입되어 국부적인 공식 및 틈새 부식을 유발하고 심각한 경우 취약한 합금의 염화물 응력 부식 균열을 유발합니다.

부유 고형물 및 슬러리 침식: WPA는 미세한 석고와 미반응 암석 입자를 운반하며, 이는 특히 열 교환기의 튜브 입구, 굴곡부 및 배플 접촉 지점에서 고속으로 보호 산화막을 부식시킵니다.

Incoloy 825는 다양한 WPA 농도와 온도에서 부식을 어떻게 방지합니까?

Incoloy 825는 묽은 28~30% P2O5 필터 산부터 농축된 40~54% P2O5 증발기 제품까지 일반적인 습식{1}}공정 산 범위 전반에 걸쳐 낮고 예측 가능한 일반 부식률을 유지합니다. 하지만 온도가 증가하고 불소/염소 오염이 증가하면 부식률이 증가하므로 교환기 설계에서 이를 고려해야 합니다.

T생산 단계별 대표적인 습식-인산 조건과 Incoloy 825의 일반적인 성능 범위를 확인할 수 있습니다. 실제 부식 속도는 특정 플랜트 화학(불화물, 염화물 및 황산염 수준)에 따라 달라지며 쿠폰 테스트 또는 플랜트 이력을 통해 확인해야 합니다.

Incoloy 825는 WPA 열 교환기 서비스의 316L 스테인레스 스틸과 어떻게 비교됩니까?

Incoloy 825는 특히 구멍, 틈새 부식 및 염화물 응력 부식 균열과 관련하여 습식-인산 공정에서 316L 스테인리스강보다 성능이 훨씬 뛰어납니다. 이것이 바로 316L이 일반적으로 더 낮은-심각도, 더 낮은{5}}염화물 영역으로 제한되는 반면 Incoloy 825는 대부분의 WPA 열교환기 용도로 지정되는 이유입니다.

표 3 - 습식-인산 공정용 316L 스테인리스강과 Incoloy 825의 비교 특성. 상대 비용은 참고용일 뿐이며 니켈/몰리브덴 시장 가격에 따라 다릅니다.

Incoloy 825는 가장 가혹한 영역에서 합금 625와 같은 고급 합금과 어떻게 비교됩니까?

결론:WPA 공장의 가장 가혹한 구역에서는 - 매우 높은 불화물 함량, 높은 염화물 또는 가장 높은-온도의 증발기 단계 - 합금 625 또는 이와 유사한 높은-몰리브덴 니켈 합금이 Incoloy 825보다 성능이 뛰어날 수 있지만 이러한 추가 저항은 훨씬 더 높은 비용을 초래하므로 합금 625는 일반적으로 공장 전체에서 사용되기보다는 특정 고위험 구성요소용으로 예약됩니다.

표 4 - 가장 까다로운 습식-인산 영역에 대한 Incoloy 825와 Alloy 625 비교.

대부분의 WPA 생산업체가 사용하는 실용적인 접근 방식은 Incoloy 825를 대부분의 공정 장비에 대한 기본 재료로 지정한 다음 공장 부식 모니터링이나 이전 고장 이력을 통해 종종 식별되는 특정 구성요소(-)를 선택적으로 업그레이드하는 것입니다.

재료 선택에서 불화물 및 염화물 오염은 어떤 역할을 합니까?

P2O5 농도 또는 온도뿐만 아니라 불소 및 염화물 수준 -은 종종 Incoloy 825가 충분한지 또는 더 높은 합금이 보증되는지 여부를 결정하는 요소입니다. 두 종 모두 산 공격으로부터 니켈 합금을 보호하는 수동 산화막을 국부적으로 분해할 수 있기 때문입니다.

인광석 공급원은 불소 함량이 상당히 다양하며, 공정수와 재활용 흐름은 공장의 명목 설계 기준에 항상 반영되지 않는 다양한 염화물 수준을 도입할 수 있습니다. Incoloy 825의 내식성은 안정적인 부동태 피막에 달려 있기 때문에 원래 재료 선택에서 가정한 수준 이상으로 불화물이나 염화물이 증가하면 벌크 산 농도와 온도가 정상적인 설계 한계 내로 유지되는 경우에도 예기치 않게 빠른 국부 부식이 발생할 수 있습니다. 이러한 이유로 WPA 공장의 효과적인 재료 선택과 지속적인 신뢰성 프로그램에는 P2O5 농도와 온도에만 의존하기보다는 정기적인 부식 쿠폰 테스트와 주기적인 공급원료 분석이 포함됩니다.

침식{0}}공정 슬러리의 부식은 열교환기 튜브 수명에 어떤 영향을 미치나요?

WPA의 부유석고 및 암석 고형물의 침식-부식은 주로 고속 위치 - 튜브 입구, U-벤드 및 보호 산화막의 기계적 제거가 개질 능력을 능가하는 배플 접촉점 -에서 열교환기 튜브 수명을 단축하므로 튜브-측 속도 제어가 장기적인 신뢰성을 위한 합금 선택만큼 중요합니다-.

튜브{0}}측 속도를 WPA 함유 슬러리에 대한 합금 공급업체의 권장 범위 내로 유지하세요. 일반적으로 깨끗하고 마모성이 없는 유체에 사용되는 속도 제한보다 훨씬 낮습니다.-

입구 노즐의 난류와 충돌로 인해 침식 마모가 집중되는 튜브 입구에 입구 튜브 라이너 또는 페룰을 사용하십시오.

배플 접촉 지점에서 튜브 벽에 대한 슬러리의 직접적인 고속 충돌을 최소화하기 위해 배플 절단 및 간격을 설계합니다.

침전된 고형물을 제거하기 위해 교환기를 모니터링하고 주기적으로 청소하십시오. 국부적인 퇴적은 퇴적물 아래의 부식을 가속화하는 차등 폭기 셀을 생성할 수 있기 때문입니다.

열 교환기에서 Incoloy 825의 내식성을 보존하는 용접 및 제조 방법은 무엇입니까?

제작을 통해 Incoloy 825의 내식성을 보존하려면 저탄소 모재 및 용가재, 완전한 차폐 가스 적용(튜브 ID의 퍼지 가스 포함), 열 착색을 제거하기 위한 전체 용접 비드 세척이 필요합니다. 왜냐하면 이러한 경과로 인해 국지적으로 저항력이 떨어지는 영역이 생성되어 서비스 중 첫 번째 실패 지점이 될 수 있기 때문입니다.{2}}

모재 금속과 내식성이 다른 용접 용착물을 방지하려면 일치하는 Incoloy 825 용가재(ERNiFeCr-1 / ENiCrMo-3)를 사용하십시오.

적절하게 차폐된 용접 금속보다 국부적인 부식에 훨씬 더 취약한 공정-습윤 표면의 산화(열 착색)를 방지하기 위해 용접 중에 튜브 내부를 불활성 가스로 퍼지합니다.

제작 후 피클 및 부동태화 용접을 통해 열 착색을 제거하고 전체 젖은 표면에 걸쳐 균일한 수동 크롬 산화물 층을 복원합니다.

Incoloy 825의 낮은 탄소 함량과 티타늄 안정화가 이미 우수한 민감화 저항을 제공하더라도 패스 간 온도를 제어하여 민감화 온도 범위에서 소요되는 시간을 제한하고 결정립 경계에서 크롬 탄화물 침전 위험을 줄입니다.

완성된 용접 부분에 완전 관통 여부와 틈새 또는 -융합 결함이 없는지- 검사합니다. 이러한 기하학적 특징은 합금 화학적 성질에 관계없이 틈새 부식이 발생하는 주요 부위가 되기 때문입니다.

WPA에서 긴 서비스 수명을 위해 열교환기를 어떻게 설계해야 합니까?

수명이 긴-WPA 열교환기는 적절한 합금 선택과 보수적인 튜브-측면 속도, 적절한 부식 허용량, 검사 및 청소를 위해 접근 가능한 튜브 번들, 그리고 서로 다른 재료가 만나는 갈바닉 및 틈새 문제를 방지하도록 설계된 재료 전이 영역(튜브시트, 채널 헤드)을 결합합니다.

일반적인 P2O5 농도만이 아닌 확인된 공정 불화물, 염화물 및 온도 데이터 -를 기반으로 튜브 재료(일반적으로 Incoloy 825, 알려진 심각한 영역에 합금 625 포함)를 선택하십시오.

열 전달 효율성과 침식{2}}부식 위험 사이의 균형을 맞추기 위해 슬러리-베어링 서비스에 권장되는 범위 내로 튜브{0}}측 속도를 설정합니다.

일반적인 기본값이 아닌 플랜트{0}}별 부식 모니터링 기록을 기준으로 적절한 벽 두께 부식 허용치를 지정합니다.

튜브 합금이 다른 구조 재료와 만나는 갈바닉 부식을 방지하려면 호환 가능하거나 클래드 재료로 튜브 시트와 채널 헤드를 설계하십시오.

국부적인 부식이나 침식으로 인해 누출이 발생하기 전에 이를 포착하려면 주기적인 튜브 검사와 청소가 필수적이므로 적절한 번들 당김 간격과 검사 접근 권한을 제공하세요.

정기적인 쿠폰-테스트 및 검사 프로그램을 수립하여 설계 가정에 따른 실제 부식률을 추적하고 프로세스 화학 변화로 인해 예상치 못한 오류가 발생하기 전에 이를 포착합니다.

Incoloy 825와 WPA 서비스의 대안에 대한 총 소유 비용은 얼마입니까?

Incoloy 825는 316L 스테인리스강보다 단위 질량당 비용이 몇 배 더 높지만, 이 환경에서 316L이 겪는 빈번한 튜브 고장, 계획되지 않은 가동 중단 및 번들 교체를 방지하므로 일반적으로 습식-공정 인산 열교환기 서비스에서 총 소유 비용이 더 낮습니다.

의미 있는 비용 비교에는 초기 튜브 번들 가격뿐만 아니라 예상되는 고장 간격, 각 고장 시 계획되지 않은 생산 손실 비용, 번들 교체에 드는 인건비 및 폐기 비용도 포함되어야 합니다. 습식-인산 공정에서 316L 교환기는 연속 사용 후 몇 년 이내에 구멍이나 응력-부식- 관련 누출이 자주 발생하는 반면, 적절하게 설계 및 제작된 Incoloy 825 교환기는 일반적으로 동일한 조건에서 10년 이상의 사용 수명을 달성합니다. 이러한 방지된 고장 및 가동 중지 시간 비용이 포함되면 Incoloy 825의 더 높은 재료 비용은 일반적으로 교환기의 작동 수명 전반에 걸쳐 여러 번 복구되므로 초기 가격이 더 높음에도 불구하고 대부분의 WPA 열 교환기 작업에 대한 경제적으로 합리적인 선택이 됩니다.-

자주 묻는 질문