Hastelloy B3 ในการประมวลผลกรดไฮโดรคลอริก: ขีดจำกัดและแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด

Hastelloy B3 (UNS N10675) เป็นโลหะผสมโมลิบดีนัม-นิกเกิลมาตรฐาน-ทางอุตสาหกรรมสำหรับการให้บริการกรดไฮโดรคลอริกในเกือบทุกความเข้มข้นและอุณหภูมิ - แต่ประสิทธิภาพของมันขึ้นอยู่กับการรักษาสภาพแวดล้อมของกระบวนการให้ลดลงโดยสิ้นเชิง คู่มือนี้จะอธิบายว่า B3 เก่งตรงไหน จุดไหนที่อาจพังได้ และวิธีการออกแบบและใช้งานอุปกรณ์ที่มีอายุการใช้งานเต็มตามความสามารถของโลหะผสม

Hastelloy B3 in Hydrochloric Acid Processing

Hastelloy B3 ต้านทานกรดไฮโดรคลอริกตลอดช่วงความเข้มข้นเต็มและจนถึงอุณหภูมิจุดเดือด เนื่องจากมีปริมาณนิกเกิล-โมลิบดีนัมสูงทำให้เกิดเมทริกซ์ที่เสถียรซึ่งไม่ต้องอาศัยฟิล์มออกไซด์ป้องกัน ซึ่งแตกต่างจากเหล็กกล้าไร้สนิมที่มีโครเมียม-ซึ่งมี HCl ซึ่ง HCl โจมตีอย่างรุนแรง

HCl เป็นกรดรีดิวซ์ที่รุนแรงและไม่ออกซิไดซ์- ซึ่งจะทำลายชั้นโครเมียมออกไซด์แบบพาสซีฟที่ใช้เหล็กกล้าไร้สนิมและโลหะผสมนิกเกิลที่มีโครเมียมจำนวนมาก- Hastelloy B3 ก้าวข้ามโหมดความล้มเหลวนี้โดยสิ้นเชิง: ความต้านทานการกัดกร่อนของมันมาจากเมทริกซ์นิกเกิลที่ผสมอย่างหนักกับโมลิบดีนัม (ประมาณ 28–30%) แทนที่จะมาจากฟิล์มพาสซีฟบาง ๆ เนื่องจากไม่มีฟิล์มป้องกันให้ HCl หลุดออกไป B3 จึงมีความเสถียรภายใต้สภาวะที่จะทำลายสแตนเลส 316L อย่างรวดเร็วหรือแม้แต่โลหะผสมนิกเกิลที่มีโครเมียมจำนวนมาก-

องค์ประกอบ	Hastelloy B3 (UNS N10675) น้ำหนักทั่วไป %
นิกเกิล (พรรณี)	ยอดคงเหลือ (ประมาณ 65%)
โมลิบดีนัม (Mo)	28.0%–30.0%
โครเมียม (Cr)	1.0%–3.0%
เหล็ก (เฟ)	สูงสุด 1.5%
โคบอลต์ (Co)	สูงสุด 3.0%
แมงกานีส (Mn)	สูงสุด 3.0%
ซิลิคอน (ศรี)	สูงสุด 0.10%
คาร์บอน (ซี)	สูงสุด 0.01%

ตารางที่ 1 องค์ประกอบที่กำหนดของ Hastelloy B3 ต่อ ASTM B335 / UNS N10675

ภายใต้สภาวะรีดิวซ์เพียงอย่างเดียว Hastelloy B3 จะต้านทานกรดไฮโดรคลอริกตลอดช่วงความเข้มข้นเชิงพาณิชย์ทั้งหมด (ประมาณ 1%–37%) ที่อุณหภูมิตั้งแต่สภาพแวดล้อมจนถึงจุดเดือด ทำให้เป็นหนึ่งในอัลลอยด์ไม่กี่ตัวที่สามารถให้บริการ HCl แบบเต็ม-โดยไม่มีการกำหนดความเข้มข้นหรือเพดานอุณหภูมิ

What Concentration and Temperature Limits Apply to Hastelloy B3 in HCl

กรอบประสิทธิภาพกว้างๆ นี้เป็นเหตุผลหลักที่ B3 ถูกระบุสำหรับหน้าที่ของ HCl ตั้งแต่แรก: โลหะผสมที่ทนต่อการกัดกร่อนจำนวนมาก-ได้รับการจัดอันดับสำหรับ HCl ภายในแถบความเข้มข้นหรืออุณหภูมิที่แคบเท่านั้น ทำให้นักออกแบบต้องเปลี่ยนวัสดุเมื่อเงื่อนไขของกระบวนการเปลี่ยนไป B3 จะขจัดข้อจำกัดดังกล่าว - โดยที่กรดยังคงปราศจากชนิดออกซิไดซ์ ซึ่งเป็นคำเตือนที่สำคัญที่จะกล่าวถึงต่อไป

การใช้งาน HCl แบบเต็ม-ทั่วไปสำหรับ Hastelloy B3

การผลิต การจัดเก็บ และการวางท่อส่งกรดไฮโดรคลอริก
ระบบทำความสะอาดกรดดองและโลหะ-
เครื่องปฏิกรณ์เคมีและหม้อต้มซ้ำที่จัดการ HCl บริสุทธิ์
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนในลูปการกู้คืนและการฟื้นฟู HCl

สารปนเปื้อนออกซิไดซ์ - แม้ในปริมาณเล็กน้อย - เป็นสาเหตุหลักของความล้มเหลวของ Hastelloy B3 ที่ไม่คาดคิดในการบริการ HCl เนื่องจากความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสมขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมที่ลดลง และสายพันธุ์ เช่น เฟอร์ริกหรือไอออนคิวริก ออกซิเจนที่ละลายน้ำ และกรดไนตริกสามารถเร่งอัตราการกัดกร่อนได้อย่างรวดเร็ว

เนื่องจากความต้านทานของ B3 มาจากโลหะวิทยาพื้นฐานแทนที่จะเป็นฟิล์มแบบพาสซีฟ จึงไม่ได้รับประโยชน์จากตัวออกซิไดเซอร์เช่นเดียวกับที่เหล็กกล้าไร้สนิมและโครเมียม-มีโลหะผสมจำนวนมาก การปนเปื้อนจากออกซิไดซ์จะดันศักยภาพในการกัดกร่อนของโลหะผสมให้อยู่ในช่วงที่การโจมตีจะเร่งขึ้น - ในบางครั้งอย่างมาก แม้ว่าความเข้มข้นจะวัดเป็นส่วนในล้านส่วนก็ตาม นี่เป็นสาเหตุเดียวที่พบบ่อยที่สุดของความล้มเหลวก่อนกำหนดในอุปกรณ์ B3 ที่ระบุอย่างถูกต้อง

แหล่งที่มาทั่วไปของการปนเปื้อนออกซิไดซ์

ออกซิเจนที่ละลายน้ำจากการไล่อากาศไม่เพียงพอหรืออากาศเข้าที่ซีลและช่องระบายอากาศของปั๊ม
เฟอริกคลอไรด์ (FeCl₃) หรือคิวริกคลอไรด์ (CuCl₂) ที่ถูกนำมาจากกระบวนการละลายโลหะขั้นต้น-
การปนเปื้อนข้าม-โดยอุบัติเหตุด้วยกรดออกซิไดซ์ เช่น กรดไนตริกหรือกรดโครมิก
ก๊าซคลอรีนหรือไฮโปคลอไรต์ที่ตกค้างจากขั้นตอนการฟอกสีต้นน้ำหรือการฆ่าเชื้อ
ทีมงานกระบวนการควรถือว่าการแยกออกซิไดเซอร์เป็นข้อกำหนดการออกแบบ ไม่ใช่รายละเอียดการดูแลทำความสะอาด - แต่เป็นตัวแปรเดียวที่กำหนดว่า B3 จะทำงานเต็มศักยภาพหรือล้มเหลวก่อนกำหนด

Hastelloy B3 ให้ความเสถียรทางความร้อนที่ดีกว่าและ-ต้านทานการกัดกร่อนของรอยเชื่อมมากกว่า Hastelloy B2 รุ่นเก่าใน HCl บริสุทธิ์ที่ไม่ออกซิไดซ์- ในขณะที่ Hastelloy C-276 เป็นตัวเลือกที่ดีกว่าเมื่อใดก็ตามที่กระแสกระบวนการประกอบด้วยสารปนเปื้อนออกซิไดซ์ เนื่องจากปริมาณโครเมียมและทังสเตนของ C-276 ช่วยคืนความต้านทานต่อสภาพแวดล้อมของกรดผสมหรือออกซิไดซ์ที่ B3 ไม่สามารถทนได้

คุณลักษณะ	ฮาสเตลลอย B3 (N10675)	ฮาสเตลลอย B2 (N10665)	ฮาสเตลลอย C-276 (N10276)
กลยุทธ์การผสมเบื้องต้น	Ni-Mo สูง มีเสถียรภาพทางความร้อนดีขึ้น	ไฮนี-โม คนรุ่นเก่า	Ni-Mo-Cr สำหรับสภาพแวดล้อมแบบผสม
สภาพแวดล้อมที่ดีที่สุด	บริสุทธิ์ ลด HCl / H₂SO₄	บริสุทธิ์ ลด HCl / H₂SO₄	ของผสมออกซิไดซ์และกรดผสม
ความไวต่อสารออกซิไดซ์	สูง - หลีกเลี่ยงโดยสิ้นเชิง	สูง - หลีกเลี่ยงโดยสิ้นเชิง	ทนต่อสายพันธุ์ออกซิไดซ์ปานกลาง
เป็น-ความต้านทานการกัดกร่อนของรอยเชื่อม	ปรับปรุงมากกว่า B2	มีแนวโน้มที่จะเกิดปัญหาการตกตะกอนของ HAZ	ดี ทนทานต่ออาการแพ้จากการเชื่อม
กรณีการใช้งานทั่วไป	การประมวลผล HCl แบบเต็มช่วง-	อุปกรณ์ HCl รุ่นเก่า (ส่วนใหญ่ถูกแทนที่ด้วย B3)	กรดผสม หลุม/รอยแยก-บริการที่มีแนวโน้ม

ตารางที่ 2 การอ้างอิงการเลือกโลหะผสมเปรียบเทียบสำหรับกรดไฮโดรคลอริกและบริการกรดรีดิวซ์{1}}ที่เกี่ยวข้อง

Hastelloy B3 ได้รับการพัฒนาโดยเฉพาะเพื่อต้านทานปัญหาการตกตะกอนของโซน-ที่ได้รับผลกระทบ-ด้วยความร้อน ซึ่งจำกัดรุ่นก่อนหน้าอย่าง Hastelloy B2 ดังนั้นมันจึงคงไว้ซึ่งความแข็งแกร่งในฐานะ-ความต้านทานการกัดกร่อนของรอยเชื่อม - แต่การป้อนความร้อนต่ำ การใช้โลหะเติมที่เข้ากัน และ-โซลูชันการอบอ่อนหลังการเชื่อมสำหรับการบริการที่สำคัญยังคงเป็นแนวปฏิบัติที่ดีที่สุดในการรับประกันประสิทธิภาพสูงสุด

What Welding and Fabrication Practices Preserve Corrosion Resistance in Hastelloy B3

การเชื่อมโลหะผสมนิกเกิล-โมลิบดีนัมจะทำให้เกิด-โซนที่ได้รับผลกระทบ (HAZ) ซึ่งโลหะจะมีอุณหภูมิถึงอุณหภูมิช่วงสั้นๆ ซึ่งสามารถตกตะกอนเฟสทุติยภูมิที่ขอบเขตของเกรน ซึ่งจะลดความต้านทานการกัดกร่อนเฉพาะที่ เคมีของ B3 ได้รับการออกแบบมาเพื่อชะลอการตกตะกอนนี้เมื่อเทียบกับ B2 ทำให้ผู้ผลิตมีหน้าต่างการเชื่อมที่ปลอดภัยกว้างขึ้น อย่างไรก็ตาม แนวทางปฏิบัติต่อไปนี้ยังคงเป็นมาตรฐานสำหรับอุปกรณ์บริการ HCl- ซึ่งความล้มเหลวมีผลกระทบสูง:

ใช้โลหะเติม Hastelloy B3 ที่ตรงกันเพื่อหลีกเลี่ยงการเจือจาง-จุดอ่อนที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อม
ควบคุมความร้อนขาเข้าและอุณหภูมิระหว่างทางเพื่อลดเวลาที่ใช้ในช่วงอุณหภูมิที่ทำให้เกิดความไว
ระบุการหลอมสารละลายหลังการเชื่อมสำหรับส่วนที่หนา การเชื่อมหลาย- หรือภาชนะที่ใช้งานหนักอย่างต่อเนื่อง
ตรวจสอบรอยเชื่อมเพื่อการแทรกซึมที่เหมาะสมและปราศจากรอยแยก ซึ่งสามารถดักจับกรดนิ่งและสารปนเปื้อนออกซิไดซ์ที่มีความเข้มข้นเฉพาะที่

ประสิทธิภาพ B3 ระยะยาว-ที่เชื่อถือได้ในบริการ HCl ขึ้นอยู่กับ-การควบคุมระดับ - การกำจัดอากาศ การยกเว้นการปนเปื้อน และการแยกกัลวานิก - มากเท่าที่ขึ้นอยู่กับโลหะผสม ดังนั้นการออกแบบอุปกรณ์และขั้นตอนการปฏิบัติงานจึงต้องถือว่าการควบคุมออกซิไดเซอร์เป็นข้อกำหนดอันดับหนึ่ง-

รายการตรวจสอบการออกแบบและการดำเนินงาน

กำจัดอากาศในกระบวนการผลิตและปิดถังด้วยก๊าซเฉื่อย (โดยทั่วไปคือไนโตรเจน) เพื่อแยกออกซิเจนที่ละลายในน้ำออก
ตรวจสอบเคมีของกระบวนการต้นทางเพื่อป้องกันเฟอร์ริก คิวปริก หรือไอออนออกซิไดซ์อื่นๆ เข้าสู่วงจร B3
หลีกเลี่ยงการเชื่อมต่อกัลวานิกระหว่าง B3 และโลหะผสมมีตระกูลอื่นๆ หรือการปนเปื้อนจากเศษโลหะที่แตกต่างกัน ซึ่งสามารถสร้างสภาวะออกซิไดซ์เฉพาะที่
กำจัดรอยแยกและโซนนิ่งในการออกแบบอุปกรณ์ เนื่องจากกรดที่ติดอยู่สามารถทำให้สารปนเปื้อนสะสมความเข้มข้นในพื้นที่เมื่อเวลาผ่านไป
ตรวจสอบคุณภาพกรดที่เข้ามาตามข้อกำหนดการปนเปื้อนที่กำหนดไว้ก่อนนำไปใช้กับอุปกรณ์ B3
รักษาความสามารถในการตรวจสอบย้อนกลับของวัสดุและการรับรองโรงงานได้อย่างแม่นยำ เนื่องจากควรใช้โลหะผสมที่ตรงตามขีดจำกัดทางเคมีของ ASTM B335/B366/B564 เท่านั้นสำหรับบริการ HCl เต็มรูปแบบ-

ความล้มเหลวของ Hastelloy B3 ที่พบบ่อยที่สุดในบริการ HCl คือการเร่งการกัดกร่อนทั่วไปจากการปนเปื้อนของออกซิไดเซอร์ที่ไม่มีใครสังเกต การเกิดหลุมเฉพาะที่ซึ่งคลอไรด์รวมกับสายพันธุ์ออกซิไดซ์ และการโจมตีก่อนเวลาอันควรที่รอยแยกหรือข้อบกพร่องในการเชื่อม - เกือบทั้งหมดสืบย้อนไปถึงการสลายในการลด-การควบคุมสภาพมากกว่าข้อจำกัดของตัวโลหะผสมเอง

Hastelloy B3 Is Misapplied

การกัดกร่อนทั่วไปแบบเร่งขึ้น: เกิดจากการที่สารออกซิไดเซอร์ระดับต่ำ-เข้าไปอย่างต่อเนื่อง (เช่น ระบบกำจัดอากาศที่ล้มเหลว) ส่งผลให้สูญเสียความหนาของผนัง-ก่อนอายุการใช้งานของการออกแบบ

การเกิดรูพรุนเฉพาะจุด: เกิดขึ้นเมื่อคลอไรด์ไอออนและออกซิไดเซอร์ปริมาณน้อยรวมตัวกันที่ข้อบกพร่องที่พื้นผิว รอยตัดด้านล่างของรอยเชื่อม หรือการสะสมตัว
การโจมตีจากรอยแยก: เกิดขึ้นที่หน้าปะเก็น จุดเชื่อมต่อที่เป็นเกลียว หรือใต้สิ่งสะสมซึ่งกรดนิ่งช่วยให้สารปนเปื้อนเข้มข้น
การเร่งความเร็วด้วยกัลวานิก: เป็นผลมาจากการสัมผัสโลหะมีตระกูลหรือเศษซากโดยไม่ได้ตั้งใจ ส่งผลให้ศักยภาพในการกัดกร่อนในท้องถิ่นเปลี่ยนไปอย่างไม่เป็นผลดี

ในทางปฏิบัติ กรณีที่มีการบันทึกไว้ของความล้มเหลว B3 ก่อนกำหนดมักจะย้อนกลับไปที่กระบวนการที่ไม่ปกติหรือรายละเอียดการออกแบบที่ทำให้เกิดการปนเปื้อนจากออกซิไดซ์หรือความเมื่อยล้า - ซึ่งเสริมว่าการเลือกวัสดุและการควบคุมกระบวนการจะต้องได้รับการออกแบบร่วมกัน ไม่ถือว่าเป็นการตัดสินใจที่แยกจากกัน

ใช่ ภายใต้สภาวะรีดิวซ์เพียงอย่างเดียว Hastelloy B3 จะต้านทาน HCl ตลอดช่วงความเข้มข้นเชิงพาณิชย์เต็มรูปแบบ ตั้งแต่แบบเจือจางไปจนถึงแบบเข้มข้น ที่อุณหภูมิจนถึงจุดเดือด ประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับการยกเว้นสิ่งปนเปื้อนออกซิไดซ์ ไม่ใช่การคงอยู่ภายในแถบความเข้มข้นที่แคบ

Hastelloy B3 ทนทานต่อกรดซัลฟิวริกและกรดไฮโดรคลอริกหรือไม่

ใช่. Hastelloy B3 ยังทำงานได้ดีในกรดซัลฟิวริกที่ไม่-ออกซิไดซ์ตลอดช่วงความเข้มข้นและอุณหภูมิที่กว้าง โดยใช้กลไกความต้านทานพื้นฐานแบบเดียวกัน - เมทริกซ์โมลิบดีนัมนิกเกิลที่ไม่-พาสซีฟ-ที่เสถียรและไม่ได้รับผลกระทบจากการลดกรดอย่างรุนแรง

Hastelloy B3 สามารถใช้ได้หากกระแสกระบวนการมีออกซิเจนละลายน้ำเป็นครั้งคราวหรือไม่

การได้รับออกซิเจนเป็นครั้งคราวหรือตามปริมาณปกติในโรงงานจริง และไม่ทำให้เกิดความเสียหายโดยอัตโนมัติ แต่การสัมผัสออกซิไดเซอร์อย่างต่อเนื่องหรือซ้ำๆ จะเร่งการกัดกร่อนเมื่อเวลาผ่านไป ระบบกระบวนการควรได้รับการออกแบบเพื่อลดการซึมผ่านของออกซิเจน แทนที่จะอาศัยโลหะผสมในการทนต่อมันอย่างไม่มีกำหนด

ควรใช้ Hastelloy C-276 แทน B3 หากไม่สามารถหลีกเลี่ยงสารออกซิไดเซอร์ได้หรือไม่

ใช่. หากไม่สามารถรักษากระแสกระบวนการให้ปราศจากสิ่งปนเปื้อนออกซิไดซ์ได้อย่างน่าเชื่อถือ - เนื่องจากเคมีขั้นต้นน้ำ การสัมผัสกับกรดผสม หรือการซึมของอากาศเป็นระยะๆ - โดยทั่วไปแล้ว Hastelloy C-276 เป็นตัวเลือกที่แข็งแกร่งกว่า เนื่องจากมีโครเมียมและทังสเตนให้ความต้านทานต่อสภาพแวดล้อมออกซิไดซ์และผสมที่ B3 ขาด

การเชื่อมลดความต้านทานการกัดกร่อนของ Hastelloy B3 ลงอย่างมากหรือไม่

Hastelloy B3 ได้รับการพัฒนาโดยเฉพาะเพื่อลดปัญหาการกัดกร่อนของโซน-ที่ได้รับผลกระทบ-จากความร้อนที่พบในโลหะผสม B2 รุ่นเก่า ดังนั้นการเชื่อมอย่างเหมาะสมโดยใช้โลหะตัวเติมที่เข้าคู่กันจึงคงความต้านทานการกัดกร่อนได้ดี ยังคงแนะนำให้ใช้โซลูชันการเชื่อมหลัง-สำหรับส่วนที่หนาหรือบริการ-ที่มีความสำคัญและมีผลกระทบสูง