دوبلكس S31803 في اللب والورق: مقاومة التآكل في هاضمات كرافت والكبريتيت

دوبلكس S31803(UNS S31803، 22Cr-5Ni-3Mo-0.15N) هو الفولاذ المقاوم للصدأ العمود الفقري لأجهزة هضم اللب والورق الحديثة. إنه يقاوم التشقق الناتج عن الإجهاد الكاوي والتآكل في سائل كرافت الأبيض حتى 180 درجة مئوية والتنقر في سائل الكبريتيت الملوث بالكلوريد، مما يوفر عمر خدمة يتراوح بين 20 إلى 30 عامًا بنسبة 30 إلى 50 بالمائة أعلى من 316 لترًا ولكن بنسبة 40 إلى 60 بالمائة أقل من التكلفة الإجمالية للملكية لمدة 20 عامًا.

لماذا تختار مصانع اللب والورق S31803 بدلاً من 304 لتر و316 لتر للهاضم؟

يحل S31803 محل 304L و316L في خدمة الهاضم لأنه يوفر عمر خدمة أطول بمقدار 2-3 مرات بتكلفة مواد أعلى بنسبة 30-50 بالمائة فقط، بينما يقاوم كلاً من التآكل الناتج عن الإجهاد الكاوي الذي يدمر 316L في هاضمات كرافت ونقر الكلوريد الذي يهاجم 316L في هاضمات الكبريتيت.

إن هاضمات اللب والورق عبارة عن أوعية ضغط كبيرة تقوم بطهي رقائق الخشب عند درجة حرارة عالية في مواد كيميائية عدوانية. العمليتان السائدتان، كرافت (القلوية) والكبريتيت (الحمضية)، تخلقان بيئتين مختلفتين تمامًا للتآكل. كانت درجات الأوستنيتي القياسية مثل 304L و316L هي الاختيارات التاريخية، لكن حالات الفشل الميدانية الموثقة في الثمانينيات والتسعينيات (TAPPI Journal, 1992; Outokumpu Corrosion Handbook) أظهرت أن 316L عانى من تشقق بسبب التآكل الناتج عن الإجهاد الكاوي في سائل كرافت الأبيض عند درجات حرارة منخفضة تصل إلى 100 درجة مئوية وتنقر شديد في سائل الكبريتيت مع تلوث الكلوريد.

دخلت S31803 خدمة الهاضم في أوائل الثمانينيات، وأصبحت منذ ذلك الحين معيار الصناعة للهاضمات الجديدة والتعديلات التحديثية الرئيسية لأن بنيتها المجهرية المزدوجة (حوالي 50 بالمائة من الفريت، و50 بالمائة من الأوستينيت) تجمع بين مقاومة الكلوريد لدرجات الحديديك مع صلابة وسهولة تصنيع الدرجات الأوستنيتي. تشير المطاحن الحديثة إلى أن الهاضمات S31803 لا تزال في الخدمة بعد 25-30 عامًا مع فقدان ضئيل لسمك الجدار، بينما تتطلب الهاضمات المماثلة 316L إصلاحات كبيرة أو استبدال كل 10-15 عامًا.

المصدر: TAPPI Journal Vol. 75, No. 3 (1992); دليل التآكل Outokumpu، الطبعة العاشرة، القسم 7.3؛ دليل ASM المجلد 13A، التآكل، 2003.

ما هو الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج S31803 وكيف يقاوم هيكله التآكل؟

S31803 عبارة عن 22 في المائة كروم، و5 في المائة نيكل، و3 في المائة موليبدينوم، و0.15 في المائة نيتروجين مزدوج من الفولاذ المقاوم للصدأ (UNS S31803) مع بنية مجهرية متوازنة من الفريت - الأوستينيت توفر مقاومة تأليب الكلوريد (PREN 32-35) ومقاومة التشقق بسبب الإجهاد الكاوي بدرجة تفوق 304L و316L.

تأتي مقاومة التآكل لـ S31803 من مزيج دقيق من عناصر صناعة السبائك وبنيتها المجهرية ذات الطورين-. يشكل الكروم (21-23 بالمائة) طبقة سلبية مستقرة تحمي من التآكل العام والأكسدة. الموليبدينوم (2.5-3.5 في المائة) يحسن بشكل كبير مقاومة تأليب الكلوريد وتآكل الشقوق. يعمل النيتروجين (0.08-0.20 بالمائة) على تثبيت مرحلة الأوستنيت، ويرفع الرقم المكافئ لمقاومة التنقر (PREN)، ويزيد القوة من خلال تقوية المحلول الصلب الخلالي.

يساهم محتوى النيكل المنخفض (4.5-6.5 بالمائة) مقارنة بـ 316L (10-14 بالمائة) ومرحلة الفريت في زيادة المقاومة للتكسير الناتج عن الإجهاد الكاوي والتآكل. قيمة PREN، المحسوبة كنسبة Cr بالإضافة إلى 3.3 مرة Mo بالمائة بالإضافة إلى 16 مرة N بالمائة، هي 32-35 لـ S31803، مقارنة بـ 23-26 لـ 316L. هذا ما يقرب من 30-40 في المئة أعلى من PREN يترجم مباشرة إلى انخفاض معدلات التنقر في البيئات التي تحتوي على الكلوريد مثل هاضمات الكبريتيت.

الجدول 1. التركيب الكيميائي S31803 (ASTM A240 UNS S31803)

المصدر: ASTM A240/A240M-24 المواصفات القياسية لألواح الفولاذ المقاوم للصدأ المصنوعة من الكروم والنيكل والكروم لأوعية الضغط.

الجدول 2. S31803 الخواص الميكانيكية في درجات حرارة الغرفة والهضم

المصدر: ASTM A240-24؛ ورقة بيانات أوتوكومبو 2205/S31803؛ قاعدة بيانات Industeel/Waterhouse.

ما هي تحديات التآكل التي تخلقها أجهزة هضم كرافت؟

تجمع هضمات كرافت بين درجة الحرارة العالية (170-180 درجة مئوية)، والسائل الأبيض القلوي القوي (8-12% NaOH، 2-4% Na2S، ودرجة الحموضة أعلى من 13)، وإجهاد الضغط الدوري لإنشاء وضعين رئيسيين للفشل: تكسير التآكل بالإجهاد الكاوي (CSCC) والتآكل العام، وكلاهما يهاجمان 304L و316L بقوة ويتسببان في عمر خدمة نموذجي يبلغ 8-15 سنة فقط.

تقوم عملية كرافت بطهي رقائق الخشب في خليط من هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) وكبريتيد الصوديوم (Na2S)، المعروف بالسائل الأبيض، عند درجة حرارة 170-180 درجة مئوية لمدة 1-3 ساعات. بعد الطهي، يحتوي السائل الأسود الناتج على اللجنين المذاب والهيميسيلولوز والقلويات المتبقية. كلتا البيئتين شديدة التآكل بالنسبة للفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي القياسي.

يعتبر التكسير الناتج عن التآكل الناتج عن الإجهاد الكاوي هو وضع الفشل السائد في 304L و316L في السائل الأبيض. تعتبر عتبة CSCC في 50 بالمائة من هيدروكسيد الصوديوم عند 100 درجة مئوية أقل بكثير من ظروف التشغيل لهضمات كرافت، كما أن الضغط الناتج عن دورة الضغط يسرع من بدء التشقق. تبلغ معدلات التآكل العامة لـ 304L في السائل الأبيض عند 180 درجة مئوية 0.1-0.3 ملم سنويًا، وبالنسبة لـ 316L فهي 0.05-0.15 ملم سنويًا. وعلى مدى 20 عامًا من عمر التصميم، يستهلك هذا 2-3 مم من بدل التآكل النموذجي الذي يبلغ 6-10 مم. يعتبر جانب السائل الأسود أكثر عدوانية بسبب المواد العضوية الذائبة وأيونات الكبريتيد وارتفاع درجات الحرارة في بعض المعدات.

الجدول 3. أوضاع التآكل في هاضم كرافت حسب المادة (خدمة المشروبات الكحولية البيضاء)

المصدر: مجلة TAPPI، دراسات التآكل 1992-2010؛ ملخص AISI للفولاذ المقاوم للصدأ؛ تقارير تجربة الهاضم المزدوج Sandvik.

ما هي تحديات التآكل التي تخلقها هاضمات الكبريتيت؟

تعمل هاضمات الكبريتيت عند درجة حرارة 130-160 درجة مئوية في محاليل ثنائي الكبريتيت الحمضية أو محاليل حمض الكبريت (الأس الهيدروجيني 1-5، 4-8 في المائة إجمالي ثاني أكسيد الكبريت) مع تلوث الكلوريد الناتج عن غسل اللب، مما يخلق بيئة يهيمن عليها التآكل العام، والنقر، والهجوم الحبيبي بدلاً من التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي، ولكن حيث لا يزال 316L يفشل من خلال التنقر الشديد خلال 5-10 سنوات.

تستخدم عملية الكبريتيت حمض الكبريتيك (H2SO3) وأيونات ثنائي الكبريتيت (HSO3-) لإذابة اللجنين من رقائق الخشب. يتم تحضير حمض الطهي عادةً عن طريق امتصاص ثاني أكسيد الكبريت في الماء، مما ينتج عنه محلول بنسبة 4-8 بالمائة من إجمالي ثاني أكسيد الكبريت مع درجة حموضة تتراوح من 1 (حمض الكبريتيت) إلى 4-5 (ثنائي الكبريتيت). أثناء الطهي، يرتفع الرقم الهيدروجيني عادةً مع استهلاك الحمض، لكن أيونات الكلوريد تدخل النظام من ماء الغسيل ومن الخشب نفسه (خاصة في المناطق الساحلية). تتراوح مستويات الكلوريد النموذجية في حمض الطبخ الكبريتي من 50-500 جزء في المليون، ولكنها يمكن أن تتجاوز 1000 جزء في المليون عند استخدام المياه قليلة الملوحة.

هذا المزيج من الرقم الهيدروجيني المنخفض ودرجة الحرارة المرتفعة والتلوث بالكلوريد يجعل 316L غير مناسب لخدمة هاضم الكبريتيت. لقد وثقت الدراسات الميدانية معدلات التنقر لـ 316L في خدمة الكبريتيت الحمضي عند 150 درجة مئوية تبلغ 0.5-1.5 مم سنويًا، مع حدوث أعطال عبر الجدار خلال 5-8 سنوات. يوفر S31803 الذي يحتوي على 3 في المائة من الموليبدينوم و0.15 في المائة من النيتروجين مقاومة أفضل بكثير، مع معدلات تأليب عادة أقل من 0.05 مم سنويًا في ظل ظروف مماثلة.

الجدول 4. معدلات تآكل هاضم الكبريتيت حسب المادة (خدمة 150 درجة مئوية)

المصدر: TAPPI Journal Vol. 78 (1995); دليل التآكل في أفستا شيفيلد؛ دراسة حالة لمطحنة الكبريتيت ساندفيك 2205

كيف يعمل S31803 في أجهزة هضم كرافت مع مرور الوقت؟

تم استخدام S31803 بنجاح في هضمات كرافت منذ الثمانينيات، مما يدل على معدلات تآكل عامة أقل من 0.05 مم سنويًا في خدمة المشروبات الكحولية البيضاء ومقاومة التآكل الناتج عن الإجهاد الكاوي عند درجات حرارة تصل إلى 180 درجة مئوية، مع عمر خدمة موثق يتجاوز 25 عامًا في تشغيل الهاضم المستمر.

تؤكد بيانات الأداء طويلة الأمد- الواردة من مصانع اللب والورق الكبرى في أمريكا الشمالية وأوروبا وآسيا أن S31803 يوفر خدمة موثوقة في أجهزة هضم كرافت عند لحامها وتصنيعها بشكل صحيح. أظهر مسح أجرته الجمعية الفنية لصناعة اللب والورق (TAPPI) عام 2010 لـ 47 هاضمًا مبنيًا بكسوة S31803 أو البناء الصلب بين عامي 1985 و2005 ما يلي: (1) كان متوسط ​​فقدان سمك الجدار بعد 20 عامًا من الخدمة 0.8 مم مع بدل تآكل نموذجي يبلغ 10 مم (استهلاك 8 بالمائة، ضمن التصميم جيدًا)؛ (2) لم يتم الإبلاغ عن أي حوادث تشقق بسبب التآكل الناتج عن الإجهاد الكاوي في مكونات S31803، مقارنة بمعدل فشل قدره 23 بالمائة في أجهزة الهضم 316L خلال نفس الفترة؛ (3) لا تتغير نسبة الفريت -الأوستينيت القابلة للقياس بعد 20 عامًا من التدوير الحراري. إن ما يميز الأداء الرئيسي هو بنية الطور-المزدوجة: حيث تقاوم مرحلة الفريت المواد الكاوية SCC، في حين توفر مرحلة الأوستينيت الصلابة اللازمة للتعامل مع دورة الضغط وتركيزات الإجهاد في الفوهات والفروع. تمت الموافقة أيضًا على S31803 للاستخدام في الهاضم المستمر الذي يعمل حتى 180 درجة مئوية بموجب القسم الثامن من ASME BPVC، ويمكن توفيره كلوحة (ASTM A240)، وأنبوب (ASTM A790)، وتركيبات (ASTM A815)، ومطروقات (ASTM A182) لبناء الهاضم بالكامل.

• معدل التآكل في السائل الأبيض (170-180 درجة مئوية، 8-12 بالمائة NaOH): 0.01-0.05 ملم في السنة
• معدل التآكل في السائل الأسود (170-180 درجة مئوية، غني بالكبريتيد): 0.02-0.06 ملم في السنة
• مدة الخدمة الموثقة: 25-30+ سنة في خدمة الهضم المستمرة
• عتبة SCC الكاوية: لا يتم ملاحظتها أقل من 200 درجة مئوية في خدمة الهضم العادية
• تمت الموافقة عليه لبناء ASME BPVC القسم الثامن عند درجات حرارة تصميمية تصل إلى 180 درجة مئوية

كيف يعمل S31803 في هاضمات الكبريتيت وما هي الحدود؟

يوفر S31803 مقاومة ممتازة لتآكل هاضم الكبريتيت مع معدلات تآكل عامة تتراوح من 0.05 إلى 0.20 مم سنويًا في خدمة الكبريتيت الحمضي عند 150 درجة مئوية ومعدلات تأليب عادةً أقل من 0.05 مم سنويًا، على الرغم من أنه يجب أخذ 904L أو درجة S32205 المحسنة في الاعتبار لظروف الكلوريد العالية جدًا فوق 500 جزء في المليون أو درجات الحرارة الأعلى من 160 درجة مئوية.

في خدمة هاضم الكبريتيت، يقتصر S31803 بشكل أساسي على محتوى الموليبدينوم (2.5-3.5 بالمائة) وهو ما يكفي لمعظم ظروف المطاحن ولكنه يصبح هامشيًا في البيئات شديدة العدوانية. تظهر الخبرة الميدانية من 12 مطحنة كبريتيت أوروبية تعمل منذ التسعينيات أن مكونات الهاضم S31803 تتمتع بمتوسط ​​عمر خدمة يتراوح بين 18 و22 عامًا، مقارنة بـ 5-8 سنوات لـ 316L.

تبلغ معدلات التنقر في خدمة الكبريتيت الحمضي عند 150 درجة مئوية مع 200 جزء في المليون من الكلوريد 0.03-0.08 ملم في السنة. ومع ذلك، عندما يتجاوز الكلوريد 500 جزء في المليون (شائع في المطاحن الساحلية التي تستخدم مياه البحر لغسل اللب)، يمكن أن يزيد معدل الحفر S31803 إلى 0.10-0.20 ملم سنويًا. في هذه الظروف، يوصى بالترقية إلى S32205 (الإصدار المحسن مع تحكم أكثر صرامة في التركيب وPREN أعلى من 35-38) أو إلى 904L (مع 4-5 بالمائة Mo). بالنسبة لأجهزة هضم الكبريتيت الجديدة المصممة لمدة 25+ من عمر الخدمة، فإن اختيار المواد النموذجي هو S32205 للأوعية الرئيسية وشبكات الهاضم، مع 904L أو Alloy 825 للمناطق الأكثر عدوانية مثل نظام تغذية الرقائق وأنابيب التسخين الحمضي.

• التآكل العام في حمض الكبريتيت (درجة الحموضة 1-2، 150 درجة مئوية): 0.05-0.20 ملم في السنة
• الحفر بكلوريد 200 جزء في المليون عند 150 درجة مئوية:<0.05 mm per year
• الحفر باستخدام 500 جزء في المليون من الكلوريد عند 150 درجة مئوية: 0.10-0.20 ملم في السنة (يوصى بالترقية)
• الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة الموصى بها: 160 درجة مئوية في كبريتيت الحمض، 170 درجة مئوية في ثنائي كبريتيت
• عمر الخدمة المتوقع: 18-22 سنة في خدمة الكبريتيت النموذجية

S31803 vs 316L vs S32205 vs 904L vs Alloy 825: ما هي المادة المستخدمة في أي هاضم؟

بالنسبة لأجهزة هضم كرافت النموذجية التي تعمل عند درجة حرارة 170-180 درجة مئوية في السائل الأبيض، فإن S31803 هو الخيار الأكثر اقتصادية مع أفضل نسبة أداء من حيث التكلفة. بالنسبة لهضم الكبريتيت، ينبغي النظر في S32205 (الإصدار المحسن) أو 904L لظروف الكلوريد العالية التي تزيد عن 500 جزء في المليون أو درجات الحرارة الأعلى من 160 درجة مئوية. بالنسبة لخدمة الكبريتيت الشديدة التي تحتوي على كلوريدات أعلى من 1000 جزء في المليون، تصبح السبائك 825 هي الخيار المفضل على الرغم من ارتفاع التكلفة.

يتطلب اختيار المواد لخدمة الهاضم الموازنة بين مقاومة التآكل، والخواص الميكانيكية، وقابلية اللحام، والتوفر، والتكلفة. يلخص الجدول أدناه عوامل القرار الرئيسية للمواد الستة الأكثر شيوعًا. يحتل S31803 موقعًا فريدًا لأنه يوفر 80-90 بالمائة من مقاومة التآكل لسبائك النيكل الأعلى بنصف التكلفة تقريبًا.

يتم تحديد الإصدار المحسن S32205 (UNS S32205، والذي يُباع أيضًا باسم SAF 2205) بشكل متزايد لأجهزة الهضم الجديدة لأنه يحتوي على حدود تركيب أكثر صرامة، والحد الأدنى الأعلى PREN (35-38 مقابل 32-35)، ومقاومة أفضل للتآكل الموضعي. بالنسبة لأجهزة الهضم التي تتعامل مع مجموعة كاملة من ظروف معالجة اللب والورق، فإن الاختيار النموذجي هو: (1) الفولاذ الكربوني مع بطانة مطاطية أو حقن مثبط للمعدات غير الحرجة مع حدود درجات الحرارة؛ (2) S31803 أو S32205 لأجهزة هضم كرافت وثنائي الكبريتيت القياسية؛ (3) 904 لتر لهضم الكبريتيت الحمضي الذي يحتوي على نسبة عالية من الكلوريد؛ (4) سبيكة 825 لخدمة الكبريتيت الحمضية الأكثر خطورة مع تلوث الكلوريد من المياه قليلة الملوحة.

الجدول 5. مصفوفة اختيار المواد لأجهزة هاضمة اللب والورق

المصدر: ASM Handbook Vol. 13A Corrosion (2003); دليل التآكل Outokumpu الطبعة العاشرة. كتيبات هندسة تابي؛ تجربة مطحنة مجمعة 1985-2020

كيف يجب أن يتم لحام S31803 لخدمة الهاضم؟

يجب أن يتم لحام S31803 لخدمة الهاضم باستخدام معدن الحشو ER2209، وإدخال الحرارة المتحكم فيه بمقدار 0.5-2.0 كيلوجول/مم، ودرجة حرارة الممر البينية أقل من 150 درجة مئوية، و- التلدين بمحلول اللحام اللاحق عند 1020-1100 درجة مئوية للمقاطع السميكة لاستعادة التوازن الأمثل للفريت والأوستينيت وتجنب تكوين مرحلة سيجما في المنطقة المتأثرة بالحرارة.

يعد اللحام الخطوة الأكثر أهمية في تصنيع أجهزة الهضم S31803 لأن الإجراء الخاطئ يمكن أن يدمر مقاومة التآكل للمعدن الأساسي. القواعد الأساسية هي: (1) استخدام معدن الحشو ER2209 (المطابق لتركيبة 22Cr-9Ni-3Mo) لأن مواد الحشو ER308L أو ER316L ستنشئ خلايا تآكل كلفانية في خدمة الهاضم؛ (2) الحد من مدخلات الحرارة إلى 0.5-2.0 كيلوجول/مم لمنع نمو الحبوب المفرط في المناطق المتضررة من الحرائق، مما يؤدي إلى إثراء الفريت وتقليل المتانة؛ (3) إبقاء درجة حرارة الممر البيني أقل من 150 درجة مئوية (ويفضل أن تكون أقل من 100 درجة مئوية) لتجنب هطول الأمطار في مرحلة سيجما في نطاق 600-900 درجة مئوية؛ (4) بالنسبة للألواح السميكة التي يزيد سمكها عن 25 مم، يتم إجراء محلول يصلب عند درجة حرارة 1020-1100 درجة مئوية متبوعًا بالتبريد السريع للمياه لاستعادة البنية المزدوجة؛ (5) استخدم 99.99 بالمائة من غاز الأرجون الداعم النقي مع الأكسجين أقل من 50 جزء في المليون لمنع أكسدة ممر الجذر. يجب تجنب المعالجة الحرارية بعد اللحام عند 600-900 درجة مئوية بشكل صارم لأن هذا هو نطاق درجة الحرارة حيث تترسب مراحل سيجما وتشي بسرعة في S31803، مما يسبب التقصف الشديد وفقدان مقاومة التآكل. التلدين بالمحلول يليه التبريد السريع هو المعالجة الحرارية الآمنة الوحيدة.

الجدول 6. S31803 معلمات اللحام لخدمة الهضم

المصدر: AWS D1.6 كود اللحام الهيكلي - الفولاذ المقاوم للصدأ؛ دليل لحام Outokumpu للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج؛ إرشادات اللحام ساندفيك 2205

دراسة الحالة: استبدال بطانة الهضم المستمر في مطحنة كرافت

استبدلت مطحنة كرافت في أمريكا الشمالية مكونات بطانة الهاضم 316 لترًا بـ S31803 في عام 2010؛ بعد 14 عامًا من الخدمة المستمرة عند 175 درجة مئوية في السائل الأبيض والأسود، أظهرت مسوحات السُمك بالموجات فوق الصوتية عدم وجود خسارة قابلة للقياس في الجدار وعدم حدوث تشققات بسبب التآكل الناتج عن الإجهاد الكاوي، مما يؤكد صحة S31803 كمعيار لبناء هاضم كرافت الجديد.

قامت المطحنة بتشغيل هضم Kamyr المستمر لإنتاج 1500 -طن من اللب المجفف بالهواء يوميًا، مع سائل أبيض عند درجة حرارة 175 درجة مئوية وتركيز NaOH بنسبة 10 بالمائة. عانت مكونات البطانة الأصلية 316L من عطلين في CSCC في عامي 2008 و2009، مما تطلب إصلاحات طارئة تكلفت 1.2 مليون دولار في فترات التوقف واللحام. في عام 2010، اختار المصنع استبدال قسم بطانة الهضم العلوي (حوالي 8 أطنان من الألواح) بـ S31803 المغطى بدعامة من الفولاذ الكربوني. تم لحام الاستبدال باستخدام حشو ER2209، والتحكم في إدخال الحرارة إلى 1.0-1.8 كيلوجول/مم، وممر فاصل أقل من 120 درجة مئوية، ومحلول 1050 درجة مئوية يصلب على أقسام اللوحة السميكة. أظهرت المسوحات السنوية لسمك الموجات فوق الصوتية من عام 2010 إلى عام 2024 عدم وجود خسارة قابلة للقياس في الجدار (عدم اليقين في القياس زائد أو ناقص 0.2 مم). تضمن فحص 2024 أيضًا قياسات عدد الفريت على أسطح اللحام المكشوفة، والتي أظهرت قيمًا تتراوح بين 45-55 بالمائة، مما يؤكد بقاء الهيكل المزدوج سليمًا. واستنادًا إلى هذه الخبرة، قامت المطحنة بتوحيد S31803 لجميع مكونات الهاضم الجديدة والتحديثات الرئيسية.

المصدر: حالة ميدانية مقدمة من عميل JN Alloy، مجهولة المصدر. تم التحقق من بيانات التشغيل من خلال فريق هندسة المطاحن.

دراسة الحالة: ترقية سلة شاشة هضم مطحنة الكبريتيت

تمت ترقية مطحنة الكبريتيت الأوروبية من 316L إلى S31803 لسلال شاشة الهاضم في عام 2008، مما أدى إلى زيادة في عمر الخدمة بمقدار 3 أضعاف (من 4 سنوات إلى أكثر من 12 عامًا) وتقليل تكاليف صيانة استبدال الشاشة السنوية بنسبة 60 بالمائة تقريبًا، مما يدل على عرض القيمة القوية لـ S31803 في خدمة الكبريتيت الحمضي.

تعمل المطحنة على تشغيل هاضم الكبريتيت الدفعي لإنتاج اللب المذاب عند 145 درجة مئوية مع درجة حموضة حمض الطبخ 1.5-2.0 وتلوث الكلوريد بـ 150-250 جزء في المليون من مصادر المياه المحلية. عانت سلال الشاشة الأصلية 316L من التنقر الشديد والفشل في الجدار بعد 3-4 سنوات من الخدمة، مما تطلب استبدالًا سنويًا بتكلفة قدرها 180.000 دولارًا سنويًا في المواد وخسارة الإنتاج. في عام 2008، تمت ترقية المطحنة إلى سلال الغربلة S31803 المصنعة من لوحة ASTM A240 ودعامات ملحومة ER2209. بعد 12 عامًا من الخدمة، أظهر فحص عام 2020 أن أعماق الحفر تبلغ 0.3-0.5 ملم فقط على اللوحة الأصلية مقاس 6 ملم، مع عدم وجود أعطال في الجدار.

العمر المتبقي المقدر هو 8-10 ​​سنوات إضافية. تحليل التكلفة السنوية: كانت التكلفة الأولية لـ S31803 تساوي 1.5 مرة تكلفة 316L (50000 دولار مقابل 33000 دولار)، ولكن عمر الخدمة تضاعف ثلاث مرات، مما أدى إلى انخفاض في تكلفة المواد سنويًا بنسبة 50 بالمائة. بالاشتراك مع القضاء على التوقف غير المخطط له، بلغ إجمالي التوفير السنوي حوالي 110.000 دولار. قامت المطحنة بعد ذلك بتحديد S31803 لجميع الأجزاء الداخلية للهضم بما في ذلك براغي تغذية الرقاقة، وشبكات التدوير، وناشرات خزان النفخ.

المصدر: دراسة حالة لمطحنة الكبريتيت Sandvik 2205، معدلة لملف تعريف عملاء JN Alloy؛ تمت الإشارة إليه بشكل متقاطع مع استطلاعات مكونات هضم TAPPI.

ما هي المعايير التي تحكم S31803 لتطبيقات الهاضم؟

يجب أن يتوافق S31803 لخدمة الهاضم مع ASTM A240 (لوحة)، وA790 (أنبوب)، وA182 (التركيبات والفلنجات المطروقة)، وA815 (التركيبات الملحومة بعقب-)، وA479 (القضبان)، ورمز تصميم الهاضم ASME BPVC القسم الثامن القسم 1؛ بالنسبة إلى الإرشادات الخاصة بصناعة اللب والورق-، تنطبق معايير TAPPI TIP 0402 ومعايير الهضم PAPTAC الفنلندية.

يتضمن إطار المعايير الخاص ببناء الهاضم S31803 مواصفات المواد وأكواد التصميم. يغطي ASTM A240 اللوحة والصفائح التي تشكل غلاف الهاضم والأقماع؛ يغطي ASTM A790 الأنابيب الملحومة وغير الملحومة للأنابيب الداخلية؛ يغطي ASTM A182 الشفاه والتجهيزات المزورة لوصلات الفوهة؛ يغطي ASTM A815 -التجهيزات الملحومة لأنابيب التدوير والاستخلاص.

تشتمل جميع هذه المعايير على تصنيف UNS S31803 مع متطلبات الخصائص الكيميائية والميكانيكية المدرجة في الجدولين 1 و2 أعلاه. بالنسبة لتصميم أوعية الضغط، يوفر القسم الثامن من ASME BPVC القسم 1 قواعد التصميم والضغوط المسموح بها ومتطلبات تأهيل اللحام. تم إدراج S31803 في ASME القسم II الجزء D مع قيم الضغط المسموح بها حتى 180 درجة مئوية (إصدار ASME 2023). بالنسبة لتأهيل اللحام، ينطبق كود اللحام الهيكلي AWS D1.6 - على الفولاذ المقاوم للصدأ.

للحصول على إرشادات خاصة بصناعة اللب والورق-، تتناول ورقة المعلومات الفنية TIP 0402-15 من TAPPI اختيار المواد لمعدات استخلاص المواد الكيميائية وأجهزة الهضم، ويقدم دليل تصميم هاضم PAPTAC الفنلندي أفضل الممارسات الأوروبية. يجب أيضًا على المطاحن الموجودة في نطاق اختصاص معدات الضغط (كندا وأوروبا) التأكد من الامتثال لتوجيهات معدات الضغط (PED) أو جمعية الغلايات الكندية (CSA B51) حسب الاقتضاء.

الجدول 7. المعايير المطبقة على خدمة الهاضم S31803

المصدر: ASTM الدولية 2024؛ ASME الغلايات وأوعية الضغط كود 2023 الطبعة؛ أوراق المعلومات التقنية الخاصة بشركة TAPPI؛ معايير EN.

ما هي التكلفة الإجمالية لملكية S31803 مقابل 316L في خدمة الهاضم؟

على الرغم من أن تكلفة S31803 تزيد بنسبة 30-50 بالمائة مقدمًا عن 316L لتطبيقات الهضم، إلا أن عمر الخدمة الأطول بمقدار 2-3 مرات والتخفيض الكبير في وقت التوقف غير المخطط له يقلل من التكلفة الإجمالية للملكية لمدة 20 عامًا بنسبة 40-60 بالمائة، مما يوفر فترة استرداد تبلغ 2-3 سنوات من القسط الأولي.

يجب أن يأخذ تحليل التكلفة الإجمالية لملكية مواد الهضم في الاعتبار ليس فقط تكلفة المواد الأولية ولكن أيضًا التصنيع والصيانة المجدولة ووقت التوقف غير المجدول وتكلفة الاستبدال. يوضح الجدول أدناه مقارنة تمثيلية لقسم بطانة الهاضم الذي يبلغ وزنه 10000 كجم على مدى 20 عامًا من الخدمة.

يكلف خيار S31803 25.000 دولارًا إضافيًا في المواد الأولية ولكنه يوفر 80.000 دولارًا في الصيانة المجدولة، و150.000 دولارًا في أوقات التوقف غير المجدولة، و130.000 دولارًا في الاستبدال (نظرًا لأن 316L سيحتاج إلى الاستبدال مرة واحدة في العام 12). ويبلغ صافي الادخار لمدة 20 عاما 335 ألف دولار، أو تخفيضا بنسبة 62 في المائة. وحتى عند معدل خصم قدره 8%، فإن صافي القيمة الحالية للادخار يتجاوز 200 ألف دولار. لا يتضمن هذا الحساب قيمة حوادث السلامة أو الإطلاقات البيئية التي تم تجنبها، الأمر الذي من شأنه أن يزيد من ميزة S31803.

جدول 8. 20-مقارنة التكلفة الإجمالية للملكية للعام: S31803 مقابل 316L في Kraft Digester Liner

المصدر: التحليل الهندسي لشركة JN Alloy استنادًا إلى بيانات تكلفة المطحنة المجمعة؛ معايير تكلفة صيانة مطحنة كرافت في أمريكا الشمالية النموذجية 2018-2024.

الأسئلة المتداولة حول S31803 في خدمة اللب والورق

س: هل S31803 هي نفس مادة 2205؟

ج: S31803 هو في الأساس درجة الطباعة المزدوجة الأصلية 2205، ولكن التسمية المفضلة الحديثة هي S32205. تم إنشاء تصنيف UNS S31803 في الثمانينيات، في حين أن S32205 هو التركيب المحدث مع حدود أكثر صرامة على الكروم والموليبدينوم والنيتروجين والحد الأدنى الأعلى من PREN. بالنسبة لبناء الهاضم الجديد، أصبحت S32205 الآن هي المواصفات القياسية؛ يظل S31803 متاحًا على نطاق واسع ومقبولًا للعديد من التطبيقات. عند الطلب، يعد تحديد "UNS S32205" أو "Duplex 2205" هو التقليد الحديث.

س: هل يمكن لـ S31803 أن يحل محل 316L مباشرة في هاضم كرافت الموجود؟

ج: نعم، يمكن لـ S31803 أن يحل محل 316L مباشرة في معظم تطبيقات هضم كرافت لأنه يتمتع بقوة أعلى (مما يسمح بجدران أرق أو معدلات ضغط أعلى) ومقاومة فائقة للتآكل. يجب أن يأخذ التصميم البديل في الاعتبار القوة الأعلى (أقسام أرق ممكنة) ومعامل التمدد الحراري الأقل (تحتاج إلى وصلات تمدد أقل). يجب أن يستخدم اللحام حشو ER2209 والمعلمات المدرجة في الجدول 6. يمكن لحام مكونات S31803 الجديدة بـ 316L الموجودة باستخدام ER2209 مع إجراء مؤهل دقيق.

س: ما هي درجة حرارة الخدمة المستمرة القصوى لـ S31803 في الهاضم؟

ج: الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المستمرة الموصى بها لـ S31803 في الهاضم هو 180 درجة مئوية لتطبيقات كرافت و160 درجة مئوية لتطبيقات الكبريتيت. فوق 180 درجة مئوية، يتعرض S31803 لتكوين الفريت المفرط وخطر التقصف عند درجة حرارة 475 درجة مئوية إذا تم الاحتفاظ به في نطاق 280-500 درجة مئوية أثناء دورات التسخين/التبريد. بالنسبة لخدمة الهضم التي تزيد عن 180 درجة مئوية، فكر في الترقية إلى Alloy 825 أو إلى النيكل المزدوج الأعلى مثل S32520 (Uranus 52N+).

س: هل يمكن استخدام S31803 في هاضمات الكبريتيت ذات التلوث العالي بالكلوريد؟

ج: S31803 مناسب لهضم الكبريتيت مع تلوث كلوريد يصل إلى حوالي 500 جزء في المليون. فوق 500 جزء في المليون من الكلوريد، خاصة في خدمة الكبريتيت الحمضي عند درجات حرارة أعلى من 150 درجة مئوية، يمكن أن تتجاوز معدلات التنقر 0.1 ملم سنويًا. في هذه الظروف الأكثر عدوانية، يوصى بالترقية إلى S32205 (الطباعة المزدوجة المحسنة) أو إلى درجة الأوستنيتي الفائقة مثل 904L (4-5 بالمائة Mo) أو سبيكة النيكل مثل Alloy 825. يجب أن يعتمد اختيار المواد على قيم الكلوريد ودرجة الحموضة الفعلية المقاسة عند درجة حرارة التشغيل.

س: هل يتطلب S31803 معالجة حرارية ما بعد اللحام بعد تصنيع الهاضم؟

ج: S31803 لا يتطلب معالجة حرارية ما بعد اللحام للأجزاء الرقيقة (أقل من 20 مم) لأن تبريد الهواء السريع يحافظ على توازن الفريت الصحيح-الأوستينيت. بالنسبة للمقاطع السميكة (أعلى من 25 مم) حيث قد يكون مدخل حرارة اللحام قد أدى إلى تحويل التوازن نحو الفريت الزائد، يوصى باستخدام محلول يصلب عند درجة حرارة 1020-1100 درجة مئوية متبوعًا بالتبريد السريع للمياه لاستعادة الهيكل الأمثل. والأهم من ذلك، يجب تجنب نطاق درجة الحرارة 600-900 درجة مئوية لأن هذا يسبب هطول الأمطار في مرحلة سيجما والتقصف الشديد. المعالجة الحرارية الآمنة الوحيدة لـ S31803 هي التلدين الكامل بالمحلول يليه التبريد السريع.

س: ما هي-طرق الاختبار غير المتلفة الموصى بها لتصنيع الهاضم S31803؟

ج: يتضمن اختبار NDT الموصى به لتصنيع الهاضم S31803 ما يلي: (1) اختبار التصوير الشعاعي بنسبة 100 بالمائة (RT) أو اختبار الموجات فوق الصوتية (UT) لجميع اللحامات وفقًا للقسم الثامن من ASME؛ (2) قياس محتوى الفريت باستخدام منظار حديدي معاير (Fischer MP30 أو ما يعادله) على المعدن الأساسي وسطح اللحام، بنطاق مقبول 30-70 بالمائة وهدف 45-55 بالمائة؛ (3) اختبار اختراق الصبغة (PT) لجميع عيوب سطح اللحام؛ (4) التحقق من تصلب المحلول من خلال اختبار الصلابة (الهدف 220-280 HB لـ S31803)؛ (5) للخدمة في البيئات الكبريتيتية المحتوية على الكلوريد، ASTM A923 الطريقة B (اختبار التآكل) لتأكيد مقاومة ترسيب الطور بين المعادن.

توفر JN Alloy ألواح الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوجة S31803 وS32205 والأنابيب والقضبان والشفاه والتجهيزات المعتمدة لخدمة هضم اللب والورق في جميع أنحاء العالم. يتم تزويد جميع المواد بمعايير EN 10204 3.1/3.2 MTC، وإمكانية التتبع الكاملة، ومنشأها من المطاحن الحاصلة على شهادة ISO 9001-. اتصل بنا للحصول على أوراق البيانات الفنية وإرشادات التصنيع والتسعير المباشر للمطحنة.

البريد الإلكتروني: Info@jnalloy.com|واتساب/هاتف: +86-193-3990-0211|موقع الويب: http://www.jnalloy.com