塩酸蒸気を扱う廃棄物焼却炉の湿式スクラバーでは、どのチタン合金 (Ti-0.15Pd と Ti-0.3Mo-0.8Ni) が優れた隙間腐食耐性を提供しますか?

廃棄物焼却炉の湿式スクラバーは、高温燃焼ガスと腐食性液体吸収システムの間の界面に設置されます。{0}}塩素化プラスチックやその他の廃棄物の燃焼から出る塩酸の蒸気は、60-80℃で 5-15% HCl のスクラバー液に凝縮されます。チタン合金は、スプレーヘッダー、ミストエリミネーター、再熱管などのスクラバーの内部構造によく選択されます。最も一般的な故障モードは、管と管板の接合部、ガスケットの下、固体堆積物の下での隙間腐食です。このサービスの対象となるチタン合金にはグレード 7 (Ti-0.15Pd) とグレード 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) の 2 つがあり、それぞれ異なる耐隙間腐食性方法を提供します。この論文では、塩酸スクラバー条件における合金の性能を評価し、どの合金が隙間攻撃に対してより優れた保護を提供するかを決定します。

HClスクラバーの隙間腐食のメカニズム
隙間（通常、チタンチューブと PTFE ガスケットの間、またはチューブと丸めたチューブシートの間の 0.1 ～ 0.5 mm の隙間）では、化学的性質がバルスクラバー液とは大きく異なります。陰極プロセスでは、隙間内の酸素が急速に消費されます。酸素が存在しない場合、チタンは陽極で溶解して Ti3+ および Ti4+ イオンを形成し、これらのイオンが加水分解して HCl になり、隙間の pH が着実に低下します。 10% HCl を使用したバルク スクラバーでは、pH が約 0.5 で pH が 0 未満になることがあります。高い塩化物含有量、低い pH、制限された物質輸送の組み合わせにより、自己触媒環境が生じ、一度始まると急速な隙間腐食が発生します。

この攻撃に対する合金の耐性は、臨界隙間温度 (CCT) と臨界隙間電位 (CCP) によって定義されます。 CCT は、標準化された隙間アセンブリ (ASTM G78) を明らかな隙間攻撃なしに 72 時間浸漬できる最高温度です。 CCP は、特定の温度および塩化物濃度において、それを超えると隙間の開始が発生しなくなる閾値です。

グレード 7: パラジウム安定化不動態化
グレード 7 チタンには、水素発生と酸素還元の優れた陰極サイトである貴金属であるパラジウムが 0.12-0.25% 含まれています。酸素が不足した隙間環境では、パラジウムはチタン自体よりも低い過電圧で水素イオンの還元（2H+ + 2e- → H2）を触媒します。この陰極反応は隙間電位を貴方向に調整するため、低 pH の酸素欠乏条件下でも不動態皮膜を維持するのに役立ちます。

グレード 7 の 10% HCl 中での 70 ℃ での CCT は約 65 ℃ - です。つまり、標準的な試験条件下では 65 ℃ 未満では隙間攻撃は始まりません。隙間攻撃は 75 度で 100 ～ 200 時間発生します。グレード 7 は、60 ～ 70 度で稼働するスクラバーの CCT と同等かわずかに下回っており、小さいながらも機能安全マージンを提供します。

グレード 12: Mo-Ni パワーアップ-
グレード 12 チタンには、0.2 ～ 0.4% のモリブデンと 0.6 ～ 0.9% のニッケルが含まれています。陰極プロセスを変えるパラジウムとは対照的に、モリブデンは、塩化物イオンの浸透を妨げ、陽極溶解速度を低下させるモリブデン酸種 (MoO42-) として不動態皮膜に豊富に含まれます。ニッケルは、還元酸における不動態皮膜の安定性を高め、皮膜への機械的損傷後の再不動態化を助けます。この組み合わせにより、攻撃的な隙間の化学的性質においても破壊に耐える、より弾力性のある不動態皮膜が得られます。

グレード 12 は、70 度で 10% HCl 中で約 80 度の CCT を持ち、グレード 7 よりもはるかに高くなります。グレード 12 は、85 度で 500 時間後にわずかな隙間攻撃を示します。性能の向上は、水素発生が主な陰極反応である場合に貴金属触媒作用が妨げられる可能性があるのではなく、モリブデン-ニッケルの添加によって不動態皮膜の固有の安定性が向上するという事実に起因すると考えられます。

焼却炉スクラバー性能比較
8〜12%のHClを使用して65-70度で稼働する廃棄物焼却炉のスクラバーからのデータは、2つの合金間の明らかな違いを示しました。 5 年間の使用後に取り外したグレード 7 のチューブには、丸められたチューブの接合部とガスケットの下に浅い隙間の攻撃 (深さ 0.1 ～ 0.3 mm) が見られます。グレード 7 の設備の一部では、7 ～ 8 年で隙間を貫通する穿孔が発生しました。同じ条件下では、グレード 12 のチューブは 5 年後に重大な亀裂の攻撃は見られず、8 ～ 10 年後には最小限の表面エッチング (0.05 mm) しか見られません。

グレード 12 の利点は、温度の問題があるスクラバーで特に顕著です。. 75-80 度に長時間さらされると、数カ月で深さ 0.5 mm まで成長するグレード 7 の隙間に攻撃が発生します。グレード 12 は、これらの温度では比較的影響を受けません。

焼却炉スクラバー チタン合金応用マトリックス
スクラバーの動作条件 HCl 濃度 (推奨合金温度範囲) 予想される隙間-なしの寿命
連続動作、安定した温度 5-10% 55-65 度グレード 7 5-7 年
連続動作、一定温度 10-15% 55-65 度 グレード 12 8-10 年
可変動作 温度変化は 75 度まで 5 ～ 10 % 60 ～ 75 度 グレード 12 6 ～ 8 年
塩素廃棄物が多く、逸脱が多い 10 ～ 15% 65 ～ 80 度 グレード 12 (分) 5 ～ 7 年
重い固体堆積物が存在するあらゆるサービスグレード 12 の堆積物があると、隙間のリスクが増加します。グレード12を好む
新築、10 年の設計寿命 5-15% 60-70 度グレード 12 10+ 年
焼却炉スクラバー仕様の結論
塩酸蒸気が60-80度になることが予想される廃棄物焼却炉の湿式スクラバーでは、耐隙間腐食性の観点から、グレード7（Ti-0.15Pd）よりもグレード12のチタン（Ti-0.3Mo-0.8Ni）の方が好ましい。モリブデン-ニッケルの添加による陽極抑制により、不動態皮膜の安定性が向上し、臨界隙間温度がグレード 7 より約 15 度高くなります。一般的なスクラバーのサービスは 10% HCl で 65-70 度です。グレード 12 では 8 ～ 10 年間隙間なく使用できますが、グレード 7 では 5 ～ 7 年後に攻撃が見られ始めます。グレード 12: 10 年の寿命を必要とする新規設置または交換に推奨される合金ですが、コストが少し高くなります (グレード 7 より約 15 ～ 20% 高い)。グレード 7 は、低温のスクラバー (55 ～ 65 度) や初期資本コストが主な制限である場合には依然として適していますが、スクラバーの温度が 65 度を超える可能性がある場合、または塩化物含有量が 10% を超える場合には、グレード 12 を指定する必要があります。購入の際は、チューブとチューブシートの接続部の隙間をなくし、耐用年数を延ばすために、表面が酸洗いされ、チューブとチューブシートが溶接 (圧延されていない) された ASTM B338 グレード 12 チューブを求めてください。