اختيار مواد نظام FGD: إزالة الكبريت من غاز المداخن

إزالة الكبريت من غاز المداخن (FGD) هي عملية صناعية تستخدم لإزالة ثاني أكسيد الكبريت (SO2) - وبدرجة أقل كلوريد الهيدروجين (HCl) وفلوريد الهيدروجين (HF) - من غازات العادم الناتجة عن محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم- والمصاهر وأفران الأسمنت ومحارق النفايات قبل إطلاقها في الغلاف الجوي.

وثاني أكسيد الكبريت هو السبب الرئيسي للأمطار الحمضية، التي تدمر النظم البيئية، وتؤدي إلى تآكل البنية التحتية، وتضر بصحة الجهاز التنفسي للإنسان. اللوائح العالمية - بما في ذلك قانون الهواء النظيف الأمريكي، وتوجيهات الاتحاد الأوروبي للانبعاثات الصناعية (IED 2010/75/EU)، ومعايير الانبعاثات GB 13271 في الصين - تفرض كفاءة إزالة ثاني أكسيد الكبريت تتجاوز 95% لمعظم منشآت الاحتراق الكبيرة.

FGD System Material Selection Flue Gas Desulfurization

تكنولوجيا FGD المهيمنة في جميع أنحاء العالم هيالأكسدة القسرية للحجر الجيري الرطب (WLFO)، والتي تمثل حوالي 85٪ من قدرة FGD المثبتة على مستوى العالم. في نظام WLFO، يتم ملامسة غاز المداخن مع ملاط الحجر الجيري (CaCO3) في وعاء امتصاص كبير. يتفاعل ثاني أكسيد الكبريت (SO2) مع الملاط لإنتاج كبريتات الكالسيوم (الجبس، CaSO4·2H2O) - وهو منتج قابل للبيع تجاريًا عن طريق-منتج يستخدم في تصنيع ألواح الجدران.

تعد أنظمة FGD من بين البيئات الصناعية الأكثر تآكلًا على وجه الأرض. مزيج العوامل داخل جهاز الغسيل الرطب يخلق بيئة كيميائية تدمر الفولاذ الكربوني في غضون أشهر وتهاجم بقوة حتى الفولاذ المقاوم للصدأ القياسي:

تركيز الكلوريد:تتراكم أيونات الكلوريد (Cl⁻) - المنطلقة من احتراق الفحم وتتركز بواسطة عملية الغسل - في السائل المعاد تدويره الممتص إلى مستويات تتراوح بين 20,000-100,000 جزء في المليون. عند هذه التركيزات، تخترق الكلوريدات طبقة الأكسيد السلبي للفولاذ المقاوم للصدأ القياسي، مما يؤدي إلى تآكل الشقوق والتنقر.

الرقم الهيدروجيني الحمضي:يعمل الملاط الممتص عند درجة حموضة 3-6، مما يعرض جميع الأسطح المبللة لتخفيف حمض الكبريتيك والكبريتيك بشكل مستمر.

دورة درجة الحرارة:تتعرض أسطح مجاري الهواء لدورة حرارية تتراوح بين 50 درجة (مخرج جهاز الغسيل الرطب) و200 درجة (مدخل جهاز الغسيل المسبق-)، مما يؤدي إلى الضغط على كل من المواد الأساسية وأي أنظمة تبطين.

تآكل:يؤدي إعادة تدوير ملاط الحجر الجيري بسرعة 3-8 م/ث من خلال المضخات والأنابيب وفوهات الرش إلى تآكل شديد، والذي يتضافر مع التآكل لتسريع فقدان المواد.

تكسير التآكل الإجهادي (SCC):يؤدي إجهاد الشد في اللحامات والأجزاء الهيكلية، جنبًا إلى جنب مع السوائل المحتوية على الكلوريد الساخن-، إلى حدوث SCC في الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي مع PREN أقل من ~40.

بيانات الصناعة:يعالج نظام إزالة الكبريت من غاز المداخن (FGD) في محطة توليد الطاقة بقدرة 600 ميجاوات من الفحم-حوالي 2-3 مليون نيوتن متر مكعب/ساعة من غاز المداخن. يبلغ قطر أوعية الامتصاص في أنظمة WLFO عادةً 15-25 مترًا وارتفاعها 20-30 مترًا - مما يجعل اختيار المواد لبطانة الغلاف والأجزاء الداخلية قرارًا تبلغ قيمته{10}}ملايين الدولارات مع توقع عمر التصميم لمدة 30 عامًا.

Why FGD Destroys Ordinary Steel

منطقة مجموعة التركيز	درجة حرارة. يتراوح	المواد المسببة للتآكل الرئيسية	الطلب على المواد
قناة الإدخال / جهاز الغسيل المسبق-.	120-200 درجة	SO2، حمض الهيدروكلوريك، HF، الرماد المتطاير	-درجة حرارة عالية للأكسدة + مقاومة لنقطة الندى الحمضية
وعاء الامتصاص (القذيفة)	50-80 درجة	H2SO4 / H2SO3 (الرقم الهيدروجيني 3–6)، Cl⁻ حتى 80,000 جزء في المليون	تأليب كلوريد شديد + مقاومة SCC
الأجزاء الداخلية الممتصة (الصواني والفوهات)	50-80 درجة	ملاط الحجر الجيري، التآكل، ارتفاع Cl⁻	مقاومة التآكل + الشق
قناة المخرج / إعادة التسخين	50-120 درجة	غاز مشبع رطب، رذاذ SO3، حمض الهيدروكلوريك المتبقي	مكثفات الحمض الرطب + الأكسدة
بطانات أنابيب غاز المداخن	60-180 درجة	مكثفات H2SO4، الرماد المتطاير، البخار	سلامة البطانة ضد الأحماض + التدوير الحراري
أنابيب إعادة تدوير الملاط	المحيطة-60 درجة	ملاط CaCO3/CaSO4، Cl⁻، الرقم الهيدروجيني 4-6	كشط + تأليب التآكل مجتمعة
مزيل الضباب / مزيل الضباب	50-70 درجة	غاز مشبع، قطرات حمضية	مقاومة الأحماض + الصلابة الهيكلية

الجدول 1: ظروف التآكل حسب منطقة نظام إزالة الكبريت من غاز المداخن

لا توجد سبيكة واحدة مثالية لكل منطقة من نظام FGD. يتطابق الاختيار الصحيح للمادة مع مقاومة التآكل للسبائك - التي يتم قياسها كميًا من خلال الرقم المكافئ لمقاومة التنقر (PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N) - لتركيز الكلوريد المحدد، ودرجة الحموضة، ودرجة الحرارة، والتحميل الميكانيكي لكل منطقة نظام.

مكون مجموعة التركيز	السبائك (السبائك) الموصى بها	PREN / خاصية المفتاح	لماذا تم تحديده
غلاف ممتص (الحجر الجيري الرطب)	سبيكة C-276 (N10276) أو 317LMN	C-276: برين ~65؛ 317LMN: ~40	Withstands Cl⁻ >50000 جزء في المليون، H2SO3، الرقم الهيدروجيني 3-5 بشكل مستمر
غلاف ممتص (تنقية مياه البحر)	سبيكة C-22 (N06022) أو C-276	PREN >65	مياه البحر + ثاني أكسيد الكبريت: بيئة إزالة الكبريت من غاز المداخن الأكثر عدوانية
فوهات الرش والرؤوس	سبيكة 625 (N06625)	برين ~51؛ مقاوم للتعب-.	تآكل + تآكل ناتج عن نفاثات الملاط عالية السرعة-.
مضخات إعادة التدوير (الأجزاء المبللة)	دوبلكس 2507 (S32750) أو سبيكة 20	PREN >42	كشط الملاط + حفر الكلوريد في أغلفة المضخات
قنوات الدخول / الخروج (غير مبطنة)	316 لتر (S31603) أو 317 لتر (S31703)	برين ~25-32	مناطق الكلوريد السفلى؛ فعالة من حيث التكلفة-؛ مجال قابل للحام
ألواح بطانة أنابيب غاز المداخن	ورق جدران مصنوع من خليط معدني C-276 (مغطى بطبقة 2-3 مم)	PREN ~65 السطح الداخلي	طبقة رقيقة فوق الفولاذ الكربوني؛ حمض + مقاومة للتآكل
مزيلات الضباب	سبيكة 625 أو 317LMN	PREN >40	الهباء الجوي الحمضي + الحمل الهيكلي؛ سطح غير -ملوث
الأنابيب والانحناءات الطين	6Mo SS (S31254) أو دوبلكس 2507	PREN >40	التآكل المشترك-التآكل في ملاط CaSO4 عالي السرعة-
مفاصل التمدد	منفاخ من سبيكة C-276	برين ~65؛ تصنيف التعب-	الغاز الحمضي + التدوير الحراري؛ لا يوجد خطر SCC
شاشات نزح المياه الجبس	316L أو 2205 دوبلكس	برين ~25–35	انخفاض العدوانية بمجرد امتصاص ثاني أكسيد الكبريت؛ معتدل Cl⁻
بطانة المكدس (المكدس الرطب)	سبيكة C-276 أو مبطنة بالألياف الزجاجية	برين ~65	تكثيف الحمض عند درجات حرارة منخفضة في التفريغ المشبع الرطب

الجدول 2: السبائك الموصى بها حسب مكون FGD وحالة التشغيل

سبيكة (UNS)	الكروم (٪)	شهر (٪)	ني (٪)	برين*	ملاءمة مجموعة التركيز
316L (S31603)	16–18	2–3	10–14	~24	مناطق Cl⁻ المنخفضة والمتوسطة؛ القنوات الهيكلية
317LMN (S31726)	18–20	4–5	13–17	~40	-ممتصات عدوانية معتدلة؛ التكلفة-متوازنة
6 مو / 254 سمو (S31254)	19.5–20.5	6–6.5	17.5–18.5	~43	الأنابيب ذات الكلور العالي، وأنظمة الملاط، وأجسام المضخات
سوبر دوبلكس 2507 (S32750)	24–26	3–5	6–8	~42	أعمدة المضخات، الأنابيب، المناطق المعرضة للتآكل - الهيكلي-
سبيكة 625 (N06625)	20–23	8–10	أكبر من أو يساوي 58	~51	الفوهات، الرؤوس، البخاخات - تآكل + تآكل
سبيكة C-276 (N10276)	14.5–16.5	15–17	بال.	~65	أغطية الامتصاص، وبطانات المكدس، والألواح المكسوة - أقصى واجب
سبيكة C-22 (N06022)	20–22.5	12.5–14.5	بال.	~67	مياه البحر FGD، بيئات أعلى-Cl⁻
سبيكة 20 (N08020)	19–21	2–3	32–38	~30	خدمة حامض الكبريتيك. التعامل مع الجبس. انخفاض Cl⁻

الجدول 3: التركيب الكيميائي وPREN لسبائك FGD|* برين=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N

السبائك C276 - معيار مجموعة التركيز

هاستيلوي C276 (UNS N10276)هي السبيكة الأكثر تحديدًا على نطاق واسع للقيام بواجبات FGD الشديدة. إن محتواه من الموليبدينوم بنسبة 15-17% - وهو الأعلى بين أي سبيكة نيكل منتجة تجاريًا - يمنحه PREN يبلغ 65 تقريبًا ومقاومة متميزة لكل من البيئات الحمضية المؤكسدة والمختزلة. تم تحديد C-276 للأغلفة الممتصة في أنظمة WLFO عالية الكلور، وبطانات المكدس الرطبة، وككسوة ورق جدران بسمك 2-3 مم على ركائز مجاري الهواء المصنوعة من الصلب الكربوني. وهو متوافق تمامًا مع تصنيع أوعية الضغط ASME القسم VIII ويمكن لحامه مداريًا باستخدام معدن الحشو المطابق ERNiCrMo-4.

سبيكة 625 - تآكل-أخصائي تآكل

سبيكة 625 (N06625)يجمع بين نسبة عالية من الكروم (20–23%)، والموليبدينوم (8–10%)، وإضافات النيوبيوم التي تمنحه مقاومة استثنائية للتآكل -التآكل - الهجوم المشترك للجسيمات الكاشطة والوسائط المسببة للتآكل التي تدمر فوهات الرش والأجزاء الداخلية للمضخة. إن PREN الذي يبلغ حوالي 51 وقوة شد عالية (827-1034 ميجا باسكال) تجعله الخيار المفضل لرؤوس الرش FGD، ومزيلات الضباب، ودفاعات مضخة إعادة التدوير حيث تتجاوز سرعات الملاط 4 م / ث.

317LMN - التكلفة-أرضية وسطى فعالة

الصف 317LMN (S31726) - نسخة محسنة من 317L مع الموليبدينوم بنسبة 4-5% وإضافة النيتروجين الخاضعة للرقابة - يحقق PREN يبلغ 40 تقريبًا بتكلفة أقل بكثير من سبائك النيكل. يُستخدم على نطاق واسع في أغلفة امتصاص غاز الكبريت في تطبيقات الخدمة المعتدلة حيث تكون تركيزات الكلوريد أقل من 30000 جزء في المليون ويظل الرقم الهيدروجيني أعلى من 4. وهو يمثل خيار الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ الأكثر فعالية من حيث التكلفة-لإنشاءات FGD الجديدة حيث لا يمكن تبرير C-276 اقتصاديًا.

بالنسبة إلى-أوعية وقنوات امتصاص FGD ذات القطر الكبير، يعد استخدام لوحة C-276 الصلبة باهظ التكلفة-. الحل الصناعي هو البناء المركب: يوفر الغلاف الفولاذي الكربوني أو الفولاذ منخفض السبائك القوة الهيكلية، بينما توفر البطانة الرقيقة المصنوعة من السبائك الحماية من التآكل:

تكسية ورق الحائط (تراكب اللحام):2–3 مم C-}276 يتم تطبيقه عن طريق تكسية الشريط أو تراكب اللحام الآلي على الجزء الداخلي من الفولاذ الكربوني. فعالة من حيث التكلفة-لتغطية منطقة-كبيرة؛ يجب أن يحقق التراكب حدًا أدنى من إيداع المرور- لضمان أن التركيبة المصححة بالتخفيف تلبي متطلبات PREN.

الانفجار-لوحة مكسوة مرتبطة:أنتج المصنع-صفائح من الصلب الكربوني/C-276، تم تصنيعها في هياكل السفن. يوفر سُمكًا دقيقًا ومتسقًا للسبائك (عادةً 3-5 مم)؛ يفضل للسفن الممتصة التي تتطلب ختم كود ASME.

بطانات سبائك فضفاضة:رقيقة (1.5–2 مم) C-276 أو 625 ورقة مثبتة ميكانيكيًا أو مرتبطة بشكل لاصق بقنوات الصلب الكربوني. الحقل-قابل للتثبيت؛ تستخدم في المشاريع التحديثية حيث يتم تقييد العمل الساخن.

رؤية التكلفة:تبلغ تكلفة اللوحة الصلبة C-276 حوالي 8-12× سعر الفولاذ الكربوني من حيث الوزن. تعمل كسوة ورق الحائط على تقليل محتوى السبائك إلى 15-25% من تكلفة البناء الصلب مع توفير حماية مكافئة من التآكل على السطح المبلل - مما يجعلها الحل القياسي لأوعية امتصاص FGD التي يتجاوز قطرها 10 أمتار.

Fabrication and Quality Requirements

معادن حشو اللحام:يتطلب C276 حشو ERNiCrMo-4 (AWS A5.14)؛ تستخدم السبائك 625 ERNiCrMo-3؛ يستخدم 317LMN ER317L أو 309LMo المضاف إليه بشكل عام. تمنع الحشوات المطابقة أو ذات السبائك الزائدة تخفيف معدن اللحام من تقليل PREN إلى ما دون مستوى المعدن الأساسي.

التحكم في درجة الحرارة:يجب إعادة تطهير لحام سبائك النيكل-بأرجون نقي بنسبة 99.995% لمنع تكون الأكسيد على حبيبات الجذر. تشير الصبغة الحرارية على اللحامات C-276 إلى استنزاف الموليبدينوم المحلي ويجب إزالتها عن طريق التخليل أو التشطيب الميكانيكي.

معالجة ما بعد-اللحام:لا تتطلب سبائك النيكل -معالجة حرارية ما بعد اللحام (PWHT) وتتحلل بها (ترسيب مرحلة سيجما). 317عادةً ما تكون لحامات LMN في خدمة FGD ملدنة بالمحلول-إذا كان التحسس مثيرًا للقلق.

تقتيش:اختبار 100% بالأشعة (RT) أو الموجات فوق الصوتية (UT) لجميع الضغطات التي تحتوي على اللحامات في أوعية الامتصاص؛ اختبار اختراق الصبغة (PT) لجميع طبقات اللحام C-276 للتأكد من خلوها من الشقوق ونقص الانصهار.

ASTM B575 / B622 - C-276 وC-22 الألواح والألواح والشرائط والأنابيب

ASTM B443 / B444 - لوحة وأنبوب من سبيكة 625

ASTM A240 - 316L، 317L، 317LMN الفولاذ المقاوم للصدأ المسطح-المنتجات المدرفلة

ASME القسم الثامن Div . 1 - تصنيع أوعية الضغط (أوعية الامتصاص)

NACE MR0103 - مواد مقاومة للتشقق الناتج عن إجهاد الكبريتيد في بيئات المصافي الحامضة

ISO 9001 / EN 10204 النوع 3.1 - شهادة المواد وإمكانية التتبع لبناء FGD

يعد اختيار المواد هو القرار الهندسي الأكثر أهمية في تصميم نظام FGD. إن تحديد السبيكة المناسبة - المطابقة لتركيز الكلوريد، ودرجة الحموضة، ودرجة الحرارة، والتحميل الميكانيكي لكل منطقة نظام - هو الفرق بين عمر الخدمة الذي يبلغ 30 عامًا والفشل المبكر الباهظ التكلفة.

التسلسل الهرمي واضح:use 316L/317L where chloride levels are low and pH is moderate; upgrade to 317LMN or 6Mo stainless where chloride concentrations reach 20,000–50,000 ppm; specify Alloy 625 where erosion-corrosion combines with aggressive chemistry; and deploy Alloy C-276 (solid or clad) wherever continuous exposure to >50000 جزء في المليون كلوريد، درجة الحموضة<4, or wet stack conditions demands maximum corrosion performance.

مع تشديد اللوائح البيئية على مستوى العالم واستثمار المرافق في تحديث محطات الطاقة القديمة باستخدام أنظمة FGD، فإن الطلب على السبائك عالية الأداء-المطابقة والمتوافقة مع الكود-سوف يستمر في النمو. يعد الحصول على مواصفات المواد بشكل صحيح في مرحلة التصميم هو الاستثمار الأكثر فعالية من حيث التكلفة-في موثوقية نظام FGD.