Em um purificador úmido de incineração de resíduos com pH 1,5, qual liga de titânio (grau 7 ou grau 12) oferece melhor resistência ao calor da solda-ataque da zona afetada?

As condições de funcionamento dos lavadores húmidos nas instalações de incineração de resíduos são muito exigentes. Os gases de combustão contêm cloreto de hidrogénio, dióxido de enxofre, cloretos de metais pesados ​​e, por vezes, compostos de flúor. O licor de limpeza normalmente opera em pH 1,5–2,5 e temperaturas de 60–80 graus. Aquecedores de imersão de titânio colocados nesses lavadores devem resistir não apenas ao licor a granel, mas também ao ataque localizado nas soldas. A zona-afetada pelo calor (ZTA) da solda é a área mais vulnerável durante a soldagem devido a alterações microestruturais, tensões residuais e possível contaminação. As ligas de titânio Grau 7 (Ti-0,15Pd) e Grau 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) foram projetadas para melhor resistência à corrosão em ácidos redutores. Mas a proteção da ZTA da solda é alcançada por mecanismos distintos e, portanto, o desempenho é notavelmente diferente em condições de purificador carregado com cloreto e pH baixo.

Mecanismos de ataque de HAZ de soldagem em condições de purificação úmida

A HAZ está sujeita a temperaturas de 500 graus até logo abaixo do ponto de fusão durante a soldagem. Este ciclo térmico no titânio Grau 2 cria alfa-martensita acicular e contornos de grãos grosseiros que são mais propensos ao ataque ácido. Grau 7: O paládio é preferencialmente enriquecido nos limites dos grãos após solidificação e resfriamento. O catalisador catódico paládio ajuda na recombinação do hidrogênio e na redução do oxigênio. Este enriquecimento protege a ZTA mesmo se o revestimento passivo do metal base estiver degradado. Durante a soldagem, o molibdênio e o níquel particionam para a fase beta no grau 12. O enriquecimento desses elementos de liga na fase beta proporciona uma melhor estabilidade termodinâmica na redução de ácidos. No entanto, a distribuição da fase beta na ZTA não é uniforme, o que pode causar células galvânicas entre locais-esgotados e enriquecidos-com liga.

Comparação quantitativa das taxas de ataque HAZ de solda

Testes controlados em licor de purificação simulado (pH 1,5, 2.000 ppm Cl-, 500 ppm SO42-, 50 ppm F-, 70 graus) determinaram as seguintes taxas de corrosão HAZ para cada liga:

Grau 2 (conforme recebido, sem aditivos de liga) Taxa de corrosão HAZ: 0,45 mm/ano. Ataque uniforme sobre toda a ZTA com gravação preferencial dos limites de grãos. Afinamento acelerado do reforço de solda. 20–30 poços/cm² de densidade HAZ.

Grau 7 (estabilizado com paládio): taxa de corrosão de 0,08 mm/ano na ZTA. Proteção localizada proporcionada pelo enriquecimento dos contornos de grão do paládio. A HAZ é frequentemente mais resistente à corrosão do que o metal básico. Profundidade máxima do poço<20 µm after 5,000 hrs. No preference in attack of weld metal.

Grau 12 (molibdênio/níquel): taxa de corrosão HAZ 0,15 mm/ano. O enriquecimento da fase beta fornece proteção boa, mas não consistente. 2. Micro-superfície rugosa . 2. Ataque seletivo da fase alfa próximo às regiões ricas em beta . Profundidade máxima do poço 50–80 mm após 5.000 horas

Comportamento do ciclo térmico-de longo prazo

Os lavadores úmidos passam por ciclos térmicos regulares à medida que a carga de incineração muda. A ciclagem térmica acelera a deterioração na ZTA:

Grau 7 após 500 ciclos térmicos (20 graus a 70 graus): Taxa de corrosão HAZ inalterada em 0,08 mm/ano. O enriquecimento em paládio permanece o mesmo. Os dedos soldados não apresentam rachaduras ou ataque rápido.

A taxa de corrosão HAZ grau 12 após 500 ciclos quentes aumenta para 0,25 mm/ano. Microfissuras são causadas pela incompatibilidade da expansão térmica das fases alfa e beta nos limites das fases. A precipitação de carboneto de molibdênio nos limites dos grãos reduz a resistência à corrosão.

O grau 2 aumentou a taxa de corrosão da ZTA para 0,70 mm/ano após 500 ciclos térmicos. A fadiga térmica exacerba o ataque aos limites dos grãos. Dedos de fissuras de reforço em soldas.

Guia de seleção de liga para serviço de purificador úmido

A seguinte matriz de decisão auxilia na seleção de titânio Grau 7 ou Grau 12 com base nas condições operacionais do purificador e na vida útil estimada.

Condição do purificador e prioridade de serviço Mecanismo de proteção HAZ com núcleo de liga recomendado Motivo
pH 1,5-2,0, operação contínua, 5+ anos de vida útil projetada O paládio Grau 7 fornece proteção excepcional e uniforme contra HAZ. Justifica maior custo inicial com confiabilidade.
pH 2,0-2,5 serviço intermitente, baixo teor de cloreto (<1,500 ppm) Grade 12 Mo-Ni additions are adequate for less severe service. It is cheaper, Sub-Grade 7.
Scrubber liquor with fluoride (>100 ppm F-)Grau 7 O paládio é menos suscetível à complexação com flúor que o molibdênio. O grau 12 fornece fluoretos de molibdênio solúveis.
Scrubber frequent thermal cycling (>2 ciclos por dia) Grau 7 A ciclagem térmica não afeta o enriquecimento de paládio. Microfissuras na borda da fase (Grau 12)
Retrofit de corrosão HAZ do aquecedor existente de grau 2. Substituir por Grau 7. O Grau 12 pode não apresentar muita melhoria em relação ao Grau 2 em serviços agressivos.
Engenharia além das escolhas de ligas

O método de soldagem é um fator importante no desempenho da ZTA, independentemente do tipo de liga. Tanto o Grau 7 quanto o Grau 12 exigem purga-com argônio (oxigênio inferior a 50 partes por milhão) para evitar contaminação. A alta entrada de calor (mais de 1,5 kJ/mm) aumenta a largura da ZTA e diminui a resistência à corrosão. O tratamento térmico pós{8}}soldagem (550 graus por 30 minutos) reduz as deformações residuais, mas nunca é necessário para o Grau 7 devido ao seu enriquecimento auto-protetor de paládio. Para o Grau 12, o PWHT aumenta a resistência à corrosão HAZ em 30-40% devido à redistribuição mais uniforme do molibdênio. O reforço de solda deve ser esmerilhado nivelado com a superfície do tubo para remover fontes de concentração de tensão que iniciam o ataque.

Saber especificar

For a titanium heater on a waste incinerator wet scrubber at pH 1.5, use Grade 7 titanium for any service over 2 years or temperatures over 70°C. Cost-effective Grade 12 for less demanding situations (pH >2,0, temperatura<60°C, no fluorides) In the procurement specification state that weld HAZ samples will be tested in simulated scrubber fluid for 168 hours. Maximum allowed corrosion rate is 0.15 mm per annum. Request weld method qualification documents proving that HAZ microhardness levels do not exceed 220 HV (greater hardness is indicative of contamination or excessive heat input). During operation an annual inspection of the weld HAZ using a portable hardness tester should be conducted. A hardness increase in excess of 20% above the baseline is indicative of degradation needing inquiry. The engineer can confidently choose the alloy with weld HAZ resistance, therefore ensuring reliable heater operation in one of the most chemically demanding industrial situations.