Hitsausratkaisuja kemian teollisuudelle

Transkriptio

1 Hitsausratkaisuja kemian teollisuudelle voestalpine Böhler Welding

2 voestalpine Böhler Welding Metallurgian asiantuntemuksella parhaisiin hitsaustuloksiin voestalpine Böhler Welding (aiemmin Böhler Welding Group) on teollisissa hitsaus- ja juottosovelluksissa käytettävien lisämetallien johtava valmistaja ja maailmanlaajuinen toimittaja. Yli 100 vuoden kokemuksella yhtiö on vaikuttanut merkittävästi hitsaustekniikan kehitykseen asettaen omat vertailutasot innovatiivisten ratkaisujensa avulla. Yhtenäisyys näkyy myös työntekijöiden luottamuksessa, sillä he omistavat merkittävän osan yhtiön osakkeista. Kuulumme voestalpine Groupiin, joka on Itävallan suurin teräksen valmistaja ja yksi maailman johtavista erikoisterästuotteiden toimittajista sekä osa globaalia metallurgisen asiantuntemuksen verkostoa. Hyödyt asiakkaillemme: Monipuolien hitsaus- ja teräsosaaminen saman katon alla Teräslaatuja ja hitsauksen lisämetalleja kattavat hallitut kokonaisratkaisut Kumppani, joka tarjoaa parhaan taloudellisen vakauden ja teknologisen asiantuntemuksen Asiakas etusijalla Meidän toimintaamme ohjaavana periaatteena on ehdoton asiakaskeskeisyys. Me pidämme itseämme ratkaisujen tarjoajana haastaviin hitsausprojekteihin. Me varmistamme, että asiakkaat saavat oikeat lisämetallit, käyttävät niitä oikein ja että kaikki hitsauksen prosessiparametrit on oikein säädetty parhaan suorituskyvyn saavuttamiseksi. Me koemme velvollisuudeksemme taata asiakkaillemme parhaat mahdolliset ratkaisut nyt ja tulevaisuudessa. Me pyrimme myös kehittämään uusia tuotteita, optimoimaan olemassa olevia ja virtaviivaistamaan prosesseja lyhyiden läpimenoaikojen saavuttamiseksi. Kokeneet ja sitoutuneet työntekijät Me perustamme toimintamme sitoutuneisiin työntekijöihin, jotka ovat saaneet alan parhaan koulutuksen. Heidän tietotaitonsa, osaamisensa ja henkilökohtainen sitoutuminen takaavat yrityksen ja asiakkaiden pitkäaikaisen menestyksen. Ensiluokkaiset laatutuotteet sekä ammattilaisten ja asiantuntijoiden maailmanlaajuinen tukiverkosto mahdollistavat yhdessä sen, että asiakkaamme voivat hallita kaikkein vaikeimmat ja haastavimmat hitsaustehtävät. 2

3 Kolme pätevyyttä kolme brändiä Pyrkiessämme tarjoamaan asiakkaillemme parhaan mahdollisen tuen ja viemään kehitystä eteenpäin linjassa tavoitteidemme kanssa olemme muodostaneet kolme keskeistä pätevyysaluetta, jotka ovat liitoshitsaus, korjaus- ja huoltohitsaus sekä pehmeä- ja kovajuotokset. Tällä tavoin tarjoamme asiakkaillemme kattavimman ja monipuolisimman lisäaineiden tuotevalikoiman kolmen brändimme puitteissa: Böhler Welding UTP Maintenance Fontargen Brazing Hitsausratkaisuja vaativaan teollisuuteen Me keskitymme teollisuudenaloille, joissa on korkeat tekniset vaatimukset, ja toimitamme tuotteita, jotka on mukautettu kyseisen teollisuuden erityisvaatimuksiin. Kehittäessämme ja optimoidessamme lisäaineita toimimme tiiviissä yhteistyössä asiakkaiden, valmistajien ja tutkimuslaitosten kanssa. Korkealaatuiset lisäaineemme soveltuvat kaikkiin tarkoituksiin riippumatta siitä, tullaanko tuotteita käyttämään vaativissa ympäristöissä tai standardisovelluksissa seuraavilla teollisuuden sektoreilla: Öljy ja kaasu Putkilinjat Kemia Sähkön tuotanto Kuljetus ja autoteollisuus Kunnossapito ja korjaus Kovajuotosteollisuus 3

4 Rakennusmateriaalin valinta ja hitsaussovellukset kemian teolllisuudelle Erityishaasteet. Ratkaisut paikan päällä. voestalpine Böhler Weldingin keskeisenä osaamisalueena ovat hitsausaineet kemian teollisuudelle. Vuosikymmenten kokemus ja ainutlaatuinen tuotemallisto täyttävät kaikkein erikoisimmatkin vaatimukset, kun kumppanisi on voestalpine Böhler Welding ja sen maailmanlaajuinen jakeluverkosto. Kokeneet hitsaussuunnittelijat auttavat sinua löytämään sopivimmat ja edullisimmat hitsausratkaisut yksilöllisten vaatimusten mukaan. voestalpine Böhler Welding tarjoaa ratkaisuja paikan päällä kemian teollisuuden pääkohteissa ja prosesseissa: ALAKOHTEET TUOTTEET SIVU Epäorgaaninen kemia Orgaaninen kemia Urea Sellu ja paperi Suolanpoisto Elintarvikkeet ja virvoitusjuomat Lääketeollisuus Epäorgaaniset hapot, emäkset ja suolat, epäorgaaniset hienokemikaalit Laaja valikoima monomeereja, polymeereja, kuituja, muoveja, liimoja, kalvoja, maaleja,... Ammoniakki, urea ja johdetut lannoitteet Sellu ja paperi Teollisuuden, maatalouden ja kotitalouksien puhdasvesikäyttö Olut, viini, tislaamot, virvoitusjuomat, elintarvikkeet... Biokäsittely ja lääketeollisuuden kemialliset synteesit sivu 8-11 sivu sivu sivu sivu sivu 20 sivu 21 Rakennusmateriaalien valinta kemian teollisuudessa Materiaalin valinnassa on huomioitava monia eri tekijöitä. Perusoletuksena on, että raaka-aineet ja/tai kemialliset reaktiot voivat saada aikaan korroosiota aiheuttavan ympäristön tavallisesti matalassa tai keskimääräisessä lämpötilassa yhdessä matalan tai korkean paineen kanssa. Mutta jotkut reaktiot voivat toteutua myös korkeassa lämpötilassa (esim. titaanidioksidi, VDC). Ja vielä yksityiskohtaisemmin, reagoivia aineita voi olla seuraavissa kemikaaleissa: Pelkistävät hapot: yksinomainen hapettava aine on pelkistävä vety (esim. fosforihappo, rikkihappo, suolahappo, fluorivetyhappo) Oksidoivat hapot sekä happi ja metalli-ionit, jotka vaikuttavat hapettavana aineena yhdessä vetyionien kanssa (esim. tyyppihappo, ilmastetut liuokset, metalli-ionit: Fe 3+, Cu 2+,... ) Suolaliuokset (esim. KCl, NaCl, -> kloridiliuokset) Emäksiset liuokset (esim. KOH NaOH) Yleensä kemian teollisuuden todellinen ympäristö on edellä olevien aineiden yhdistelmä epäpuhtauksilla lisättynä. Lisäksi materiaalin valintaa ohjaavana tekijänä on erikoisvaatimuksia ja rajoituksia, jotka johtuvat yleisestä korroosiosta, paikallisesta kuoppa-/rakokorroosiosta, raerajakorroosiosta (IGC), jännityksen aiheuttamasta korroosiomekanismista (SCC, jännityskorroosiomurtuma) ja galvaanisesta korroosiosta. Sen seurauksena kemian teollisuus vaatii selkeästi useita erityisiä rakennusmateriaaleja laitosten komponenteissa (astiat, säiliöt, putket, pumput, sekoittimet ) perustuen yllä mainittuihin seikkoihin. Niihin vaikuttavat käsiteltävien nesteiden tyyppi, paine, lämpötila, vaaditut korroosio-ominaisuudet ja vaaditut mekaaniset ominaisuudet. Siksi kemian teollisuuden laitosten perusmateriaalit voivat vaihdella seostamattomista/niukkaseoksisista kuumuutta kestävistä teräksistä ruostumattomiin teräksiin (austeniittinen, duplex, erikoisausteniittinen tai superausteniittinen), nikkelipohjaisiin seoksiin, Cu/Ni-seoksiin, Ti-seoksiin ja Zr-seoksiin. Varsinaisen hitsaamisen kannalta huomioitavaa on se, että valmistusmenetelmät, rajoitteet ja olosuhteet edellyttävät monia erilaisia hitsausprosesseja (SMAW (puikkohitsaus)/gtaw (TIGhitsaus)/GMAW (MIG/MAG-hitsaus)/FCAW (täytelankahitsaus)/saw (jauhekaarihitsaus)/esw (nauhahitsaus)/paw (plamaskaarihitsaus)..., joissa vaatimuksena on monia erilaisia ja hitsausmenetelmälle ominaisia hitsausaineita. Erityisen tärkeänä on pidettävä hitsauksen jälkeistä puhdistusta (esim. peittausta ja passivointia), joiden sopivuus on ratkaisevan tärkeä vaatimus tämän teollisuuden käyttökohteissa. 4

5 Copyright by ThyssenKrupp Uhde GmbH 5

6 Korroosionkestävä hitsausseokset kemian teollisuuteen Jos oletetaan, että korroosionkestävän seoksen käyttäytyminen riippuu sen kemiasta ja koskettavasta väliaineesta, on syytä huomioida, että perusmateriaali voi hyvinkin sopia tarkoitukseen, mutta ei ole sanottu, että aiottu hitsausratkaisu ilman muuta sopii. Hitsausliitoksilla on tiettyjä ominaispiirteitä, kun niitä verrattaan perusmateriaaliin. Ne ovat: Mikrorakenne on valutyyppinen Hyvä jäähtyvyys voi heikentää kemiallisen analyysin tasapainoa Rakenne on tyypillisesti ei-homogeeninen, jos päästökäsittelyä ei suoriteta Kemikaaleihin vaikuttaa perusmateriaalien seostuminen Hitsausprosessissa esiintyy aina seosaineiden hävikkiä/kulkeutumista Tämä vuoksi hitsausliitosten korroosionkestävyys on aina testattava tarkoituksenmukaisin koemenetelmin, ennen kuin hitsaus kentällä aloitetaan. Tässä yhteydessä on tarpeetonta muistuttaa, että hitsausaineiden ominaisuudet ovat merkittävässä asemassa vaatimusten täyttymisen kannalta. Hyväksymiskriteerit eivät yleensä noudata kansainvälisiä standardeja; loppukäyttäjä määrittelee ne suunnittelu- vaiheessa ja vaatimukset ovat selvästi tiukentuneet ja tulleet haasteellisemmiksi viime vuosikymmenen aikana. voestalpine Böhler Welding omistaa laajan tietokannan hitsausliitosten korroosiotestauksista, joita on suoritettu erilaisilla väliaineilla erinomaisin kvalitatiivisin (indikaatiot) ja kvantitatiivisin (korroosioasteet ja kriittiset lämpötilat) tuloksin. Seuraavilla sivuilla esitetään joitakin tuloksia eri teollisuudenaloihin liittyen. Huomioitavaa on, että sama ratkaisu soveltuu usein myös kemian sektorin muihin teollisuuskohteisiin. Alla olevassa taulukossa mainitaan erilaisilla syövyttävillä väliaineilla toteutettavia standardisoituja korroosiotestejä, joita käytetään yleensä hitsausliitosten sopivuuden testaamiseen. STANDARDI MENETELMÄ RATKAISU VALMISTELU KESTOAIKA JA LÄMPÖTILA TARKOITUS ASTM G28 A Koneistettu koekappale, pintakerros Fe 2 (SO 4 ) 3 42 g/l harjattu, työstetyt särmät hiottu raekoolla 80 ja + 50% H 2 SO 4 nestejäähdytyksellä 24 h tai 120 h kiehuvassa lämpötilassa Pelkistävä väliaine * Raerajakorroosion havainto (rikkihappo + metalli-ionit) * Korroosioasteen arviointi (mm/vuosi) ASTM A 262 EN ISO 3561 kaytanto C Hueyn koe 1 65% HNO 3 Koneistettu koekappale, pintakerros harjattu, työstettyjen särmien hionta raekoolla 120 ja nestejäähdytyksellä 5 jaksoa x 48 h kiehuvassa lämpötilassa. Puhdas liuos jokaisessa jaksossa, huuhtelu vedellä ja kuivaus ennen testaamista Hapettava väliaine * Raerajakorroosion havainto (tyyppihapossa) * Massahäviön arviointi (jokaisen jakson jälkeen ja kokeen lopussa). EN ISO Straussin koe Cu shavings, CuSO % H 2 SO 4 Herkistyslämpökäsittely lämpötilassa 700 C x 30 min, hehkuhilseen puhdistus peittaamalla, koneistettu koekappale, pintakerros harjattu, työstettyjen 20 h kiehuvassa lämpötilassa Herkistyskoe * Raerajakorroosion havainto niukkahiilisille tai stabiloiduille teräksille (suurennus 10X) ASTM G48 C 6% wt FeCl 3 + 1% HCl Koneistettu koekappale, pintakerros harjattu, työstettyjen särmien hionta raekoolla 80 ja nestejäähdytyksellä Lisäys 5 C/24 h jokaisessa vaiheessa. Käynnistyslämpötila on verrannollinen testattavaan materiaaliin Nikkelipohjaisten hitsien peittaus * Kuoppakorroosion havainto (klooripitoinen liuos) * Korroosioasteen arviointi (mm/vuosi) * Kriittisen kuoppakorroosion lämpötilan ASTM G48 E 6% wt FeCl 3 + 1% HCl Koneistettu koekappale, pintakerros harjattu, työstetyt särmät hiottu raekoolla 80 ja nestejäähdytyksellä Lisäys 5 C/24 h jokaisessa vaiheessa. Käynnistyslämpötila on verrannollinen testattavaan materiaaliin Ruostumattomien teräshitsien kuoppakorroosio * Kuoppakorroosion havainto (klooripitoinen liuos) * Korroosioasteen arviointi (mm/vuosi) * Kriittisen kuoppakorroosion lämpötilan (CPT) määritys ASTM A923 C 6% wt FeCl 3 + 1% HCl Koneistettu koekappale, pintakerros harjattu, työstettyjen särmien hionta raekoolla 80 ja nestejäähdytyksellä Perusmateriaalin T-funktio (esim. duplex-teräs 22 C super-duplex 40 C). Kestoaika: 24 h * Metallienvälisten yhdisteiden tunnistus, esim. Sigmavaihe (klooripitoinen liuos) * Massahäviön arviointi (mg/päivä dm) - Green Death -liuos 7% H 2 SO 4 + 3% HCl + 1% wt FeCl 3 + 1% wt CuCl 2 Koneistettu koekappale, pintakerros harjattu, työstettyjen särmien hionta raekoolla 80 ja nestejäähdytyksellä 24 h jokainen koevaihe: aloituslämpötila 85 C Ni-seokset (käytetään C-tyypille, esim. C-276, 59, 686), lisäys 5 C/24 h * Raerajakorroosion havainto * Korroosioasteen arviointi (mm/vuosi) * Kriittisen kuoppakorroosion lämpötilan (CPT) määritys 6

7 Korroosionkestäviä seoksia kemian teollisuuteen Tavanomaisten suosikkien, kuten Ti- tai Nb-stabiloitujen ruostumattomien terästen ja niukkahiilisten seosten, kuten 304L ja 316L, lisäksi valitaan usein myös muita seoksia olosuhteiden kuluttavuudesta ja ympäristön tyypistä riippuen. Alla on taulukko, joka esittää sekä märkäkorroosiota että korkeita lämpötiloja kestäviä seoksia, joita käytetään kemian teollisuudessa: RUOSTUMATON TERÄS 300 -SARJA DUPLEX RUOSTUMATON TERÄS ERIKOISET AUSTENIITTISET RUOSTUMATTOMAT TERÄK- SET ERIKOISET UREAN JA TYYP- PIHAPON LAATULUOKAT NIKKELIPOHJAI- SET SEOKSET MÄRKÄKOR- ROOSIOTA VARTEN RUOSTUMA- TON TERÄS JA NIKKELIPOHJAI- SET SEOKSET KORKEISIIN LÄMPÖTILOIHIN Ni-seokset NiCrFeseokset NiFeCrMo- Cu-seokset NiCrMo (Fe) - seokset NiMoseokset Ruostumattomat teräkset Nikkelipohjaiset NIKKELIKUPARI- JA KUPARINIKKELISEOKSET EN ASTM TAI UNS/SEOS C [%] Ni [%] Cr [%] Mo [%] Cu [%] Fe [%] N [%] MUUTA [%] PRE N L 0,02 10,0 18,0 Bal L 0,02 11,0 17,0 2,6 Bal L 0,015 21,0 25,0 0,1 Bal. 0,10 Si <0, L 0,02 14,0 18,0 3,0 Bal LMN 0,02 14,0 17,0 4,1 Bal. 0, S32101/LDX ,03 1,5 21,5 0,3 Bal. 0,22 5 Mn S32304/2304 0,02 4,8 23,0 0,3 Bal. 0, S82441/LDX ,02 3,6 24,0 1,6 Bal. 0,27 3 Mn S32205/2205 0,02 5,0 22,0 3,1 Bal. 0, S32750/2507 0,02 7,0 25,0 4,0 Bal. 0, Zeron 100 0,02 7,0 25,0 3,5 0,5 Bal. 0,27 0,6 W L 0,01 25,0 20,0 4,3 1,5 Bal. 0,1 37* N08028/ 28 0,015 31,0 27,0 3,5 1,3 Bal. 0,05 40* S ,01 18,0 20,0 6,1 + Bal. 0,2 46* N08926/926 0,02 25,0 21,0 6,5 0,9 Bal. 0,2 48* S34565/24 0,02 17,0 24,0 4,5 Bal. 0,5 5,5 Mn 52* NR20033/33 0,02 31,0 33,0 1,6 0,6 Bal. 0,4 50* N08031/31 0,015 31,0 27,0 6,5 1,3 * Bal. 0,2 54* S ,01 22,0 24,0 7,3 + Bal. 0,5 3 Mn 63* S ,015 18,0 14,0 2,7 Bal. 4 Si (724Mod.)316L UG 0,02 14,0 18,0 2,6 Bal S31050/725 LN 0,02 22,0 25,0 2,1 Bal. 0, N02200/200 0,1 >99, N02201/201 0,02 >99, N06600/600 L 0,025 74,0 16,0 9,0 0,2 Al 0,2 Ti 16* N06690/690 0,015 61,0 29,0 0,4 9,0 0,25 Ti 29* N08020/20 0,06 38,0 20,0 2,4 3,4 34,0 0,2 Nb 28* N08825/825 0,05 40,0 23,0 3,2 2,2 31,0 0,8 Ti 34* N06985/G-3 0,02 48,0 23,0 7,0 2,0 19,0 0,3 Nb W <1,5 2,5 Co 46* N06030/G-30 0,02 43,0 30,0 5,0 1,5 15,0 2,5 W Co <5 47* N06625/625** 0,02 62,0 22,0 9,0 3,0 3,4 Nb 52* N06022/22 0,01 56,0 22,0 13,0 3,0 3 W, V 0,35 65* N06455/C-4 0,01 66,0 16,0 16,0 1,0 69* N10276/C-276 0,01 57,0 16,0 16,0 6,0 3,5 W, Co <2 69* N06200/C ,01 57,0 23,0 16,0 1,6 3,0 Al <0,5, Mn <0,5 76* N06059/59 0,01 59,0 23,0 16,0 1,0 0,3 Al 76* N10665/B-2 0,010 69,0 0,7 28,0 0,5 1,7 Co 1 93* N10675/B-3 0,010 65,0 1,5 28,5 1,5 Co 3, W 3, Mn 3 96* S30900/309S 0,08 12,0 22,0 Bal. 2Si S30815/253MA 0,08 11,0 21,0 Bal. 0,17 0,05 Ce 1,6 Si S31000/310S 0,05 20,0 25,0 Bal N08810/800 H 0,08 31,0 21,0 47,0 0,25Al 0,35Ti N08330/DS 0,08 36,0 18,0 42,0 0,15Al 0,15Ti 2,2Si S33228/AC66 0,08 32,0 28,0 39,0 0,8Nb 0,1Ce N06600/ H 0,08 74,0 16,0 9,0 0,2Al 0,2Ti N06601/601 H 0,06 60,0 23,0 14,0 1,4Al 0,5Ti N06025/602CA 0,2 62,0 25,0 9,5 2,3Al 0,2Ti 0,1Y 0,1Zr N06617/617 0,08 54,0 22,0 9,0 1,0 1Al 0,5Ti 12Co N04400/400 0,15 64,0 32,0 1, C70600/CuNi ,0 88,0 1,5 0,8% Mn C71500/CuNi ,0 67,0 0,7 1% Mn ** myös korkeisiin lämpötiloihin. *PRE N2 SEOSAINEEN OMINAISUUDET KORROOSIONKESTÄVYYS Ni Metallurginen yhteensopivuus Alkali, SCC, lievästi pelkistävä Cr Muodostaa suojaavan oksidin Oksidoiva väliaine yhtenäinen ja paikallinen Mo Ympäristöä pelkistävä, Oksidoimaton väliaine, parempi paikallinen stabiloi kromia (jos esiintyy) korroosionkestävyys kromiseoksille W Vastaava kuin Mo, mutta pienempi vaikutusteho Hyvin haitallinen lämpöstabiilisuuden kannalta N Austeniittinen stabiloija Paikallisen korroosion mekaaniset ominaisuudet Cu Pelkistävät olosuhteet Merivesi, HF, H 2 SO 4 PREN Kuoppakorroosion kestävyyttä kuvaava ekvivalenttiluku. Tämä on teoreettinen menetelmä kuoppakorroosionkestävyyden vertailemiseen Cr-Ni-seoksen kemiallisen koostumuksen perusteella. Vaativien työolosuhteiden sopivuus on tarkastettava asianmukaisen korroosiokokeen avulla. PRE N1 %Cr + 3.3*%Mo + 16*%N PRE N2 %Cr + 3.3*%Mo + 30*%N 7

8 Epäorgaaninen kemia Epäorgaaninen kemia on kemian teollisuuden suurin haara ja se sisältää kaikki kemialliset prosessit, joissa esiintyy epäorgaanisia raaka-aineita. Tämä teollisuuden sovelluksissa käytetään erilaisia lämpötiloja ja paineita sekä eri tyyppisiä reaktioita, jotka vaativat korkealuokkaisia perusmateriaaleja ja hitsausaineita. Mainittakoon tässä vain muutamia epäorgaanisen kemian teollisuuden lopputuotteita (esim. alumiinisulfaatti, kloriini, suolahappo, vety, vetyperoksidi, typpihappo, ilmasta johdetut teollisuuskaasut, fosforihappo). Jotkut näistä aineista ovat pelkistäviä happoja (esim. suola-, rikki-, fosforihappi...), jotkut taas hapettavia happoja (esim. typpihappo). Kuumien ja väkevoityjen emäksisten liuosten vaativat käyttökohteet ovat myös melko laajalti levinneitä (esim. kaustinen sooda ja kaliumhydroksidi), kun taas useimmat suolojen synteesit ovat myös korrosoivia sisältäen joissakin tapauksissa halogeeneja, kuten klorideja, tai mietoja happoja tai emäksiä. Kuten edellä olevasta käy ilmi, teollisuudenalaan sisältyy lukuisia erilaisia korroosion ilmenemismuotoja, mikä heijastuu myös siihen, että vaatimuksena on laaja valikoima erilaisia hitsausaineita. Seuraavaksi esittelemme muutamia suosittuja esimerkkejä epäorgaanisen kemian prosesseista materiaalien ja hitsauksen näkökulmasta. Tyyppihappo (HNO 3 ) Tyyppihappoa valmistetaan hapettamalla ammoniakkia korkeassa lämpötilassa ( C) ja käytetään lannoitteiden, räjähteiden ja polymeerien valmistamiseen. Se syövyttää raerajoja erityisesti saostumisen ja suotautumisen yhteydessä, mikä on erityisen riskialtista raerajakorroosion (IGC) ja transpassiivisen syöpymisen osalta. Siksi käytettävän materiaalin C-, P- ja S-pitoisuus on hyvin alhainen ja homogeenisuusaste hyvin korkea, esimerkkinä EN (304LSi) < 0,1 Si, 0,02 P. On myös hyvin tärkeää saada aikaan puhdas ja tasainen hitsisauma. Korkeammissa lämpötiloissa ja pitoisuuksissa seossuhteen on oltava korkeampi. mm / a LSi L S Courtesy of Boehler Edelstahl Copyright by ThyssenKrupp Uhde GmbH 0,1 0, L S % HNO 3 304L, 310L ja S31050/725 LN ovat yleisiä absorptiokolonneissa, absorptiojäähdytyskierukoissa ja lämmittimissä. Korkean klooripitoisuuden jäähdytysvesiä sisältävissä komponenteissa käytetään myös seosta 28 ja muita korkean kromipitoisuuden seoksia. Korkeaa Si-pitoisuuden (~4%) austeniittiluokkaa EN käytetään silloin, kun typpihappopitoisuus on erittäin korkea (>67%). Tämä materiaali on hyvin korroosiota kestävä kiehumispisteeseen saakka. Hitsausratkaisu korkean Si-pitoisuuden austeniittista terästä EN varten Böhler Weldingin austeniittisten terästen EN hitsaamiseen käytettäviä hitsausaineita on saatavissa TIG-puikkoina ja MMA-elektrodeina. Ne synnyttävät hitsausmetalliseokseen korkeamman Si-, Cr- ja N-pitoisuuden kuin perusmetallissa, jolloin ne ovat korroosionkestäviä myös hitsatussa olomuodossa. Pieni lämmönsyöttö ja ohuempi palkotekniikka ovat olennaisen tärkeitä minimoitaessa kuumahalkeamien riskiä tässä nimenomaisessa tapauksessa. Muihin tavanomaisiin ruostumattoman teräksen hitsausaineisiin lisätään 5-15% deltaferriittiä, jotta vältetään lämpösäröilyn esiintyminen. GTAW (TIG-hitsaus) on juuripalkoa varten, ja kun Ar-pitoisuus on 100%, se toimii hitsauksen suojakaasuna. SMAW (puikkohitsaus) tai GTAW (TIG-hitsaus) ovat silloin lisäainetta varten. Raerajakorroosion välttämiseksi suositellaan matalaa lämmönsyöttöä sekä palkojen välistä työlämpötilaa alle 80 C; tässä saattaa myös vesijäähdytys olla hyödyllistä. PWHT ei ole yleensä tarpeen, mutta päästöhehkutus lämpötilassa C ja sammutus veteen voidaan tehdä hitsausliitoksen muutosvyöhykkeen maksimaalisen korroosionkestävyyden saavuttamiseksi, kun käyttökohteena on korkeasti konsentroituneet hapot lämpötilassa yli 70 C. Standardin ASTM262 (pract. C Hueyn koe ) mukaisesti suoritetuissa testeissä päästöhehkutuksella on päästy keskimääräiseen tulokseen 0,072 mm/vuosi. Lisämetalleja ja niiden kauppanimiä koskevat tiedot ovat tuotekansiossa ja käsikirjassa. 8

9 Fosforihappo (H 3 PO 4 ) Kuvassa näkyy useimmin käytettävä märkäprosessi. Fosforihappoa saadaan, kun mineraalifosfaattien (apatiittien) annetaan reagoida rikkihapon kanssa. Fosforihappo ei ole mitenkään erityisen aggressiivinen, mutta korroosionäkökohdat tulevat kysymykseen sen vuoksi, että malmeissa esiintyy rikkihappoa ja kloridia sekä fluoridia ja piitä. Korroosioon liittyy eroosiota siksi, että raaka-aineista irtoaa kiinteitä hiukkasia. Yleisesti ottaen eroosio, suuri virtausarvo ja pintakerrostuminen vaikuttavat korroosion muodostumiseen. Reaktoriastia on emaloitu yhdessä korkeaseoksisesta ruostumattomasta teräksestä valmistetun sekoittimen kanssa ja altistuu jännityskorroosiolle sekä kulumiselle. Viime aikoina sekoitusyksikössä on käytetty myös super-duplex-teräksiä. Suodattimeen saattaa kohdistua kuoppa- ja rakokorroosiota, joten materiaalin valinta on tehtävä sen mukaisesti. Silloin lämmönvaihdin ja sitä seuraava lauhduttimien ja rikastimien ketju väkevoittää fosforihapon, kun sitä tarvitaan. Tässä osassa käytetään yleisesti austeniittisia ja superausteniittisia teräksiä. Kun superhappoa syötetään (pitoisuus 70-99%), seos 625 tai paremminkin UNS N seos G-30TM on osoittanut korroosionkestävyytensä ja on siksi laajalti käytössä. Tätä puoltaa myös se, että prosessilämpötila on korkeampi kuin muissa vaiheissa. 926, 28, 31, G-3 Päänäkökohta: eroosio-korroosio Levynlämmönvaihdin CW Tuuletus ilmakehään 904L, 28, 31, G-3, S31654, S32750 Päänäkökohta: kuoppa- ja rakokorroosio Rikkihappo Vesi Fosfaattikivi 31, G-3, S31654, S32750 Päänäkökohta: jännityskorroosio CW CW paluu 36% H3PO 4 Seostuminen Astia Reaktorisarja Suodatin 36% H3PO 4 65% H 3 PO 4 Tyhjöhaihdutin Haihdutin CW CW paluu Levynlämmönvaihdin Levynlämmönvaihdin Pesuri Liuottimen syöttö CW CW paluu Liete CW Laskeutusallas Rajaliuotin jätteenkäsittelyyn Haihdutin CW CW paluu CW CW paluu Jätteenkäsittelyyn tai kierrätykseen Superrikastin: 625, G-30 Lämmityksen väliaine Lämmityksen väliaineen paluu Superhappo 99% H 3 PO 4 Leimahdusjärjestelmä: 31, G-3, S31654 Päänäkökohta: raerajakorroosio, eroosio CW paluu CW paluu Reaktiohappo 70% H3PO 4 Hitsausratkaisu seokselle 625 ASTM G-28 A korroosioaste [mm/vuosi] Böhler Weldingin nikkelipohjaiset lisämetallit seokselle 625 kestävät erittäin hyvin korroosiota mukaan lukien jännityskorroosiomurtumisen. Niitä käytetään myös superausteniittisten terästen sekä kuumuutta kestävien seosmetallien hitsaamiseen. Esimerkkinä siitä ovat alla raportoidut tulokset, jotka on saavutettu standardin ASTM G28 mukaisella koemenetelmällä A (120 h). 0,6 0,5 0,4 0,3 GMAW (MIG/MAG-hitsaus): (suojakaasu Ar + 30% He + 2% H 2 + 0,1% CO 2 ) (V-liitoksen paksuus 16 mm). 3 koekappaletta (mitat: 55 x 22 x 16 mm) Lisämetalleja ja niiden kauppanimiä koskevat tiedot ovat tuotekansiossa ja käsikirjassa. 0,2 0,1 0 BM S1 S2 S3 9

10 Epäorgaaninen kemia Rikkihappo (H 2 SO 4 ) Rikkihappo on hyvin yleinen välituote, jota käytetään monissa kemian teollisuuden prosesseissa tuottamaan muita epäorgaanisia happoja lannoitteisiin sekä orgaanisiin kemikaaleihin. Kaavio esittää kolme tapaa, joilla SO 2 valmistetaan; polttamalla rikkiä, keittämällä mineraaleja tai regeneroimalla käytetystä haposta. Sen jälkeen SO 2 muunnetaan katalysaattorissa rikkitrioksidiksi (SO 3 ). Tämä korkean lämpötilan sovellus voidaan kattaa seoksilla, kuten AC66 (S33228) tai N Rikkihappoa valmistuu lopulta absorptiotorneissa tapahtuvien reaktioiden avulla. Rikkihappo on erittäin pelkistävä aine, joka vaikuttaa voimakkaasti laitoksen rakennusmateriaaleihin. Valinta tehdään pitoisuuden ja lämpötilan perusteella. Korroosion vahingoittava mekanismi on pääasiassa raerajaan kohdistuvaa IGC-tyyppiä. Eräät yleisesti käytettävät kokeet, kuten standardin EN ISO mukainen Straussin koe tai standardin ASTM G28 mukainen A- ja B-menetelmä antavat hyvää viitettä materiaalin ja hitsausliitosten sopivuudesta (hitsatuille rakenteille ja valumateriaaleille vain A-menetelmä). Rikin poltto Metallurginen menetelmä Käytetty happo Regeneraatio Ilmansuodatin Kuivaus Kompressori Rikin poltto Keitin Puhdistus Jäähdytys Sumuerotin Kuivaustornit Kompressori Kaasun lämmitys Palaminen Keitin Kaasunpesu/Jäähdytys Kuivaus Lämmitys SO 2 Yleisesti ottaen materiaaleissa tulisi olla riittävä Cr-, Ni- ja Mo-pitoisuus, vähintään tyypin 904L luokkaa. Superausteniittiset laadut, kuten seos 31, tai nikkelipohjaiset seokset, kuten G-30 (korkea Cr-seostus) jne. voivat tuottaa korroosioarvon alle 0,5 mm/vuosi jopa lämpötilassa 90 C. Sitä ei kuitenkaan pidä käsittää niin, että halogenidit vähentäisivät korroosiovaikutusta. SO 2 SO 3 SO 3 H 2SO 4 Jos H 2 SO 4 -pitoisuus on korkea, esimerkiksi 95%, on oltava varovainen hapon oksidoivan ominaispiirteen vuoksi. Oikean materiaalin valinnan ohjaavana tekijänä on korkeampi kromipitoisuus ja alhaisempi molybdeenipitoisuus. Kaasun Katalysaattori Vaihdin Absorptiotornit Poistoputki jäähdytys Hitsausratkaisu seokselle 31 ja muille 6% Mo ja 7% Mo sisältäville ruostumattomille teräksille: Böhler Weldingin nikkelipohjaiset lisämetallit Superausteniittisten terästen hitsaamiseen suositellaan nikkelipohjaista lisämetallia, jotta vältetään hitsattavan metallin segregoitumisen riski. Böhler Weldingin seosta 59 vastaavien lisämetallien kromipitoisuus on 22% ja molybdeenipitoisuus erittäin korkea eli 16%. Monissa tapauksissa ne ovat paras ratkaisu parantamaan korroosiokäyttäytymistä lukuun ottamatta voimakkaasti hapettavia ympäristöjä peittauslinjoissa tai muita hyvin konsentroituneita happoja. Se on optimaalinen ratkaisu kloridia sisältävässä pelkistävässä väliaineessa. Lisämetalleja ja niiden kauppanimiä koskevat tiedot ovat tuotekansiossa ja käsikirjassa. Mikroskooppikuva seoksesta 31, joka on hitsattu seosta 59 vastaavalla lisämetallilla: HAZ ja WM BM HAZ WM 10

11 Kaustinen sooda (NaOH) Kaustinen sooda on elektrolyysin sivutuote kloriinin valmistuksessa. Alhaisella konsentraatiolla ja lämpötilassa alle 100 C sopivia rakennusmateriaaleja ovat yleensä austeniittiset ruostumattomat teräkset. Korkeammalla väkevöitymisellä ja korkeammassa lämpötilassa kaustinen sooda on erittäin aggressiivinen. Puhdas nikkeli onkin osoittautunut hyvin kestäväksi näitä korroosiohyökkäyksiä vastaan. Siksi se on laajalti käytössä membraaniprosessin elektrolyysikennossa ja kaikkein yleisimmin käytössä oleva teollinen ratkaisu. Prosessilaitosten minivaiheisissa haihdutusvirtauksissa käytetään myös teollisesti puhdistettua nikkeliä (seos 200), mikä perustuu konsentraatioon ja puhdistumiseen. Kun käytössä on laskevakalvohaihdutin, joka toimii lämpötilassa yli 350 C, seos 201 on indikoidumpi, koska alhaisin hiilipitoisuus estää grafiitin erkautumisen raerajalla. Mitä hitsausaineisiin tulee, sopivin laatu on tietenkin niukkahiilinen ja Ti-stabiloitu tyyppi, mikä perustuu hitsauskerrosten parempaan hapenpoistoon ja siihen, että ja se sopii kummallekin perusmateriaalille. Ja vielä, kun alueella esiintyy epäpuhtauksia tai oksidoivia aineita tai kun tavoitellaan suurempaa lujuutta, seos 600L voi olla hyvä vaihtoehto kromipitoisuutensa ansiosta. Rikastin Emäksisen suolan erotin Höyry Varastointi Lauhdutin Lauhdutin Suolan palautus suolavesikäsittelyyn Haihdutus H 2O Suolan erotus Jäähdytys Kuljetus Hitsausratkaisu seokselle 600 ja 600 L: Ni-pohjainen lisämetallilaatu 6082 (NiCr20Mn3Nb) Tämä Ni-pohjainen lisämetallilaatu on käytettävissä prosesseille SMAW (puikkohitsaus), GTAW (TIG-hitsaus), GMAW (MIG/MAG-hitsaus), FCAW (täytelankahitsaus) ja SAW (jauhekaarihitsaus). Se on Cr-Mn seostus, alhainen C-pitoisuus, Nb-seostus ja Fe-pitoisuus alhaisempi kuin seoksella 600. Tätä ratkaisua käytetään myös ferriittisausteniittisille liitoksille ja korkean lämpötilan sovelluksille (Cr-, Cr-Ni-teräkset, nikkelipohjainen). Mikrorakenne: seoksen 600L hitsausliitos, hitsattu GMAWlangalla (HAZ ja WM) BM HAZ WM Lisämetalleja ja niiden kauppanimiä koskevat tiedot ovat tuotekansiossa ja käsikirjassa. 11

12 Orgaaninen kemia Orgaaninen kemia on orgaanisia yhdisteitä käsittelevä kemian teollisuuden haara. Orgaaninen kemianteollisuus valmistaa pääasiassa orgaanisia happoja sekä muuntaa öljyjä ja kaasuja olefiineistä ja aromaateista erilaisiksi monomeereiksi ja polymeereiksi (perusaine ja keinotekoinen), joiden lopputuotteita ovat mm. kuidut, muovit, kalvot, maalit ja liimat. Kemialliset reaktiot korkeissa lämpötiloissa (esim. lämpösäröily, hiiltyminen) sekä keskilämpötiloissa ja huoneenlämpötilassa saavat usein aikaan erittäin korrosoivan ympäristön. Reagenssit, katalyytit ja stabilaattorit voivat saada aikaan oksidoivia tai pelkistäviä vaikutuksia ja ne voivat sisältää aggressiviisia suoloja, happoja, emäksiä ja klorideja. Alla on kaksi esimerkkiä orgaanisen kemian prosesseista ja raportoiduista materiaalin valinnan ja hitsauksen näkökohdista. Copyright by ThyssenKrupp Uhde GmbH Etikkahapon (CH 3 COOH) valmistus Yksinkertaistettu kaavio butaanin hapetusprosessista Etikkahappo on melko yleinen välituote, jota käytetään faasimuutoksissa tuottamaan useita erilaisia monomeereja, kuituja, muoveja ja muita vastaavia. Vesi Ilmapesuri 37 C 40 psi Reaktori 185 C 750 psi -5 C Hiilivedyn poistolaite 50 C 60 psi Erotuskolonni 60 C 50 psi Muurahaishappokolonni 72 C 15 psi Etikkahappokolonni 118 C 15 psi Uuttoaine Etikkahappo ei ole erityisen korrosiivinen, joten materiaali kuten 304L on sopiva varastosäiliöitä ja putkistoja varten. 316L on suositeltava vaihtoehto silloin, kun varastointilämpötila on korkea tai materiaalit voivat altistua likaantumiselle. Katalyyttien synteesiprosessissa skenaariot usein muuttuvat, mikä voi tuoda esiin vakavampiakin korroosion näkökulmia. Teollisista prosesseista (asetaldehydin hapetus, butaanin hapetus tai metanolin karbonylaatio) alla esitetään butaanin hapetusprosessi. Ilma Butaani Kompressori 145 C 180 C Tuote-erotin 140 C 120 C 130 C Raskaat päät Muurahaishappovarasto Etikkahappovarasto psi kaikki paineet ovat paunaa neliötuumalle absoluuttiarvoina Vesijäähdytteinen lämmönvaihdin (yksi kylmäaine) Höyrylämmönvaihdin (höyrynpaineen oletusarvo 100 psi) Etikkahappoa saadaan puhaltamalla happea tai ilmaa butaaniin, mikä sitouttaa katalyytin. Katalyytin sivutuotteena syntyy muurahaishappoa, estereitä, peroksideja ja pelkistäviä aineita, jotka voivat aiheuttaa nopeita yleisiä syöpymiä tai kuoppa-/rakotyyppistä korroosiota. Lisäksi voi muodostua suolahappoa, mikä johtuu kloorin epäpuhtauksista hapon kiehumispisteen ylittävissä lämpötiloissa. Nämä näkökohdat on huomioitava rakennusmateriaalin valinnassa. Itse asiassa, koska 316L sopii yleisesti virtausketjun loppupäähän, reaktoriin ja joihinkin kolonneihin, työskentely korkeissa lämpötiloissa ja paineissa edellyttää kestävämpiä seoksia, kuten 904L, superausteniittiset teräkset, seos 20 sekä seos 22 tai C-276. Mainittakoon myös nykyaikaisempi prosessi, metanolin karbonylaatio (Monsanto-prosessi), jossa jodi toimii katalyyttina ja muodostaa hyvin korrosoivan ja pelkistävän ympäristön. Siksi reaktorissa, höyrystimessä, putkistossa ja tislauskolonneissa käytetään seosta B-2, joka kestää kaikkein parhaiten pelkistävää ympäristöä. Ennen virtauksen loppupäätä jodi-ionit erotetaan lopputuotteesta, jotta seoksia C-276, 59, G-3, 31, 904L ja S31254 voidaan käyttää. 12

13 Vinyylikloridimonomeerin (VCM) tuotanto VCM on tunnetun polymeerin eli PVC:n kaasumainen monomeerilähtöaine. Sitä saadaan etyleenistä suorakloorauksen ja oksikloorauksen avulla, yleensä yhdistäen samassa laitoksessa. Molemmissa prosesseissa muodostuu väliyhdiste EDC (etyleenidikloridi). Suora klooraus on etyleenin ja kloridin reaktio katalyytin sisällä, ja sen sivutuotteita ovat EDC (dikloorietaania) ja HCl (kloorihappo). Kun myös kloorihappo reagoi etyleenin ja hapen kanssa katalyytin avulla, vedenpoiston jälkeen saadaan taas dikloorietaania. Sen jälkeen dikloorietaani lämpösäröilee lämpötilassa C, ja lopulta Suorakloorausreaktori Kloori Etyleeni Sammutuskolonni Vedenpoistokolonni Matalan kiehumispisteen fraktioiden keräyskolonni Korkean kiehumispisteen fraktioiden keräyskolonni Ilma (Happi) Etyleeni Oksiklooraus Reaktori Talteenottokolonni Sammutuskolonni Kaustinen sooda Säröilyuuni Kaustisen soodan pesukolonni Dekantteri Monomeerin talteenottokolonni VCM Kaustisen soodan pesukolonni Suolahapon poistokolonni saadaan vinyylikloridimonomeeria. Rakentamisen vaikuttavia näkökohtia ovat märkäkorroosio ja korkean lämpötilan korroosio prosessin vaiheesta riippuen. Reaktiovaihe (oksiklooraus ja suoraklooraus) Kosteus saa aikaan voimakkaasti korrosoivan kloorihapon (HCl), siksi reaktorin eri osissa käytetään lukuisia erilaisia nikkelipohjaisia seoksia. Seoksia 59 ja C-276 käytetään putkien seinämiä ja katalyysiosia varten sekä seinämälevyn että hitsin pintakerrosratkaisuissa. Reaktoreiden sisäpuoliset putket voivat olla seosta 200 tai seosta 600 tai seosta 625. Klooria reaktoriin kuljettavat putket ja laipat voivat olla seosta 825. Puhdistuskolonnit ja lämmönvaihtimet Näissä EDC käsitellään ennen kuivatislausta, joten ne altistuvat kloorihapon (HCl) märkäkorroosiohyökkäyksille. Voimakas pelkistävä ympäristö ja kohonnut kuoppakorroosiovaikutus voivat puoltaa seosten B-2 tai 600 tai myös superausteniittisten teräs valintaa. Lämpösäröily ( C) Tämä vaatii seoksilta erittäin hyvää lämpötilankestävyyttä klooriaineiden kanssa sekä hiiletyskestävyyttä palamiskaasujen vuoksi. Seos 800H sopii erinomaisesti tähän vaatimukseen. Hitsausratkaisu seokselle 59: Böhler Weldingin vastaavat lisämetallit Saatavissa kuten SMAW (puikkohitsaus), GTAW (TIG-hitsaus), GMAW (MIG/MAG-hitsaus), nämä lisämetallit saavat aikaan erittäin korroosionkestävän hitsausmetallin kaikissa pelkistävissä ja hapettavissa ympäristöissä. Ne sopivat myös muiden nikkelipohjaisten seosten (esim. C-4, 22, C-276) hitsaamiseen kuten myös superausteniittisille teräksille, ja takaavat parhaan suorituskyvyn korroosiota vastaan monissa erilaisissa käyttökohteissa. Testaus: Tulokset korroosiokokeella ASTM G-28 A ja Green Death, GMAW (MIG/MAG-hitsaus)= ja GTAW (TIG-hitsaus). GMAW suojakaasu: Ar + 30% He + 2% H 2 + 0,05% CO 2 ) GTAW (TIG-hitsaus): 100% Ar, (V-liitoksen paksuus 16 mm). Koekappaleen mitat: 55 x 22 x 16 mm 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 ASTM G-28 A korroosioaste [mm/vuosi] BM GTAW GMAW (MIG/ (TIG-hitsaus) MAG-hitsaus) Mikrorakenne: WM ja BM. Seos 59 hitsattu Böhler Weldingin lisämetallin sopivalla laadulla BM Green Death -liuos C.P.T [ C] BM GTAW GMAW (MIG/ (TIG-hitsaus) MAG-hitsaus) WM Lisämetalleja ja niiden kauppanimiä koskevat tiedot ovat tuotekansiossa ja käsikirjassa. 13

14 Urea Urea tai karbamidi, orgaaninen yhdiste, joka saadaan ammoniakista, on maailman eniten käytetty lannoite. Alla oleva kuva esittää urean kemiallista reaktiota ja prosessia lopputuotteen valmistamiseksi. 2 NH 3 + CO 2 ammonia hiilidioksidi eksoterminen Korkeapainelaitteisto Tässä kappaleessa käsitellään prosessin korkeapaineista osaa. Siihen kuuluvat reaktori, poistolaite ja lauhdutin, joilla on seuraava päätoiminta: H 2 N H 2 N C=O urea + - NH 4 O H 2 N C=O ammoniumkarbamaatti endoterminen H 2 O vesi Reaktorissa tapahtuu ureasynteesi. Poistolaite poistaa reagoimattoman hiilidioksidin (CO 2 ) ja ammoniakin höyryt. Lauhduttimessa höyryt tiivistetään ammoniakkikarbamaatiksi, joka kierrätetään uudelleen reaktoriin. Paineen taso voi olla noin 150 bar ja lämpötila C laitteistosta ja valitusta prosessista riippuen. Korkeapaineisen urealaitteiston hitsaus Synteesi NH 3 Välituotteena saatavan erittäin korrosoivan karbamaatin käsittelyyn korkeassa paineessa ja lämpötilassa käytetään erikoislaatuisia materiaaleja ja hitsausaineita. Pääasialliset riskit ovat raerajakorroosio ja jännityskorroosiomurtuma erittäin voimakkaasti hapettavassa tilassa. Siksi materiaalien testaamiseen käytetään yleensä Hueyn koetta (65% HNO3 -kiehutus). Korroosionkestävyyden parantamiseksi on urean käsittelyyn kehitetty kaksi erityislaatua 316L ja 310L: CO 2 Ureareaktio CO 2 poisto Matalapainekierto Haihdutus Rakeistus tai granulointi Ureatuote Karbamaatin lauhdutus Desorptio ja hydrolyysi Karbamaatin kierrätys Puhdistusprosessin lauhde (724Mod.) 316L UG (UG tarkoittaa urealaatua), yleensä seoksessa on niukka C-pitoisuus, 18% Cr, 14% Ni, 2,7% Mo ja lisäannos typpeä). Ominaista sille on erittäin alhainen ferriittitaso, maksimissaan 0,6%. Vastaava lisämetalli on tosiasiassa yliseosteinen (ts. 20% Cr, 16% Ni, 0,18% N), mikä huomioi hitsatun liitoksen ominaispiirteet verrattuna perusmateriaaliin ja takaa sopivan käyttäytymisen korroosiota vastaan. S31050/725 LN. on modifioitu 310L (25% Cr, 22% Ni, 2% Mo, alhainen Si-pitoisuus ja 0,13% N austeniittisen vaiheen stabilointia varten). Tämä materiaali on tarkoitettu kaikkein vaativimpia olosuhteita varten, joita esiintyy korkeapaineisten poistolaitteiden kaikkein korkeimmissa lämpötiloissa, mutta sitä käytetään myös lauhduttimissa ja reaktoreissa. Myös tämän laadun suurin sallittu ferriittitaso on hyvin alhainen (<0,6%), jotta sitä voidaan pitää täysin austeniittisena. 14

15 Copyright by ThyssenKrupp Uhde GmbH Tässä laadussa ei ole metallienvälisiä yhdisteitä tai karbidierkaumia, mitkä vaikuttavat olennaisesti korroosionkestävyyteen urealiuoksissa. Lisäksi erikoisvalmisteisia ureaduplexlaatuja, kuten myös zirkoniumia, käytetään prosesseja suunnittelevien yritysten osaamisen ja spesifikaatioiden mukaan. Rakentamisessa niukkaseosteisia teräksiä käytetään yleensä säiliöiden materiaalina (yksi- tai monikerroksinen rakenne). Sen jälkeen säiliöt ja putkien seinämät vuorataan tai hitsataan limittäin niissä kohdissa, joissa ne ovat kosketuksessa prosessinesteen kanssa. Putkisto voi olla kaksimetallista tai vuorattua tai tehty kokonaan urealaadusta. Hitsauksessa on oltava erittäin varovainen ei-toivottujen metallienvälisten yhdisteiden välttämiseksi, ja se tapahtuu säätelemällä hitsausparametreja sekä palkojen välistä työlämpötilaa. Tästä syystä yleisimmin käytetyt hitsausprosessit ovat GTAW (TIG-hitsaus) ja SMAW (puikkohitsaus), jossa nauhapinnoitus suoritetaan pienellä virran arvolla ja suurella liikenopeudella. Hitsausratkaisuna SAW (jauhekaarihitsaus) ja ESW (kuonahitsaus) ureasovelluksiin Testaus: Perusmateriaali: Hiiliteräs 0,18% C 30 mm thk Nauha 60 x 0,5 mm 310Mod. type (Cr-Ni-Mo , C 0,01, LSi) SAW-yhdistelmä: 3 kerrosta ja erikoisvalmisteinen sulatusaine ESW-yhdistelmä: 2 kerrosta ja erikoisvalmisteinen sulatusaine Lisämetalleja ja niiden kauppanimiä koskevat tiedot ovat tuotekansiossa ja käsikirjassa. Pallojen välinen työlämpötila T V A Liikenopeus [cm/min] SAW-YHDISTELMÄ < 150 C ESW-YHDISTELMÄ < 100 C C Mn Si Cr Ni Mo Fe N 3-KERROKSINEN SAW 0,025 3,7 0,6 24,5 22,2 2,1 Bal. 0,12 2-KERROKSINEN ESW 0,030 3,8 0, ,5 2,0 Bal. 0,15 Hitsausmetallin kemiallinen analyysi ASTM A 262 pract. C Hueyn koe (65% kiehunta HNO 3 ) korroosioarvo [mm/vuosi] 0,076 0,074 0,072 0,07 0,068 0,066 0,064 0,062 0,06 SAW hitsattuna SAW ja PWHT* (hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely) * 20 tuntia lämpötilassa 550 C ** Herkistys 30 min lämpötilassa 700 C 3-kerroksinen SAW-kerrostuma 2-kerroksinen ESW-kerrostuma SAW ja PWHT** (hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely) 15

16 Sellu ja paperi Oikean materiaalin valinta on hyvin tärkeää sellu- ja paperiteollisuudessa. Hyvin suoritettu valinta saa aikaan hyötyjä seuraavilla alueilla: Pieni investointikustannus Lyhyempi asennusaika Laitteen suorituskyky Saatavuus Luotettavuus Prosessin joustavuus Pieni elinkaarikustannus Ulkonäkö Näiden tavoitteiden saavuttamiseksi perinteiset ja vanhentuneet seokset korvataan usein nykyaikaisilla ruostumattomilla teräksillä sekä nikkelipohjaisilla seoksilla huomioimalla kunkin tuotantovaiheen väliaineet ja tyypilliset korroosionäkökohdat. Siksi tarvitaan erilaisia materiaaleja. Hitsausaineet ovat usein yliseostettuja perusmateriaalin suhteen, joten ne edellyttävät erikoismukautusta ja kemiallista hienosäätöä käyttökohteen vaatimusten täyttämiseksi. Tähän tarkoitukseen voestalpine Böhler Welding on kehittänyt erityisiä hitsausseoksia superausteniittisille laaduille S31254 tai lean-duplexperheelle S32101, S82441, S Esimerkkinä laadulle S31254 on kehitetty erityinen MMA-elektrodi, joka vastaa erittelyä AWS A5.11:ENiCrMo-12. Siinä yhdistyvät erinomainen korroosiokestävyys klooriympäristöissä ja hitsausmetallin pieni taipumus lämpösäröilyyn. Täytelangat ovat nykyisin yleisessä käytössä, varsinkin asentohitsauksessa, mutta myös kenttäkäytössä, sillä ne parantavat tuottavuutta, hitsauksen ulkoista laatua ja helpottavat hitsauksen suorittamista. A B C E D C F FCAW (täytelankahitsaus) super-duplex-teräksille voestalpine Böhler Weldingin rutiilitäytelanka tarjoaa täysin perusmateriaalia vastaavat hitsausmetallin ominaisuudet liittyen lujuuteen, vahvuuteen sekä paikalliseen ja jännityskorroosiokestävyyteen. Testaus: Korroosiokoe ASTM G48, menetelmä E putken ympäryksen hitsauksessa, halk. 168 mm, paks. 7 mm. Lisämetalleja ja niiden kauppanimiä koskevat tiedot ovat tuotekansiossa ja käsikirjassa. ID Lämpötila ( C) Altistusaika (tuntia) Paino ennen koetta (g) Paino kokeen jälkeen (g) Painon menetys (g) Pinta B mm Pinta H mm Pinta T mm Painon menetys (g/m 2 ) Korroosioarvo (g/m 2 h) FX ,254 96, ,4 17,5 12,9 0,0000 0,00000 FX ,292 98,29 0, ,5 12,9 0,5535 0,

17 A SELLUN KEITTO Päälaitteisto käsittäen keittokattilat: Sulfaattiprosessi (kraft) Väliaine: NaOH Na 2 S 2 O 3 NaHS Ympäristö: ph T = C P = bar Materiaalit: 2205 duplex on yleisesti käytössä, sillä kokemuksen mukaan se kestää paremmin jännityskorroosiomurtumaa kuin 304L. Parhaat tulokset on saavutettu lean-duplex-tyypeillä S32101 ja S32304 johtuen niiden alhaisesta Mo-pitoisuudesta, mikä vaikuttaa haitallisesti emäksisiin liuoksiin. Siksi suuremman molybdeenipitoisuuden omaavia ruostumattomia teräksiä (esim. 316L) ei suositella tälle laitteistolle. Sulfiitti (HSO 3 ) Väliaine: Na... Mg... tai NH4... Ympäristö: ph 1, C bar Materiaalit: duplex S32205, 904L, 317LMN ovat parempi valinta kuin 317L ja 316L. A B Courtesy of Metso B C PESU JA SIIVILÖINTI Päälaitteisto käsittäen siivilöinti- ja puhallussäiliöt Väliaine: kloridit, tiosulfaatit, polysulfidit. Niiden osuus on kasvanut viime vuosina, mikä johtuu päästöjä vähentävien suljettujen kiertojärjestelmien asentamisesta. Se on saanut aikaan lisää korroosioon ja eroosioon liittyviä näkökohtia. Materiaalien kehityssuunta on niukkahiilisistä laatuihin 304L, 316L ja duplex-laatuihin S32101/S32304/S Duplex voi myös taata paremman kulumiskestävyyden (eroosio johtuu sellussa olevista hiukkasista) VALKAISU Valkaisuprosessissa käytetään vähemmän tai ei lainkaan klooria ja klooridioksidia, mikä vaikuttaa perusmateriaalin tyyppiin ja käytettäviin hitsausaineisiin. Täysin klooriton valkaisu (TCF) Päälaitteisto käsittäen reaktorit: Ligniinin happipoistoreaktori, vaihe O Ympäristö: T = C ph 11-12, materiaalit: 904L, S31254, C-276 Peroksidireaktori, vaihe P Ympäristö: T = C ph 11-12, materiaalit: S32101, S32205 Kloorikaasuton valkaisu (ECF), vaihe D Päälaitteisto käsittäen pesulaitteistot ja rumpusuodattimet Väliaine: Klooridioksidi ClO 2, ympäristö: T = C ph 3,5-4 Materiaalit: S32750, S31254, S32654, C-276, Ti-seoksit. Taloudellisista syistä johtuen super-duplex-teräs S32750 korvataan usein superausteniittisilla teräksillä, kuten S31254 Kloori, vaihe C Päälaitteisto käsittäen pesulaitteistot ja rumpusuodattimet Väliaine: Kloori Cl 2, ympäristön T = C ph 2, materiaalit: S32750, S31254 C D Courtesy of Outokumpu D KEMIALLINEN PALAUTUS (SOODAKATTILAT) Päälaitteisto käsittäen monivaiheiset haihduttimet: Korkeat kuivan kiintoaineen pitoisuudet 75-80% lisäävät korroosiota, varsinkin viimeisessä haihduttimessa Materiaalin kehityssuunta on hiiliteräksestä laatuun 304L ja edelleen duplex-teräkseen S32205 kuten myös lean-duplex-teräkseen S S32205/S32304 ovat osoittaneet erittäin hyvää korroosio- ja jännityskorroosiomurtuman kestävyyttä emäksisten nesteiden käsittelyssä (kattiloissa ja putkistoissa) E E F TORNIT JA SÄILIÖT NESTEEN VARASTOINTIA VARTEN 304L on yleisesti erittäin sopiva materiaali. Siitä huolimatta suuntaus on lean-duplex- ja duplex-terästen käyttöön, mikä parantaa korroosiokestävyyttä ja keventää painoa paremman lujuutensa ansiosta. PAPERITEHDAS Yleinen kehityssuunta on veden kulutuksen vähentäminen, mikä saa aikaan korroosiota lisäävän ympäristön. Imurullien on oltava sekä lujia että korroosionkestäviä. Materiaalit: 316L, S32205, S32304, S32101, 317L, N10622, C-276 F Courtesy of Metso 17

18 Suolanpoisto Suolanpoisto tarkoittaa suolojen poistamista merivedestä makean veden tuottamiseksi teollisuuden ja maatalouden käyttöön sekä juomavedeksi. Teollisuudessa käytetään nykyisin kahta erilaista prosessia suolojen poistamiseen: tislaus ja käänteisosmoosi (RO). Tislaamisen vaihtoehdot ovat monivaihehöyrystys (MSF), monivaihelauhdutus (MED) tai höyrypuristus. Valinta tehdään huomioimalla tarvittava tuotantokapasiteetti ja virtalähteiden saatavuus. Suurimmat laitokset ovat MSF-tyyppisiä, joiden energiankulutus on erittäin suuri. Käänteisosmoosissa käytettävä membraanitekniikka tuottaa paljon vähemmän makeaa vettä, vaikka se onkin energiatehokkaampi. Monivaihelauhdutus tulee kyseeseen keskikokoisissa laitoksissa. Suolanpoistolaitosten pääasialliset ongelmat liittyvät kuoppa- ja rakokorroosioon. Eri asteiset suolapitoisuudet yhdistettynä kiehumislämpötilaan (tislauksessa) edellyttävät laajaa korroosionkestävien seosten kirjoa. Alla esitetään materiaalin valinta mainitulle kolmelle prosessille. Monivaihehöyrystys Periaatteessa tämä prosessi on monivaiheinen tislaus, jossa ensimmäisen vaiheen lämpö saa aikaan suolaisen veden kiehumisen lämpötilassa C. Paineen vähentyessä vesi kiehuu jokaisessa vaiheessa. Höyrystyvä vesi puhdistuu vaihe vaiheelta, kunnes se saavuttaa tavoitellun makeuden. Näin aikaansaatu vesi suodatetaan ja ionisoidaan. Kaavion mukaan CRA-seos voi vaihdella 316L:stä, duplex-teräksestä ja superaustenitiittisestä teräksestä CuNi-seokseen (putkille ja putkipohjille), NiCu-seokseen (seos 400) putkipohjille sekä titaaniin putkille, jotka sijaitsevassa vaativammassa ensimmäisessä vaiheessa (korkeampi lämpötila ja suolapitoisuus). Monivaihehöyrystyksen materiaalivalinta Putket: CuNi, S32205 Putkipohjat: CuNi, NiCu, S32205 Kannatuslevyt: 316L, C-Mn teräs Putket: Ti, SeaCure Putkipohjat: CuNi, NiCu, S31254 Kannatuslevyt: 316L, C-Mn teräs Suolavesilämmitin, putket ja putkipohjat: CuNi, S32205 Lämmön talteenottovaiheet < 20 Lämmönpoisto, 2-3 Keitin Merivesi Makea vesi Suolavesi Kattilat, 316L pinnoite ja kiinteä S S32101 Sisäosat 316L S32304 Ilmanpoistaja: 316L pinnoite, 317L pinnoite, S

19 Monivaihelauhdutus Monivaihelauhdutusta käytetään korkeintaan lämpötilassa C. Periaate on hyvin paljon samanlainen kuin monivaihehöyrystyksessä, ts. monivaiheinen kiehunta alipaineen avulla. Toisaalta höyrystimien ja lauhduttimien putkirakenteet ovat erilaisia. Höyrystämisen sijaan haihdutus saadaan aikaan kuumiin putkiin laskeutuvan kalvon seurauksena. Matalamman lämpötilan vuoksi tämän järjestelmän korroosio ei etene yhtä nopeasti kuin monivaihehöyrystyksessä. Lisäksi myös kiintoaineiden (hilse, kalkki, jne.) keräytyminen on vähäisempää, mikä johtaa pienempään eroosiovaikutukseen. Korroosionkestävien seosten typologia on samanlainen, mutta ruostumattomien terästen käyttöä kuitenkin suositellaan. Monivaihelauhdutuksen materiaalivalinta Kattilat: 316L/317L, S31254, S S32101 Sumuputkisto: S31254 Tyhjiö Suolainen syöttövesi Keitin Makea vesi Suolavesi Putket: Ti, superausteniittinen, CuNi 90/10 Putkien seinämälevyt: S31254, 317L/316LN, CuNi, seos 400 Käänteisosmoosi (RO) RO-diagrammi Käänteisosmoosin prosessi tapahtuu huoneenlämpötilassa ja korkeassa paineessa. Vesi esikäsitellään ja kloori poistetaan osittain kemikaalisessa prosessissa, ennen kuin se siirtyy membraanikammioihin, jotka erottelevat veden jätteestä. Käänteisosmoosi voi olla tyypiltään monivaiheinen (korkeapainevaihe ja matalapainevaihe). Hitsauksen käyttäminen on vähäisempää tislausprosesseihin verrattuna eikä Cu-Ni- ja Ni-Cu-seoksia käytetä kovinkaan paljon edes silloin, kun kuoppa- tai rakokorroosio tai jännityskorroosiomurtuma ovat olennaisia. Käänteisosmoosi sopii hyvin super-dupex-terästen ja superausteniittisten terästen kanssa (korkeapaineputkisto ja energian talteenotto), kun vaatimuksena on lujuus yhdessä korroosionkestävyyden kanssa. Myös 300-sarjan ruostumattomia teräksiä käytetään laitoksen vähemmän kriittisissä kohteissa (esim. kehikkorakenteissa). Kloorin poisto Korkeapainepumput HP-järjestelmä Esikäsittely Merivesi suodatin Energian siirto Energian talteenottoturbiini Membraani Permeaatti Hitsausratkaisu Cu-Ni-seoksille: Puikkohitsauksen (SMAW) ja TIG-hitsauksen (GTAW) lisämetallit Böhler Weldingin CuNi-lisämetallien 30% nikkeliä sisältävät seokset kestävät merivettä ja niitä voidaan käyttää CuNi-seosten (90-10, 80-20, 70-30) ja muiden seosten ja terästen hitsaamiseen. Ne ovat laajalti käytössä meriveden suolanpoistolaitoksissa. Lisämetalleja ja niiden kauppanimiä koskevat tiedot ovat tuotekansiossa ja käsikirjassa. 19

20 Elintarvikkeet ja virvoitusjuomat Panimot, tislaamot sekä elintarvikkeita käsittelevät laitokset ja varastot muodostavat tämän teollisuuden haaran ytimen. Seuraavien laitteistojen vaatimuksena on korroosionkestävien seosten käyttö: Varastosäiliöt Paineastiat Prosessiastiat Putkijärjestelmät Sekoittimet Tislauslaitteet Materiaalit ja hitsaus Vaikka tavanomaiset austeniittiset teräkset 304L ja Mo-seokset 316L ovatkin yhä laajalti käytössä, korkeammin seostettujen materiaalien käyttö on yleistymässä. Materiaalin valintaa hallitsevat elintarvike- ja virvoitusjuomateollisuuden tiukat ja haasteelliset vaatimukset. Korroosionkestävyyden parantamisen avaintekijöitä ovat hitsauksen jälkeinen käsittely, kuten hehkuhilseen puhdistus ja passivointi ja/tai sähkökiillotus. Valinta tehdään kuitenkin korroosion tyypin ja voimakkuuden perusteella, useimmiten kuoppakorroosio ja rakokorroosio. Seuraavassa on lyhyt kooste elintarvike- ja virvoitusjuomateollisuudessa käytettävistä materiaaleista: Orgaanisten happojen säilytys (etikka-, rasva-, maitohapot) > 304L Meijerituotteet > 304L, 316L, S31254 tai 926 Sinappi, ketsuppi, suolakurkku, melassivalmisteet > 316L, 904L, S31254, 926 tai super-duplex Sokeri > 316L, duplex Hillot > 316L, 904L, S31254, 926 tai super-duplex Panimo > 304L, duplex (säiliöt) Virvoitusjuomat > 304L, lean-duplex Muut elintarvikkeet > 304L, 316L, lean-duplex Usein valinta päätyy duplex-materiaaleihin niiden edullisen jännityskorroosiomurtuman kestävyyden (esim. sekoittimissa) ja säiliöiden ohuempien seinämien aikaansaamien kustannussäästöjen vuoksi. TIG-hitsaus (GTAW) on yleisimmin käytetty prosessi, koska sillä saadaan korkea laatu, siisteimmät saumat ja korroosionkestävät hitsit ohuilla levyillä ja putkilla. GMAW (MIG/MAG-hitsaus), SMAW (puikkohitsaus) ja FCAW (täytelankahitsaus) ovat myös hyvin yleisiä, jälkimmäistä käytetään pääasiassa säiliöiden hitsaamiseen. 20