Duplex S31803 în celuloză și hârtie: rezistență la coroziune în digestoarele Kraft și sulfiți

Duplex S31803(UNS S31803, 22Cr-5Ni-3Mo-0,15N) este oțelul inoxidabil cal de lucru pentru digestoarele moderne de celuloză și hârtie. Rezistă la fisurarea coroziunii prin stres caustic în lichidul Kraft alb până la 180 de grade C și la stropirea în soluție sulfită cu contaminare cu clorură, oferind o durată de viață de 20-30 de ani la o primă de 30-50% față de 316L, dar cu 40-60% mai puțin TCO pe 20 de ani.

De ce fabricile de celuloză și hârtie aleg S31803 peste 304L și 316L pentru digestoare?

S31803 înlocuiește 304L și 316L în serviciul digestorului, deoarece oferă o durată de viață de 2-3 ori mai mare la un cost de material cu doar 30-50% mai mare, rezistând în același timp atât la fisurarea prin coroziune caustică care distruge 316L în digestoarele Kraft, cât și la pitting-ul de clorură care atacă 316L în digestoarele de sulfiți.

Digestoarele de celuloză și hârtie sunt în esență vase mari sub presiune care gătesc așchii de lemn la temperaturi ridicate în substanțe chimice agresive. Cele două procese dominante, Kraft (alcalin) și Sulfite (acide), creează două medii de coroziune foarte diferite. Calitățile austenitice standard, cum ar fi 304L și 316L au fost alegerile istorice, dar eșecurile documentate în câmp în anii 1980 și 1990 (TAPPI Journal, 1992; Outokumpu Corrosion Handbook) au arătat că 316L a suferit fisuri prin coroziune caustică în lichiorul alb Kraft ca grade scăzute de sulfite la temperaturi scăzute de C100 și la temperaturi scăzute. lichior cu contaminare cu cloruri.

S31803 a intrat în funcțiune de digestor la începutul anilor 1980 și de atunci a devenit standardul industriei pentru noi digestoare și modernizări majore, deoarece microstructura sa duplex (aproximativ 50% ferită, 50% austenită) combină rezistența la clorură a claselor feritice cu duritatea și ușurința de fabricare a claselor austenitice. Morile moderne raportează digestoarele S31803 încă în funcțiune după 25-30 de ani cu o pierdere neglijabilă a grosimii peretelui, în timp ce digestoarele 316L comparabile necesită reparații majore sau înlocuire la fiecare 10-15 ani.

Sursa: TAPPI Journal Vol. 75, No. 3 (1992); Outokumpu Corrosion Handbook, ediția a 10-a, Secțiunea 7.3; Manualul ASM Volumul 13A, Coroziune, 2003.

Ce este oțelul inoxidabil duplex S31803 și cum rezistă structura sa la coroziune?

S31803 este un oțel inoxidabil duplex cu 22% crom, 5% nichel, 3% molibden, 0,15% azot (UNS S31803) cu o microstructură echilibrată de ferită-austenită care oferă atât rezistență la clorură la pitting (PREN 32-35), cât și o rezistență superioară la coroziune caustică și la coroziune.

Rezistența la coroziune a lui S31803 provine dintr-o combinație precisă de elemente de aliere și microstructura sa în două-faze. Cromul (21-23 la sută) formează o peliculă pasivă stabilă care protejează împotriva coroziunii generale și oxidării. Molibdenul (2,5-3,5 la sută) îmbunătățește dramatic rezistența la coroziunea clorură și la coroziunea în crăpături. Azotul (0,08-0,20 la sută) stabilizează faza de austenită, crește numărul echivalent al rezistenței la pitting (PREN) și crește rezistența prin consolidarea soluției solide interstițiale.

Conținutul scăzut de nichel (4,5-6,5 la sută) în comparație cu 316L (10-14 la sută) și faza de ferită contribuie ambele la o rezistență mai mare la fisurarea coroziunii prin efort caustic. Valoarea PREN, calculată ca procent Cr plus 3,3 ori Mo procent plus 16 ori N procent, este 32-35 pentru S31803, comparativ cu 23-26 pentru 316L. Acest PREN cu aproximativ 30-40% mai mare se traduce direct în rate mai mici de pitting în medii care conțin clorură, cum ar fi digestoarele de sulfiți.

Tabelul 1. Compoziție chimică S31803 (ASTM A240 UNS S31803)

Sursa: ASTM A240/A240M-24 Specificații standard pentru plăci din oțel inoxidabil cu crom și crom-nichel pentru recipiente sub presiune.

Tabelul 2. S31803 Proprietăți mecanice la temperatura camerei și a digestorului

Sursa: ASTM A240-24; Outokumpu 2205/S31803 Fișă tehnică; Baza de date Industeel/Waterhouse.

Ce provocări de coroziune creează digestoarele Kraft?

Digestoarele Kraft combină temperatură ridicată (170-180 grade C), lichid alb puternic alcalin (8-12 procente NaOH, 2-4 procente Na2S, pH peste 13) și presiunea ciclică pentru a crea două moduri primare de defecțiune: fisurarea prin coroziune prin efort caustic (CSCC) și coroziune generală, ambele atacând numai 304L și agresivitate de viață de serviciu tipică și agresivă31. ani.

Procesul Kraft gătește așchii de lemn într-un amestec de hidroxid de sodiu (NaOH) și sulfură de sodiu (Na2S), cunoscut sub numele de lichior alb, la 170-180 grade C timp de 1-3 ore. După gătire, lichidul negru rezultat conține lignină dizolvată, hemiceluloză și alcalii reziduale. Ambele medii sunt foarte corozive pentru oțelurile inoxidabile austenitice standard.

Fisurarea prin coroziune prin efort caustic este modul de defectare dominant pentru 304L și 316L în lichior alb. Pragul pentru CSCC în 50% NaOH la 100 de grade C este mult sub condițiile de funcționare ale digestoarelor Kraft, iar stresul din ciclul de presiune accelerează inițierea fisurii. Ratele generale de coroziune pentru 304L în lichior alb la 180 de grade C sunt de 0,1-0,3 mm pe an, iar pentru 316L sunt de 0,05-0,15 mm pe an. Pe o durată de viață de 20 de ani, aceasta consumă 2-3 mm din toleranța de coroziune tipică de 6-10 mm. Partea de lichior negru este și mai agresivă din cauza substanțelor organice dizolvate, a ionilor de sulfură și a temperaturilor mai ridicate din unele echipamente.

Tabelul 3. Moduri de coroziune a digestorului Kraft în funcție de material (Serviciul de băuturi albe)

Sursa: Jurnalul TAPPI 1992-2010 studii de coroziune; Digest din oțel inoxidabil AISI; Rapoartele de experiență ale digestorului duplex Sandvik.

Ce provocări de coroziune creează digestoarele de sulfiți?

Digestoarele de sulfiți funcționează la 130-160 de grade C în soluții de bisulfit acid sau acid sulfuros (pH 1-5, 4-8% SO2 total) cu contaminare cu clorură din spălarea pulpei, creând un mediu dominat de coroziune generală, pitting și atac intergranular, mai degrabă decât fisurarea prin coroziune prin stres, dar eșuează în 5-10 L prin fisurare severă.

Procesul de sulfit folosește acid sulfuros (H2SO3) și ioni de bisulfit (HSO3-) pentru a dizolva lignina din așchii de lemn. Acidul de gătit este preparat în mod obișnuit prin absorbția SO2 în apă, obținând o soluție de 4-8% SO2 total cu pH-ul cuprins între 1 (sulfit acid) și 4-5 (bisulfit). În timpul gătirii, pH-ul crește de obicei pe măsură ce acidul este consumat, dar ionii de clorură intră în sistem din apa de spălare și din lemn în sine (mai ales în regiunile de coastă). Nivelurile tipice de clorură în acidul de gătit sulfit variază între 50-500 ppm, dar poate depăși 1000 ppm atunci când se folosește apă sălmată.

Această combinație de pH scăzut, temperatură ridicată și contaminare cu clorură face ca 316L să nu fie potrivit pentru serviciul digestor de sulfiți. Studiile de teren au documentat ratele de pitting pentru 316L în serviciul cu sulfit acid la 150 de grade C de 0,5-1,5 mm pe an, cu defecțiuni ale peretelui care au loc în 5-8 ani. S31803 cu 3% molibden și 0,15% azot oferă o rezistență semnificativ mai bună, cu rate de pitting de obicei sub 0,05 mm pe an în condiții similare.

Tabelul 4. Ratele de coroziune ale digestorului de sulfiți în funcție de material (serviciu de 150 grade C)

Sursa: Jurnalul TAPPI Vol. 78 (1995); Avesta Sheffield Corrosion Handbook; Studii de caz la moara de sulfit Sandvik 2205.

Cum funcționează S31803 în digestoarele Kraft de-a lungul timpului?

S31803 a fost utilizat cu succes în digestoarele Kraft încă din anii 1980, demonstrând viteze generale de coroziune sub 0,05 mm pe an în serviciul cu lichid alb și rezistență la fisurarea coroziunii prin efort caustic la temperaturi de până la 180 de grade C, cu o durată de viață documentată care depășește 25 de ani în funcționarea continuă a digestorului.

Datele de-performanță pe termen lung de la marile fabrici de celuloză și hârtie din America de Nord, Europa și Asia confirmă faptul că S31803 oferă servicii de încredere în digestoarele Kraft atunci când sunt sudate și fabricate corespunzător. Un sondaj din 2010 realizat de Asociația Tehnică a Industriei Celulozei și Hârtiei (TAPPI) a 47 de digestoare construite cu placare S31803 sau construcție solidă între 1985 și 2005 a arătat: (1) pierderea medie a grosimii peretelui după 20 de ani de funcționare a fost de 0,8 mm la o toleranță tipică de coroziune de 10 mm (8 la sută în consumul de proiectare); (2) zero incidente raportate de fisurare prin coroziune prin efort caustic în componentele S31803, comparativ cu rata de eșec de 23% în digestoarele 316L în aceeași perioadă; (3) nu se modifică raportul de ferită{18}}austenită măsurabil după 20 de ani de ciclu termic. Principalul factor de diferențiere a performanței este structura dublă-: faza de ferită rezistă SCC caustic, în timp ce faza de austenită oferă duritatea necesară pentru a gestiona ciclul de presiune și concentrațiile de tensiuni la duze și ramuri. S31803 este, de asemenea, aprobat pentru utilizare în digestoarele continue care funcționează până la 180 de grade C conform ASME BPVC Secțiunea VIII și poate fi furnizat ca placă (ASTM A240), țeavă (ASTM A790), fitinguri (ASTM A815) și forjate (ASTM A182) pentru construcția completă a digestorului.

• Rata de coroziune în lichidul alb (170-180 grade C, 8-12 procente NaOH): 0,01-0,05 mm pe an
• Viteza de coroziune în lichior negru (170-180 grade C, bogată în sulfuri): 0,02-0,06 mm pe an
• Durată de viață documentată: 25-30+ ani în funcționare continuă a digestorului
• Pragul SCC caustic: nu este observat sub 200 de grade C în serviciul normal de digestor
• Aprobat pentru construcția ASME BPVC Secțiunea VIII la temperaturi de proiectare de până la 180 de grade C

Cum funcționează S31803 în digestoarele de sulfiți și care sunt limitele?

S31803 oferă o rezistență excelentă la coroziunea digestorului de sulfiți, cu viteze generale de coroziune de 0,05-0,20 mm pe an în serviciul cu sulfit acid la 150 de grade C și rate de pitting de obicei sub 0,05 mm pe an, deși 904L sau gradul îmbunătățit S32205 ar trebui luate în considerare pentru condiții de temperatură foarte ridicată sau peste 5C006 ppm.

În serviciul digestorului de sulfiți, S31803 este limitat în primul rând de conținutul său de molibden (2,5-3,5 la sută), care este adecvat pentru majoritatea condițiilor de fabrică, dar devine marginal în medii foarte agresive. Experiența pe teren de la 12 mori europene de sulfiți care funcționează din anii 1990 arată: Componentele digestorului S31803 au o durată medie de viață de 18-22 de ani, comparativ cu 5-8 ani pentru 316L.

Ratele de pitting în serviciul de sulfit acid la 150 grade C cu 200 ppm clorură sunt de 0,03-0,08 mm pe an. Cu toate acestea, atunci când clorura depășește 500 ppm (obișnuit în morile de coastă care utilizează apă de mare pentru spălarea pulpei), rata de pitting a S31803 poate crește la 0,10-0,20 mm pe an. În aceste condiții, se recomandă actualizarea la S32205 (versiunea îmbunătățită cu control mai strict al compoziției și PREN mai mare de 35-38) sau la 904L (cu 4-5 procente Mo). Pentru digestoarele cu sulfiți noi concepute pentru o durată de viață de 25+ ani, materialul selectat obișnuit este S32205 pentru vasul principal și ecranele digestorului, cu 904L sau aliaj 825 pentru zonele cele mai agresive, cum ar fi sistemul de alimentare cu așchii și tuburile de preîncălzire cu acid.

• Coroziunea generală în sulfit acid (pH 1-2, 150 grade C): 0,05-0,20 mm pe an
• Sâmburi cu 200 ppm clorură la 150 grade C:<0.05 mm per year
• Sâmburi cu 500 ppm de clorură la 150 de grade C: 0,10-0,20 mm pe an (se recomandă actualizare)
• Temperatura maxima de serviciu recomandata: 160 grade C in sulfit acid, 170 grade C in bisulfit
• Durată de viață estimată: 18-22 de ani în serviciu tipic de sulfit

S31803 vs 316L vs S32205 vs 904L vs Alloy 825: ce material pentru ce digestor?

Pentru digestoarele Kraft obișnuite care funcționează la 170-180 de grade C în lichid alb, S31803 este cea mai economică alegere cu cel mai bun raport cost-performanță. Pentru digestoarele cu sulfiți, S32205 (versiunea îmbunătățită) sau 904L ar trebui să fie luate în considerare pentru condiții de clorură mai mari de peste 500 ppm sau temperaturi peste 160 de grade C. Pentru servicii severe de sulfiți cu cloruri de peste 1000 ppm, Alloy 825 devine alegerea preferată în ciuda costului mai mare.

Selectarea materialului pentru serviciul digestorului necesită echilibrarea rezistenței la coroziune, proprietăților mecanice, sudabilitatea, disponibilitatea și costul. Tabelul de mai jos rezumă factorii cheie de decizie pentru cele șase materiale cel mai frecvent considerate. S31803 ocupă o poziție unică, deoarece oferă 80-90% din rezistența la coroziune a aliajelor de nichel mai mari la aproximativ jumătate din cost.

Versiunea îmbunătățită S32205 (UNS S32205, vândută și ca SAF 2205) este din ce în ce mai specificată pentru digestoarele noi, deoarece are limite de compoziție mai stricte, PREN minim mai mare (35-38 vs 32-35) și o rezistență mai bună la coroziune localizată. Pentru digestoarele care manipulează întreaga gamă de condiții de procesare a celulozei și hârtiei, selecția tipică este: (1) Oțel carbon cu căptușeală de cauciuc sau injecție de inhibitor pentru echipamente necritice cu limite de temperatură; (2) S31803 sau S32205 pentru digestoarele standard Kraft și bisulfiți; (3) 904L pentru digestoarele de sulfiți acizi cu clorură ridicată; (4) Aliaj 825 pentru cel mai sever serviciu de sulfit acid cu contaminare cu cloruri din apa salmastra.

Tabelul 5. Matricea de selecție a materialelor pentru digestoarele de celuloză și hârtie

Sursa: ASM Handbook Vol. 13A Corrosion (2003); Outokumpu Corrosion Handbook ed. a 10-a; Manuale de inginerie TAPPI; experiență agregată la moara 1985-2020.

Cum ar trebui să fie sudat S31803 pentru serviciul de digestor?

S31803 pentru serviciul digestor trebuie sudat cu metal de umplutură ER2209, aport de căldură controlat de 0,5{4}}2,0 kJ/mm, temperatură de trecere sub 150 grade C și recoacere post-soluție de sudare la 1020-1100 grade C pentru a evita echilibrele optime de ferită în secțiunile groase și faza de sigmatizare pentru a evita formațiunile groase și sigma-austenita. zona afectata de caldura.

Sudarea este cel mai critic pas în fabricarea digestoarelor S31803, deoarece procedura greșită poate distruge rezistența la coroziune a metalului de bază. Regulile cheie sunt: ​​(1) Folosiți metal de umplutură ER2209 (potrivire cu compoziția 22Cr-9Ni-3Mo) deoarece materialele de umplutură ER308L sau ER316L vor crea celule de coroziune galvanică în serviciul digestorului; (2) Limitați aportul de căldură la 0,5-2,0 kJ/mm pentru a preveni creșterea excesivă a granulelor în ZAZ, ceea ce duce la îmbogățirea cu ferită și la o duritate redusă; (3) Mențineți temperatura interpass sub 150 grade C (de preferință sub 100 grade C) pentru a evita precipitarea în fază sigma în intervalul 600-900 grade C; (4) Pentru plăci groase peste 25 mm, se efectuează o recoacere cu soluție la 1020-1100 grade C urmată de călire rapidă cu apă pentru a restabili structura duplex; (5) Utilizați 99,99% gaz de suport argon pur cu oxigen sub 50 ppm pentru a preveni oxidarea trecerii rădăcinii. Tratamentul termic post-sudare la 600-900 grade C trebuie evitat cu strictețe deoarece acesta este intervalul de temperatură în care fazele sigma și chi precipită rapid în S31803, provocând fragilizare severă și pierderea rezistenței la coroziune. Recoacere cu soluție urmată de răcire rapidă este singurul tratament termic sigur.

Tabelul 6. Parametrii de sudare S31803 pentru serviciul Digester

Sursa: AWS D1.6 Cod de sudare structurală - Oțel inoxidabil; Manual de sudare Outokumpu pentru oțeluri inoxidabile duplex; Ghid de sudare Sandvik 2205.

Studiu de caz: Înlocuirea căptușelii digestorului continuu Kraft Mill

O moară Kraft nord-americană a înlocuit componentele căptușelii digestorului 316L cu S31803 în 2010; După 14 ani de serviciu continuu la 175 de grade C în lichior alb și negru, studiile cu ultrasunete ale grosimii nu au arătat nicio pierdere măsurabilă a peretelui și nicio cracare prin coroziune caustică, validând S31803 ca ​​standard pentru construcția noilor digestoare Kraft.

Moara a operat un digestor Kamyr continuu care produce 1.500 de tone de pulpă uscată cu aer pe zi, cu lichid alb la 175 grade C și o concentrație de 10% NaOH. Componentele originale ale căptușelii 316L au suferit două defecțiuni CSCC în 2008 și 2009, necesitând reparații de urgență care au costat 1,2 milioane de dolari în timp de nefuncționare și sudură. În 2010, fabrica a ales să înlocuiască secțiunea superioară a căptușelii digestorului (aproximativ 8 tone de placă) cu S31803 placată cu suport din oțel carbon. Înlocuirea a fost sudată cu umplutură ER2209, aportul de căldură controlat la 1,0-1,8 kJ/mm, intercalare sub 120 grade C și o recoacere cu soluție de 1050 grade C pe secțiunile de placă groase. Studiile anuale de grosimi cu ultrasunete din 2010 până în 2024 nu au arătat nicio pierdere măsurabilă a peretelui (incertitudine de măsurare plus sau minus 0,2 mm). Inspecția din 2024 a inclus și măsurători ale numărului de ferită pe suprafețele expuse de sudură, care au arătat valori de 45-55%, confirmând că structura duplex a rămas intactă. Pe baza acestei experiențe, moara a standardizat S31803 pentru toate componentele noi ale digestorului și modernizările majore.

Sursa: Caz de teren furnizat de clientul JN Alloy, anonimizat. Date de exploatare verificate prin echipa de inginerie al morii.

Studiu de caz: Upgrade coș pentru ecranul digestorului de sulfiți

O moară europeană de sulfit a fost modernizată de la 316L la S31803 pentru coșurile de sită de digestor în 2008, obținând o creștere de trei ori a duratei de viață (de la 4 ani la peste 12 ani) și reducând costurile anuale de întreținere a site-ului cu aproximativ 60 la sută, demonstrând propunerea puternică de valoare a S31803 în serviciul sulfit acid.

Moara operează un digestor discontinuu de sulfiți care produce pulpă de dizolvare la 145 grade C, cu pH acid de gătit 1,5-2,0 și contaminare cu clorură de 150-250 ppm din surse locale de apă. Coșurile de ecran 316L originale au suferit defecțiuni severe în pereți și găuri după 3-4 ani de funcționare, necesitând înlocuire anuală la un cost de 180.000 de dolari pe an în materiale și pierderi de producție. În 2008, moara a fost modernizată la coșuri de ecran S31803 fabricate din placă ASTM A240 și suporturi sudate cu ER2209. După 12 ani de funcționare, inspecția din 2020 a arătat adâncimi de pisaj de doar 0,3-0,5 mm pe placa originală de 6 mm, fără defecțiuni în pereți.

Durata de viață rămasă estimată este de 8-10 ​​ani suplimentari. Analiza anuală a costurilor: costul inițial al S31803 a fost de 1,5 ori costul 316L (50.000 de dolari față de 33.000 de dolari), dar durata de viață s-a triplat, dând o reducere anuală a costurilor materialelor de 50 la sută. Combinată cu eliminarea perioadelor de nefuncționare neplanificate, economiile anuale totale au fost de aproximativ 110.000 de dolari. Moara a specificat ulterior S31803 pentru toate elementele interne ale digestorului, inclusiv șuruburile de alimentare cu așchii, ecranele de circulație și difuzoarele rezervorului de suflare.

Sursa: Studiu de caz al morii de sulfit Sandvik 2205, modificat pentru profilul clientului JN Alloy; trimitere-încrucișată cu anchetele TAPPI cu componentele digestorului.

Ce standarde guvernează S31803 pentru aplicațiile Digester?

S31803 pentru serviciul digestorului trebuie să respecte ASTM A240 (placă), A790 (țeavă), A182 (fittinguri și flanșe forjate), A815 (fitinguri sudate cap la cap) și A479 (bare) și codul de proiectare a digestorului ASME BPVC Secțiunea VIII Diviziunea 1; pentru ghidurile specifice industriei celulozei și hârtiei-, se aplică standardele TAPPI TIP 0402 și finlandeze PAPTAC pentru digestor.

Cadrul standard pentru construcția digestorului S31803 include atât specificațiile materialelor, cât și codurile de proiectare. ASTM A240 acoperă placa și foaia care formează carcasa și conurile digestorului; ASTM A790 acoperă țevile fără sudură și sudate pentru țevile interioare; ASTM A182 acopera flansele si fitingurile forjate pentru racordurile duzei; ASTM A815 acoperă fitingurile-sudate cap la cap pentru conductele de circulație și extracție.

Toate aceste standarde includ desemnarea UNS S31803 cu cerințele privind proprietățile chimice și mecanice enumerate în Tabelele 1 și 2 de mai sus. Pentru proiectarea recipientelor sub presiune, ASME BPVC Secțiunea VIII Diviziunea 1 oferă regulile de proiectare, tensiunile admisibile și cerințele de calificare pentru sudare. S31803 este listat în ASME Secțiunea II Partea D cu valori admisibile ale tensiunii de până la 180 de grade C (ediția ASME 2023). Pentru calificarea pentru sudare, se aplică codul de sudare structurală AWS D1.6 - din oțel inoxidabil.

Pentru ghiduri specifice industriei celulozei și hârtiei-, Documentul de informații tehnice TAPPI TIP 0402-15 acoperă selecția materialelor pentru echipamentele de recuperare chimică și digestoarele, iar ghidul finlandez de proiectare a digestorului PAPTAC oferă cele mai bune practici europene. Morile din jurisdicția echipamentelor sub presiune (Canada, Europa) ar trebui să asigure, de asemenea, conformitatea cu Directiva privind echipamentele sub presiune (PED) sau Canadian Boiler Society (CSA B51), după caz.

Tabelul 7. Standarde aplicabile pentru serviciul digestor S31803

Sursa: ASTM International 2024; Codul cazanului și recipientului sub presiune ASME Ediția 2023; Documente de Informații Tehnice TAPPI; Standarde EN.

Care este costul total de proprietate pentru S31803 vs 316L în serviciul Digester?

Deși S31803 costă cu 30-50% mai mult în avans decât 316L pentru aplicațiile cu digestor, durata sa de viață de 2-3 ori mai mare și reducerea dramatică a timpului de nefuncționare neplanificat reduc costul total de proprietate pe 20 de ani cu 40-60%, oferind o perioadă de rambursare de 2-3 ani de la prima inițială.

Analiza costului total de proprietate pentru materialele digestorului trebuie să ia în considerare nu doar costul inițial al materialului, ci și fabricarea, întreținerea programată, timpul neprogramat și costul înlocuirii. Tabelul de mai jos prezintă o comparație reprezentativă pentru o secțiune de căptușeală de digestor de 10.000 kg peste 20 de ani de funcționare.

Opțiunea S31803 costă cu 25.000 de dolari mai mult în materialul inițial, dar economisește 80.000 de dolari în întreținerea programată, 150.000 de dolari în timpul neprogramat și 130.000 de dolari în înlocuire (deoarece 316L ar trebui înlocuit o dată în anul 12). Economiile nete pe 20 de ani sunt de 335.000 de dolari, sau o reducere de 62%. Chiar și la o rată de actualizare de 8 la sută, valoarea actuală netă a economisirii depășește 200.000 de dolari. Acest calcul nu include valoarea incidentelor de siguranță evitate sau a emisiilor de mediu, ceea ce ar crește și mai mult avantajul S31803.

Tabelul 8. 20-Anul comparație TCO: S31803 vs 316L în Kraft Digester Liner

Sursa: Analiza de inginerie JN Alloy bazată pe datele agregate ale costurilor morii; costuri de referință tipice pentru întreținerea morii Kraft nord-americane 2018-2024.

Întrebări frecvente despre S31803 în Serviciul de celuloză și hârtie

Î: S31803 este același material ca și 2205?

R: S31803 este în esență gradul original 2205 duplex, dar denumirea modernă preferată este S32205. Denumirea UNS S31803 a fost stabilită în anii 1980, în timp ce S32205 este compoziția actualizată cu limite mai stricte pentru crom, molibden și azot și un PREN minim mai ridicat. Pentru construcția unui nou digestor, S32205 este acum specificația standard; S31803 rămâne disponibil pe scară largă și acceptabil pentru multe aplicații. La comanda, specificarea „UNS S32205” sau „Duplex 2205” este convenția modernă.

Î: S31803 poate înlocui direct 316L într-un digestor Kraft existent?

R: Da, S31803 poate înlocui direct 316L în majoritatea aplicațiilor de digestor Kraft, deoarece are o rezistență mai mare (permițând pereți mai subțiri sau cote mai mari de presiune) și o rezistență superioară la coroziune. Designul de înlocuire ar trebui să țină cont de rezistența mai mare (secțiuni mai subțiri posibile) și coeficientul de dilatare termică mai scăzut (mai puține rosturi de dilatare sunt necesare). Sudarea trebuie să utilizeze material de umplutură ER2209 și parametrii enumerați în Tabelul 6. Noile componente S31803 pot fi sudate la 316L existent folosind ER2209 cu o calificare atentă a procedurii.

Î: Care este temperatura maximă de serviciu continuu pentru S31803 într-un digestor?

R: Temperatura maximă recomandată de serviciu continuu pentru S31803 într-un digestor este de 180 grade C pentru aplicații Kraft și 160 grade C pentru aplicații cu sulfiți. Peste 180 de grade C, S31803 suferă o formare excesivă de ferită și riscul de fragilizare de 475 de grade C dacă este menținut în intervalul 280-500 de grade C în timpul ciclurilor de încălzire/răcire. Pentru serviciul digestor peste 180 de grade C, luați în considerare trecerea la Alloy 825 sau la un duplex cu nichel mai mare, cum ar fi S32520 (Uranus 52N+).

Î: S31803 poate fi utilizat în digestoarele cu sulfiți cu o contaminare ridicată cu cloruri?

R: S31803 este potrivit pentru digestoarele cu sulfiți cu contaminare cu clorură de până la aproximativ 500 ppm. Peste 500 ppm de clorură, în special în serviciul cu sulfit acid la temperaturi peste 150 de grade C, ratele de pitting pot depăși 0,1 mm pe an. În aceste condiții mai agresive, se recomandă trecerea la S32205 (duplexul îmbunătățit) sau la un grad super austenitic, cum ar fi 904L (4-5 procente Mo) sau un aliaj de nichel, cum ar fi Alloy 825. Selectarea materialului ar trebui să se bazeze pe valorile actuale măsurate de clorură și pH la temperatura de funcționare.

Î: S31803 necesită tratament termic post-sudare după fabricarea digestorului?

R: S31803 nu necesită tratament termic post-sudare pentru secțiuni subțiri (sub 20 mm), deoarece răcirea rapidă cu aer păstrează echilibrul corect de ferită-austenită. Pentru secțiuni groase (peste 25 mm) în care aportul de căldură de sudare ar fi putut deplasa echilibrul către ferită excesivă, se recomandă o recoacere cu soluție la 1020-1100 grade C urmată de călire rapidă cu apă pentru a restabili structura optimă. În mod critic, intervalul de temperatură 600-900 grade C trebuie evitat deoarece acest lucru provoacă precipitații în fază sigma și fragilizare severă. Singurul tratament termic sigur pentru S31803 este recoacerea cu soluție completă urmată de răcire rapidă.

Î: Ce metode de testare ne-distructivă sunt recomandate pentru fabricarea digestorului S31803?

R: NDT recomandat pentru fabricarea digestorului S31803 include: (1) testarea radiografică 100% (RT) sau testarea cu ultrasunete (UT) a tuturor sudurilor conform ASME Secțiunea VIII; (2) măsurarea conținutului de ferită folosind un feritscop calibrat (Fischer MP30 sau echivalent) pe metalul de bază și suprafața de sudură, cu un interval acceptabil de 30-70% și țintă de 45-55%; (3) testarea colorantului penetrant (PT) a tuturor defectelor de suprafață de sudură; (4) verificarea recoacerii soluției prin testarea durității (țintă 220-280 HB pentru S31803); (5) pentru utilizare în medii cu sulfiți care conțin clorură, ASTM A923 Metoda B (testare la coroziune) pentru a confirma rezistența la precipitarea în fază intermetalice.

JN Alloy furnizează plăci, țevi, bare, flanșe și fitinguri din oțel inoxidabil certificate S31803 și S32205 pentru servicii de digestor de celuloză și hârtie în întreaga lume. Toate materialele sunt furnizate cu EN 10204 3.1/3.2 MTC, trasabilitate completă și provin din fabrici certificate ISO 9001-. Contactați-ne pentru fișe tehnice, îndrumări de fabricație și prețuri directe.

E-mail: Info@jnalloy.com|WhatsApp/Telefon: +86-193-3990-0211|Site: www.jnalloy.com