Kinerja baja tahan karat dalam asam sulfat pekat

Kinerja baja tahan karat dalam asam sulfat pekat
Asam sulfat adalah salah satu bahan kimia yang paling umum digunakan di dunia dan pada konsentrasilebih besar dari 90wt%, juga sangat korosif. Makalah ini membahas tentang pemilihan bahan untukpenanganan asam sulfat pekat, terutama pada suhu tinggi (hingga 200 ° C)yang terjadi selama pembuatannya. Beberapa baja tahan karat austenitik dan dupleks modern adalahditinjau dan batasan serta keuntungannya dibahas.
Oleh Roger Francis, RR® Material, Inggris Raya

pengantarAsam sulfat adalah bahan kimia yang digunakan di berbagai industriproses serta pencucian banyak logam dari merekabijih. Ini dihasilkan dari sulfur dioksida, yang mungkindihasilkan dengan membakar belerang, ini mungkin merupakan produk sampingan dari aproses peleburan metalurgi, atau mungkin diproduksi dengan termaldekomposisi (regenerasi) asam bekas. Sulfur dioksidadireaksikan dengan oksigen melalui katalis pada ~ 420 ° hingga 625 ° C untuk membentuksulfur trioksida. Gas terakhir kemudian bereaksi dengan air dimenara penyerap untuk membentuk asam sulfat. Proses inieksotermik dan asam dapat mencapai suhu setinggi 180 °hingga 200 ° C. Sebagian besar energi ini dipulihkan dengan berbagai carameminimalkan konsumsi energi. Biasanya asam kemudian didinginkandari sekitar 100 ° C hingga mendekati ambien untuk penyimpanan.


BahanBahan tradisional seperti baja berlapis batu bata asam digunakan untukkapal, dan besi ulet, seperti Mondi® atau austenitik paduan rendahbaja tahan karat seperti 316 untuk perpipaan, dalam waktu terbatassuhu dan kisaran konsentrasi asam. Namun,pengembangan modern, baja tahan karat paduan tinggi, dengan peningkatanketahanan terhadap asam pekat panas telah mengubah materialpilihan pilihan. Tabel 1 menunjukkan komposisi beberapabaja tahan karat yang digunakan dengan asam sulfat. 304 dan 316 adalahnilai austenitik umum yang banyak digunakan olehindustri kimia dan proses. Paduan 310 adalah kromium tinggi,paduan nikel austenitik yang memiliki ketahanan korosi asam yang ungguldibandingkan dengan 304 dan 316. ZERON®100 dan 2507 adalahbaja tahan karat superduplex dengan perkiraan 50/50keseimbangan fase austenit / ferit. Struktur ini memberi nilai yang jauh lebih tinggikekuatan (~ 2½ kali) dibandingkan dengan paduan dan penawaran austenitikkemungkinan penghematan ketebalan dinding untuk aplikasi yang melibatkantekanan dan / atau suhu tinggi.Saramet®, Sandvik SX® dan ZeCor® semuanya adalah austenitik berpemilikbaja tahan karat mengandung ~ 5% silikon, yang meningkatkanketahanan korosi dalam asam kuat panas. Saramet hadir dalam duavarian, dengan komposisi yang sedikit berbeda. ZeCor lebih rampingkromium dan nikel dibandingkan dua paduan berpemilik lainnya selain itumengandung lebih banyak silikon, suatu elemen yang dikenal dapat meningkatkan korosiresistensi dalam panas, asam kuat.

KorosiGambar 1 menunjukkan kurva korosi iso untuk beberapa paduan umumdalam asam sulfat. Dapat dilihat bahwa paduan superduplex adalahlebih unggul dari 316L. ZERON 100 juga lebih unggul dari 2507, yaitudiyakini karena penambahan tungsten dantembaga menjadi ZERON 100. Paduan 20 biasanya digunakan dalam sulfuricasam dan dari sekitar 50% hingga 90% asam lebih unggul dari ZERON100. Namun, dalam asam kuat (GG gt; 90%) ZERON 100 menunjukkan apeningkatan yang nyata dalam ketahanan korosi dibandingkan dengan 2507 danpaduan 20.

Gambar 2 membandingkan kurva korosi iso untuk ketiganyapaduan berpemilik yang mengandung silikon dan ZERON 100. Adajelas perbedaan antara paduannya, dengan yang mengandung silikonpaduan menunjukkan peningkatan ketahanan korosi dalam asam yang lebih encer.Saat meneliti makalah ini, penulis tidak dapat menemukannyamempublikasikan data untuk 310 baja tahan karat atas konsentrasi asam inijarak. Ini mungkin karena produsen tanaman asammenganggap ini sebagai data yang sensitif secara komersial. Namun, itu diketahuibahwa ketahanan korosi dari 310 stainless menurun drastisketika konsentrasi asam turun di bawah 96%.Gambar 3 menunjukkan kurva korosi iso untuk 304, 310 danSaramet 23 dalam asam sangat kuat1,2. Dapat dilihat bahwa adapeningkatan ketahanan korosi pada 310 dan Saramet inkisaran suhu 180º sampai 200ºC. Diasumsikan bahwa SX danZeCor menunjukkan perilaku serupa. Artinya paduan ini bisadigunakan di bagian tanaman asam yang bersuhu lebih tinggi. Adatidak ada data untuk ZERON 100 pada rentang suhu lengkapGambar 3 dan tidak diketahui apakah baja tahan karat superduplex jugatunjukkan fitur ini.

Gambar 4 menunjukkan laju korosi pada beberapa baja tahan karatasam sulfat kuat pada 110 ° C diambil dari pabrikdata yang dipublikasikan. Dapat dilihat bahwa ketahanan terhadap korosiSaramet 23 menurun dengan meningkatnya konsentrasi asam tidak sepertipaduan lainnya. Pada konsentrasi asam lebih besar dari 100%adalah kelebihan sulfur trioksida dan campuran ini kemudian dikenal sebagaioleum. Ini dikenal lebih korosif terhadap paduan seperti Sarametdibandingkan dengan ZERON 100 dan paduan 310.Meskipun tidak ada data yang tersedia untuk umum tentang 310 stainless inasam yang sangat kuat, ada satu titik data. Di asamkonsentrasi 99% dan temperatur 110ºC, korosirate 310 adalah 0.1mm / y1. Ini menunjukkan peningkatan resistensiZERON 100 lebih dari 310 tahan karat pada suhu ini (Gambar 4).ZERON 100 juga memiliki ketahanan korosi yang mirip dengan ZeCor danSandvik SX dalam asam yang lebih kuat,> 97% berat.Pada tanaman asam komersial biasanya terdapat sejumlah kecil zat besihadir (biasanya 5ppm) dan ini dapat mempengaruhi laju korosibeberapa paduan.

Gambar 5 menunjukkan pengaruh 5ppm besi padalaju korosi ZERON 100 pada 110 ° C. Dapat dilihat bahwa, di dalamkesalahan percobaan, tidak ada pengaruh signifikan besi padakorosi. Pada suhu 200 ° C (Gambar 6) dalam 98,5% asam, besi menyebabkan sedikitpeningkatan laju korosi, tetapi tidak ada rekayasamakna.

Pengaruh kecepatanKarena baja tahan karat seringkali aktif (kebalikan dari pasif)dalam asam sulfat pekat dan panas, laju korosinya adalah afungsi kecepatan. Biasanya paduan itu direkomendasikanseperti 316 dan 310 dibatasi untuk kecepatan aliran maksimum1,5 m / dtk2. Uji kecepatan telah dilakukan dalam kandungan sulfur 95% berat yang diangin-anginkanasam pada 70 ° C menggunakan sampel silinder yang berputar. Menggunakan analisisdari Silverman3 aliran rotasi dihitung menjadi setarahingga 2.5m / detik dalam pipa NPS 4. Laju korosi ZERON 100tinggi selama dua atau tiga hari pertama. Setelah itu terjadi korositingkatnya kurang dari 0,1 mm / tahun. Laju awal korosi yang tinggidikaitkan dengan pembentukan film hitam tipis dipermukaan logam. Film ini tampaknya memberikan ketahanan korosi sebagaiditunjukkan oleh tingkat kehilangan logam rendah berikutnya. Hasil ini menunjukkanbahwa ZERON 100 dapat digunakan pada suhu yang lebih tinggi dankecepatan dari 316L dalam asam sulfat kuat. Tes lebih kuatasam menunjukkan tingkat korosi yang lebih rendah.Penambahan silikon cenderung menghilangkan sensitivitas kecepatanbaja tahan karat hingga korosi dalam asam sulfat yang kuat dan panas. Sandviklaporkan laju korosi yang sangat rendah (GG lt; 0,01mm / y) untuk SX dalam 96%asam pada 70 ° C dan 25m / detik dalam lembar data paduan. Mereka memperolehlaju korosi yang sama pada 98,5% asam pada 115 ° C dan aliran 10m / detikkecepatan. Saramet 35 menunjukkan tingkat korosi yang sangat rendah di98,5% asam pada 120 ° C dengan kecepatan 9 dan 25 m / s4. Meski adatidak ada data yang dipublikasikan untuk ZeCor dengan kecepatan tinggi, itu dianggap demikianitu juga lebih unggul dari kelas 304 dan 316.

AplikasiData pada Gambar 3 menunjukkan bahwa paduan 310 bisa sangat sesuaibagian pemulihan panas asalkan konsentrasi asamnyaberjalan pada 98% atau lebih. Namun, di beberapa tanaman bertamasya kekonsentrasi asam rendah biasa terjadi dan kemudian menjadi hak milikpaduan yang mengandung silikon lebih dapat diandalkan, dalam batas penggunaannya.Ketiga paduan yang mengandung silikon telah digunakan untuk menara,tangki, pipa, alat kelengkapan, saringan, distributor palung, panaspenukar dan penghilang kabut di mana kondisinya telahterlalu berat untuk 3105,6. Paduan 310 masih banyak digunakan dalam asam kuat,terutama di mana oleum dapat diproduksi. Dalam penukar panas,Tabung 316L (sering dengan Mo≥2.5%) sering digunakan dengan anodikperlindungan agar mereka tetap pasif.Data di atas dengan jelas menunjukkan ketahanan korosi yang baikZERON 100 dalam asam sulfat pekat pada suhu hingga200 ° C. Ini bisa sangat efektif dalam panas suhu tinggibagian pemulihan tanaman asam sulfat. PCS Fosfat dalamAS mengekspos kumparan NPS1 ZERON 100 selama 18 bulanasam pekat pada 200 ° C. Laju korosi adalah< 0.2mm="">PCS juga memasang filter ZERON 100 di bagian hulu sulfurpompa asam beroperasi pada suhu tinggi (~ 200 ° C). Setelah 18bulan dalam pelayanan filter itu dalam kondisi sangat baik. Ini adalahpeningkatan substansial selama 310 filter baja tahan karat yang digunakansebelumnya.ZERON 100 juga telah digunakan oleh salah satu bahan sulfur utamaperusahaan desain pabrik asam untuk pelat orifice (Gambar 7).

Ini adalahdigunakan untuk mengontrol aliran dalam aplikasi seperti distributor palung.Ini memanfaatkan ketahanan korosi erosi yang baik dari ZERON100. ZERON 100 juga tersedia sebagai penukar panas yang dilas dengan jahitanpipa. Ini membuatnya cocok untuk pendingin asam di manaair pendingin adalah air payau atau air laut, karena ZERON 100 memiliki asejarah terbukti ketahanan yang sangat baik terhadap lingkungan ini7.

KetersediaanPenggunaan paduan ini untuk proyek baru umumnya tidak menjadi masalahkarena kuantitas operasi pabrik biasanya diperlukan. Namun, untuk add-ons, perbaikan atau modifikasi pabrik, biasanya jumlah yang lebih kecilyg dibutuhkan. Paduan yang mengandung silikon tidak dipegang olehpemegang saham stainless steel dalam jumlah yang signifikan untuk ituaplikasi. OEM utama memiliki stok terbatas di beberapabentuk produk untuk mendukung pelanggan mereka. Paduan 310 secara luastersedia sebagai pelat, tetapi tidak tersedia sebagai pipa, alat kelengkapandan flensa.
ZERON 100 adalahdengan demikian bermanfaatpaduan untuk aplikasi di mana pengiriman cepat penting atau keciljumlah yang dibutuhkan.ZERON 100 sepenuhnya dapat dilas oleh semua pengelasan busur umumteknik dan paduan yang digunakan secara luas oleh industri minyak dan gasartinya ada banyak perakit yang mumpuni. Paduan 310 adalahdapat dilas asalkan karbonnya cukup rendah; 0,04% adalah amaksimum yang wajar. Ini perlu secara khusus ditentukan sebagai UNSS31000 memiliki karbon maksimum 0,08% dan karbon rendahversi (UNS S31002) tidak tersedia. Silikon tinggipaduan austenit juga relatif mudah dibuat dan semuanya datangdengan kadar karbon maksimum 0,03% untuk memastikan tidak ada karbidatentang pengelasan.

Kesimpulan
1. Paduan 310 memiliki ketahanan yang baik terhadap asam sulfat pekatpada suhu tinggi, tetapi tidak begitu tahan seperti asamkonsentrasi menurun dari 98%. Paduannya tidak mudahtersedia dalam bentuk selain piring.
2. Baja tahan karat austenitik silikon tinggi memiliki korosi yang baikketahanan dalam asam sulfat pekat panas dan lebih baikdari 310 dalam asam lemah. Silikon memberi paduan ini bagusketahanan terhadap asam sulfat pada kecepatan aliran tinggi. Paduan inikurang tahan terhadap oleum dibandingkan dengan paduan 310.
3. ZERON 100 memiliki ketahanan yang berguna terhadap pekat panasasam sulfat, perantara antara paduan 310 danpaduan austenitik silikon tinggi. Ketersediaannya sudah siap secara luasBerbagai bentuk produk membuatnya cocok untuk kedua pabrik barudan menaikkan nilai.

Referensi
1. CM Schillmoller, Laporan Teknis Institut Nikel No. 10 057.
2. DK Louie, Buku Pegangan Pembuatan Asam Sulfat, 2ndEdisi 2008, diterbitkan oleh DKL Engineering.
3. DG Silverman, Korosi 44, 1 (1988) 42.
4. S. Clarke, “Paduan Saramet - Penerapan dalam PermintaanAplikasi Asam Sulfat ”, AIChE Convention, Florida, USA,Juni 2003.
5. "Saramet Austentic Stainless Steel", Solusi AkerPublikasi, 2009.
6. S Richardson, M Spence dan J Horne, “ZeCor yang DirekayasaPeralatan untuk Layanan Asam Sulfat ”, Konvensi AIChE,Florida, AS, Juni 2007.
7. R. Francis dan G. Byrne, “Pengalaman dengan SuperduplexBaja Tahan Karat dalam Air Laut ”Dunia Baja Tahan Karat, Vol 16,Juni 2004, KCI, halaman 53.® Merek Dagang Terdaftar

Artikel dari STAINLESS STEEL WORLD.