Stal nierdzewna do systemów odsiarczania spalin (FGD) typu scrubber

Mokre systemy odsiarczania spalin (FGD) należą do najbardziej korozyjnych miejsc w elektrowni, a dobór materiałów w tych miejscach zależy od obecności chlorków, niskiego pH, skraplających się kwasów oraz ścierania – nie tylko od temperatury. Odpowiednia stal nierdzewna zależy od strefy: stal 316L może być stosowana w miejscach o łagodniejszych warunkach, ale absorber, strefy styku mokrego i suchego oraz obszary koncentracji chlorków często wymagają zastosowania stali 317L, stalii dwufazowej 2205 lub stopów nadstalowych austenitycznych i nadstalowych dwufazowych zawierających 6% molibdenu. Wybór zbyt mało odpornego stopu prowadzi szybko do korozji punktowej i szczelinowej; natomiast prawidłowy dobór gatunku zapewnia dziesięciolecia bezawaryjnej pracy. W Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. pomagamy operatorom dopasować materiał do konkretnej strefy instalacji FGD na podstawie szczegółowej analizy warunków środowiskowych.

Środowisko mokrego systemu FGD
W wilgotnym oczyszczaczu wapiennym gorące spaliny napotykają zawiesinę, która pochłania dwutlenek siarki, tworząc chemicznie agresywną mieszaninę. Chlorki, przenoszone z węgla i stężane przez parowanie oraz obieg cieczy, są główną przyczyną korozji punktowej i szczelinowej; ich stężenie w cyrkulującej cieczy może osiągać tysiące lub dziesiątki tysięcy części na milion. Wartość pH jest niska – zwykle wynosi od 4 do 6 w masie zawiesiny, a w lokalnej skroplinie znacznie niższa; dodatkowo pozostałe związki siarki oraz rozpuszczony tlen wzmacniają kwasowość utleniającą.
Atak fizyczny dodaje się do działania czynników chemicznych. Stałe składniki wapnia i gipsu ścierają powierzchnie, a zawiesina przepływająca przez nagłówki rozpylające, dysze oraz rurociągi obiegowe niszczy ochronne warstwy. Najbardziej narażone obszary to granice stref mokrych i suchych – np. wlot, gdzie gorące gazy napotykają po raz pierwszy ciecz, a parowanie skupia chlorki i kwasy w agresywnych warstwach, które mogą powodować lokalne korozję nawet materiałów wykonanych ze stopów o wysokiej odporności. Skoki temperatury – od wysokiej na wlocie do prawie otoczenia w kanałach wyjściowych – powodują zmianę charakteru korozji wzdłuż całej ścieżki przepływu.

Dlaczego standardowe gatunki nie radzą sobie
Odporność stali austenitycznej lub dwufazowej na lokalną korozję w środowisku chlorkowym ocenia się za pomocą liczby równoważnej odporności na korozję punktową (PREN), którą przybliżono jako sumę: chrom + 3,3 × molibden + 16 × azot. Im wyższa wartość PREN, tym wyższe stężenie chlorków i niższe pH może wytrzymać stal przed wystąpieniem korozji punktowej.

316L, o PREN blisko 25, obsługuje tylko skromne poziomy chlorku i szybko się rozkłada w skoncentrowanym płynie FGD, więc pozostaje w najmilszych strefach. 317L, z dodatkiem molibdenu, trochę rozciąga zakres. Duplex 2205 zapewnia zarówno wyższą PREN, jak i dwukrotnie wyższą wytrzymałość niż 316L, dzięki czemu można używać cieńszych, mocniejszych sekcji w rurkach do suszenia i wewnętrznych wchłaniaczach. W przypadku chloridów, które osiągają dziesiątki tysięcy ppm, a pH spada, tylko 6Mo superusteniczny lub super dupleks 2507 jest niezawodnie odporny na atak dołkowy i szczelin.

Strefy materiałowe w systemie
System FGD najlepiej interpretować jako serię środowisk. Strefa wejściowa i strefa chłodzenia (quench zone), będąca granicą między wilgotnym a suchym środowiskiem, z gorącymi gazami, skraplającymi się kwasami i zagęszczającymi się chlorkami, stanowi najbardziej wymagające warunki – zwykle wymaga ona konstrukcji z nadstali austenitycznej zawierającej 6% molibdenu lub konstrukcji wyłożonej ochronnym materiałem. Zbiornik absorbera oraz jego elementy wewnętrzne, nagrzewnice rozpylające i rurociągi obiegu cyrkulacyjnego są narażone na działanie stężonej, ścierającej, bogatej w chlorki zawiesiny przy umiarkowanej temperaturze; w tym przypadku powszechne są stale dwufazowe 2205 lub stali nadstali austenityczne. Rurociągi obiegu i odpływu zawiesiny, narażone na korozję erozyjną, korzystają ze znacznej wytrzymałości stali dwufazowych oraz wysokiej wartości PREN. Kanał wyjściowy oraz obszar eliminacji mgiełki (mist eliminator), chłodniejszy i często o niższym stężeniu chlorków, lecz nadal wilgotny i kwasowy, może być wykonany ze stali 317L lub stali dwufazowych – wybór zależy od lokalnych warunków. Kanały dalszego przepływu, podgrzewane lub suche, stanowią łagodniejsze środowisko i mogą być wykonane ze stali o niższej stopie stopu.
Ponieważ każda strefa różni się od innej, jedna stopowa zazwyczaj nie nadaje się do całego systemu. Przeciążenie specyfikacji wszędzie powoduje marnowanie środków; niedospecyfikowanie w miejscu dopływu lub absorbera prowadzi do awarii. Mapowanie stężenia chlorków, pH, temperatury oraz ścierania dla każdego miejsca to metoda oparta na dyscyplinie wyboru odpowiedniego materiału.

Szczeliny, spoiny i wykonanie
Nawet odpowiedni stop ulega wczesnemu uszkodzeniu, jeśli pomija się szczeliny i spoiny. Uszczelki, nakładki śrubowe, osady oraz spoiny o niepełnym przetopieniu tworzą szczeliny, w których skupiają się chlorki, a korozja punktowa rozpoczyna się poniżej poziomu, który materiał masowy wytrzymałby w przeciwnym razie. Projektuj tak, aby minimalizować szczeliny, preferuj spoiny o pełnym przetopieniu oraz zapewnij odpływ, by nie gromadziły się stałe osady.
Spawanie musi zapewniać odporność na korozję. W przypadku stopów duplex należy kontrolować ilość wprowadzanego ciepła oraz stosować odpowiednie materiały dodatkowe, aby zachować równowagę między ferrytem a austenitem i uniknąć faz powodujących kruchość; w przypadku stopów superaustenitycznych do spawania stosuje się nadstopowe materiały dodatkowe oparte na niklu, które kompensują segregację molibdenu w szwie. Należy usunąć zabarwienie cieplne oraz ponownie przeprowadzić pasywację powierzchni, ponieważ strefy szwu ubożone w chrom są dokładnie tym miejscem, w którym pierwszy kontakt z roztworem FGD ma miejsce. Identyfikacja materiału metodą PMI (positive material identification) przeprowadzana przy odbiorze rur i kształtek zapobiega kosztownemu błędowi polegającemu na umieszczeniu stopu o niższej wytrzymałości w strefie o wysokim stężeniu chlorków.

Dlaczego modernizacje są często konieczne
Wiele systemów FGD pierwotnie budowano z wykładzinami lub stalą nierdzewną o niższej odporności, a następnie modernizowano je w miarę wzrostu zawartości chlorków w paliwie, intensyfikacji cykli obciążenia powodującej większe ilości skroplin lub uszkodzeń wykładzin ujawniających podłoże. Węgle o wyższej zawartości chlorków, recyrkulacja wody prowadząca do zagęszczania się soli oraz surowsze normy emisji wymuszające dodanie wilgotnych etapów przetwarzania wszystkie te czynniki sprawiają, że środowisko pracy staje się coraz bardziej agresywne i wymaga zastosowania stopów o wyższej wartości PREN. Modernizacja do stopów duplex lub superaustenitycznych pozwala zmniejszyć grubość ścianek dzięki wyższej wytrzymałości, ogranicza czas postoju na konserwację oraz wydłuża okres eksploatacji – co często uzasadnia wyższy koszt tych stopów w porównaniu do pozostałego okresu użytkowania elektrowni.

Wskazówki praktyczne
Wybierz materiały do systemów odsiarczania spalin (FGD) strefa po strefie, uwzględniając stężenie chlorków, pH, temperaturę i ścieranie, wykorzystując wskaźnik PREN jako wstępną wskazówkę: stal 316L tylko dla łagodnych stref, stal 317L i stal dwufazowa 2205 dla stref o umiarkowanym lub wysokim stężeniu chlorków oraz stal nadstopową austenityczną 6Mo lub stal nadstopową dwufazową 2507 dla strefy wlotu, absorbera i roztworu skoncentrowanego. Minimalizuj szczeliny, stosuj odpowiednie materiały do spawania i usuwaj zabarwienia cieplne. Wenqiang dostarcza rur, przewodów i kształtek ze stali 316L, 317L, dwufazowej 2205 oraz nadstopowej dwufazowej 2507/S32750 z badaniami PMI, chemicznymi, mechanicznymi i korozyjnymi, dzięki czemu operatorzy mogą dobrać każdy segment oczyszczacza do zweryfikowanego stopu z odpowiednimi certyfikatami.

Często zadawane pytania
Pytanie: Dlaczego stal 316L często nie nadaje się do oczyszczaczy FGD?
Odpowiedź: Stal 316L ma wskaźnik PREN zbliżony do 25 i wykazuje odporność jedynie na umiarkowane stężenia chlorków. W roztworach FGD chlorki są skupiane do kilku tysięcy lub nawet dziesiątek tysięcy ppm przy niskim pH, co powoduje szybkie powstawanie ubytków punktowych i korozję szczelinową stali 316L – z wyjątkiem najłagodniejszych stref.
Pytanie: Jak wybrać stal nierdzewną do poszczególnych stref FGD?
A: Zmapować stężenie chlorków, pH, temperaturę i ścieralność dla każdej lokalizacji, a następnie dobrać PREN: 316L dla stref łagodnych, 317L i duplex 2205 dla stref średnich i wysokich stężeń chlorków oraz superaustenityczny 6Mo lub superduplex 2507 dla agresywnych stref wejścia, absorbera i skoncentrowanego roztworu.

W przypadku rur, przewodów i kształtek ze stali nierdzewnej przeznaczonych do systemów FGD w gatunkach 316L, 317L, 2205 i 2507 z pełnym pomiarem składu chemicznego (PMI) oraz badaniami odporności na korozję należy skontaktować się z firmą Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. pod numerem +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/