Untuk Pencerna Pabrik Kertas yang Memanaskan Minuman Keras Putih (Na₂S + NaOH) pada suhu 170 derajat, Berapa Konsentrasi Klorida Maksimum yang Diizinkan untuk Titanium Kelas 2 Tanpa Retak Korosi Stres?

Pencerna pabrik kertas menggunakan cairan putih, larutan natrium sulfida (Na2S) dan natrium hidroksida (NaOH) untuk menghilangkan lignin serpihan kayu pada suhu 150-180 derajat dan 8-10 bar. Titanium grade 2 digunakan dalam koil pemanas dan layar ekstraksi cair karena ketahanannya terhadap serangan kaustik dan sulfida. Namun ion klorida dimasukkan ke dalam cairan putih dari sejumlah sumber, termasuk sisa klorida dalam air make-up, bahan kimia pemutih yang mengandung klorin yang dikembalikan ke loop pemulihan, dan senyawa klorida dalam kayu itu sendiri. Titanium Kelas 2 sensitif terhadap retak korosi tegangan (SCC) dalam larutan kaustik pada suhu tinggi di atas ambang batas kandungan klorida. SCC menyebabkan retak transgranular rapuh yang dapat dengan cepat melubangi tabung dengan sedikit penipisan dinding dibandingkan dengan lubang atau korosi seragam yang terlihat pada layanan klorida suhu rendah. Artikel ini menetapkan kandungan klorida maksimum yang diperbolehkan dalam cairan putih untuk titanium Kelas 2 pada 170 derajat untuk mencegah SCC berdasarkan uji laboratorium dan pengalaman yang diperoleh di pabrik.

Mekanisme SCC dalam Media Kaustik-Klorida
Titanium Grade 2 memiliki ketahanan korosi yang baik terhadap larutan kaustik murni (NaOH, KOH) hingga 200 derajat dengan laju korosi kurang dari 0,01 mm per tahun. Na 2 S - Tidak ada peningkatan korosi yang signifikan. Namun aksi kaustik, klorida dan suhu tinggi memberikan mekanisme pemecahan tertentu. Ion klorida memasuki lapisan pasif TiO₂ di tempat tegangan tarik (lasan, tikungan tabung, ujung tabung yang digulung). Ketika lapisan film terurai, konsentrasi lokal kaustik dalam retakan meningkatkan pH hingga mencapai tingkat melebihi 13, yang mana titanium rentan terhadap retakan transgranular. Retakan merambat pada kisi titanium di sepanjang bidang slip dengan sedikit produk korosi atau penipisan dinding.

Faktor pengendali SCC meliputi suhu di atas 150 derajat, pH di atas 12, konsentrasi klorida di atas ambang batas tertentu, dan tegangan tarik (sisa atau diterapkan) di atas sekitar 50 % kekuatan luluh. Cairan putih biasanya mengandung 15-20% NaOH dan pH pada 170 derajat adalah 13-14. Sebagian besar tabung pemanas Kelas 2 dibiarkan dengan tegangan tarik sisa dari fabrikasi (pembengkokan tabung, pengelasan, pemuaian ke dalam lembaran tabung) sebesar 100-200 MPa-jauh di atas ambang luluh 50% (kekuatan luluh Kelas 2 pada 170 derajat adalah sekitar 200 MPa; 50% adalah 100 MPa).

Penentuan Ambang Klorida
Data ambang batas kuantitatif berasal dari pengujian SCC terkontrol menggunakan spesimen tikungan U-(ASTM G30) dari titanium Kelas 2 yang diberi simulasi cairan putih (15% NaOH + 5% Na2S) pada 170 derajat dengan berbagai penambahan klorida. Spesimen diperiksa retakannya dengan interval 100 jam hingga 1000 jam.

Tidak ada keretakan yang terdeteksi setelah 1.000 jam pada konsentrasi klorida <50 ppm. Spesimen tersebut ulet dan tidak ada retakan yang terlihat pada permukaan pada pemeriksaan mikroskopis.

Retakan permukaan kecil pada konsentrasi klorida 50-100 ppm pada 500-800 jam. Retakannya dangkal (kedalaman 20-50 μm) dan tidak merambat melalui ketebalan spesimen 1,5 mm selama 1000 jam.

Perengkahan dimulai pada 200 hingga 400 jam pada 100 hingga 200 ppm klorida. Kedalaman retak setelah 1000 jam (100-300 mikron, atau 10-20% ketebalan dinding).

Cracking dimulai selama 50-150 jam pada konsentrasi klorida 200-500 ppm. Retakan yang dalam (500-1000 µm setelah 500 jam) menyebar dengan cepat. Dalam 700-900 jam beberapa spesimen gagal total.

Perengkahan dimulai sekitar 20-50 jam pada konsentrasi klorida melebihi 500 ppm. Spesimen retak dalam waktu 200-400 jam.

Dari data tersebut, kandungan klorida maksimum titanium Grade 2 dalam cairan putih pada suhu 170 derajat tanpa risiko SCC adalah 100 ppm. Batas desain konservatif sebesar 50 ppm diusulkan untuk memberikan kelonggaran terhadap gangguan proses dan efek konsentrasi lokal.

Pengalaman di Pabrik dan Analisis Kegagalan
Validasi lapangan dilakukan melalui survei terhadap 15 pabrik kertas yang menggunakan koil pemanas titanium Kelas 2 dalam pencerna cairan putih (beroperasi pada suhu 170 derajat). Pabrik yang menjaga cairan putih klorida di bawah 50 ppm memiliki umur koil 8-12 tahun tanpa masalah SCC. Pabrik dengan kadar klorida 50-100 ppm telah melaporkan masa pakai 5-8 tahun dengan beberapa retak SCC yang diamati pada pengelasan dan tikungan setelah 4-6 tahun. Pabrik yang mengalami lonjakan klorida di atas 200 ppm (biasanya disebabkan oleh gangguan pada siklus pemulihan) mengalami kegagalan SCC yang sangat besar dalam waktu 6-18 bulan setelah gangguan tersebut. Analisis terhadap tabung yang rusak menunjukkan bahwa retakan transgranular dimulai pada ujung las dan pada jari-jari bagian dalam tikungan tabung, yaitu daerah dengan tegangan tarik sisa tertinggi.

Strategi untuk Mengurangi Peningkatan Kadar Klorida
Jika cairan putih klorida tidak dapat dijaga di bawah 100 ppm, langkah-langkah berikut dapat mengurangi risiko SCC:

Anil pelepas stres: Tegangan sisa berkurang 50-70%, meningkatkan ambang klorida sebanyak 2-3 kali Perlakuan panas setelah pengelasan dan pembengkokan pada 540-650 derajat selama 1-2 jam.

Shot peening atau penggulungan permukaan: Pemberian tegangan sisa tekan pada permukaan tabung (dengan shot peening atau roller burnishing) mencegah terjadinya retakan bahkan pada kadar klorida setinggi 300-500 ppm.

Tingkatkan ke Kelas 7 atau Kelas 12 Kelas 7 (Ti-0,15Pd): Meningkatkan ambang batas SCC klorida menjadi sekitar 500 ppm pada 170 derajat. Grade 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) meningkatkan ambang batas menjadi sekitar 300 ppm.

Menurunkan suhu operasi: Mengurangi suhu reaktor dari 170 derajat menjadi 160 derajat akan meningkatkan ambang batas klorida sebanyak 2-3 kali lipat. Menaikkan hingga 150 derajat meningkatkan ambang batas sebanyak 5-10 kali.

Kumparan Pemanas Minuman Keras Putih - Matriks Aplikasi
Konsentrasi Minuman Keras Klorida Putih Suhu Pengoperasian yang Direkomendasikan Diperlukan Pereda Stres Kelas Titanium? Kehidupan Layanan yang Diharapkan<50 ppm 170°C Grade 2 No 8-12 years 50-100 ppm 170°C Grade 2 Yes (post-weld) 5-8 years 100-200 ppm 170°C Grade 2 with stress relief + shot peening3-5 years required 100-200 ppm 170 °C Grade 7 (no stress relief)Not required 6-10 years 200-500 ppm 170°C Grade 7, Stress relievedRecommended 5-7 years 200-500 ppm 170°C Grade 12 Not necessary 4-6 years >500 ppm 170 derajat Kelas 7 tidak dapat diterima; gunakan Hastelloy C-276 N/A Gunakan paduan nikel
Tip praktis untuk pabrik kertas
Untuk pencerna pabrik kertas yang memanaskan cairan putih pada suhu 170 derajat, konsentrasi klorida maksimum untuk titanium Kelas 2 tanpa retak korosi tegangan adalah 100 ppm; 50 ppm direkomendasikan untuk daya tahan jangka panjang. Mingguan dengan kromatografi ion atau elektroda ion tertentu. Klorida Tindakan perbaikan jika klorida lebih besar dari 100 ppm: meningkatkan kualitas air rias (osmosis balik atau demineralisasi), mengidentifikasi dan menghilangkan kontaminasi klorida dalam pemulihan kimia, atau meningkatkan blowdown dari sistem cairan putih. Tentukan kumparan titanium Kelas 7 dengan anil pelepas stres untuk pabrik yang tidak mampu mempertahankan klorida di bawah 100 ppm dengan andal. Tingkat 7 meningkatkan ambang batas hingga 500 ppm dan memberikan peningkatan resistensi SCC sebesar 2-3 kali lipat. Saat membeli kumparan Kelas 2 untuk layanan minuman keras putih, selalu minta pelepas stres pasca pengelasan (540 derajat selama 1 jam dalam atmosfer argon) terlepas dari tingkat klorida yang mungkin Anda temui. Hal ini akan meningkatkan kehidupan meskipun kadar kloridanya rendah. Biaya tambahan untuk Kelas 7 dapat dibenarkan untuk reaktor baru atau kumparan pengganti dimana pengendalian klorida tidak dapat dipastikan. Untuk kumparan Kelas 2 yang ada, lakukan pemeriksaan ultrasonik pada zona las dan tikungan tabung setiap bulan untuk mendeteksi SCC sebelum perforasi. 100-200 ppm 200-400 jam Inisiasi retakan Inspeksi bulanan (720 jam) Deteksi retakan sebelum perambatan melalui dinding