Hastelloy C2000 vs C276: Univerzálna zliatina odolná voči korózii-pre zmiešané kyslé prostredie

Hastelloy C2000(UNS N10200, 23Cr-16Mo-1,6Cu) bol špeciálne vyvinutý na prekonanie obmedzenia C276 (UNS N10276, 15Cr-16Mo-4W) v zmiešanom oxidačno-redukčnom kyslom prostredí. C2000 ponúka vynikajúcu odolnosť voči kyseline sírovej (najmä 10-60 percent pri 50-100 stupňoch C), kyseline dusičnej, vlhkému chlóru a zmiešaným prúdom kyselín, zatiaľ čo C276 zostáva preferovanou voľbou v čistých redukčných kyselinách (HCl akákoľvek koncentrácia, zriedená H2SO4 pod 10 percent) vďaka vyššiemu obsahu Mo a W. C2000 nesie približne 15-25 percent vyššiu cenu oproti C276, ale eliminuje potrebu modernizácie zliatiny v prevádzke zmiešaných kyselín, čím sa v týchto aplikáciách znižujú celkové náklady na projekt o 20-40 percent.

Čím sa C2000 líši od C276?

C2000 bola skonštruovaná ako „univerzálna“ zliatina niklu pridaním 1,0-1,6 percenta medi do Cr-Mo bázy (23Cr-16Mo), ktorá poskytuje súčasnú odolnosť voči oxidačným aj redukčným prostrediam, zatiaľ čo nižší obsah Cr (15 percent) a nedostatok Cu z C276 vynikajú iba v redukčných alebo zmiešaných prostrediach, ale bojujú s kyselinami

Spoločnosť Haynes International vyvinula C2000 v 90. rokoch 20. storočia špecificky na riešenie kritického obmedzenia C276: jeho slabého výkonu v oxidačnom kyslom prostredí. C276 s 14,5-16,5 percentami Cr nemôže tvoriť stabilný pasívny film v silne oxidačnom médiu, ako je kyselina dusičná (HNO3) alebo v zmiešaných prúdoch kyselín, kde koexistujú oxidačné a redukčné zložky.

Riešením bolo zvýšiť Cr na 22-24 percent (podobne ako úroveň 625) a pridať 1,0-1,6 percenta Cu, čo dramaticky zlepšuje odolnosť voči kyseline sírovej a zmiešaným oxidačno-redukčným médiám. C2000 tiež neobsahuje volfrám (na rozdiel od C276 3-4,5 percenta W), čo znižuje jeho náklady a zjednodušuje jeho mikroštruktúru, ale tiež mierne znižuje jeho výkon v čistom znížení kyslosti. Prídavok medi v C2000 funguje prostredníctvom dvoch mechanizmov: (1) zvyšuje potenciál zliatiny v kyseline sírovej, posúva ju do pasívnej oblasti pri nižších koncentráciách kyseliny; a (2) vytvára filmy sulfidu medi, ktoré odolávajú napadnutiu v zmiešanom kyslom prostredí. Výsledkom je zliatina, ktorú Haynes opisuje ako „najuniverzálnejšie dostupnú zliatinu niklu s najvyššou odolnosťou voči korózii“, zatiaľ čo C276 zostáva štandardom pre čisté redukčné kyseliny a najtvrdšie kyslé služby.

Zdroj: Haynes International C2000 Technical Bulletin H-2014; C276 Technický bulletin H-2002; Príspevok prezentovaný na CORROSION 2000, NACE.

Aké sú chemické rozdiely medzi C2000 a C276?

C2000 má výrazne vyšší obsah chrómu (22-24 percent oproti 14,5-16,5 percenta) a mierne vyšší molybdén (15-17 percent oproti 15-17 percentám) ako C276, plus kritické 1,0-1,6 percenta oxidovanej medi, zatiaľ čo C276 má 3-4,5 percenta C276 na výrobu volfrámu a neoptimalizuje C200 C276 optimalizovaný pre redukciu médií.

Chemické porovnanie medzi C2000 a C276 odhaľuje zásadný kompromis- medzi odolnosťou voči oxidácii a znižovaním odolnosti voči kyselinám. Chróm je primárny pasivačný prvok: C2000 má 22-24 percent Cr je o 50 percent vyšší ako C276 14,5-16,5 percent Cr a tento vyšší Cr umožňuje C2000 udržiavať stabilný pasívny film v oxidačných médiách, ako je kyselina dusičná a chlorid železitý. Obsah molybdénu je v oboch zliatinách podobný (15-17 percent), čo v oboch prípadoch poskytuje vynikajúcu odolnosť proti chloridovej jamkovej a štrbinovej korózii.

Kritickým rozlišovacím prvkom je meď: Prídavok 1,0-1,6 percenta Cu v C2000 je kľúčovou inováciou, ktorá zlepšuje výkon v prúdoch kyseliny sírovej a zmiešaných kyselín. Volfrám C276 (3-4,5 percenta) poskytuje dodatočnú odolnosť voči bodovej korózii v čistom redukčnom prostredí, ale nie je prítomný v C2000. Uhlík je v oboch zliatinách extrémne-nízky (0,010 max pre C276, 0,015 max pre C2000), čo zabraňuje senzibilizácii počas zvárania. Obidve zliatiny neobsahujú žiadne prísady nióbu ani titánu, vďaka čomu je mikroštruktúra plne austenitická a jednofázovo žíhaná v roztoku.

Tabuľka 1. Porovnanie chemického zloženia (ASTM B575 / špecifikácie Haynes)

Zdroj: ASTM B575-24; Haynes International H-2002 (C276) a H-2014 (C2000); Register UNS N10200 a N10276.

Ako sa porovnávajú mechanické vlastnosti a teplotné limity?

C2000 a C276 majú veľmi podobné mechanické vlastnosti pri izbovej-teplote (výťažnosť 283-310 MPa, pevnosť v ťahu 690 – 760 MPa, predĺženie 40 – 45 percent), ale C2000 má o niečo vyšší obsah chrómu, ktorý ho robí citlivejším v atmosfére síry a 400 stupňov C, pričom obe zliatiny sú náchylné na spálenie zdieľajú podobné maximálne prevádzkové teploty v čistom vzduchu.

C2000 a C276 sú v roztoku-žíhané austenitické niklové zliatiny s podobnými mechanickými vlastnosťami pri izbovej teplote. Medza klzu (0,2 percentný posun) pre obe zliatiny je v rozsahu 283-310 MPa pre plech a plech v stave-rozpúšťacieho žíhania. Pevnosť v ťahu je 690-760 MPa pre obe. Predĺženie je vynikajúce pri 40-45 percentách oboch zliatin, čo odráža ich austenitickú jednofázovú mikroštruktúru.

Tvrdosť je podobná 85-95 HRB pre obe. Kľúčový rozdiel sa objavuje pri zvýšených teplotách: C2000 s vyšším obsahom Cr (22-24 percent) je náchylnejší na pôsobenie síry pri vysokých-teplotách pri znižovaní ovzdušia s obsahom síry, pričom odporúčané maximum je 400 stupňov C v prevádzke s obsahom H2S v porovnaní so 450 stupňami C pre C276.

Na čistom vzduchu majú obe zliatiny podobné maximálne prevádzkové teploty približne 1040 stupňov C. Odolnosť voči únave je pre obe zliatiny podobná a obe majú vynikajúcu rázovú húževnatosť pri kryogénnych teplotách až do -196 stupňov C. Žiadna zliatina nie je vytvrditeľná precipitáciou-, takže pevnosť nemožno zvýšiť tepelným spracovaním nad rámec stavu žíhania v roztoku.

Tabuľka 2. Porovnanie mechanických vlastností (roztok žíhaný, izbová teplota)

Zdroj: ASTM B575-24; údajové listy Haynes International H-2002 a H-2014; ASME BPVC oddiel II časť D (2023).

Ako C2000 a C276 účinkujú v kyseline sírovej?

C2000 výrazne prevyšuje C276 v kyseline sírovej v celom rozsahu koncentrácií od 10 do 96 percent, pričom rýchlosť korózie je zvyčajne 3-10 krát nižšia v kritickom rozsahu 10-60 percent, kde pracuje väčšina procesných zariadení H2SO4.

Kyselina sírová je najbežnejšou priemyselnou kyselinou a najdôležitejšou aplikáciou pre C2000 oproti C276. Dôvod spočíva v anodickom polarizačnom správaní každej zliatiny v H2SO4. Pri nízkych až stredných koncentráciách (10-60 percent H2SO4) a teplotách 50-100 stupňov C zostáva C276 s vysokým obsahom Mo a absenciou Cu v aktívnej koróznej oblasti s relatívne vysokou rýchlosťou korózie. C2000 s prídavkom Cu sa za týchto podmienok posúva do pasívnej oblasti, čím sa dramaticky znižuje rýchlosť korózie.

Údaje o izotermickej korózii Haynes International (H-2014) ukazujú, že v 10 percentách H2SO4 pri 80 stupňoch C koroduje C2000 rýchlosťou 0,01-0,05 mm/rok, zatiaľ čo C276 koroduje rýchlosťou 0,05-0,15 mm/rok. V 50 percentách H2SO4 pri 80 stupňoch C koroduje C2000 rýchlosťou 0,02-0,08 mm/rok, zatiaľ čo C276 koroduje rýchlosťou 0,20-0,50 mm/rok. V 96 percentách (dymiacej) H2SO4 pri 100 stupňoch C sa obe zliatiny správajú dobre (menej ako 0,05 mm/rok), ale C2000 si zachováva mierny náskok. Vďaka tomu je C2000 preferovanou voľbou pre chladiace hady s kyselinou sírovou, absorpčné veže, koncentrátory kyselín a moriace linky v celom chemickom spracovateľskom priemysle.

Tabuľka 3. Rýchlosti korózie v kyseline sírovej (mm za rok)

Zdroj: Haynes International H-2002 a H-2014 údaje o izotermickej korózii; ASTM G28 metóda A; agregované skúsenosti chemického závodu 1995-2020.

Ako sa porovnávajú C2000 a C276 v kyseline chlorovodíkovej?

C276 je preferovanou voľbou pre všetky koncentrácie kyseliny chlorovodíkovej pri všetkých teplotách, pretože jej vyšší obsah Mo a W poskytuje vynikajúcu odolnosť voči aktívnemu koróznemu mechanizmu HCl, zatiaľ čo C2000 funguje primerane v zriedenej HCl (pod 5 percent), ale neodporúča sa pre koncentrovanú HCl pri zvýšených teplotách.

Kyselina chlorovodíková (HCl) je najagresívnejšia redukčná kyselina pre zliatiny niklu, pretože chloridové ióny agresívne napádajú pasívny film a Mo je primárna obrana. C276 aj C2000 majú rovnaký obsah Mo (15-17 percent), ale C276 má dodatočný obranný mechanizmus vo forme W (3-4,5 percenta), ktorý prispieva k pasivácii v HCl. C2000 nemá W a má vyšší obsah Cr, čo v silne redukčnom prostredí HCl nepomáha.

Vo vriacej 1% HCl koroduje C2000 rýchlosťou 0,05-0,15 mm/rok, podobne ako C276 0,03-0,10 mm/rok. Vo vriacej 5-percentnej HCl koroduje C2000 rýchlosťou 0,20-0,50 mm/rok, zatiaľ čo C276 je 0,50-1,00 mm/rok (C276 je pri tejto koncentrácii o niečo horší, pretože vyšší Cr v C276 nepomáha). V 10-percentnej HCl pri 80 stupňoch C koroduje C2000 rýchlosťou 0,10 – 0,30 mm/rok, zatiaľ čo C276 koroduje rýchlosťou 0,20 – 0,50 mm/rok (C2000 je tu v skutočnosti lepší vďaka prídavku Cu).

Avšak v koncentrovanej HCl (20-37 percent) pri zvýšených teplotách je C276 s prídavkom W a vyššou účinnosťou Mo štandardnou voľbou a C2000 sa neodporúča. Pre použitie HCl je štandardným priemyselným usmernením: zriedená studená HCl (menej ako 5 percent, pod 50 stupňov C) je prijateľná ktorákoľvek zliatina; stredná HCl (5-15 percent, 50-80 °C) je preferovaná C276; vyžaduje sa koncentrovaná HCl (vyššia ako 20 percent, akákoľvek teplota nad izbovou teplotou) C276.

Tabuľka 4. Rýchlosti korózie v kyseline chlorovodíkovej (mm za rok)

Zdroj: Haynes International H-2002 a H-2014; Príručka ASM Vol{2}}A Corrosion (2003); údaje o poli chemických závodov.

Ako sa porovnávajú v prostredí kyseliny dusičnej a zmiešanej kyseliny?

C2000 so svojimi 22-24 percentami Cr výrazne prevyšuje C276 v kyseline dusičnej a je jasnou voľbou pre zmiešané kyslé prostredia, kde koexistujú oxidačné a redukčné zložky, zatiaľ čo C276 funguje zle v HNO3 a nemal by byť špecifikovaný pre zmiešané kyslé prúdy.

Kyselina dusičná (HNO3) je silne oxidačná kyselina a chróm je primárny pasivačný prvok. C2000 s 22-24 percentami Cr tvorí oveľa stabilnejší pasívny film v HNO3 ako C276 s iba 14,5-16,5 percentami Cr. Pri vriacej 65 percentnej HNO3 koroduje C2000 rýchlosťou 0,10-0,30 mm/rok, zatiaľ čo C276 koroduje rýchlosťou 0,50-1,00 mm/rok. Tento rozdiel je rozhodujúci pre procesy zahŕňajúce prúdy zmiešaných kyselín, ktoré patria medzi najnáročnejšie korózne prostredia v chemickom priemysle. Zmiešané kyslé prostredia (ako sú zmesi HF-HNO3 používané pri morení nehrdzavejúcej ocele alebo zmesi H2SO4-HNO3 pri výrobe hnojív) obsahujú súčasne oxidačné aj redukčné zložky.

C276, ktorý vyniká v redukčných prostrediach, je v skutočnosti agresívne napádaný v oxidačných podmienkach, pretože jeho obsah Cr je nedostatočný na udržanie pasívneho filmu. C2000 s vyššími prísadami Cr a Cu zvláda tieto zmiešané prostredia elegantne. V aqua regia (3HCl-1HNO3), C2000 koroduje rýchlosťou 0,10-0,30 mm/rok pri izbovej teplote, zatiaľ čo C276 koroduje rýchlosťou 0,50-1,50 mm/rok. V zmiešaných moriacich roztokoch HF-HNO3 pri 60 stupňoch C koroduje C2000 rýchlosťou 0,05-0,15 mm/rok, zatiaľ čo C276 koroduje rýchlosťou 0,50-1,00 mm/rok. Vďaka týmto rozdielom je C2000 štandardnou voľbou pre zariadenia na morenie, zmiešané kyslé reaktory a výrobné jednotky na výrobu hnojív.

Tabuľka 5. Rýchlosti korózie v prostredí s kyselinou dusičnou a zmesou kyselín

Zdroj: Haynes H-2002 a H-2014; ASTM G28 metóda A; Príručka morenia a povrchovej úpravy; Príručka pre priemysel hnojív.

Ako sa porovnávajú v kyslej prevádzke (H2S + chlorid) podľa NACE MR0175?

C276 aj C2000 sú schválené podľa NACE MR0175/ISO 15156 pre kyslú prevádzku a obe fungujú vynikajúco v ťažkých kyslých prostrediach, ale C276 je konzervatívnejšou voľbou pre najťažšie podmienky (prítomnosť HCl, veľmi vysoký parciálny tlak H2S nad 1 MPa), zatiaľ čo C2000 je vynikajúci pre kyslé prostredia bez HCl.

Kyslá služba sa vzťahuje na ropné a plynové prostredia obsahujúce H2S rozpustený v vyrobenej vode, čo môže spôsobiť praskanie sulfidovým napätím (SSC), vodíkom -indukované praskanie (HIC) a napätím-orientované HIC (SOHIC) v citlivých zliatinách. C276 aj C2000 sú uvedené v NACE MR0175/ISO 15156 ako prijateľné pre kyslú prevádzku v stave-žíhaného roztoku. C276 je osvedčenou voľbou v najťažších kyslých prostrediach, najmä tam, kde je HCl prítomná vo vyrobenej vode alebo kde parciálny tlak H2S presahuje 1 MPa.

Obsah volfrámu v C276 poskytuje dodatočnú mieru bezpečnosti v týchto extrémnych podmienkach. C2000 je schválený pre kyslú prevádzku, ale zvyčajne sa špecifikuje, keď primárnym problémom nie je len H2S, ale aj kyslé zložky (ako CO2 s organickými kyselinami), ktoré vytvárajú zmiešané kyslé podmienky. V praxi sa C2000 úspešne používa v zariadeniach na spracovanie kyslých plynov, kde plyn obsahuje H2S aj CO2 s organickými kyselinami, čo je zmiešané kyslé prostredie, kde pridanie Cu C2000 poskytuje vynikajúcu odolnosť.

Na splnenie požiadaviek NACE si obe zliatiny vyžadujú- žíhanie v roztoku a tvrdosť pod 35 HRC. Pre najagresívnejšie kyslé prostredia s prítomnou HCl (ako sú jednotky na odstraňovanie kyslých plynov alebo operácie stimulácie kyselinou) zostáva C276 štandardnou priemyselnou voľbou.

Tabuľka 6. Porovnanie kyslých služieb (NACE MR0175/ISO 15156)

Zdroj: NACE MR0175/ISO 15156 časť 3 (2020); Haynes International C2000 a C276 Sour Service Bulletiny.

Ako by sa mali C2000 a C276 zvárať?

C2000 aj C276 vyžadujú GTAW so zodpovedajúcimi prídavnými kovmi typu ERNiCrMo{2}} (ERNiCrMo-10 pre C276, ERNiCrMo-14 pre C2000) a prísnu kontrolu vstupu tepla, ale C2000 je o niečo zhovievavejší kvôli vyššiemu obsahu Cr, zatiaľ čo C276 je citlivejší na zrážanie HAZ v intermetalickej fáze.

Zváranie je kritickým krokom pri výrobe zariadení C2000 a C276, pretože obe zliatiny sú náchylné na napadnutie teplom -ovplyvnenou zónou (HAZ), ak nie je kontrolovaný prívod tepla. C276 je z týchto dvoch zliatin citlivejšia vďaka vyššiemu obsahu Mo a W, ktorý podporuje precipitáciu mu fázy a P fázy v rozsahu 600-1100 stupňov C. Odporúčaný tepelný príkon pre C276 je 0,5-1,5 kJ/mm, interpass teplota pod 93 stupňov C a bez predohrevu. C2000 s vyšším obsahom Cr a Cu je o niečo tolerantnejší voči teplu pri zváraní, ale odporúča sa rovnako prísna kontrola: 0,5-1,5 kJ/mm príkon tepla, interpass pod 120 stupňov C.

Pre C276 je prídavný kov ERNiCrMo-10 (AWS A5.14, UNS N06059) alebo ERNiCrMo-4 (UNS N10276). ERNiCrMo-10 má nižší Cr ako ERNiCrMo-4, ale lepšie zodpovedá odolnosti C276 voči korózii. Pre C2000 je prídavným kovom ERNiCrMo-14 (AWS A5.14, UNS N06200), ktorý bol špeciálne vyvinutý pre C2000 a má zodpovedajúce zloženie 23Cr-16Mo-1,5Cu. ERNiCrMo-14 je preferované plnivo pre C2000 a poskytuje najlepšiu zhodu s odolnosťou proti korózii vo zvarovom kove. Tepelné spracovanie po zváraní sa nevyžaduje pre žiadnu zliatinu v tenkých rezoch; v prípade hrubých profilov obnovuje optimálne vlastnosti rozpúšťacie žíhanie pri 1120-1175 stupňoch C (C276) alebo 1121-1177 stupňoch C (C2000) s následným rýchlym ochladením vodou.

Tabuľka 7. Parametre zvárania pre C276 a C2000

Zdroj: Haynes International C276 a C2000 Welding Guides; AWS D1.6 Kódex pre zváranie štruktúr; ASME sekcia IX; AWS A5.14/A5.14M.

C2000 vs C276: Kedy zvoliť ktorú zliatinu?

Zvoľte C276 pre čisté redukčné kyseliny (HCl akákoľvek koncentrácia, zriedená H2SO4 pod 10 percent) a silne kyslé prostredie s prítomnosťou HCl; vyberte C2000 pre kyselinu sírovú (10-96 percent), kyselinu dusičnú, zmiešané kyslé prostredie, aqua regia a kyslé služby s CO2 plus organickými kyselinami; ak máte pochybnosti medzi týmito dvoma, C2000 je univerzálnejšou voľbou.

Výber medzi C2000 a C276 by sa mal riadiť skôr špecifickým korozívnym prostredím než cenou alebo zvykom. Rozhodovací rámec uvedený nižšie je založený na dominantnom koróznom mechanizme v každej aplikácii: ak je prostredie čisto redukčné (bez oxidačných látok), štandardom je C276 s vyšším W a osvedčenými výsledkami; ak je prostredie oxidujúce alebo zmiešané, C2000 s vyšším Cr a Cu je jedinou spoľahlivou voľbou. Pre zmiešané kyslé prostredie je voľba jasná: C2000 je jedinou životaschopnou možnosťou spomedzi týchto dvoch zliatin.

Pre kyslú prevádzku s HCl vo vyrobenej vode je výhodný C276; pre kyslú prevádzku bez HCl, ale s CO2 a organickými kyselinami je C2000 často lepšou voľbou. Keď sú obe zliatiny technicky prijateľné (napr. zriedené kyseliny pri nízkej teplote), nižšia cena C276 a dlhšia história z nej robia predvolenú voľbu. 15-25-percentná nákladová prémia C2000 oproti C276 je opodstatnená len vtedy, keď sú potrebné špecifické výhody C2000 (odolnosť voči oxidácii/zmiešaným kyselinám).

Tabuľka 8. Rozhodovacia matica: C2000 vs C276

Zdroj: Haynes International H-2002 a H-2014; Príručka ASM, zväzok. 13A; agregované skúsenosti z chemického spracovateľského priemyslu 1995-2025.

Prípadová štúdia: Inovácia koncentrátora kyseliny fosforečnej z C276 na C2000

Závod na výrobu hnojív na Blízkom východe v roku 2018 modernizoval svoje vnútorné vybavenie koncentrátora kyseliny fosforečnej z C276 na C2000, čím sa znížili ročné náklady na údržbu-súvisiace s koróziou o 55 percent a predĺžili sa intervaly výmeny z 2 rokov na 4 roky, čo odôvodňuje 18-percentnú prirážku za materiálové náklady do 14 mesiacov.

Závod prevádzkuje koncentrátor kyseliny fosforečnej (H3PO4), ktorý zvyšuje koncentráciu kyseliny z 30 percent na 54-58 percent pri teplotách 90-110 stupňov C. Proces zahŕňa súčasné zahusťovanie, odparovanie a cirkuláciu vysoko korozívnej kyseliny obsahujúcej fluoridové nečistoty (50-proces 20-F ppm) kyselina fosforečná suroviny. Pôvodná špecifikácia bola C276 pre telo koncentrátora, vykurovacie rúrky a vnútorné časti rozvádzača kyseliny. Po 6 rokoch prevádzky (2012 – 2018) kontrola odhalila, že komponenty C276 v parnej sekcii trpeli miernou všeobecnou koróziou (0,10 – 0,20 mm/rok) a občasnými jamkami na rozhraní para-kvapalina.

Rýchlosť korózie sa výrazne zvýšila, keď koncentrácia kyseliny presiahla 45 percent. Analýza zlyhania zistila, že fluoridové nečistoty v kyseline z mokrého-procesu v kombinácii s oxidačnou povahou horúcej koncentrovanej kyseliny vytvorili zmiešané oxidačné-redukčné prostredie, ktoré bolo pre C276 okrajové. V roku 2018 závod vymenil vnútorné časti parnej sekcie za rúrkové plechy C2000 (UNS N10200), distribučné dosky a podporný hardvér. Po 4 rokoch prevádzky (2018 – 2022) kontrola ukázala všeobecnú mieru korózie iba 0,01 – 0,03 mm/rok bez jamkovej korózie, čo predstavuje 6-násobné zlepšenie oproti C276 v rovnakej prevádzke. Ročné náklady na údržbu klesli z 340 000 dolárov na 153 000 dolárov. Materiálové prémie vo výške 18 percent (približne 45 000 dolárov dodatočné náklady na 3 tony) sa podarilo získať späť za 14 mesiacov len vďaka zníženej údržbe.

Zdroj: Field case poskytnutý zákazníkom JN Alloy (anonymizované); Aplikačná poznámka Haynes C2000 kyseliny fosforečnej; technické údaje závodu na hnojenie.

Prípadová štúdia: Aplikácia zmiešaných kyselín v závode na spracovanie kyslého plynu

Zariadenie na spracovanie kyslého plynu v Strednej Ázii si vybralo C2000 namiesto C276 ako vnútorné časti absorbéra jednotky na odstraňovanie kyslého plynu (AGRU), aby zvládlo kombináciu kontaminácie H2S, CO2 a kyseliny mravčej v hornej časti regenerátora chudobných amínov, čím sa eliminovali trojročné odstávky spôsobené koróziou, ktoré sužovali predchádzajúcu jednotku vybavenú C276.

V závode na spracovanie kyslého plynu sa spracováva plyn s 8 percentami H2S a 12 percentami CO2, pričom vzniká chudobný amínový roztok, ktorý regeneruje hornú časť obsahujúcu H2S, CO2, vodnú paru a stopové množstvo kyseliny mravčej (HCOOH) z tepelnej degradácie amínových rozpúšťadiel. Hlavný kondenzátor regenerátora a vnútorné časti odhmlievača boli pôvodne vyrobené z C276.

Už po 18 mesiacoch prevádzky začali drôtené sitá na odhmlievanie podporného drôteného pletiva C276 vykazovať známky korózneho praskania na zvaroch a rúrky kondenzátora vykazovali pod-zárasty s rýchlosťou korózie 0,30 – 0,50 mm/rok. Kyselina mravčia v hornom toku bola identifikovaná ako hlavná príčina: kyselina mravčia je organická redukčná kyselina, ktorá napáda pasívny film C276, zatiaľ čo súčasne prítomný H2S a CO2 vytvárajú komplexné zmiešané kyslé prostredie.

Kontrola korózneho inžinierstva odporučila nahradiť C276 za C2000 pre vnútorné časti AGRU. Očakávalo sa, že vyšší Cr (23 percent) zvládne kyslú službu H2S-CO2, zatiaľ čo pridanie Cu (1,6 percenta) by malo potlačiť útok kyseliny mravčej. Prvky odhmlievania C2000 (UNS N10200), podporný hardvér a rúrky kondenzátora boli nainštalované v roku 2019. Po 5 rokoch prevádzky (2019 – 2024) kontrola neukázala žiadne praskliny, žiadne jamky a všeobecnú mieru korózie pod 0,02 mm/rok. Závod mal za 5-ročné obdobie nula neplánovaných odstávok súvisiacich s koróziou AGRU v porovnaní s priemerným počtom 1,2 neplánovaných odstávok za rok so zariadením C276.

Zdroj: Haynes C2000 Gas Processing Application Note; Prípadová štúdia SPE-195565-MS (prispôsobená); terénne údaje zo stredoázijského zariadenia na výrobu kyslého plynu.

Aké normy sa riadia štandardmi C2000 a C276?

C2000 a C276 zdieľajú rovnaké normy ASTM produktovej formy (B575 pre dosky, B622 pre bezšvíkové rúry, B619 pre zvárané rúry, B574 pre tyče, B366 pre armatúry), obe sú akceptované v ASME BPVC sekcia VIII divízia 1 a NACE MR0175/ISO 15150 môže mať v súčasnosti vplyv na výrobu C20.

Rámec noriem pre C2000 (UNS N10200) a C276 (UNS N10276) je z veľkej časti spoločný, pretože obe zliatiny patria do Hastelloy C-rodiny niklových-molybdénových{6}}chrómových zliatin. Kľúčové normy ASTM produktovej formy, ktoré pokrývajú obe zliatiny, sú: ASTM B575 pre dosky, plechy a pásy; ASTM B622 pre bezšvíkové rúry a rúrky; ASTM B619 pre zvárané potrubie; ASTM B626 pre zváranú rúrku; ASTM B574 pre tyč a tyč; ASTM B564 pre výkovky; a ASTM B366 pre tvarovky-na tupé zvary. Časť D kódexu kotla a tlakovej nádoby ASME, sekcia II, časť D poskytuje prípustné hodnoty napätia pre obe zliatiny až do 427 stupňov C (800 stupňov F) v stave-rozpúšťacieho žíhania. ASME sekcia VIII divízia 1 povoľuje obe zliatiny na konštrukciu tlakových nádob. NACE MR0175/ISO 15156 Časť 3 uvádza obe zliatiny na kyslé použitie v stave-rozpúšťacieho žíhania s tvrdosťou pod 35 HRC.

Dôležitým praktickým rozdielom je dostupnosť dodávok: C276 je vyrábaný viacerými závodmi na celom svete (Haynes, VDM, Special Metals a mnohými čínskymi závodmi) a je široko skladovaný vo všetkých bežných veľkostiach. C2000 je primárne vyrábaný spoločnosťou Haynes International a obmedzeným počtom licencovaných závodov, vďaka čomu je menej bežne skladovaný a s dlhšími dodacími lehotami 12-20 týždňov pre neštandardné veľkosti. Pri plánoch projektov by sa tento rozdiel v dodávkach mal zohľadniť pri plánovaní obstarávania materiálu.

Tabuľka 9. Normy použiteľné pre C2000 a C276

Zdroj: ASTM International 2024; Edícia ASME BPVC 2023; NACE MR0175/ISO 15156-3: 2020; Haynes International.

Aké sú celkové náklady na vlastníctvo pre C2000 vs C276?

Hoci C2000 prináša 15-25 percentné náklady na materiál oproti C276, v aplikáciách zmiešaných kyslých a kyslých služieb poskytuje C2000 o 40-60 percent nižšie celkové náklady na 20 rokov vďaka zníženej údržbe, dlhším intervalom a eliminácii neplánovaných prestojov.

Analýza TCO musí byť -špecifická pre aplikáciu, pretože relatívna hodnota C2000 vs. C276 sa dramaticky mení v závislosti od korozívneho prostredia. V prevádzke s čistou redukčnou kyselinou, kde je C276 technicky dostačujúci, by výber C2000 zvýšil náklady na materiál o 15 až 25 percent bez zvýšenia odolnosti proti korózii, čím by sa zvýšili TCO. V zmiešanej kyselinovej prevádzke, kde je C276 okrajový, výber C2000 eliminuje riziko predčasného zlyhania a prináša o 40-60 percent nižšie náklady na údržbu.

Prípadová štúdia z koncentrátora kyseliny fosforečnej (časť 10) to dokazuje: 18-percentná prémia za materiál bola vrátená za 14 mesiacov vďaka zníženej údržbe. Nižšie uvedená tabuľka ukazuje dva reprezentatívne 20-ročné scenáre TCO: (1) zmiešaný kyslý reaktor, kde sa vyžaduje C2000, a (2) výmenník tepla so zriedenou HCl, kde je dostatočný C276.

Tabuľka 10. 20-Porovnanie TCO za rok: C2000 vs C276

Zdroj: JN Alloy engineering analysis; agregované referenčné hodnoty nákladov na údržbu chemických závodov 2018-2024.

Často kladené otázky

Otázka: Môže sa C2000 použiť ako priama náhrada za C276 v existujúcom zariadení?

Odpoveď: C2000 môže nahradiť C276 vo väčšine prostredí, kde C276 funguje primerane alebo zlyháva, s jednou kritickou výnimkou: C2000 NEMÁ nahradiť C276 v koncentrovanej HCl službe (nad 20 percent), kde je C276 jedinou životaschopnou voľbou. Vo všetkých ostatných prostrediach bude C2000 fungovať minimálne tak dobre ako C276 a v oxidačných a zmiešaných kyslých prostrediach bude fungovať podstatne lepšie. Pri rozhodovaní o výmene by mal korózny inžinier porovnať špecifické prevádzkové podmienky s údajmi v tabuľkách 3-6 a 8.

Otázka: Prečo je C2000 menej bežne skladovaný ako C276?

Odpoveď: C2000 bol predstavený spoločnosťou Haynes International v 90. rokoch, ale nikdy nedosiahol rovnaký prienik na trh ako C276, ktorý je v prevádzke od 60. rokov a je predvolenou voľbou pre väčšinu aplikácií s redukčnými kyselinami. C276 vyrába viacero závodov na celom svete a je široko skladovaný v štandardných veľkostiach. C2000 vyrába predovšetkým Haynes International s obmedzenou produkciou tretích-stran, čo má za následok dlhšie dodacie lehoty (12-20 týždňov pre neštandardné veľkosti) a vyššie náklady. Pre harmonogramy projektov je nevyhnutné včasné obstarávanie C2000.

Otázka: Aká je maximálna teplota pre C2000 a C276 v službe H2S?

Odpoveď: C276 sa odporúča až do 450 stupňov C v prevádzke s obsahom H2S-, zatiaľ čo C2000 sa odporúča až do 400 stupňov C. Tento rozdiel je spôsobený vyšším obsahom Cr v C2000, vďaka čomu je náchylnejší na pôsobenie síry pri vysokej teplote nad 400 stupňov C, horný limit zliatiny N32 CMR pod 02 02°C. sú schválené bez obmedzenia teploty v stave{13}}rozpúšťacieho žíhania.

Otázka: Je C2000 lepší ako C276 v morskej vode?

Odpoveď: Áno, C2000 s vyšším prídavkom Cr (23 percent oproti 15 percentám) a Cu (1,6 percenta) poskytuje o niečo lepšiu odolnosť v horúcej morskej vode a striekajúcej oblasti v porovnaní s C276. V morskej vode pri 80 stupňoch C C2000 zvyčajne vykazuje všeobecnú rýchlosť korózie pod 0,02 mm/rok bez jamkovej korózie, zatiaľ čo C276 môže vykazovať menšiu jamkovú koróziu. Pre služby s morskou vodou sú však zliatiny 625, Alloy 254 SMO alebo superaustenitické triedy zvyčajne cenovo výhodnejšie,{12}}ak nie sú prítomné aj zmiešané kyslé podmienky.

Otázka: Môžu byť C2000 a C276 navzájom zvarené?

Odpoveď: Áno, C2000 a C276 je možné navzájom zvárať pomocou prídavného kovu ERNiCrMo-10 (UNS N06059), ktorý má medzi týmito dvoma základnými kovmi prechodné zloženie. Môže sa použiť aj plnivo ERNiCrMo-14 (UNS N06200), špeciálne vyvinuté pre C2000, ale má mierne odlišný pomer Cr:Mo. Pre rozdielne zvary C2000-C276 je štandardným odporúčaním ERNiCrMo-10. Pre výrobné zvary sa vyžaduje kvalifikácia postupu podľa ASME sekcie IX. Výsledný zvarový kov bude mať stredné vlastnosti medzi C276 a C2000.

Otázka: Čo je PREN C2000 a ako sa porovnáva s C276?

Odpoveď: C2000 má PREN (ekvivalentné číslo odolnosti proti pittingu) približne 65-70, vypočítané ako percento Cr (23) + 3.3 krát Mo percent (16) + 16 krát N percent (0), približne 65-70. C276 má PREN približne 68, vypočítané ako percento Cr (15) + 3.3-krát Mo percent (16) + 3.3-krát W percent (3,75) + 16-krát N percent (0), približne 68. Obe zliatiny majú veľmi podobné hodnoty PREN v rozsahu 65-70, čo znamená, že majú podobnú teoretickú odolnosť voči chloridom. Výkonnostný rozdiel medzi C2000 a C276 je v praxi spôsobený predovšetkým rovnováhou Cr:Cu pre oxidačné médiá, nie samotným PREN.