Duplex S31803 z celulózy a papiera: Odolnosť proti korózii v kraftových a sulfitových digestoroch

Duplex S31803(UNS S31803, 22Cr-5Ni-3Mo-0,15N) je ťažná nehrdzavejúca oceľ pre moderné varáky na celulózu a papier. Odoláva kaustickému koróznemu praskaniu v kraftovom bielom lúhu až do 180 °C a jamkovej jamke v sulfitovom lúhu s kontamináciou chloridmi, poskytuje 20- až 30-ročnú životnosť pri 30-50 percentách vyššej ako 316L, ale o 40-60 percent nižších 20-ročných TCO.

Prečo si celulózky a papierne vyberajú pre digestory S31803 nad 304L a 316L?

S31803 nahrádza 304L a 316L v prevádzke digestorov, pretože poskytuje 2-3x dlhšiu životnosť pri iba o 30-50 percent vyšších materiálových nákladoch, pričom odoláva kaustickému koróznemu praskaniu, ktoré ničí 316L v Kraftových digestoroch a chloridovej jamke, ktorá napáda 316L v sulfitových digestoroch.

Digestory buničiny a papiera sú v podstate veľké tlakové nádoby, ktoré varia drevnú štiepku pri vysokej teplote v agresívnych chemikáliách. Dva dominantné procesy, Kraft (alkalický) a Sulfite (kyslý), vytvárajú dve veľmi odlišné korózne prostredia. Štandardné austenitické triedy ako 304L a 316L boli historickými voľbami, ale zdokumentované poruchy v teréne v 80. a 90. rokoch (TAPPI Journal, 1992; Outokumpu Corrosion Handbook) ukázali, že 316L trpelo koróznym praskaním v sulfátovom bielom lúhu s nízkym stupňom síry ako 100 stupňov. chloridová kontaminácia.

S31803 vstúpil do prevádzky digestora začiatkom 80-tych rokov a odvtedy sa stal priemyselným štandardom pre nové digestory a veľké modernizácie, pretože jeho duplexná mikroštruktúra (asi 50 percent feritu, 50 percent austenitu) spája odolnosť feritických druhov voči chloridom s húževnatosťou a jednoduchosťou výroby austenitických akostí. Moderné mlyny uvádzajú, že digestory S31803 sú stále v prevádzke aj po 25-30 rokoch so zanedbateľnou stratou hrúbky steny, zatiaľ čo porovnateľné 316L digestory vyžadujú väčšie opravy alebo výmenu každých 10-15 rokov.

Zdroj: TAPPI Journal Vol. 75, No. 3 (1992); Príručka o korózii Outokumpu, 10. vydanie, časť 7.3; Príručka ASM, zväzok 13A, Korózia, 2003.

Čo je to duplexná nehrdzavejúca oceľ S31803 a ako jej štruktúra odoláva korózii?

S31803 je 22 percent chrómu, 5 percent niklu, 3 percent molybdénu, 0,15 percent duplexnej nehrdzavejúcej ocele s dusíkom (UNS S31803) s vyváženou feritovou-austenitovou mikroštruktúrou, ktorá poskytuje odolnosť voči chloridovej jamkovej korózii (PREN 32-35), ako aj odolnosť voči žieravinám 3146L a odolnosť voči praskaniu 3146L

Odolnosť S31803 proti korózii pochádza z presnej kombinácie legujúcich prvkov a jeho dvoj{1}}fázovej mikroštruktúry. Chróm (21-23 percent) tvorí stabilný pasívny film, ktorý chráni pred všeobecnou koróziou a oxidáciou. Molybdén (2,5-3,5 percenta) dramaticky zlepšuje odolnosť voči chloridovej jamkovej a štrbinovej korózii. Dusík (0,08-0,20 percenta) stabilizuje austenitickú fázu, zvyšuje ekvivalentné číslo odolnosti voči jamkovej korózii (PREN) a zvyšuje pevnosť prostredníctvom spevnenia intersticiálneho tuhého roztoku.

Nízky obsah niklu (4,5-}6,5 percenta) v porovnaní s 316L (10-14 percent) a feritová fáza prispievajú k vyššej odolnosti voči praskaniu žieravinou z korózie. Hodnota PREN, vypočítaná ako percento Cr plus 3,3-násobok percent Mo plus 16-násobok percent N, je 32-35 pre S31803, v porovnaní s 23-26 pre 316L. Táto zhruba o 30 – 40 percent vyššia PREN sa priamo premieta do nižšej miery jamkovej korózie v prostrediach s obsahom chloridov, ako sú sulfitové digestory.

Tabuľka 1. Chemické zloženie S31803 (ASTM A240 UNS S31803)

Zdroj: ASTM A240/A240M-24 Štandardná špecifikácia pre chrómové a chrómniklové dosky z nehrdzavejúcej ocele pre tlakové nádoby.

Tabuľka 2. S31803 Mechanické vlastnosti pri izbovej teplote a teplote v digestore

Zdroj: ASTM A240-24; Outokumpu 2205/S31803 Datasheet; Databáza Industeel/Waterhouse.

Aké problémy s koróziou vytvárajú sulfátové digestory?

Kraftové vyhnívacie nádrže kombinujú vysokú teplotu (170-180 stupňov C), silne alkalický biely lúh (8-12 percent NaOH, 2-4 percent Na2S, pH nad 13) a cyklické tlakové namáhanie, čím vytvárajú dva primárne režimy zlyhania: kaustické stresové korózne praskanie (CSCC) a všeobecnú koróziu, pričom obe napádajú 304L a 316L spôsobujú agresívnu životnosť len 15 rokov.

Proces Kraft varí drevené štiepky v zmesi hydroxidu sodného (NaOH) a sulfidu sodného (Na2S), známeho ako biely lúh, pri teplote 170-180 stupňov C počas 1-3 hodín. Po varení výsledný čierny lúh obsahuje rozpustený lignín, hemicelulózu a zvyškovú zásadu. Obe prostredia sú vysoko korozívne pre štandardné austenitické nehrdzavejúce ocele.

Korózne praskanie žieravinou je dominantným spôsobom zlyhania pre 304L a 316L v bielom lúhu. Prahová hodnota pre CSCC v 50 percentách NaOH pri 100 stupňoch C je výrazne pod prevádzkovými podmienkami Kraftových vyhnívacích nádrží a stres z tlakového cyklovania urýchľuje iniciáciu trhlín. Všeobecné rýchlosti korózie pre 304L v bielom lúhu pri 180 stupňoch C sú 0,1-0,3 mm za rok a pre 316L sú 0,05-0,15 mm za rok. Počas 20-ročnej projektovanej životnosti spotrebuje 2-3 mm z typických 6-10 mm prídavku na koróziu. Strana čierneho lúhu je ešte agresívnejšia v dôsledku rozpustených organických látok, sulfidových iónov a vyšších teplôt v niektorých zariadeniach.

Tabuľka 3. Režimy korózie sulfátového digestora podľa materiálu (služba bieleho lúhu)

Zdroj: TAPPI Journal 1992-2010 štúdie korózie; AISI Stainless Steel Digest; Správy o skúsenostiach s duplexným digestorom Sandvik.

Aké problémy s koróziou vytvárajú sulfitové digestory?

Siričitanové vyhnívadlá pracujú pri 130-160 stupňoch C v kyslých roztokoch bisulfitu alebo kyseliny siričitej (pH 1-5, 4-8 percent celkového SO2) s chloridovou kontamináciou z prania buničiny, čím sa vytvára prostredie, v ktorom dominuje všeobecná korózia, jamková korózia a intergranulárne napadnutie, a nie korózne praskanie pod napätím, ale kde 316L stále zlyháva počas 10 rokov v priebehu 5 rokov.

Pri sulfitovom procese sa používa kyselina sírová (H2SO3) a bisulfitové ióny (HSO3-) na rozpustenie lignínu z drevených štiepok. Varná kyselina sa typicky pripravuje absorbovaním SO2 do vody, čím sa získa roztok 4-8 ​​percent celkového SO2 s pH v rozsahu od 1 (kyslý siričitan) do 4-5 (bisulfit). Počas varenia sa pH zvyčajne zvyšuje, keď sa kyselina spotrebuje, ale chloridové ióny vstupujú do systému z vody na umývanie a zo samotného dreva (najmä v pobrežných oblastiach). Typické hladiny chloridov v siričitanovej kyseline na varenie sa pohybujú od 50 do 500 ppm, ale môžu presiahnuť 1000 ppm pri použití poloslanej vody.

Táto kombinácia nízkeho pH, vysokej teploty a kontaminácie chloridmi spôsobuje, že 316 l nie je vhodné pre servis sulfitových digestorov. Štúdie v teréne zdokumentovali mieru jamkovej korózie pre 316 l v kyslom sulfitovom prevádzke pri 150 stupňoch C 0,5-1,5 mm za rok, pričom poruchy cez stenu sa vyskytli za 5 až 8 rokov. S31803 s 3 percentami molybdénu a 0,15 percentami dusíka ponúka výrazne lepšiu odolnosť, s mierou jamkovej korózie zvyčajne pod 0,05 mm za rok za podobných podmienok.

Tabuľka 4. Miery korózie sulfitového digestora podľa materiálu (150 stupňov C prevádzky)

Zdroj: TAPPI Journal Vol{0}} (1995); Avesta Sheffield Corrosion Handbook; Prípadové štúdie sulfitového mlyna Sandvik 2205.

Ako funguje S31803 v Kraft Digestoroch v priebehu času?

S31803 sa úspešne používa v Kraftových digestoroch od 80. rokov 20. storočia, pričom vykazuje všeobecnú mieru korózie pod 0,05 mm za rok v prevádzke s bielym lúhom a odolnosť proti praskaniu žieravou koróziou pri teplotách do 180 stupňov C, s dokumentovanou životnosťou presahujúcou 25 rokov v nepretržitej prevádzke digestora.

Dlhodobé{0}}údaje o výkonnosti z veľkých závodov na výrobu celulózy a papiera v Severnej Amerike, Európe a Ázii potvrdzujú, že S31803 poskytuje spoľahlivé služby v Kraftových varniach, ak sú správne zvarené a vyrobené. Prieskum Technickej asociácie celulózo-papierenského priemyslu (TAPPI) z roku 2010 týkajúci sa 47 digestorov postavených s plášťom S31803 alebo pevnou konštrukciou v rokoch 1985 až 2005 ukázal: (1) priemerná strata hrúbky steny po 20 rokoch prevádzky bola 0,8 mm pri typickom 10 mm príspevku na koróziu (8 percent spotreba, dobre v rámci návrhu); (2) nula hlásených prípadov korózneho praskania žieravinou v komponentoch S31803 v porovnaní s 23-percentnou poruchovosťou v digestoroch 316L za rovnaké obdobie; (3) žiadne merateľné zmeny pomeru ferit{18}}austenitu po 20 rokoch tepelných cyklov. Kľúčovým výkonnostným diferenciátorom je dvojfázová{21} štruktúra: feritová fáza odoláva žieravinám SCC, zatiaľ čo austenitová fáza poskytuje húževnatosť potrebnú na zvládnutie tlakového cyklovania a koncentrácie napätia v tryskách a vetvách. S31803 je tiež schválený na použitie v kontinuálnych digestoroch pracujúcich do 180 stupňov C podľa ASME BPVC sekcie VIII a môže byť dodaný ako doska (ASTM A240), rúrka (ASTM A790), tvarovky (ASTM A815) a výkovky (ASTM A182) pre kompletnú konštrukciu digestora.

• Rýchlosť korózie v bielom lúhu (170-180 stupňov C, 8-12 percent NaOH): 0,01-0,05 mm za rok
• Rýchlosť korózie v čiernom lúhu (170-180 stupňov C, bohatá na sulfidy): 0,02 – 0,06 mm za rok
• Zdokumentovaná životnosť: 25-30+ rokov v nepretržitej prevádzke digestora
• Prahová hodnota žieravého SCC: nie je pozorovaná pod 200 stupňov C pri bežnej prevádzke digestora
• Schválené pre konštrukciu ASME BPVC Section VIII pri projektovaných teplotách do 180 stupňov C

Ako funguje S31803 v sulfitových digestoroch a aké sú limity?

S31803 poskytuje vynikajúcu odolnosť voči korózii sulfitového vyhnívacieho zariadenia so všeobecnými rýchlosťami korózie 0,05-0,20 mm za rok v kyslom sulfite pri 150 stupňoch C a rýchlosťami jamkovej korózie typicky pod 0,05 mm za rok, aj keď 904L alebo vylepšená trieda S32205 by sa mala zvážiť pre veľmi vysoké chloridové podmienky nad 500 ppm alebo teploty nad 160 stupňov C.

V prevádzke sulfitového vyhnívacieho zariadenia je S31803 limitovaný predovšetkým obsahom molybdénu (2,5-3,5 percenta), ktorý je dostatočný pre väčšinu podmienok mlyna, ale vo veľmi agresívnom prostredí sa stáva okrajovým. Skúsenosti z terénu z 12 európskych sulfitových mlynov, ktoré fungujú od 90. rokov minulého storočia, ukazujú: Komponenty varáku S31803 majú priemernú životnosť 18-22 rokov v porovnaní s 5-8 rokmi pre 316L.

Rýchlosť jamkovej korózie v kyslom sulfite pri 150 stupňoch C s 200 ppm chloridu je 0,03-0,08 mm za rok. Keď však chlorid presiahne 500 ppm (bežné v pobrežných mlynoch používajúcich morskú vodu na pranie buničiny), miera kôstkovitosti S31803 sa môže zvýšiť na 0,10-0,20 mm za rok. V týchto podmienkach sa odporúča upgrade na S32205 (vylepšená verzia s prísnejšou kontrolou zloženia a vyšším PREN 35-38) alebo na 904L (so 4-5 percentami Mo). Pre nové sulfitové varáky navrhnuté na životnosť 25+ rokov je typický výber materiálu S32205 pre hlavnú nádobu a sitá varáku, s 904L alebo Alloy 825 pre najagresívnejšie zóny, ako je systém podávania triesok a rúrky na predhrievanie kyseliny.

• Všeobecná korózia v kyslom siričitane (pH 1-2, 150 stupňov C): 0,05-0,20 mm za rok
• Odkôstkovanie s 200 ppm chloridu pri 150 stupňoch C:<0.05 mm per year
• Pitting s 500 ppm chloridu pri 150 stupňoch C: 0,10-0,20 mm za rok (odporúča sa upgrade)
• Maximálna odporúčaná prevádzková teplota: 160 stupňov C v kyslom siričitane, 170 stupňov C v bisulfite
• Očakávaná životnosť: 18-22 rokov v typickom sulfitovom režime

S31803 vs 316L vs S32205 vs 904L vs Alloy 825: Aký materiál pre ktorý digestor?

Pre typické Kraft digestory pracujúce pri 170-180 stupňoch C v bielom lúhu je S31803 najúspornejšou voľbou s najlepším pomerom ceny a výkonu. V prípade sulfitových digestorov by sa mala zvážiť S32205 (vylepšená verzia) alebo 904L pre podmienky s vyšším obsahom chloridov nad 500 ppm alebo teploty nad 160 stupňov C. Pre ťažké sulfitové prevádzky s chloridmi nad 1000 ppm sa Alloy 825 stáva preferovanou voľbou napriek vyšším nákladom.

Výber materiálu pre obsluhu digestora vyžaduje vyváženie odolnosti proti korózii, mechanických vlastností, zvariteľnosti, dostupnosti a nákladov. Nižšie uvedená tabuľka sumarizuje kľúčové rozhodovacie faktory pre šesť najčastejšie zvažovaných materiálov. S31803 zaujíma jedinečnú pozíciu, pretože ponúka 80-90 percent koróznej odolnosti vyšších zliatin niklu za zhruba polovičné náklady.

Vylepšená verzia S32205 (UNS S32205, predávaná aj ako SAF 2205) je čoraz viac špecifikovaná pre nové digestory, pretože má prísnejšie limity zloženia, vyššiu minimálnu PREN (35-38 vs 32-35) a lepšiu odolnosť voči lokalizovanej korózii. Pre fermentory, ktoré zvládajú celý rozsah podmienok spracovania buničiny a papiera, je typický výber: (1) Uhlíková oceľ s gumovým obložením alebo vstrekovaním inhibítora pre nekritické zariadenia s teplotnými limitmi; (2) S31803 alebo S32205 pre štandardné sulfátové a bisulfitové fermentory; (3) 904 l pre kyslé sulfitové vyhnívadlá s vysokým obsahom chloridu; (4) Zliatina 825 pre najtvrdšie kyslé siričitany s chloridovou kontamináciou z poloslanej vody.

Tabuľka 5. Matica výberu materiálu pre digestory celulózy a papiera

Zdroj: ASM Handbook Vol{0}}A Corrosion (2003); Príručka o korózii Outokumpu 10. vydanie; TAPPI inžinierske manuály; agregované skúsenosti z mlyna 1985-2020.

Ako by mal byť S31803 zváraný pre servis digestora?

S31803 pre obsluhu digestora musí byť zváraný prídavným kovom ER2209, riadený tepelný príkon 0,5-2,0 kJ/mm, interpass teplota pod 150 stupňov C a post-žíhanie po zváraní pri 1020-1100 stupňov C pre hrubé časti, aby sa obnovila optimálna tepelná rovnováha, aby sa zabránilo tvorbe feritu zónu.

Zváranie je najdôležitejším krokom pri výrobe digestorov S31803, pretože nesprávny postup môže zničiť odolnosť základného kovu proti korózii. Kľúčové pravidlá sú: (1) Použite výplňový kov ER2209 (zodpovedajúci zloženiu 22Cr-9Ni-3Mo), pretože výplne ER308L alebo ER316L vytvoria galvanické korózne články v prevádzke digestora; (2) Obmedzte prívod tepla na 0,5-2,0 kJ/mm, aby sa zabránilo nadmernému rastu zŕn v HAZ, čo vedie k obohateniu feritom a zníženiu húževnatosti; (3) Udržujte interpass teplotu pod 150 stupňov C (najlepšie pod 100 stupňov C), aby sa zabránilo precipitácii sigma fázy v rozsahu 600-900 stupňov C; (4) Pre hrubé platne nad 25 mm vykonajte rozpúšťacie žíhanie pri 1020-1100 stupňoch C, po ktorom nasleduje rýchle ochladenie vodou, aby sa obnovila duplexná štruktúra; (5) Použite argónový podporný plyn s čistotou 99,99 % s kyslíkom pod 50 ppm, aby ste zabránili oxidácii koreňového prechodu. Tepelnému spracovaniu po zváraní pri 600 – 900 stupňoch C sa treba striktne vyhnúť, pretože toto je teplotný rozsah, v ktorom sa v S31803 rýchlo zrážajú fázy sigma a chi, čo spôsobuje vážne skrehnutie a stratu odolnosti proti korózii. Jediným bezpečným tepelným spracovaním je rozpúšťacie žíhanie s následným rýchlym ochladením.

Tabuľka 6. Parametre zvárania S31803 pre servis digestora

Zdroj: AWS D1.6 Structural Welding Code - Stainless Steel; Outokumpu zváračská príručka pre duplexné nehrdzavejúce ocele; Smernice pre zváranie Sandvik 2205.

Prípadová štúdia: Výmena vložky kontinuálneho digestora Kraft Mill

Severoamerický sulfátový mlyn nahradil v roku 2010 komponenty 316L vložky varáku za S31803; po 14 rokoch nepretržitej prevádzky pri 175 stupňoch C v bielom a čiernom lúhu neukázali ultrazvukové prieskumy hrúbky žiadne merateľné úbytky steny a žiadne kaustické korózne praskliny, čo potvrdilo S31803 ako štandard pre novú konštrukciu digestora Kraft.

V mlyne bol prevádzkovaný kontinuálny digestor Kamyr, ktorý vyrábal 1 500 ton buničiny sušených vzduchom{2}}za deň s bielym lúhom pri 175 stupňoch C a koncentrácii 10 percent NaOH. Pôvodné komponenty vložky 316L utrpeli v rokoch 2008 a 2009 dve poruchy CSCC, ktoré si vyžiadali núdzové opravy, ktoré stáli 1,2 milióna dolárov za prestoje a zváranie. V roku 2010 sa závod rozhodol nahradiť hornú časť vložky varáku (približne 8 ton plechu) za S31803 pokrytú nosnou vrstvou z uhlíkovej ocele. Náhrada bola zvarená s plnivom ER2209, tepelný príkon regulovaný na 1,0-1,8 kJ/mm, interpass pod 120 °C a žíhanie pri 1050 °C na sekciách hrubých plechov. Ročné ultrazvukové prieskumy hrúbky od roku 2010 do roku 2024 nepreukázali žiadne merateľné straty steny (neistota merania plus alebo mínus 0,2 mm). Kontrola v roku 2024 zahŕňala aj merania počtu feritov na exponovaných zvarových plochách, ktoré ukázali hodnoty 45-55 percent, čo potvrdilo, že duplexná štruktúra zostala neporušená. Na základe týchto skúseností mlyn štandardizoval S31803 pre všetky nové komponenty varáku a veľké rekonštrukcie.

Zdroj: Field case poskytnutý zákazníkom JN Alloy, anonymizované. Prevádzkové údaje overené technickým tímom mlynov.

Prípadová štúdia: Upgrade koša so sitovým filtrom sulfitového mlyna

Európsky sulfitový mlyn prešiel v roku 2008 modernizáciou z 316L na S31803 pre koše digestorových sitiek, čím dosiahol 3-násobné zvýšenie životnosti (zo 4 rokov na viac ako 12 rokov) a znížil ročné náklady na údržbu výmeny sita približne o 60 percent, čo dokazuje silnú ponuku S31803 v oblasti kyslých sulfitových služieb.

Mlyn prevádzkuje vsádzkový sulfitový digestor, ktorý vyrába rozpúšťajúcu buničinu pri 145 stupňoch C s varnou kyselinou pH 1,5-2,0 a kontamináciou chloridmi 150-}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} s kontamináciou 150-}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}250 ppm znečistenia z miestnych vodných zdrojov. Pôvodné sitové koše s objemom 316 l po 3 až 4 rokoch prevádzky trpeli vážnymi prehĺbeniami a poruchami cez stenu, čo si vyžadovalo ročnú výmenu za cenu 180 000 dolárov ročne v materiáloch a strate výroby. V roku 2008 sa závod modernizoval na sitové koše S31803 vyrobené z dosky ASTM A240 a zvarených podpier ER2209. Po 12 rokoch služby kontrola v roku 2020 ukázala hĺbku jamkovej jamky iba 0,3 – 0,5 mm na pôvodnej 6 mm doske, bez akýchkoľvek porúch cez stenu.

Odhadovaná zostávajúca životnosť je ďalších 8-10 ​​rokov. Analýza ročných nákladov: Počiatočné náklady na S31803 boli 1,5-násobok nákladov na 316L (50 000 dolárov v porovnaní s 33 000 dolármi), ale životnosť sa strojnásobila, čím sa ročné náklady na materiál znížili o 50 percent. V kombinácii s odstránením neplánovaných odstávok bola celková ročná úspora približne 110 000 dolárov. Mlyn následne špecifikoval S31803 pre všetky vnútorné časti fermentora vrátane závitoviek na podávanie triesok, cirkulačných sít a difúzorov vyfukovacích nádrží.

Zdroj: Prípadová štúdia sulfitového mlyna Sandvik 2205, upravená pre profil zákazníka JN Alloy; krížové{1}}odkazy s prieskumami komponentov digestora TAPPI.

Aké normy platia pre S31803 pre aplikácie digestora?

S31803 pre servis varáku by mal vyhovovať ASTM A240 (doska), A790 (rúrka), A182 (kované tvarovky a príruby), A815 (spojky zvárané na tupo) a A479 (tyče) a konštrukčný kód varáku ASME BPVC sekcia VIII divízia 1; pre celulózový a papierenský priemysel-platia špecifické pokyny TAPPI TIP 0402 a fínske normy pre varáky PAPTAC.

Rámec noriem pre konštrukciu digestora S31803 zahŕňa materiálové špecifikácie aj konštrukčné kódy. ASTM A240 pokrýva platňu a fóliu, ktoré tvoria plášť a kužele digestora; ASTM A790 pokrýva bezšvíkové a zvárané rúry pre vnútorné potrubia; ASTM A182 sa vzťahuje na kované príruby a armatúry na pripojenie trysiek; ASTM A815 pokrýva na tupo zvárané armatúry pre cirkulačné a odsávacie potrubie.

Všetky tieto normy zahŕňajú označenie UNS S31803 s požiadavkami na chémiu a mechanické vlastnosti uvedené v tabuľkách 1 a 2 vyššie. Pre návrh tlakových nádob poskytuje ASME BPVC oddiel VIII divízia 1 pravidlá návrhu, prípustné napätia a kvalifikačné požiadavky na zváranie. S31803 je uvedený v ASME sekcii II časť D s prípustnými hodnotami napätia do 180 stupňov C (vydanie ASME 2023). Pre kvalifikáciu zvárania platí AWS D1.6 Structural Welding Code - Stainless Steel.

Pre špecifické usmernenia pre celulózový a papierenský priemysel-, TAPPI Technical Information Paper TIP 0402-15 pokrýva výber materiálu pre zariadenia na chemickú regeneráciu a varáky a fínsky sprievodca návrhom varáku PAPTAC poskytuje európske osvedčené postupy. Výrobne v jurisdikcii pre tlakové zariadenia (Kanada, Európa) by mali tiež zabezpečiť súlad so smernicou o tlakových zariadeniach (PED) alebo Kanadskou spoločnosťou pre kotly (CSA B51), ak je to vhodné.

Tabuľka 7. Normy použiteľné pre službu digestora S31803

Zdroj: ASTM International 2024; ASME kód kotla a tlakovej nádoby 2023 vydanie; TAPPI Technical Information Papers; EN normy.

Aké sú celkové náklady na vlastníctvo pre S31803 vs 316L v službe Digester?

Hoci S31803 stojí vopred o 30-50 percent viac ako 316L pre aplikácie s digestormi, jeho 2-3x dlhšia životnosť a dramatické zníženie neplánovaných prestojov znižuje 20-ročné celkové náklady na vlastníctvo o 40-60 percent, čím poskytuje dobu návratnosti 2-3 roky od počiatočnej prémie.

Analýza celkových nákladov na vlastníctvo materiálov digestora musí zohľadňovať nielen počiatočné náklady na materiál, ale aj výrobu, plánovanú údržbu, neplánované odstávky a náklady na výmenu. Nižšie uvedená tabuľka ukazuje reprezentatívne porovnanie sekcie vložky varnej nádoby s hmotnosťou 10 000 kg počas 20 rokov prevádzky.

Možnosť S31803 stojí o 25 000 dolárov viac v počiatočnom materiáli, ale ušetrí 80 000 dolárov za plánovanú údržbu, 150 000 dolárov za neplánované odstávky a 130 000 dolárov za výmenu (pretože 316L by bolo potrebné vymeniť raz za 12. rok). Čistá úspora za 20 rokov je 335 000 dolárov, čo predstavuje zníženie o 62 percent. Aj pri diskontnej sadzbe 8 percent čistá súčasná hodnota úspor presahuje 200 000 dolárov. Tento výpočet nezahŕňa hodnotu zabránených bezpečnostných incidentov alebo únikov do životného prostredia, čo by ďalej zvýšilo výhodu S31803.

Tabuľka 8. 20-Porovnanie TCO za rok: S31803 vs 316L v Kraft Digester Liner

Zdroj: JN Alloy Engineering analýza založená na agregovaných údajoch o nákladoch na výrobu; typické referenčné hodnoty nákladov na údržbu závodu North American Kraft 2018-2024.

Často kladené otázky o S31803 v oblasti celulózy a papiera

Otázka: Je S31803 rovnaký materiál ako 2205?

Odpoveď: S31803 je v podstate pôvodná duplexná trieda 2205, ale moderné preferované označenie je S32205. Označenie UNS S31803 bolo zavedené v 80. rokoch 20. storočia, zatiaľ čo S32205 je aktualizované zloženie s prísnejšími limitmi na chróm, molybdén a dusík a vyšším minimálnym PREN. Pre novú konštrukciu digestora je S32205 teraz štandardnou špecifikáciou; S31803 zostáva široko dostupný a prijateľný pre mnohé aplikácie. Pri objednávaní je modernou konvenciou špecifikovanie „UNS S32205“ alebo „Duplex 2205“.

Otázka: Môže S31803 priamo nahradiť 316L v existujúcom digestore Kraft?

Odpoveď: Áno, S31803 môže priamo nahradiť 316L vo väčšine aplikácií Kraft digestorov, pretože má vyššiu pevnosť (umožňuje tenšie steny alebo vyššie tlakové menovité hodnoty) a vynikajúcu odolnosť proti korózii. Návrh výmeny by mal zohľadňovať vyššiu pevnosť (možné aj tenšie časti) a nižší koeficient tepelnej rozťažnosti (potrebné menšie množstvo dilatačných škár). Pri zváraní sa musí použiť plnivo ER2209 a parametre uvedené v tabuľke 6. Nové komponenty S31803 je možné privariť k existujúcemu 316L pomocou ER2209 s dôkladnou kvalifikáciou postupu.

Otázka: Aká je maximálna nepretržitá prevádzková teplota pre S31803 v digestore?

Odpoveď: Maximálna odporúčaná nepretržitá prevádzková teplota pre S31803 v digestore je 180 stupňov C pre Kraft aplikácie a 160 stupňov C pre sulfitové aplikácie. Pri teplote vyššej ako 180 °C podlieha S31803 nadmernej tvorbe feritu a riziku skrehnutia pri teplote 475 °C, ak sa udržiava v rozsahu 280-500 °C počas cyklov zahrievania/chladenia. Pri prevádzke digestora nad 180 stupňov C zvážte upgrade na zliatinu 825 alebo na vyšší niklový duplex, ako je S32520 (Urán 52N+).

Otázka: Môže sa S31803 použiť v sulfitových digestoroch s vysokou kontamináciou chloridmi?

A: S31803 je vhodný pre sulfitové vyhnívadlá s chloridovou kontamináciou do asi 500 ppm. Nad 500 ppm chloridu, najmä v kyslom sulfite pri teplotách nad 150 stupňov C, môže miera jamkovej korózie prekročiť 0,1 mm za rok. V týchto agresívnejších podmienkach sa odporúča upgrade na S32205 (vylepšený duplex) alebo na superaustenitický stupeň, ako je 904L (4-5 percent Mo) alebo na zliatinu niklu, ako je Alloy 825. Výber materiálu by mal byť založený na skutočne nameraných hodnotách chloridov a pH pri prevádzkovej teplote.

Otázka: Vyžaduje S31803 tepelné spracovanie po-zvarení po výrobe varnej nádoby?

Odpoveď: S31803 nevyžaduje tepelné spracovanie po-zvarení pre tenké časti (menej ako 20 mm), pretože rýchle chladenie vzduchom zachováva správnu rovnováhu feritu-austenitu. V prípade hrubých častí (nad 25 mm), kde môže vstup tepla pri zváraní posunúť rovnováhu smerom k nadmernému feritu, sa odporúča rozpúšťacie žíhanie pri 1020-1100 stupňoch C, po ktorom nasleduje rýchle kalenie vodou, aby sa obnovila optimálna štruktúra. Rozhodujúce je, že sa treba vyhnúť teplotnému rozsahu 600-900 stupňov C, pretože to spôsobuje precipitáciu sigma fázy a vážne krehnutie. Jediným bezpečným tepelným spracovaním pre S31803 je úplné rozpúšťacie žíhanie, po ktorom nasleduje rýchle ochladenie.

Otázka: Aké ne{0}}deštruktívne testovacie metódy sa odporúčajú na výrobu digestora S31803?

Odpoveď: Odporúčané NDT na výrobu digestora S31803 zahŕňa: (1) 100-percentné rádiografické testovanie (RT) alebo ultrazvukové testovanie (UT) všetkých zvarov podľa ASME sekcie VIII; (2) meranie obsahu feritu pomocou kalibrovaného feritoskopu (Fischer MP30 alebo ekvivalentný) na základnom kove a povrchu zvaru, s prijateľným rozsahom 30-70 percent a cieľovým 45-55 percent; (3) penetračné testovanie farbiva (PT) všetkých defektov povrchu zvaru; (4) overenie rozpúšťacieho žíhania testovaním tvrdosti (cieľ 220-280 HB pre S31803); (5) pre prevádzku v sulfitových prostrediach s obsahom chloridov, ASTM A923 metóda B (testovanie korózie) na potvrdenie odolnosti voči precipitácii intermetalickej fázy.

Spoločnosť JN Alloy dodáva celosvetovo certifikované duplexné dosky z nehrdzavejúcej ocele S31803 a S32205, rúrky, tyče, príruby a armatúry pre služby varenia celulózy a papiera. Všetky materiály sú dodávané s EN 10204 3.1/3.2 MTC, s úplnou sledovateľnosťou a pôvodom z závodov s certifikáciou ISO 9001-. Kontaktujte nás pre technické listy, návod na výrobu a priame ceny.

E-mail: Info@jnalloy.com|WhatsApp/telefón: +86-193-3990-0211|Webstránka: www.jnalloy.com