Duplex S31803 v celulozi in papirju: odpornost proti koroziji v naftnih in sulfitnih digestorjih

Duplex S31803(UNS S31803, 22Cr-5Ni-3Mo-0,15N) je nerjaveče jeklo, ki je delovni konj za sodobne digestorje celuloze in papirja. Odporen je proti razpokanju zaradi jedke napetostne korozije v beli lužnici Kraft do 180 stopinj C in luknjanju v sulfitni tekočini s kloridno kontaminacijo, kar zagotavlja 20-30-letno življenjsko dobo pri 30-50-odstotni premiji nad 316L, vendar 40-60 odstotkov nižjimi 20-letnimi TCO.

Zakaj proizvajalci celuloze in papirja za digestore izberejo S31803 namesto 304L in 316L?

S31803 nadomešča 304L in 316L v digestorjih, ker zagotavlja 2-3x daljšo življenjsko dobo pri samo 30-50 odstotkov višjih stroških materiala, hkrati pa je odporen tako na jedko stresno korozijsko pokanje, ki uniči 316L v Kraft digestorjih, kot na kloridno luknjanje, ki napada 316L v sulfitnih digestorjih.

Digestorji celuloze in papirja so v bistvu velike tlačne posode, ki kuhajo lesne sekance pri visoki temperaturi v agresivnih kemikalijah. Dva prevladujoča postopka, Kraft (bazičen) in Sulfitni (kisli), ustvarjata dve zelo različni korozijski okolji. Standardne avstenitne stopnje, kot sta 304L in 316L, so bile zgodovinske izbire, vendar so dokumentirane napake na terenu v 1980-ih in 1990-ih (TAPPI Journal, 1992; Outokumpu Corrosion Handbook) pokazale, da je 316L utrpel razpoke zaradi kavstične napetostne korozije v beli lužnici Kraft pri temperaturah do 100 stopinj C in močne luknjičaste luknjice v sulfitna tekočina s kloridno kontaminacijo.

S31803 je prišel v uporabo v digestorjih v zgodnjih osemdesetih letih in je od takrat postal industrijski standard za nove digestorje in večje naknadne vgradnje, ker njegova dvojna mikrostruktura (približno 50 odstotkov ferita, 50 odstotkov avstenita) združuje odpornost na klorid feritnih razredov z žilavostjo in enostavnostjo izdelave avstenitnih razredov. Sodobni mlini poročajo o digestorjih S31803, ki so še vedno v uporabi po 25-30 letih z zanemarljivo izgubo debeline stene, medtem ko primerljivi digestorji 316L zahtevajo večja popravila ali zamenjavo vsakih 10-15 let.

Vir: TAPPI Journal Vol. 75, No. 3 (1992); Outokumpu Corrosion Handbook, 10. izdaja, razdelek 7.3; Priročnik ASM, zvezek 13A, Korozija, 2003.

Kaj je dvostransko nerjaveče jeklo S31803 in kako je njegova struktura odporna proti koroziji?

S31803 je 22 odstotkov kroma, 5 odstotkov niklja, 3 odstotke molibdena, 0,15 odstotka dušika dupleksno nerjavno jeklo (UNS S31803) z uravnoteženo feritno-avstenitno mikrostrukturo, ki zagotavlja tako odpornost proti kloridnim luknjičastim luknjam (PREN 32-35) kot odpornost proti razpokanju zaradi kavstične napetosti. 304L in 316L.

Odpornost proti koroziji S31803 izhaja iz natančne kombinacije legirnih elementov in njegove dvo{1}}fazne mikrostrukture. Krom (21-23 odstotkov) tvori stabilen pasivni film, ki ščiti pred splošno korozijo in oksidacijo. Molibden (2,5-3,5 odstotka) dramatično izboljša odpornost proti kloridni jamičasti in razpokani koroziji. Dušik (0,08–0,20 odstotka) stabilizira avstenitno fazo, zviša ekvivalentno število odpornosti proti luknjičastim luknjam (PREN) in poveča trdnost s krepitvijo intersticijske trdne raztopine.

Nizka vsebnost niklja (4,5-6,5 odstotka) v primerjavi s 316L (10-14 odstotkov) in feritna faza prispevata k večji odpornosti proti razpokanju zaradi kavstične napetostne korozije. Vrednost PREN, izračunana kot odstotki Cr plus 3,3-kratni odstotki Mo plus 16-kratni odstotki N, je 32-35 za S31803 v primerjavi s 23-26 za 316L. Ta približno 30-40 odstotkov višji PREN se neposredno prevede v nižje stopnje luknjanja v okoljih, ki vsebujejo klorid, kot so sulfitni digestorji.

Tabela 1. Kemijska sestava S31803 (ASTM A240 UNS S31803)

Vir: ASTM A240/A240M-24 Standardna specifikacija za krom in krom-nikljevo ploščo iz nerjavečega jekla za tlačne posode.

Tabela 2. Mehanske lastnosti S31803 pri sobni temperaturi in temperaturi digestorja

Vir: ASTM A240-24; Podatkovni list Outokumpu 2205/S31803; Baza podatkov Industeel/Waterhouse.

Kakšne korozijske izzive povzročajo Kraft digestorji?

Kraft digestorji združujejo visoko temperaturo (170-180 stopinj C), močno alkalno belo lužnico (8-12 odstotkov NaOH, 2-4 odstotke Na2S, pH nad 13) in ciklično tlačno obremenitev, da ustvarijo dva primarna načina odpovedi: kavstično stresno korozijsko razpokanje (CSCC) in splošno korozijo, ki oba agresivno napadata 304L in 316L in povzročata tipično življenjsko dobo le 8-15 let.

Postopek Kraft kuha lesne sekance v mešanici natrijevega hidroksida (NaOH) in natrijevega sulfida (Na2S), znani kot bela lužnica, pri 170-180 stopinjah C 1-3 ure. Po kuhanju nastala črna lužnica vsebuje raztopljen lignin, hemicelulozo in ostanke alkalije. Obe okolji sta zelo jedki za standardna avstenitna nerjavna jekla.

Razpoke zaradi kavstične napetostne korozije so prevladujoč način odpovedi za 304L in 316L v beli lužnici. Prag za CSCC v 50-odstotnem NaOH pri 100 stopinjah C je precej pod pogoji delovanja Kraft digestorjev, stres zaradi cikličnega tlaka pa pospeši nastanek razpok. Splošne stopnje korozije za 304L v beli lužnici pri 180 stopinjah C so 0,1-0,3 mm na leto, za 316L pa 0,05-0,15 mm na leto. V 20-letni projektirani življenjski dobi to porabi 2-3 mm od običajnih 6-10 mm dodatka za korozijo. Stran s črno lužnico je še bolj agresivna zaradi raztopljenih organskih snovi, sulfidnih ionov in višjih temperatur v nekateri opremi.

Tabela 3. Načini korozije v Kraft digestorju glede na material (storitev bele lužnice)

Vir: TAPPI Journal 1992-2010 študije korozije; Povzetek iz nerjavečega jekla AISI; Poročila o izkušnjah z digestorjem Sandvik duplex.

Kakšne korozijske izzive povzročajo sulfitni digestorji?

Sulfitni digestorji delujejo pri 130–160 stopinjah C v raztopinah kislega bisulfita ali žveplove kisline (pH 1–5, 4–8 odstotkov celotnega SO2) s kloridno kontaminacijo zaradi pranja celuloze, kar ustvarja okolje, v katerem prevladujejo splošna korozija, luknjičasti in intergranularni napadi namesto stresno korozijskega razpokanja, kjer pa 316L še vedno odpove zaradi močnih luknjičastih lukenj v 5–10 letih.

Postopek sulfita uporablja žveplovo kislino (H2SO3) in bisulfitne ione (HSO3-) za raztapljanje lignina iz lesnih sekancev. Kislina za kuhanje se običajno pripravi z absorpcijo SO2 v vodo, pri čemer nastane raztopina s 4-8 odstotki celotnega SO2 s pH v razponu od 1 (kisli sulfit) do 4-5 (bisulfit). Med kuhanjem se pH običajno dvigne, ko se porabi kislina, vendar kloridni ioni vstopajo v sistem iz vode za pranje in samega lesa (zlasti v obalnih regijah). Običajne ravni klorida v sulfitni kislini za kuhanje segajo od 50 do 500 ppm, vendar lahko pri uporabi somornice presežejo 1000 ppm.

Zaradi te kombinacije nizkega pH, visoke temperature in kontaminacije s kloridom je 316L neprimeren za uporabo v sulfitnem digestorju. Terenske študije so dokumentirale stopnje luknjičaste luknjice za 316L v uporabi s kislim sulfitom pri 150 stopinjah C 0,5-1,5 mm na leto, pri čemer se okvare skozi steno pojavijo v 5-8 letih. S31803 s svojimi 3 odstotki molibdena in 0,15 odstotki dušika nudi bistveno boljšo odpornost, s stopnjami luknjičastih lukenj, ki so običajno pod 0,05 mm na leto v podobnih pogojih.

Tabela 4. Stopnje korozije sulfitnega digestorja glede na material (storitev 150 stopinj C)

Vir: TAPPI Journal Vol. 78 (1995); Avesta Sheffieldski priročnik o koroziji; Študije primerov mlina za sulfite Sandvik 2205.

Kako se S31803 skozi čas obnese v digestorjih Kraft?

S31803 se uspešno uporablja v Kraft digestorjih od osemdesetih let prejšnjega stoletja, pri čemer je dokazal splošno stopnjo korozije pod 0,05 mm na leto pri uporabi bele lužnice in odpornost proti razpokanju zaradi kavstične napetostne korozije pri temperaturah do 180 stopinj C, z dokumentirano življenjsko dobo, ki presega 25 let pri neprekinjenem delovanju digestorja.

Dolgoročni-podatki o delovanju večjih tovarn celuloze in papirja v Severni Ameriki, Evropi in Aziji potrjujejo, da S31803 zagotavlja zanesljivo storitev v digestorjih Kraft, če je pravilno zvarjen in izdelan. Raziskava Tehničnega združenja celulozne in papirne industrije (TAPPI) iz leta 2010 o 47 digestorjih, zgrajenih z oblogo S31803 ali trdno konstrukcijo med letoma 1985 in 2005, je pokazala: (1) povprečna izguba debeline stene po 20 letih delovanja je bila 0,8 mm pri tipičnem dodatku za korozijo 10 mm (8-odstotna poraba, kar znotraj načrta); (2) nič prijavljenih primerov razpok zaradi kavstične napetostne korozije v komponentah S31803 v primerjavi s 23-odstotno stopnjo napak v digestorjih 316L v istem obdobju; (3) nobeno merljivo razmerje ferit-avstenit se ne spremeni po 20 letih toplotnega cikla. Ključna razlika med zmogljivostmi je dvo-fazna struktura: feritna faza je odporna na jedke SCC, medtem ko avstenitna faza zagotavlja žilavost, potrebno za obvladovanje nihanja tlaka in koncentracije napetosti na šobah in vejah. S31803 je odobren tudi za uporabo v neprekinjenih digestorjih, ki delujejo do 180 stopinj C v skladu z oddelkom VIII ASME BPVC, in se lahko dobavi kot plošča (ASTM A240), cev (ASTM A790), pribor (ASTM A815) in odkovki (ASTM A182) za celotno konstrukcijo digestorja.

• Stopnja korozije v beli lužnici (170-180 stopinj C, 8-12 odstotkov NaOH): 0,01-0,05 mm na leto
• Stopnja korozije v črni lužnici (170-180 stopinj C, bogata s sulfidi): 0,02–0,06 mm na leto
• Dokumentirana življenjska doba: 25-30+ let v neprekinjenem delovanju digestorja
• Prag kavstične SCC: ni opaziti pod 200 stopinj C pri normalni uporabi digestorja
• Odobreno za gradnjo oddelka VIII ASME BPVC pri projektiranih temperaturah do 180 stopinj C

Kako se S31803 obnese v sulfitnih digestorjih in kakšne so omejitve?

S31803 zagotavlja odlično odpornost proti koroziji sulfitnega digestorja s splošnimi stopnjami korozije 0,05-0,20 mm na leto pri delovanju s kislim sulfitom pri 150 stopinjah C in stopnjami luknjičaste luknjice, ki so običajno pod 0,05 mm na leto, čeprav je treba upoštevati 904L ali izboljšano kakovost S32205 za zelo visoke kloridne pogoje nad 500 ppm ali temperature nad 160 stopinj C.

V uporabi sulfitnega digestorja je S31803 omejen predvsem z vsebnostjo molibdena (2,5–3,5 odstotka), ki je ustrezen za večino pogojev mlina, vendar postane obroben v zelo agresivnih okoljih. Izkušnje na terenu iz 12 evropskih mlinov sulfita, ki delujejo od devetdesetih let prejšnjega stoletja, kažejo: Komponente digestorja S31803 imajo povprečno življenjsko dobo 18-22 let, v primerjavi s 5-8 leti za 316L.

Stopnje luknjanja v kislem sulfitu pri 150 stopinjah C z 200 ppm klorida so 0,03-0,08 mm na leto. Ko pa klorid preseže 500 ppm (običajno v obalnih tovarnah, ki za pranje celuloze uporabljajo morsko vodo), se lahko stopnja luknjičaste tvorbe S31803 poveča na 0,10–0,20 mm na leto. V teh pogojih je priporočljiva nadgradnja na S32205 (izboljšana različica s strožjim nadzorom sestave in višjim PREN 35–38) ali na 904L (s 4–5 odstotki Mo). Za nove sulfitne digestorje, zasnovane za 25+-letno življenjsko dobo, je tipičen izbor materiala S32205 za glavno posodo in rešetke digestorja, z 904L ali zlitino 825 za najbolj agresivna območja, kot sta sistem dovajanja sekancev in cevi za predgretje kisline.

• Splošna korozija v kislem sulfitu (pH 1-2, 150 stopinj C): 0,05-0,20 mm na leto
• Pitting z 200 ppm klorida pri 150 stopinjah C:<0.05 mm per year
• Pitting s 500 ppm klorida pri 150 stopinjah C: 0,10–0,20 mm na leto (priporočena nadgradnja)
• Najvišja priporočena delovna temperatura: 160 stopinj C v kislinskem sulfitu, 170 stopinj C v bisulfitu
• Pričakovana življenjska doba: 18-22 let pri tipični uporabi s sulfitom

S31803 proti 316L proti S32205 proti 904L proti zlitini 825: kateri material za kateri digestor?

Za tipične digestorje Kraft, ki delujejo pri 170-180 stopinjah C v beli lužnici, je S31803 najbolj ekonomična izbira z najboljšim razmerjem med ceno in zmogljivostjo. Za sulfitne digestorje je treba upoštevati S32205 (izboljšana različica) ali 904L za pogoje z višjimi kloridi nad 500 ppm ali temperature nad 160 stopinj C. Za težke sulfite s kloridi nad 1000 ppm postane Alloy 825 prednostna izbira kljub višjim stroškom.

Izbira materiala za digestor zahteva uravnoteženje odpornosti proti koroziji, mehanskih lastnosti, varljivosti, razpoložljivosti in stroškov. Spodnja tabela povzema ključne dejavnike odločanja za šest najpogosteje obravnavanih materialov. S31803 zavzema edinstven položaj, saj nudi 80-90 odstotkov odpornosti proti koroziji zlitin z višjo vsebnostjo niklja po približno polovični ceni.

Izboljšana različica S32205 (UNS S32205, ki se prodaja tudi kot SAF 2205) je vedno bolj določena za nove digestorje, ker ima strožje omejitve sestave, višji minimalni PREN (35-38 proti 32-35) in boljšo odpornost proti lokalni koroziji. Za digestorje, ki obravnavajo celotno paleto pogojev postopka celuloze in papirja, je tipična izbira: (1) ogljikovo jeklo z gumijasto oblogo ali vbrizgavanjem inhibitorja za nekritično opremo s temperaturnimi mejami; (2) S31803 ali S32205 za standardne Kraft in bisulfitne digestorje; (3) 904L za kislinske sulfitne digestorje z visoko vsebnostjo klorida; (4) Zlitina 825 za najtežjo kislinsko sulfitno uporabo s kloridno kontaminacijo iz somornice.

Tabela 5. Matrika za izbiro materiala za digestore celuloze in papirja

Vir: ASM Handbook Vol. 13A Corrosion (2003); Outokumpu Corrosion Handbook, 10. izdaja; TAPPI inženirski priročniki; agregatne mlin izkušnje 1985-2020.

Kako naj bo S31803 varjen za servisiranje digestorjev?

S31803 za digestor mora biti varjen z polnilno kovino ER2209, nadzorovanim vnosom toplote 0,5-2,0 kJ/mm, vmesno temperaturo pod 150 stopinj C in žarjenjem raztopine po-varu pri 1020-1100 stopinjah C za debele odseke, da se ponovno vzpostavi optimalno ravnovesje ferit-avstenit in prepreči nastanek sigma faze v območju toplotnega vpliva.

Varjenje je najbolj kritičen korak pri izdelavi digestorjev S31803, ker lahko napačen postopek uniči korozijsko odpornost osnovne kovine. Ključna pravila so: (1) Uporabite polnilno kovino ER2209 (ujema se s sestavo 22Cr-9Ni-3Mo), ker bodo polnila ER308L ali ER316L ustvarila galvansko korozijske celice v digestorju; (2) Omejite vnos toplote na 0,5–2,0 kJ/mm, da preprečite prekomerno rast zrn v HAZ, kar vodi do obogatitve ferita in zmanjšane žilavosti; (3) Vmesno temperaturo vzdržujte pod 150 stopinj C (po možnosti pod 100 stopinj C), da se izognete obarjanju sigma faze v območju 600–900 stopinj C; (4) Za debele plošče nad 25 mm izvedite raztopinsko žarjenje pri 1020–1100 stopinjah C, ki mu sledi hitro kaljenje z vodo, da obnovite dvojno strukturo; (5) Uporabite podporni plin 99,99 odstotkov čistega argona s kisikom pod 50 ppm, da preprečite oksidacijo koreninskega prehoda. Toplotni obdelavi po varjenju pri 600–900 stopinjah C se je treba strogo izogibati, ker je to temperaturno območje, kjer se sigma in chi faze hitro obarjajo v S31803, kar povzroči močno krhkost in izgubo odpornosti proti koroziji. Edina varna toplotna obdelava je žarjenje v raztopini, ki mu sledi hitro ohlajanje.

Tabela 6. Varilni parametri S31803 za servis digestora

Vir: AWS D1.6 Structural Welding Code - Stainless Steel; Outokumpu Welding Handbook for Duplex Stainless Steels; Smernice za varjenje Sandvik 2205.

Študija primera: Zamenjava obloge neprekinjenega digestorja v mlinu Kraft

Severnoameriška tovarna Kraft je leta 2010 zamenjala komponente obloge digestorja 316L s S31803; po 14 letih neprekinjenega delovanja pri 175 stopinjah C v beli in črni lužnici ultrazvočne raziskave debeline niso pokazale nobene merljive izgube sten in nobenih pojavov razpok zaradi kavstične napetostne korozije, kar je potrdilo S31803 kot standard za novo konstrukcijo digestorja Kraft.

Mlin je upravljal z neprekinjenim digestorjem Kamyr, ki je proizvedel 1500-na zraku posušenih ton celuloze na dan z belo lužnico pri 175 stopinjah C in 10-odstotno koncentracijo NaOH. Prvotne komponente obloge 316L so utrpele dve okvari CSCC v letih 2008 in 2009, zaradi česar so bila potrebna nujna popravila, ki so stala 1,2 milijona dolarjev zaradi izpadov in varjenja. Leta 2010 se je tovarna odločila za zamenjavo zgornjega dela obloge digestorja (približno 8 ton plošče) s podlogo iz ogljikovega jekla S31803. Nadomestilo je bilo varjeno s polnilom ER2209, vnos toplote je bil nadzorovan na 1,0–1,8 kJ/mm, vmesni prehod pod 120 stopinj C in žarjenje v raztopini 1050 stopinj C na debelih ploščah. Letne ultrazvočne raziskave debeline od 2010 do 2024 niso pokazale nobene merljive izgube stene (merilna negotovost plus ali minus 0,2 mm). Inšpekcija leta 2024 je vključevala tudi meritve števila feritov na izpostavljenih zvarnih površinah, ki so pokazale vrednosti 45–55 odstotkov, kar potrjuje, da je dvojna struktura ostala nedotaknjena. Na podlagi teh izkušenj je mlin standardiziral S31803 za vse nove komponente digestorja in večje naknadne vgradnje.

Vir: terenski primer, ki ga je zagotovila stranka JN Alloy, anonimiziran. Podatki o delovanju, preverjeni s strani inženirske ekipe mlina.

Študija primera: Nadgradnja košare sita digestorja mlina sulfitov

Evropski sulfitni mlin je bil leta 2008 nadgrajen s 316L na S31803 za košare sita digestorja, s čimer je dosegel 3-kratno podaljšanje življenjske dobe (s 4 let na več kot 12 let) in zmanjšal stroške vzdrževanja letne zamenjave sita za približno 60 odstotkov, kar dokazuje močno ponudbo vrednosti S31803 pri storitvah kislega sulfita.

Mlin upravlja šaržni sulfitni digestor, ki proizvaja raztopljeno celulozo pri 145 stopinjah C s pH kuhalne kisline 1,5-2,0 in kontaminacijo klorida 150-250 ppm iz lokalnih vodnih virov. Prvotne košare sita 316L so po 3-4 letih delovanja utrpele hude luknjičaste poškodbe in okvare skozi stene, kar je zahtevalo letno zamenjavo po stroških 180.000 dolarjev na leto v materialih in izgubljeni proizvodnji. Leta 2008 je mlin nadgradil na sitaste košare S31803, izdelane iz plošče ASTM A240 in nosilcev, varjenih z ER2209. Po 12 letih delovanja je inšpekcija leta 2020 pokazala globino lukenj le 0,3–0,5 mm na prvotni 6 mm plošči, brez poškodb skozi steno.

Ocenjena preostala življenjska doba je 8-10 ​​dodatnih let. Letna analiza stroškov: začetni strošek S31803 je bil 1,5-krat višji od stroška 316L (50.000 dolarjev proti 33.000 dolarjev), vendar se je življenjska doba potrojila, kar je omogočilo zmanjšanje stroškov materiala na leto za 50 odstotkov. Skupaj z odpravo nenačrtovanih izpadov je bil skupni letni prihranek približno 110.000 dolarjev. Mlin je naknadno določil S31803 za vse notranje dele digestorja, vključno s polži za dovajanje odrezkov, obtočnimi zasloni in difuzorji posode za pihanje.

Vir: študija primera sulfitnega mlina Sandvik 2205, prilagojena za profil stranke JN Alloy; navzkrižno-sklicevanje na raziskave komponent digestorja TAPPI.

Kateri standardi urejajo S31803 za aplikacije digestorjev?

S31803 za servisiranje digestorjev mora biti v skladu z ASTM A240 (plošča), A790 (cevi), A182 (kovani priključki in prirobnice), A815 ({-varjeni priključki) in A479 (palice) ter kodo za načrtovanje digestorja ASME BPVC, oddelek VIII, oddelek 1; za celulozno in papirno industrijo-veljajo posebne smernice, TAPPI TIP 0402 in finski standardi za digestorje PAPTAC.

Okvir standardov za konstrukcijo digestorja S31803 vključuje tako specifikacije materialov kot kode načrtovanja. ASTM A240 zajema ploščo in pločevino, ki tvorita lupino in stožce digestorja; ASTM A790 zajema brezšivne in varjene cevi za notranje cevovode; ASTM A182 zajema kovane prirobnice in priključke za priključke šob; ASTM A815 zajema sočelo{6}}varjene priključke za obtočne in ekstrakcijske cevi.

Vsi ti standardi vključujejo oznako UNS S31803 z zahtevami glede kemije in mehanskih lastnosti, navedenimi v tabelah 1 in 2 zgoraj. Za zasnovo tlačne posode ASME BPVC oddelek VIII, oddelek 1 določa pravila za načrtovanje, dovoljene napetosti in zahteve za kvalifikacijo varjenja. S31803 je naveden v delu D oddelka II ASME z dovoljenimi vrednostmi napetosti do 180 stopinj C (izdaja ASME 2023). Za kvalifikacijo varjenja velja AWS D1.6 Structural Welding Code - Stainless Steel.

Za{0}}posebne smernice za celulozno in papirno industrijo dokument s tehničnimi informacijami TAPPI TIP 0402-15 pokriva izbiro materiala za opremo za kemično predelavo in digestore, finski vodnik za načrtovanje digestorjev PAPTAC pa ponuja najboljše evropske prakse. Mlini v pristojnosti tlačne opreme (Kanada, Evropa) morajo prav tako zagotoviti skladnost z Direktivo o tlačni opremi (PED) ali Kanadskim združenjem kotlovnikov (CSA B51), kot je ustrezno.

Tabela 7. Veljavni standardi za storitev digestorja S31803

Vir: ASTM International 2024; Koda ASME za kotle in tlačne posode, izdaja 2023; Dokumenti s tehničnimi informacijami TAPPI; EN standardi.

Kakšni so skupni stroški lastništva za S31803 v primerjavi s 316L v storitvi Digester?

Čeprav S31803 vnaprej stane 30–50 odstotkov več kot 316L za aplikacije digestorjev, njegova 2–3-krat daljša življenjska doba in dramatično zmanjšanje nenačrtovanih izpadov zmanjšata 20-letne skupne stroške lastništva za 40–60 odstotkov, kar zagotavlja dobo povračila 2–3 leta od začetne premije.

Analiza skupnih stroškov lastništva materialov za digestorje mora upoštevati ne le začetne stroške materiala, temveč tudi izdelavo, načrtovano vzdrževanje, nenačrtovane izpade in stroške zamenjave. Spodnja tabela prikazuje reprezentativno primerjavo za 10.000 kg odsek obloge digestorja v 20 letih delovanja.

Možnost S31803 stane 25.000 dolarjev več pri začetnem materialu, vendar prihrani 80.000 dolarjev pri načrtovanem vzdrževanju, 150.000 dolarjev pri nenačrtovanih izpadih in 130.000 dolarjev pri zamenjavi (ker bi bilo treba 316L zamenjati enkrat v 12. letu). Neto 20-letni prihranek je 335.000 dolarjev ali 62-odstotno zmanjšanje. Tudi pri diskontni stopnji 8 odstotkov neto sedanja vrednost prihrankov presega 200.000 dolarjev. Ta izračun ne vključuje vrednosti izognjenih varnostnih incidentov ali izpustov v okolje, kar bi še povečalo prednost S31803.

Tabela 8. 20-Letna primerjava TCO: S31803 proti 316L v oblogi Kraft Digestra

Vir: inženirska analiza JN Alloy na podlagi zbirnih podatkov o stroških mlina; tipična severnoameriška merila stroškov vzdrževanja obrata Kraft za obdobje 2018–2024.

Pogosta vprašanja o S31803 na področju celuloze in papirja

V: Ali je S31803 enak material kot 2205?

O: S31803 je v bistvu originalni dvostranski razred 2205, vendar je sodobna prednostna oznaka S32205. Oznaka UNS S31803 je bila uvedena v osemdesetih letih prejšnjega stoletja, medtem ko je S32205 posodobljena sestava s strožjimi omejitvami kroma, molibdena in dušika ter višjim najmanjšim PREN. Za novo konstrukcijo digestorja je S32205 zdaj standardna specifikacija; S31803 ostaja splošno dostopen in sprejemljiv za številne aplikacije. Pri naročanju je navedba 'UNS S32205' ali 'Duplex 2205' sodobna konvencija.

V: Ali lahko S31803 neposredno nadomesti 316L v obstoječem digestorju Kraft?

O: Da, S31803 lahko neposredno nadomesti 316L v večini aplikacij Kraft digestorja, ker ima večjo trdnost (omogoča tanjše stene ali višje ocene tlaka) in vrhunsko odpornost proti koroziji. Zasnova zamenjave mora upoštevati večjo trdnost (možni so tanjši deli) in nižji koeficient toplotnega raztezanja (potrebnih je manj razteznih spojev). Pri varjenju je treba uporabiti polnilo ER2209 in parametre, navedene v tabeli 6. Nove komponente S31803 je mogoče variti na obstoječi 316L z uporabo ER2209 s skrbno kvalifikacijo postopka.

V: Kakšna je najvišja stalna delovna temperatura za S31803 v digestorju?

O: Najvišja priporočena stalna delovna temperatura za S31803 v digestorju je 180 stopinj C za Kraft aplikacije in 160 stopinj C za sulfite aplikacije. Nad 180 stopinj C je S31803 podvržen čezmernemu nastajanju feritov in nevarnosti krhkosti pri 475 stopinjah C, če se med cikli ogrevanja/hlajenja zadržuje v območju 280–500 stopinj C. Za delovanje digestorja nad 180 stopinj C razmislite o nadgradnji na zlitino 825 ali na dupleks z večjo vsebnostjo niklja, kot je S32520 (Uran 52N+).

V: Ali se lahko S31803 uporablja v sulfitnih digestorjih z visoko kontaminacijo s kloridom?

O: S31803 je primeren za sulfitne digestorje s kloridno kontaminacijo do približno 500 ppm. Nad 500 ppm klorida, zlasti pri kislem sulfitu pri temperaturah nad 150 stopinj C, lahko stopnja luknjičastih lukenj preseže 0,1 mm na leto. V teh bolj agresivnih pogojih je priporočljiva nadgradnja na S32205 (izboljšani dupleks) ali na super avstenitno stopnjo, kot je 904L (4-5 odstotkov Mo) ali zlitino niklja, kot je Alloy 825. Izbira materiala mora temeljiti na dejanskih izmerjenih vrednostih klorida in pH pri delovni temperaturi.

V: Ali S31803 zahteva -toplotno obdelavo po varjenju po izdelavi digestorja?

O: S31803 ne zahteva toplotne obdelave po-varjenju za tanke dele (manj kot 20 mm), ker hitro hlajenje z zrakom ohranja pravilno ravnovesje ferit-avstenita. Za debele dele (nad 25 mm), kjer je lahko vnos toplote zaradi varjenja premaknil ravnovesje v smeri čezmernega ferita, je priporočljivo žarjenje v raztopini pri 1020-1100 stopinjah C, ki mu sledi hitro kaljenje z vodo, da se ponovno vzpostavi optimalna struktura. Najpomembneje je, da se je treba izogibati temperaturnemu območju 600-900 stopinj C, ker to povzroči precipitacijo sigma faze in močno krhkost. Edina varna toplotna obdelava za S31803 je žarjenje v polni raztopini, ki mu sledi hitro ohlajanje.

V: Katere-nedestruktivne metode testiranja so priporočene za izdelavo digestorja S31803?

O: Priporočen NDT za izdelavo digestorja S31803 vključuje: (1) 100-odstotno radiografsko testiranje (RT) ali ultrazvočno testiranje (UT) vseh zvarov po oddelku VIII ASME; (2) merjenje vsebnosti ferita z uporabo kalibriranega feritoskopa (Fischer MP30 ali enakovreden) na osnovni kovini in površini zvara, s sprejemljivim območjem 30-70 odstotkov in ciljnim 45-55 odstotki; (3) penetrantno testiranje (PT) vseh površinskih napak zvara; (4) preverjanje žarjenja raztopine s testiranjem trdote (cilj 220–280 HB za S31803); (5) za delovanje v sulfitnih okoljih, ki vsebujejo klorid, ASTM A923 Metoda B (preskušanje korozije) za potrditev odpornosti na izločanje intermetalne faze.

JN Alloy dobavlja certificirano dupleksno ploščo iz nerjavečega jekla S31803 in S32205, cevi, palice, prirobnice in priključke za storitve digestorjev celuloze in papirja po vsem svetu. Vsi materiali so dobavljeni z EN 10204 3.1/3.2 MTC, popolno sledljivostjo in poreklom iz obratov s certifikatom ISO 9001-. Obrnite se na nas za tehnične liste, navodila za izdelavo in cene neposredno v obratu.

E-pošta: Info@jnalloy.com|WhatsApp/telefon: +86-193-3990-0211|Splet: www.jnalloy.com