Nitrik ve Fosforik Asit Hizmetinde Zirkonyum Korozyon Direnci

Agresif Kimyasal Hizmet İçin Neden Zirkonyum Seçildi?

Zirkonyum, korozyon direnci ince, dayanıklı ve kendi-kendini onaran oksit filminden gelen reaktif bir metaldir. Bu film havada veya oksitleyici bir ortamda oluştuğunda metal, karbon çeliğini ve hatta paslanmaz çeliği tahrip eden birçok işlem akışına direnir. Alaşımsız endüstriyel zirkonyum, ASTM B551/B551M'ye göre şerit, levha ve plaka olarak, ASTM B550/B550M'ye çubuk ve tel olarak ve ASTM B523/B523M'ye göre dikişsiz veya kaynaklı boru olarak tedarik edilir, böylece kimya tesislerinde basınçlı ekipman, ısı eşanjörleri, kolonlar, borular ve pompalar için tamamen kontrollü bir yapı malzemesi olarak belirtilebilir.

Nitrik Asitte Korozyon Davranışı

Zirkonyum, 200 derecenin altındaki %95 nitrik asitte iyi korozyon direncine sahiptir. Pasif film, asit oksitleyici kaldığı ve minimum su içeriğini koruduğu sürece stabil kalır. Kuru kırmızı dumanlı nitrik asitte durum farklıdır: titanyumda olduğu gibi, su içeriği ve oksijen-nitrojen oksit dengesi güvenli pencerenin dışına düştüğünde hızlı oksidasyon ve hatta patlayıcı reaksiyon tetiklenebilir. Belirlenen karşı önlem, yalnızca metale güvenmek yerine, sıvının üzerindeki buhar boşluğunda tanımlanmış bir su buharı ve oksijen dengesini korumaktır.

Nitrik asitte tekdüze korozyon oranları düşüktür, ancak zirkonyum stresli korozyon çatlamasına karşı hassastır. Riskin, konsantre ve seyreltik ortamlarda tüm nitrik asit konsantrasyonları ve ilgili sıcaklıklar aralığında değerlendirilmesi gerekir ve esas olarak metalurji ve üretim disiplini yoluyla kontrol edilir: tamamen tavlanmış malzeme, düşük artık gerilim ve çatlaksız-kaynaklar.

Ekipman tasarımının pratik sonuçları basittir. Kondens kimyası toplu asit kimyasından keskin bir şekilde farklı olabileceğinden ve sıvının buharlaşıp konsantre olabileceği alanlara özel dikkat gösterilmesi gerektiğinden, buhar boşlukları da sıvı kadar dikkatli değerlendirilmelidir.

Fosforik Asitte Korozyon Davranışı

Zirkonyum, %60'ın altındaki konsantrasyonlarda kaynayan fosforik asitte korozyona dayanıklıdır. %60 H3PO4'te sıcaklık arttıkça korozyon hızı keskin bir şekilde artar, dolayısıyla bu konsantrasyonun üzerinde kullanılabilir pencere hızla daralır. Zirkonyumun belirli bir fosforik asit görevine uygun olup olmadığına karar vermek için önce ortamın gerçek bileşimi belirlenmelidir, çünkü normal olarak sonuca karar veren asitin kendisinden ziyade küçük bileşenlerdir.

Florür (F-), zirkonyumun korozyon direnci açısından belirgin bir şekilde olumsuzdur ve sıkı bir şekilde sınırlandırılması gerekir; proses sıvısında bulunan P2O5 ise etkili bir korozyon önleyici görevi görür. Bu nedenle ıslak-proses fosforik asit tesisleri, ısı eşanjörleri, yeniden kaynatıcılar, karıştırıcılar veya borular için zirkonyum kullanmaya karar vermeden önce tam sıvı analizini, sıcaklık profilini ve beklenen florür seviyesini karşılaştırır.

Bir Bakışta Servis Zarfı

Orta ve durum	Zirkonyum davranışı	Tasarım notu
%95 nitrik asit, 200 derecenin altında	İyi korozyon direnci	Oksitleyici, su-taşıyan asit, pasif filmi sabit tutar
Kuru kırmızı dumanlı nitrik asit	Hızlı oksidasyon riski	Buhar alanında dengeli bir su buharı ve oksijen seviyesi sağlayın
Nitrik asit, konsantre veya seyreltik	Düşük homojen oran, çatlama mümkün	Tamamen tavlayın, artık çekme gerilimini önleyin, kaynağa hak kazanın
Fosforik asit %60'ın altında, kaynıyor	Korozyona dayanıklı	Seçimden önce içki bileşimini doğrulayın
%60'ta fosforik asit ve artan sıcaklık	Korozyon oranı hızla artıyor	Muhafazakar bir maksimum çalışma sıcaklığı ayarlayın
Florür içeren fosforik asit	Saldırı F- kadar hızlandı	Florürü sınırlayın; P2O5 içeriği bir inhibitör görevi görür

İmalat ve Tasarım Uygulaması

Artık çekme gerilimini ortadan kaldırmak ve çatlama riskini azaltmak için tamamen tavlanmış ve kaynaklı bileşenler.

Nitelikli prosedürlerle inert gaz koruması altında kaynak yapın ve ısı girdisini ve pasolar arası sıcaklığı kontrol altında tutun.

Bitmiş ekipmanın yüzeyinde florür-içeren temizlik maddelerini, dekapaj kalıntılarını ve işaretleme mürekkeplerini hariç tutun.

Tam drenaj sağlayacak şekilde tasarım yapın ve agresif türlerin yoğunlaşabileceği yarıklardan ve durgun bölgelerden kaçının.

Ekipman ıslak, hidrojen- yüklü veya katodik korumalı hizmette çalışırken hidrojen alımını ve hidrit oluşumunu hesaba katın.

Borudan{0}}boruya-tabaka bağlantıları ve bağlantı elemanlarını seçerken termal genleşmeyi, düşük termal iletkenliği ve sürtünme eğilimlerini kontrol edin.

Tipik Uygulamalar

Zirkonyum ekipmanı, nitrik asit soğutucuları ve kondansatörleri, üre ve amonyum nitrat tesisi ekipmanı, fosforik asit ısı eşanjörleri ve yeniden kazanları, organik kimyasal reaktörler, sıcak oksitleyici asitleri taşıyan borular ve vanalar ve konsantrasyon ve sıcaklığın daha ucuz alternatifleri devre dışı bıraktığı hidroklorik ve sülfürik asit hizmetinde kullanılır. Aynı korozyon direnci ve ısı transfer performansı kombinasyonu, özel aletlerde, kimyasal pompalarda ve laboratuvar aparatlarında kullanımı da destekler.

Sıkça Sorulan Sorular

S: Zirkonyum nitrik asite tüm konsantrasyonlarda dirençli midir?
200 derecenin altında %95 nitrik asit direncine sahiptir, ancak kuru kırmızı dumanlı nitrik asit, buhar-fazı kontrolü gerektirir ve hem konsantre hem de seyreltik görevlerde gerilimli korozyon çatlaması dikkate alınmalıdır.

S: Gerilim korozyonu nitrik asitte neden sorun yaratıyor?
Düzgün korozyon hızı düşük olduğundan ancak HNO3 hizmetinde alaşım çekme gerilimi altında çatlayabildiğinden, ekipman ömrünü yalnızca korozyon payları değil, artık gerilim ve kaynak kalitesi de belirler.

S: Florür, fosforik asitteki zirkonyumu nasıl etkiler?
Florür saldırıyı güçlü bir şekilde hızlandırır ve sınırlandırılması gerekir; proses asidinde doğal olarak bulunan P2O5 ise bir inhibitör görevi görür ve görünümü iyileştirir.

S: Hangi fosforik asit konsantrasyonunda zirkonyum uygun olmaktan çıkar?
%60'ın altında kaynayan asitlerde korozyona dayanıklıdır; %60'ta korozyon oranı sıcaklıkla keskin bir şekilde artar, bu nedenle daha yüksek konsantrasyonlar gerçek sıvının-durum bazında-değerlendirilmesini gerektirir.

S: Endüstriyel zirkonyum değirmen ürünlerini hangi standartlar kapsıyor?
ASTM B551/B551M şerit, levha ve levhayı kapsar; ASTM B550/B550M çubuk ve teli kapsar ve ASTM B523/B523M genel korozyona{{6} dirençli hizmet için dikişsiz ve kaynaklı boruyu kapsar.

S: Zirkonyum ekipmanı sipariş etmeden önce atılması gereken en yararlı adım nedir?
Kapatma ve temizleme koşulları da dahil olmak üzere ekipmanın göreceği her sıcaklıkta, florür, su ve inhibitör seviyeleri de dahil olmak üzere proses ortamının gerçek bileşimini oluşturun.