Che cos'è la desolforazione dei gas di combustione (FGD)?
La desolforazione dei gas di scarico (FGD) è la tecnologia dominante per la rimozione del biossido di zolfo (SO2) dalle emissioni dei gas di scarico delle centrali elettriche alimentate a carbone-e a olio combustibile pesante. Il carbone contiene lo 0,5-5% di zolfo in peso; quando viene bruciato, lo zolfo si ossida in SO2, causando piogge acide, malattie respiratorie e formazione di particolato fine. I sistemi FGD catturano il 90-99% di questa SO2 prima che i gas di scarico vengano rilasciati nell'atmosfera.
La configurazione FGD più comune è lo scrubber a umido (desolforazione dei gas di combustione a umido, WFGD). In uno scrubber a umido, i gas di combustione vengono messi in contatto con un impasto calcareo (principalmente carbonato di calcio, CaCO3) o acqua di mare in una grande torre di assorbimento. La SO2 reagisce con l'impasto liquido per formare gesso (solfato di calcio diidrato, CaSO4-2H2O) o altri sottoprodotti. Il gas pulito viene quindi riscaldato e rilasciato attraverso il camino.
Come funziona uno scrubber FGD a umido
Passaggio 1 - Ingresso fumi
Il gas di scarico caldo (120-180°C) entra nella torre dell'assorbitore dal preriscaldatore dell'aria. I precipitatori elettrostatici (ESP) o i filtri a maniche rimuovono prima le particelle di ceneri volanti.
Fase 2 - Raffreddamento e tempra del gas
Il gas viene raffreddato a 50-80°C mediante ricircolo di spruzzi di impasto liquido. A queste temperature la solubilità della SO2 in acqua aumenta notevolmente.
Fase 3 - Assorbimento di SO2
The gas contacts counter-current limestone slurry (pH 5.0-6.0) in the absorber packing. SO2 + H2O -> H2SO3 (sulfurous acid); then H2SO3 + CaCO3 ->CaSO3 + CO2 + H2O. La reazione produce solfito di calcio (CaSO3).
Passaggio 4 - Ossidazione e formazione del gesso
Compressed air is injected into the slurry tank (oxidation air duct). CaSO3 + 1/2 O2 + 2H2O ->CaSO4-2H2O (gesso). L'impasto liquido di gesso viene disidratato per produrre gesso di qualità commerciale (utilizzato nel muro a secco e nel cemento).
Passaggio 5 - Uscita del gas ripulito e rilascio dello stack
Il gas pulito passa attraverso un eliminatore di nebbia (dismister) per rimuovere le goccioline, viene riscaldato a 80-100°C da un riscaldatore di gas (GHR) ed esce attraverso il camino.
Perché gli ambienti FGD sono altamente corrosivi
Il liquame FGD all'interno di uno scrubber a umido è uno degli ambienti con corrosione multi-fattore più aggressivi nell'industria moderna. Una singola torre assorbente FGD può subire contemporaneamente tutti i seguenti meccanismi di corrosione:
Tabella 1: Ambiente di corrosione FGD - Dieci fattori di corrosione simultanei e loro effetto su 316L rispetto a C276
| Fattore di corrosione | Valore FGD tipico | Effetto sull'acciaio inossidabile 316L | Meccanismo di resistenza C276 |
pH liquame (operativo)
| 4,5-6,0 (assorbitore); 0-2 (pulizia acida)
| Vaiolatura e corrosione interstiziale al di sotto di pH 4,5
| Mo 15-17% fornisce resistenza al pH basso
|
Concentrazione di cloruro
| 10.000-80.000 ppm (liquame riciclato)
| CSCC superiore a 50 ppm Cl- a 50°C+; vaiolatura superiore a 500 ppm
| Ni elevato (57%) sopprime il CSCC; Mo sopprime la vaiolatura
|
Ossigeno disciolto (DO)
| 2-8 ppm (aria di ossidazione presente)
| Accelera la corrosione generale e per vaiolatura
| Il Cr 14,5-16,5% forma una pellicola passiva stabile al Cr2O3
|
Temperatura
| 50-95C (operativo); 120-150°C (zona ingresso gas)
| Raddoppia il tasso di corrosione per ogni aumento di 10°C (Arrhenius)
| Film passivo stabile fino a 200°C in impasto FGD
|
Acido solforico (H2SO4)
| 5-30% in liquame (sottoprodotto)
| Aggressive reducing acid; 316L pitting rate >1 mm/anno in H2SO4 al 10%.
| C276 resiste fino al 70% di H2SO4 a 80°C; 15-17% Mo
|
Acido fluoridrico (HF)
| Traccia (dal silicato nel carbone)
| Anche tracce di HF dissolvono la pellicola protettiva SiO2 su 316L; provoca una rapida vaiolatura
| C276 non influenzato dalla traccia HF; La base Ni resiste al fluoruro acido
|
Particelle abrasive di gesso
| 10-20% di solidi in peso; Particelle da 10-100 µm
| Erosione-corrosione in corrispondenza di curve e flusso-aree disturbate
| L'elevata durezza e tenacità resistono all'erosione; La pellicola di Cr2O3 si riforma-dopo l'abrasione
|
Cicli termici
| Cicli di spegnimento/avvio giornalieri da 50 a 180°C
| Cricche da fatica termica nelle saldature; rottura del film di ossido
| Basso coefficiente di dilatazione termica; nessuna trasformazione di fase
|
Ioni solfito (SO3 2-)
| 500-2.000 ppm in liquame
| Agente riducente aggressivo; favorisce la corrosione dei sottodepositi
| C276 resiste agli ambienti riducenti grazie al contenuto di Mo
|
Sensibilizzazione HAZ saldatura
| Le zone di saldatura raggiungono i 600-850°C durante la saldatura
| 316L HAZ soffre di deplezione di Cr; diventa anodico rispetto al metallo base
| Il niobio (Nb < 0,35%) in C276 sopprime la sensibilizzazione HAZ
|
La chimica di Hastelloy C276 - e perché domina la FGD
Hastelloy C276 (UNS N10276)è una lega di nichel-molibdeno-cromo sviluppata da Haynes International (ex Cabot Corporation). È stato introdotto negli anni '60 appositamente per applicazioni in cui l'acciaio inossidabile non poteva sopravvivere. La "C" in C276 si riferisce alla "famiglia C-" delle leghe Hastelloy, caratterizzate da un elevato contenuto di molibdeno (15-17%) e cromo (14,5-16,5%), che conferisce loro un'eccezionale resistenza sia agli ambienti ossidanti che corrosivi riducenti.
Tabella 2: Hastelloy C276 (UNS N10276) - Chimica completa secondo ASTM B575 e ruolo nella resistenza alla corrosione FGD
| Elemento | ASTM B575 minimo | ASTM B575Max | Analisi termica tipica (%) | Ruolo nella resistenza alla corrosione FGD |
Nichel (Ni)
| 57.0
| -
| 57.5-59.0
| Elemento di base; sopprime la tensocorrosione indotta da Cl (CSCC); mantiene la duttilità a pH basso
|
Molibdeno (Mo)
| 15.0
| 17.0
| 15.5-16.5
| Resistenza primaria alla vaiolatura e alla corrosione interstiziale; consente la resistenza agli acidi riducenti (H2SO4, HCl, HF)
|
Cromo (Cr)
| 14.5
| 16.5
| 15.5-16.5
| Forma una pellicola passiva stabile di ossido di cromo (Cr2O3); fornisce resistenza all'ossidazione nell'atmosfera dei gas di scarico
|
Ferro (Fe)
| 4.0
| 7.0
| 5.0-6.0
| Stabilizzatore di austenite-economico; mantiene la struttura
|
Tungsteno (W)
| 3.0
| 4.5
| 3.5-4.0
| Resistenza secondaria alla vaiolatura (W sinergizza con Mo); si aggiunge al contributo PREN
|
Carbonio (C)
| -
| 0.010
| 0.001-0.005
| Il carbonio ultra-basso previene la sensibilizzazione nella zona HAZ di saldatura; massimo 0,01% secondo ASTM B575
|
Silicio (Si)
| -
| 0.08
| 0.02-0.05
| Deve essere mantenuto al di sotto dello 0,08% - di Si causa infragilimento della saldatura
|
Manganese (Mn)
| -
| 1.00
| 0.50-0.80
| Disossidante; migliora la lavorabilità a caldo
|
Fosforo (P)
| -
| 0.040
| <0.015
| Deve essere ridotto al minimo. - P elevato favorisce il cracking da liquazione della HAZ
|
Zolfo (S)
| -
| 0.030
| <0.005
| Deve essere ridotto al minimo. - S elevato favorisce il cracking a caldo
|
Vanadio (V)
| -
| 0.35
| 0.10-0.30
| Rinforzante; migliora la resistenza all'ossidazione
|
Cobalto (Co)
| -
| 2.50
| <0.50
| Elemento minore; non influisce in modo significativo sulla resistenza alla corrosione
|
Formula PREN e perché domina C276
Il numero equivalente di resistenza alla vaiolatura (PREN) è il parametro standard del settore per confrontare la resistenza alla vaiolatura e alla corrosione interstiziale dell'acciaio inossidabile e delle leghe di nichel. La formula tiene conto dei contributi di cromo (resistenza all'ossidazione), molibdeno (resistenza alla vaiolatura) e azoto (resistenza alla vaiolatura e stabilità):
PREN=%Cr + 3.3 x %Mo + 16 x %N
Tabella 3: Confronto PREN - Hastelloy C276 rispetto agli acciai inossidabili e alle leghe di nichel nel servizio FGD
| Materiale (UNS) | Cr (%) | Mo (%) | N (%) | W (%) | PREN calcolato | Durata utile FGD (anni) | Consigliato per FGD? |
304L (S30403)
| 18-20
| 0
| 0.10
| 0
| 18-20
| 0,5-1,5 (vaiolatura grave)
| NO - non valutato
|
316L (S31603)
| 16-18
| 2.0-3.0
| 0.02-0.10
| 0
| 24-30
| 1,5-3,0 (CSCC + vaiolatura)
| NO - non riesce in FGD
|
904L (N08904)
| 19-23
| 4.0-5.0
| 0.015
| 0
| 35-40
| 3-8 (corrosione localizzata)
| NO - marginale in FGD
|
254 SMO (S31254)
| 19.5-20.5
| 6.0-7.0
| 0.20-0.25
| 0
| 44-50
| 5-10 (alcune zone FGD)
| Solo assorbitore MARGINALE -
|
254 SMO (alto Mo)
| 20-22
| 7.0-8.0
| 0.25
| 0
| 50-56
| 8-15
| MARGINALE - servizio limitato
|
2507 Super duplex (S32750)
| 24-26
| 3.0-5.0
| 0.24-0.32
| 0
| 40-43
| 8-15 (interstizio limitato)
| MARGINALE - solo zone liquame
|
Lega 625 (N06625)
| 20-23
| 8-10
| 0.02-0.10
| 0
| 45-52
| 10-20 (alcune zone FGD)
| PARZIALE - solo componenti interni dell'assorbitore
|
Lega 59 (N06059)
| 22-24
| 15-16
| 0.01-0.05
| 0
| 61-66
| 15-25
| BUONO - migliore di 625
|
Hastelloy C276 (N10276)
| 14.5-16.5
| 15-17
| 0.01-0.05
| 3-4.5
| 69-73
| 25-40+ (provato)
| SÌ - materiale FGD primario
|
Hastelloy C22 (N06022)
| 20-22.5
| 12.5-14.5
| 0.01-0.05
| 2.5-3.5
| 65-71
| 25-40+ (provato)
| SÌ - uguale a C276
|
Componenti del sistema FGD e selezione dei materiali
Un sistema FGD a umido è costituito da più componenti, ciascuno con diversi ambienti di corrosione e requisiti di materiale. La selezione del materiale deve essere adattata alla zona specifica all'interno dello scrubber.
Tabella 4: Componenti del sistema FGD - Ambiente di corrosione e matrice di selezione dei materiali
| Zona/Componente FGD | Temperatura (C) | pH (operativo) | Cl- (ppm) | H2SO4 (%) | Materiale richiesto | Perché non 316L? |
Involucro della torre assorbente (rivestimento interno)
| 50-80
| 4.5-6.0
| 10,000-60,000
| 5-20
| Lamiera Hastelloy C276/rivestimento saldato C276 su acciaio al carbonio
| 316L pitting rate >1 mm/anno; CSCC dentro<24 months
|
Involucro della torre assorbitore (esterno)
| 50-80
| N/D (ambiente)
| N/A
| N/A
| Acciaio al carbonio + rivestimento in gomma o piastra rivestita C276
| Ambiente esterno ma isolamento necessario per il gradiente termico
|
Condotto dell'aria di ossidazione
| 50-85
| 4.0-5.5
| 15,000-50,000
| 3-15
| Lastra Hastelloy C276; Rivestimento di saldatura C276 su CS
| DO elevato + liquame=grave erosione-corrosione; 316L fallisce<5 years
|
Condotto di aspirazione fumi
| 120-180
| N/D (solo gas)
| <100 (before scrubbing)
| <0.1
| Acciaio al carbonio + refrattario + riporto di saldatura C276 alle curve
| Nella zona di ingresso: temperatura del gas 120-180°C, presente un po' di SO2; C276 necessario in curva (erosione)
|
Condotto di uscita dei fumi (gas depurato)
| 70-100
| N/D (solo gas)
| <500
| <0.1
| Lastra Hastelloy C276 o rivestimento saldato C276 su CS
| L'elevata velocità del gas trasporta particelle di gesso; erosione-corrosione in corrispondenza delle curve; inoltre potenziale formazione di condensa acida durante l'avvio
|
Area di demister (eliminatore di nebbia).
| 55-80
| 5.0-6.0
| 10,000-40,000
| 2-8
| Elementi in rete metallica Hastelloy C276 o 254 SMO
| Gas saturo + trascinamento di goccioline=potenziale film acido sulle superfici; 316L si forerebbe nelle zone delle goccioline
|
Tubazioni di ricircolo dei liquami
| 50-80
| 4.5-6.0
| 10,000-60,000
| 5-20
| Tubo Hastelloy C276 o rivestimento saldato C276 su tubo CS
| High-velocity slurry with gypsum; 316L erosion rate >0,5 mm/anno
|
Serbatoio di disidratazione del gesso
| 40-60
| 5.5-6.5
| 5,000-20,000
| 1-5
| 316L o 904L accettabili; 316L adeguato qui
| Cl- e temperatura inferiori; 316L accettabile se la velocità del liquame<3 m/s
|
Serbatoio di alimentazione dei liquami calcarei
| 30-50
| 6.0-7.0
| 2,000-10,000
| <1
| 316L accettabile
| Leggermente acido; Il 316L funziona adeguatamente al di sotto di pH 5,5 e al di sotto di 50°C
|
Tubazioni dell'acqua di servizio (acqua grezza)
| 20-40
| 7.0-8.0
| <500
| <0.1
| 316L o 304L accettabili
| Cl molto basso-; 316L/304L sono scelte-economiche in questo caso
|
Serbatoi di stoccaggio dei reagenti (calcare)
| Ambiente
| N/D (solido)
| Trascurabile
| Trascurabile
| Acciaio al carbonio
| Ambiente non-corrosivo; non è necessaria alcuna lega di nichel
|
Camino (camino dei fumi, rivestito)
| 70-100 (interno)
| N/A (gas depurato)
| <500
| <0.1
| Acciaio al carbonio con rivestimento refrattario; C276 alla transizione dell'ingresso del gas
| Gas depurato a basso contenuto di Cl-; rivestimento refrattario adeguato; C276 solo nella zona di transizione in ingresso
|
Hastelloy C276 Proprietà meccaniche e fisiche
Tabella 5: Proprietà meccaniche e fisiche di Hastelloy C276 secondo ASTM B575 e ASME BPVC Sezione II
| Proprietà | Valore (Lamiera Ricotta) | Valore (soluzione trattata) | Rilevanza per l'applicazione FGD |
Resistenza alla trazione (UTS)
| 760 MPa (110 ksi) minimo
| 690-830 MPa tipico
| Adeguato per la pressione di progettazione del vaso di assorbimento (tipicamente<10 bar operating)
|
Limite di snervamento (compensazione dello 0,2%)
| 355 MPa (50 ksi) min
| 310-380 MPa tipico
| Base di progettazione per i calcoli dello spessore delle pareti dei recipienti a pressione
|
Allungamento in 50mm
| 30% minimo (ASTM B575)
| 30-50% tipico
| L'elevata duttilità - assorbe le sollecitazioni del ciclo termico senza fessurarsi
|
Durezza
| 201 HBmax (ricotto)
| 180-201 HB tipico
| Durezza moderata; non è una lega resistente all'usura-ma sufficiente per la gestione dei liquami
|
Densità
| 8,89 g/cm3 (0,321 libbre/pollici3)
| -
| Più pesante dell'acciaio inossidabile (316L=7.98 g/cm3); la progettazione strutturale deve tenere conto di una massa maggiore dell'11%.
|
Conduttività termica
| 9,8 W/m-K a 25°C; 15,1 W/m-K a 500°C
| -
| Inferiore all'acciaio inossidabile - importante per la progettazione del gradiente termico in sezioni spesse
|
Resistività elettrica
| 130 microhm-cm a 25°C
| -
| Rilevante per il monitoraggio della corrosione elettrochimica (metodo EPR)
|
Coefficiente di dilatazione termica
| 11,2 um/m-C (20-100C); 14,6 μm/mC (20-500°C)
| -
| Inferiore all'acciaio inossidabile austenitico; minore affaticamento termico nelle zone di saldatura durante l'avvio/spegnimento
|
Modulo di Young
| 205 GPa (29.700 ksi)
| -
| Standard per la progettazione dei recipienti a pressione; simile all'acciaio inossidabile austenitico
|
Permeabilità magnetica
| 1.002 (sostanzialmente non-magnetico)
| -
| Nessuna attrazione magnetica; nessun problema con le limitazioni dell'ispezione con particelle magnetiche (MPI).
|
Impatto Charpy V-tacca (temperatura ambiente)
| 200-260 J tipico (ricotto)
| -
| Eccellente tenacità a tutte le temperature operative FGD; nessun rischio di frattura fragile
|
Impatto Charpy a V-(-40°C)
| 180-220 J tipico (ricotto)
| -
| Adeguato per le condizioni di arresto invernale in climi freddi
|
Temperatura massima di progetto (ASME)
| 540C (1004F) in ambienti ossidanti; 650°C intermittente
| -
| Adeguato per la zona di ingresso del gas FGD (120-180°C) con ampio margine di sicurezza
|
Temperatura minima di progetto (ASME)
| -198C (per foglio<25mm)
| -
| Adeguato per l'arresto invernale freddo; nessun rischio di trasformazione LTT
|
Fabbricazione e saldatura di Hastelloy C276 nei sistemi FGD
La saldatura di Hastelloy C276 nelle applicazioni FGD richiede un'attenzione particolare alla procedura. L'alto contenuto di molibdeno (15-17%) rende il C276 suscettibile alla fessurazione a caldo se i parametri di saldatura non sono adeguatamente controllati. Tuttavia, con il corretto intervallo di metallo d'apporto, gas di protezione e apporto di calore, le saldature C276 raggiungono eccellenti proprietà meccaniche e resistenza alla corrosione.
Tabella 6: Procedure di saldatura Hastelloy C276 per la fabbricazione del sistema FGD
| Parametro | GTAW (TIG)/GTAW-P | GMAW (MIG) | SMAW (Arco metallico manuale) | Flusso schermato-Arco animato (FCAW) |
Metallo d'apporto
| ERNiCrMo-4 (ERNiMo-4)
| ERNiCrMo-4 (filo da 1,0-1,6 mm)
| ENiCrMo-4 (elettrodo)
| ERNiCrMo-4 o ENiCrMo-4
|
Composizione del metallo d'apporto
| Ni 60%, Mo 17%, Cr 7%, W 4,5%, Fe 5%, C 0,02% massimo
| Uguale a GTAW
| Stessa composizione (elettrodo rivestito)
| Uguale a GTAW
|
Gas di protezione (TIG)
| 100% Argon (Ar), 10-15 l/min; è necessario lo spurgo posteriore
| 75% Ar + 25% Ha raccomandato
| N/A (elettrodo rivestito)
| 75% Ar + 25% CO2 o 100% CO2
|
Temperatura di preriscaldamento
| NON richiesto (ambiente, 10-40°C)
| NON richiesto
| NON richiesto
| NON richiesto
|
Temperatura di interpass max
| 150°C (93°C preferibile per sezioni spesse)
| 150C
| 150C
| 150C
|
Intervallo di apporto termico
| 0,8-1,5 kJ/mm
| 0,8-1,5 kJ/mm
| Usa arco corto; apporto termico moderato
| 0,8-1,5 kJ/mm
|
Angolo dell'elettrodo per SMAW
| N/A
| N/A
| 70-80 gradi (angolo ripido per evitare porosità)
| N/A
|
Trattamento termico post-saldatura (PWHT)
| NON richiesto; può ridurre la resistenza alla corrosione se eseguita in modo errato
| NON richiesto
| NON richiesto
| NON richiesto
|
Pulizia interpass
| Spazzola metallica in acciaio inossidabile (dedicata, non utilizzata su acciaio al carbonio); rimuovere l'ossido prima di ogni passaggio
| Uguale a GTAW
| Rimuovere le scorie prima di ogni passata; spazzola inossidabile tra le passate
| Rimuovere le scorie prima di ogni passaggio
|
Efficienza congiunta tipica (RT)
| 100% con WPS qualificato (ASME Sezione IX)
| 100% con WPS qualificato
| 100% con WPS qualificato
| 100% con WPS qualificato
|
Difetti comuni di saldatura da evitare
| Porosità (da umidità/contaminazione); Fessure nella ZTA (da elevato apporto di calore)
| Porosità; spruzzi (da tensione errata)
| Inclusioni di scorie; porosità
| Porosità; spruzzi eccessivi
|
Spessore del riporto di saldatura (assorbitore FGD)
| Passaggio singolo da 6-10 mm per rivestimento anticorrosione
| Multipassaggio da 6-10 mm
| 8-12 mm (passaggi multipli)
| Multipassaggio da 6-10 mm
|
Rivestimento di saldatura C276 su componenti interni dell'assorbitore FGD in acciaio al carbonio -
L'applicazione FGD più comune per Hastelloy C276 è la sovrapposizione di saldature sugli interni del serbatoio dell'assorbitore in acciaio al carbonio. Invece di fabbricare l'intero assorbitore da un foglio solido C276 (costoso in modo proibitivo), i produttori applicano uno strato di saldatura C276 da 6-10 mm sulle superfici interne del guscio dell'assorbitore, sui condotti di ingresso/uscita e sulle tubazioni dell'aria di ossidazione. Il guscio in acciaio al carbonio fornisce resistenza strutturale; il rivestimento C276 fornisce resistenza alla corrosione.
Tabella 7: Metodi di sovrapposizione Hastelloy C276 per i componenti interni del contenitore dell'assorbitore FGD - Processo, spessore e applicazione
| Metodo di sovrapposizione | Processo | Spessore della sovrapposizione | Applicazione tipica in FGD | Vantaggi | Limitazioni |
Sovrapposizione manuale GTAW (TIG).
| Riempitivo ERNiCrMo-4, controlavaggio 100% Ar
| 6-10 mm (2-4 passaggi)
| Interni del vaso assorbente, geometria complessa
| Sovrapposizione di altissima qualità; diluizione più bassa; migliore resistenza alla corrosione
| Velocità di deposizione lenta (0,5-1,0 kg/ora); costo del lavoro elevato
|
Sovrapposizione semi-automatica GMAW (MIG).
| Filo ERNiCrMo-4, 75% Ar + 25% He
| 6-10 mm (2-4 passaggi)
| Guscio assorbitore, sezioni diritte
| 2-3 volte più veloce di GTAW; buona qualità; costo inferiore
| Diluizione maggiore rispetto al GTAW; richiede un operatore esperto
|
Sovrapposizione FCAW (flusso-arco animato).
| ERNiCrMo-4 fili animati, 100% CO2
| 8-12 mm (2-5 passaggi)
| Grandi superfici piane; costi-progetti competitivi
| Tasso di deposizione più elevato; costo inferiore per kg depositato
| Scorie più elevate; richiede un'accurata pulizia tra i passaggi; diluizione più elevata
|
Sovrapposizione SAW (arco sommerso).
| ERNiCrMo-4 + flusso dedicato, singolo-passaggio
| 6-10mm
| Sezioni lunghe e diritte del guscio dell'assorbitore
| Tasso di deposizione molto elevato; qualità eccellente; manodopera bassa
| Solo per posizioni piatte; limitato alla geometria semplice
|
Legame esplosivo (piastra rivestita)
| Lamiera C276 incollata-per esplosione su piastra in acciaio al carbonio
| 3-5 mm C276 su attacco CS 12-50 mm
| Segmenti del guscio dell'assorbitore (fabbricati su misura-in fabbrica)
| Nessuna HAZ di saldatura; spessore uniforme; installazione più veloce
| Costo iniziale elevato degli utensili; richiede grandi ordini; quantità minima d'ordine (MOQ) ~20 tonnellate
|
Rivestimento di saldatura a esplosione (EXAM)
| Strisce C276 depositate in modo esplosivo sulla superficie interna del CS
| 3-6mm
| Riparazione delle parti interne dell'assorbitore corrose; sovrapposizione mirata
| Può essere applicato in-situ per la riparazione; HAZ minima
| Limitato a geometrie specifiche; richiede esperienza in materia di esplosioni
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Garanzia di qualità e ispezione per C276 nei sistemi FGD
Tabella 10: Requisiti di garanzia di qualità e ispezione per i componenti Hastelloy C276 FGD
| Fase QA | Metodo | Standard | Criteri di accettazione | Quando eseguire |
Identificazione del materiale (PMI)
| XRF portatile (portatile, ad esempio Niton XL3t o Olympus Vanta)
| ASTM B575; EN10204
| Ni 57%+; Cr 14,5-16,5%; Mo 15-17%; Fe 4-7%; W 3-4,5%; C<0.010%
| Al ricevimento del - 100% di fogli e lastre
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Composizione chimica (analisi termica)
| ICP o OES di laboratorio
| ASTM B575 Sezione 7
| Entro i limiti chimici ASTM B575; numero di batteria su MTR
| Revisione del rapporto di prova del mulino (MTR); confermare prima della fabbricazione
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Resistenza alla trazione e allo snervamento
| Macchina di prova universale (UTS, YS, El)
| ASTM B575; ASME SB-575
| UTS 760 MPamin; YS 355 MPamin; El 30% minimo in 50mm
| Per calore; sul rapporto di prova del mulino
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Prova di durezza
| Durezza Brinell (HBW) o Rockwell B
| ASTM B575; NACE MR0175
| 201 HBmax (ricotto); 100 HB max per servizio acido
| Per calore; verificare lo stato ricotto
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Ispezione visiva
| Occhio nudo + 10x lente d'ingrandimento
| ASTM B575; ASME Sezione VIII
| Nessuna crepa, giro, cucitura o imperfezione dannosa
| Al ricevimento; prima della saldatura; dopo la sovrapposizione della saldatura
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Test con liquidi penetranti (PT)
| PT (rimovibile con solvente o lavabile con acqua)
| ASTM E165/E165M; ASME Sezione VIII Div.1
| Nessuna indicazione rilevante (ASME Sezione V Articolo 25)
| Tutti i giunti saldati (TIG, MIG, riporto); intera superficie del rivestimento C276
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Esame radiografico (RT)
| Radiografia a raggi X-o gamma Ir-192
| ASTM E94/E1032; ASME Sezione V Articolo 2
| Nessuna imperfezione del film > ASME Sezione V Articolo 25 Classe 3
| Saldature di testa in saldature-che mantengono la pressione; lunghezza intera
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Test ad ultrasuoni (UT)
| Misurazione dello spessore ad ultrasuoni per la perdita della parete
| ASTM E797/E213; ASME Sezione V Articolo 5
| Non più del 10% di riduzione dello spessore rispetto al valore nominale
| Ispezione in entrata; ispezione annuale in-servizio; ispezione di spegnimento
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Verifica dello spessore del riporto di saldatura
| Spessimetro UT (minimo 3 letture per m2)
| Specifiche di sovrapposizione Babcock & Wilcox; ASME Sezione VIII
| Spessore minimo del rivestimento 6 mm (come specificato); nessun sottosquadro inferiore a 6 mm
| Dopo il completamento della sovrapposizione; prima dell'idrotest
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Verifica della chimica dei metalli di saldatura
| Tagliando di saldatura + XRF o analisi di laboratorio
| AWS A5.14; ASME Sezione IX
| Metallo saldato Ni 55-65%; Mo 15-19%; Cr 5-9%; corrisponde alla composizione dell'ERNiCrMo-4
| Per WPS - un coupon per qualifica di saldatore; per ciclo di produzione
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Monitoraggio dei coupon di corrosione
| Buoni per la perdita di peso (buoni C276 + 316L + 904L installati nel liquame)
| NACETM0169; ASTMG1
| Tasso di corrosione C276<0.02 mm/year in FGD slurry; 316L coupon as reference
| Recupero e pesatura semestrale o annuale
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Monitoraggio sonda ER (Resistenza Elettrica).
| Sonde di corrosione ER online (Corritest o Rohrback)
| NACETM0190; ASTM G96
| Tasso di corrosione C276<0.02 mm/year; alarm at 0.05 mm/year
| Monitoraggio online continuo (installato nell'assorbitore)
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Prova idrostatica
| Test di pressione idrostatica (1,5x pressione di progetto)
| ASME Sezione VIII Div.1 UG-99; ASME B31.3 (tubazioni di processo)
| Nessuna perdita alla pressione di prova; nessuna distorsione visibile; tenere premuto per almeno 30 minuti
| Dopo la fabbricazione completata; prima della messa in servizio
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Domande frequenti (FAQ)
D: Perché Hastelloy C276 resiste alla corrosione FGD meglio dell'acciaio inossidabile 316L?
R: I motivi principali sono: (1) Contenuto di molibdeno più elevato: il C276 ha il 15-17% di Mo contro il 2-3% del 316L. Il molibdeno è l'elemento più efficace per resistere alla vaiolatura e alla corrosione interstiziale negli ambienti-contenenti cloruro - aumenta il potenziale di vaiolatura e sopprime l'inizio della corrosione interstiziale. (2) Contenuto di nichel più elevato: C276 ha il 57% di Ni contro il 10-14% del 316L. L'alto contenuto di nichel sopprime la fessurazione da tensocorrosione indotta da cloruro (CSCC), che è la principale modalità di guasto del 316L in ambienti FGD superiori a 50 ppm Cl- a temperature superiori a 50°C. (3) Carbonio ultrabasso (C < 0,010%): previene la sensibilizzazione nella zona HAZ di saldatura, che causerebbe corrosione intergranulare. 316L (C < 0,030%) è più suscettibile alla sensibilizzazione della zona HAZ. (4) PREN 69-73 rispetto a 24-30: il PREN calcolato conferma che il C276 ha circa 2,5 volte la resistenza alla vaiolatura del 316L in ambienti contenenti cloruro.
D: Qual è la concentrazione massima di cloruro che Hastelloy C276 può gestire in FGD?
R: C276 è stato utilizzato con successo negli scrubber FGD con concentrazioni di cloruro di impasto fino a 100.000 ppm (10% Cl- in peso) a temperature di esercizio di 95°C. Si tratta di 1.000 volte superiore alla concentrazione di cloruro che causa CSCC nel 316L (oltre 50-100 ppm Cl- a 50°C+). Il limite pratico per C276 in FGD non è la concentrazione di cloruro ma l'effetto combinato di cloruro + pH basso + temperatura. A pH 0-2 (condizioni di pulizia acida), il tasso di corrosione del C276 aumenta, ma supera comunque il 316L di un fattore pari o superiore a 10 volte. Per riferimento: il tipico liquame operativo FGD Cl- è 10.000-80.000 ppm, ben entro la capacità C276.
D: È possibile utilizzare Hastelloy C22 al posto di C276 in FGD?
R: Sì. Hastelloy C22 (UNS N06022, Cr 20-22,5%, Mo 12,5-14,5%, W 2,5-3,5%) ha un PREN di circa 65-71, paragonabile a C276 (PREN 69-73). C22 ha una resistenza leggermente migliore agli acidi ossidanti (ad esempio, acido nitrico, HNO3) ed è leggermente più resistente agli ambienti con cloruro acido rispetto a C276. Nello specifico per gli scrubber FGD, C22 e C276 sono entrambe scelte eccellenti. Si preferisce C22 se il sistema FGD gestisce anche quantità significative di acidi ossidanti (ad esempio, dall'incenerimento dei rifiuti con un elevato contenuto di cloro). C276 è preferito se l'applicazione è principalmente alimentata a carbone con un elevato carico di SO2 e condizioni acide riducenti (dominate da H2SO4). C22 costa circa il 10-20% in più rispetto a C276, quindi C276 è in genere la scelta preferita a meno che specifici requisiti tecnici non impongano C22.
D: Perché l'acciaio inossidabile 316L si guasta negli assorbitori FGD entro 18-36 mesi?
R: Il 316L si guasta negli assorbitori FGD principalmente a causa dell'effetto combinato di tre meccanismi di corrosione simultanei: (1) Vaiolatura: il 316L ha PREN 24-30, che è inadeguato per concentrazioni di cloruro superiori a 500 ppm a temperature superiori a 50°C. La vaiolatura inizia in corrispondenza delle inclusioni di MnS o delle discontinuità superficiali e si propaga rapidamente nell'ambiente del liquame FGD. (2) Cracking per tensocorrosione da cloruro (CSCC): il 316L contiene il 10-14% di Ni, che non è sufficiente per sopprimere il CSCC superiore a 50 ppm Cl- a temperature superiori a 50°C. Nel liquame FGD (10.000-80.000 ppm Cl-, 50-95°C), il 316L sperimenta CSCC transgranulare alla zona HAZ di saldatura entro 18-36 mesi. (3) Corrosione da sottodeposito: le particelle di gesso si depositano sulle superfici orizzontali e creano condizioni interstiziali sottostanti. La zona impoverita di ossigeno sotto il deposito diventa anodica, accelerando l'attacco localizzato. Tutti e tre i meccanismi agiscono simultaneamente nell'assorbitore FGD, causando un rapido cedimento del 316L.
D: Qual è la procedura di saldatura corretta per il riporto di saldatura C276 negli assorbitori FGD?
R: La procedura di saldatura corretta per il rivestimento C276 negli assorbitori FGD: (1) Processo: GTAW (TIG) per un rivestimento della massima qualità; GMAW (MIG) per grandi aree pianeggianti dove il costo è fondamentale. (2) Metallo d'apporto: ERNiCrMo-4 (AWS A5.14/A5.14M:2020). Verificare che il certificato chimico del lotto del riempitivo corrisponda alla composizione di ERNiCrMo-4 (Ni 60%, Mo 17%, Cr 7%, W 4,5%, Fe 5%, C<0.02%). (3) Shielding gas: 100% Argon, 10-15 L/min, with back purge on the inside of the vessel for weld overlay on internal surfaces. (4) Preheat: None required (ambient temperature, 10-40C). (5) Interpass temperature: Maximum 150C; preferred <93C for sections over 20mm thick. (6) Heat input: 0.8-1.5 kJ/mm. Use stringer beads (not weave) to minimise heat input and dilution. (7) Interpass cleaning: Stainless steel wire brush (dedicated to C276 - never use brushes previously used on carbon steel). (8) Post-weld treatment: None required. Do not PWHT C276 in FGD service - PWHT may reduce corrosion resistance if not carefully controlled.
D: Quale spessore di C276 è richiesto per il guscio del vaso dell'assorbitore FGD?
A: The required C276 thickness depends on the design pressure and structural requirements of the absorber vessel. For most wet FGD absorber towers (design pressure 0.5-3 bar), the structural shell is carbon steel (typically 12-30mm depending on vessel size), with a C276 weld overlay (6-10mm) on the internal surface. For C276 sheet fabrication (not overlay): minimum 3mm for absorber internals (baffles, support plates); 4-6mm for absorber shell panels where C276 is the structural material; 6-12mm for oxidation air duct. Verify all thickness calculations against ASME Section VIII Div.1 or EN 13445 design codes. Always add a corrosion allowance of minimum 3mm for FGD slurry service on the construction drawing. For thick sections (>20 mm), specificare il trattamento della soluzione dopo la saldatura per garantire una resistenza alla corrosione uniforme nella ZTA di saldatura.
D: In che modo il pH del liquame FGD influisce sulla velocità di corrosione dell'Hastelloy C276?
R: La velocità di corrosione del C276 nel liquame FGD è relativamente stabile nel normale intervallo di pH operativo (4,5-6,0). A pH 5,5-6,0 (zona superiore dell'assorbitore), il tasso di corrosione C276 è<0.01 mm/year - essentially negligible. At pH 4.0-5.0 (absorber mid zone, oxidation air injection zone), C276 corrosion rate is 0.01-0.05 mm/year - still negligible for design life calculations. At pH 2.0-4.0 (absorber lower zone, slurry tank), C276 corrosion rate increases to 0.05-0.15 mm/year - still acceptable for design life. At pH 0-2 (acid cleaning, quarterly or annual cleaning cycles using citric acid or formic acid), C276 corrosion rate rises to 0.2-0.5 mm/year but remains acceptable for the short cleaning duration (4-8 hours). For comparison: 316L at pH 4.0-5.0 in FGD slurry has a corrosion rate of 0.5-2.0 mm/year - 10-40x higher than C276. The key advantage of C276 is that it maintains low corrosion rates across the full pH range encountered in FGD, while 316L fails rapidly at pH below 5.0.
D: Qual è la differenza tra Hastelloy C276 e Inconel 625 per FGD?
R: Sia C276 che Inconel 625 sono leghe a base di nichel- adatte per FGD, ma hanno obiettivi di ottimizzazione diversi: (1) Chimica: C276 (UNS N10276) ha Ni 57%, Cr 14,5-16,5%, Mo 15-17%, W 3-4,5%; Inconel 625 (UNS N06625) ha Ni 58%+, Cr 20-23%, Mo 8-10%, Nb 3,15-4,15%. C276 ha il 7-9% in più di Mo e aggiunge W (tungsteno), entrambi i quali migliorano significativamente la resistenza alla vaiolatura e alla corrosione interstiziale negli ambienti contenenti cloruro. (2) PREN: C276=69-73; Inconel 625=45-52. C276 ha un PREN più alto del 40-50%. (3) Prestazioni FGD: C276 è il materiale preferito per tutte le zone dell'assorbitore FGD, in particolare l'assorbitore inferiore ad alto contenuto di cloruri e il condotto dell'aria di ossidazione. Inconel 625 è accettabile per le zone assorbenti superiori (Cl- inferiore, pH 5-6) ma è marginale per le zone assorbenti inferiori e i condotti dell'aria di ossidazione dove le concentrazioni di cloruro sono massime. (4) Costo: il C276 costa circa 1,5-2,0 volte l'Inconel 625. Il costo aggiuntivo è giustificato per i serbatoi assorbitori e i condotti dell'aria di ossidazione in cui il C276 fornisce una protezione dalla corrosione a lungo termine significativamente migliore. Per le zone superiori dell'assorbitore con un basso contenuto di cloruro, Inconel 625 rappresenta un'ottimizzazione dei costi accettabile.
