Zirkoniumkorrosionsbestandighed i salpeter- og fosforsyreservice

Hvorfor Zirconium er valgt til aggressiv kemisk service

Zirconium er et reaktivt metal, hvis korrosionsbestandighed kommer fra en tynd, sej og selv-reparerende oxidfilm. Når først den film er dannet i luft eller i et oxiderende medium, modstår metallet mange processtrømme, der ødelægger kulstofstål og endda rustfrit stål. Ulegeret industrielt zirconium leveres som strimmel, plade og plade til ASTM B551/B551M, som stang og wire til ASTM B550/B550M, og som sømløst eller svejset rør til ASTM B523/B523M, så det kan specificeres som et fuldt kontrolleret materiale til konstruktion til tryksøjler, pumpeanlæg, kemiske anlæg, kemiske anlæg.

Korrosionsadfærd i salpetersyre

Zirkonium har god korrosionsbestandighed i 95% salpetersyre under 200 grader. Den passive film forbliver stabil, så længe syren forbliver oxiderende og bevarer et minimum af vandindhold. I tør rød rygende salpetersyre er situationen anderledes: Som med titanium kan hurtig oxidation og endda eksplosiv reaktion udløses, når vandindholdet og balancen mellem ilt og nitrogenoxid falder uden for det sikre vindue. Den etablerede modforanstaltning er at holde en defineret balance mellem vanddamp og ilt i damprummet over væsken i stedet for at stole på metallet alene.

Ensartede korrosionshastigheder i salpetersyre er lave, alligevel er zirconium modtagelig for spændingskorrosionsrevner. Risikoen skal vurderes på tværs af hele spektret af salpetersyrekoncentrationer og temperaturer af interesse, i koncentrerede såvel som fortyndede medier, og den styres hovedsageligt gennem metallurgi og fremstillingsdisciplin: fuldt udglødet materiale, lav restspænding og -revnefri svejsninger.

De praktiske konsekvenser for udstyrsdesign er ligetil. Damprum bør vurderes lige så omhyggeligt som væsken, da kondensatkemi kan adskille sig markant fra bulksyrekemi, og områder, hvor væske kan fordampe og koncentrere sig, fortjener særlig opmærksomhed.

Korrosionsadfærd i fosforsyre

Zirconium er korrosionsbestandigt i kogende fosforsyre ved koncentrationer under 60%. Ved 60 % H3PO4 stiger korrosionshastigheden kraftigt, når temperaturen stiger, så det anvendelige vindue indsnævres hurtigt over den koncentration. For at vurdere, om zirconium passer til en given fosforsyrepligt, skal den faktiske sammensætning af mediet bestemmes først, fordi det normalt er de mindre bestanddele snarere end syren selv, der bestemmer resultatet.

Fluorid (F-) er markant ugunstigt for zirconiums korrosionsbestandighed og skal begrænses tæt, mens P2O5 til stede i procesvæsken fungerer som en effektiv korrosionsinhibitor. Fosforsyreanlæg til våd-proces sammenligner derfor den fulde væskeanalyse, temperaturprofilen og det forventede fluoridniveau, før de går over til zirconium til varmevekslere, genopvarmere, omrørere eller rør.

Servicekuvert med et blik

Medium og stand	Zirconium adfærd	Designnote
95% salpetersyre, under 200 grader	God korrosionsbestandighed	Oxiderende,-vandholdig syre holder den passive film stabil
Tør rød rygende salpetersyre	Risiko for hurtig oxidation	Oprethold et afbalanceret vanddamp- og iltniveau i damprummet
Salpetersyre, koncentreret eller fortyndet	Lav ensartet hastighed, revnedannelse muligt	Fuldstændig udglødning, undgå resterende trækspænding, kvalificere svejsning
Fosforsyre under 60%, kogende	Korrosionsbestandig	Bekræft væskesammensætningen før valg
Fosforsyre ved 60% og stigende temperatur	Korrosionshastigheden stiger kraftigt	Indstil en konservativ maksimal driftstemperatur
Fosforsyre indeholdende fluor	Angreb accelereret af F-	Begræns fluorid; P2O5 indhold virker som en hæmmer

Fremstillings- og designpraksis

Fuldt udglødede og svejsede komponenter for at fjerne resterende trækspænding og reducere revnerisiko.

Svejs under inert gasafskærmning med kvalificerede procedurer, og hold varmetilførsel og interpass-temperatur under kontrol.

Udelad fluorholdige-rengøringsmidler, bejdsningsrester og mærkningsblæk fra overfladen af ​​færdigt udstyr.

Design til fuldstændig dræning og undgå sprækker og stillestående zoner, hvor aggressive arter kan koncentrere sig.

Tag højde for brintoptagelse og hydriddannelse, når udstyr fungerer i våd, brint-ladet eller katodisk beskyttet tjeneste.

Kontroller termisk ekspansion, lav varmeledningsevne og gnidningstendenser, når du vælger rør-til-rørpladesamlinger og fastgørelseselementer.

Typiske applikationer

Zirkoniumudstyr bruges til salpetersyrekølere og kondensatorer, udstyr til urea- og ammoniumnitratanlæg, fosforsyrevarmevekslere og -kedler, organiske kemiske reaktorer, rør og ventiler, der håndterer varme oxiderende syrer, samt salt- og svovlsyreservice, hvor koncentrationen og temperaturen udelukker billigere alternativer. Den samme kombination af korrosionsbestandighed og varmeoverførselsydelse understøtter også brug i specialinstrumenter, kemiske pumper og laboratorieapparater.

Ofte stillede spørgsmål

Q: Er zirconium resistent over for salpetersyre i alle koncentrationer?
Den modstår godt 95 % salpetersyre under 200 grader, men tør rød rygende salpetersyre kræver damp-fasekontrol, og spændingskorrosionsrevner skal tages i betragtning på tværs af både koncentrerede og fortyndede opgaver.

Spørgsmål: Hvorfor er spændingskorrosion et problem i salpetersyre?
Fordi den ensartede korrosionshastighed er lav, men legeringen kan revne under trækspænding i HNO3-service, så restspænding og svejsekvalitet, ikke kun korrosionsgodtgørelser, styrer udstyrets levetid.

Q: Hvordan påvirker fluor zirconium i fosforsyre?
Fluor accelererer kraftigt angreb og skal begrænses, mens P2O5 naturligt til stede i processyre virker hæmmende og forbedrer udsigterne.

Q: Ved hvilken fosforsyrekoncentration holder zirconium op med at være egnet?
Det er korrosionsbestandigt i kogende syre under 60%; ved 60 % stiger korrosionshastigheden kraftigt med temperaturen, så højere koncentrationer kræver en vurdering-til-tilfælde af den virkelige væske.

Q: Hvilke standarder dækker industrielle zirkoniummølleprodukter?
ASTM B551/B551M dækker bånd, plade og plade, ASTM B550/B550M dækker stang og tråd, og ASTM B523/B523M dækker sømløse og svejste rør til generel korrosionsbestandig-service.

Q: Hvad er det mest nyttige trin, før du bestiller zirkoniumudstyr?
Etabler den sande sammensætning af procesmediet, inklusive fluorid-, vand- og inhibitorniveauer, ved hver temperatur udstyret vil se, inklusive nedluknings- og rengøringsforhold.