Welche Titanlegierung (Ti-0,15Pd vs. Ti-0,3Mo-0,8Ni) bietet bei Nasswäschern von Müllverbrennungsanlagen, die Salzsäuredämpfe verarbeiten, eine überlegene Spaltkorrosionsbeständigkeit?

Nasswäscher für Müllverbrennungsanlagen befinden sich an der Schnittstelle zwischen Hochtemperatur-Verbrennungsgasen und Absorptionssystemen für korrosive Flüssigkeiten. Die Salzsäuredämpfe aus der Verbrennung von chlorierten Kunststoffen und anderen Abfällen werden zu einer Wäscherflüssigkeit mit 5-15 % HCl bei 60-80 °C kondensiert. Titanlegierungen werden häufig für Wäscher-Einbauten wie Sprühköpfe, Tropfenabscheider und Nacherhitzerrohre ausgewählt. Die häufigste Fehlerursache ist Spaltkorrosion an Rohr-Rohrboden-Verbindungen, unter Dichtungen und unter festen Ablagerungen. Es gibt zwei Titanlegierungen, die für diesen Service in Frage kommen: Grad 7 (Ti-0,15Pd) und Grad 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni), und sie bieten unterschiedliche Methoden der Spaltkorrosionsbeständigkeit. In diesem Artikel wird die Leistung der Legierungen unter Bedingungen eines Salzsäurewäschers bewertet und ermittelt, welche Legierung einen besseren Schutz gegen Spaltangriffe bietet.

Mechanismus der Spaltkorrosion in HCl-Wäschern
In einem Spalt – normalerweise einem Spalt von 0,1 bis 0,5 mm zwischen einem Titanrohr und einer PTFE-Dichtung oder zwischen einem Rohr und einem gewalzten Rohrboden – unterscheidet sich die Chemie stark von der der Bulk-Waschflüssigkeit. Kathodische Prozesse verbrauchen schnell Sauerstoff im Spalt. In Abwesenheit von Sauerstoff wird Titan anodisch unter Bildung von Ti³⁺- und Ti⁴⁺-Ionen gelöst, die zu HCl hydrolysieren und so den Spalt-pH-Wert stetig senken. In einem Massenwäscher mit 10 % HCl kann der pH-Wert bei einem pH-Wert von etwa 0,5 unter 0 liegen. Die Kombination aus hohem Chloridgehalt, niedrigem pH-Wert und begrenztem Stofftransport führt zu einer autokatalytischen Umgebung, die zu schneller Spaltkorrosion führt, sobald sie begonnen hat.

Der Widerstand einer Legierung gegenüber diesem Angriff wird durch die kritische Spalttemperatur (CCT) und das kritische Spaltpotential (CCP) definiert. CCT ist die maximale Temperatur, bei der eine standardisierte Spaltanordnung (ASTM G78) 72 Stunden lang ohne erkennbaren Spaltangriff eingetaucht werden kann. Der CCP ist der Schwellenwert, ab dem bei einer bestimmten Temperatur und Chloridkonzentration keine Spaltbildung auftritt.

Grad 7: Palladiumstabilisierte Passivierung
Titan der Güteklasse 7 enthält 0,12-0,25 % Palladium, ein Edelmetall, das eine ausgezeichnete kathodische Stelle für die Wasserstoffentwicklung und Sauerstoffreduktion darstellt. In der sauerstoffarmen Spaltumgebung katalysiert Palladium die Reduktion von Wasserstoffionen (2H+ + 2e- → H2) bei einem niedrigeren Überpotential als Titan selbst. Diese kathodische Reaktion passt das Spaltpotential in Richtung Edelmetall an und trägt so dazu bei, den Passivfilm auch unter Bedingungen mit niedrigem pH-Wert und Sauerstoffmangel aufrechtzuerhalten.

Klasse 7 hat einen CCT in 10 % HCl bei 70 °C von etwa 65 °C -, d. h. der Spaltangriff beginnt unter Standardtestbedingungen nicht unter 65 °C. Der Spaltangriff dauert 100–200 Stunden bei 75 Grad. Grad 7 liegt bei oder leicht unter dem CCT für einen Wäscher, der bei 60–70 Grad läuft, was einen kleinen, aber funktionierenden Sicherheitsspielraum bietet.

Note 12: Mo-Ni Power-Up
Titan der Güteklasse 12 enthält 0,2–0,4 % Molybdän und 0,6–0,9 % Nickel. Im Gegensatz zu Palladium, das den kathodischen Prozess verändert, wird Molybdän im Passivfilm als Molybdatspezies (MoO₄²⁻) angereichert, die das Eindringen von Chloridionen behindert und die Geschwindigkeit der anodischen Auflösung verringert. Nickel erhöht die Stabilität des Passivfilms gegenüber reduzierenden Säuren und unterstützt die Repassivierung nach mechanischer Beschädigung des Films. Diese Kombination führt zu einem widerstandsfähigeren Passivfilm, der auch bei aggressiven Spaltchemikalien resistent gegen Durchschlag ist.

Grad 12 hat einen CCT von etwa 80 Grad in 10 % HCl bei 70 Grad, was viel höher ist als Grad 7. Grad 12 zeigt nach 500 Stunden bei 85 Grad einen leichten Spaltangriff. Die verbesserte Leistung wird auf die Tatsache zurückgeführt, dass die Zugabe von Molybdän-Nickel zu einer Erhöhung der intrinsischen Stabilität des Passivfilms führt und nicht auf die Edelmetallkatalyse, die behindert werden kann, wenn die Wasserstoffentwicklung die vorherrschende kathodische Reaktion ist.

Leistungsvergleich des Verbrennungswäschers
Daten von Müllverbrennungswäschern, die bei 65-70 Grad und 8–12 % HCl betrieben wurden, zeigten deutliche Unterschiede zwischen den beiden Legierungen. Rohre der Güteklasse 7, die nach 5 Betriebsjahren entfernt wurden, weisen an gerollten Rohrverbindungen und unter Dichtungen einen flachen Spaltangriff (0,1–0,3 mm tief) auf. Bei einigen Installationen der Güteklasse 7 kam es nach 7–8 Jahren zu einer Perforation durch den Spalt. Unter den gleichen Bedingungen zeigen Rohre der Güteklasse 12 nach 5 Jahren keinen nennenswerten Spaltangriff und nach 8–10 Jahren nur eine minimale Oberflächenätzung (0,05 mm).

Der Vorteil von Grad 12 zeigt sich besonders deutlich bei Wäschern, die Temperaturprobleme haben. . 75-80 Ein Grad der Einwirkung über einen längeren Zeitraum führt zu Angriffen in Spalten der Klasse 7, die innerhalb von Monaten bis zu einer Tiefe von 0,5 mm anwachsen können. Grad 12 ist bei diesen Temperaturen relativ unbeeinflusst.

Anwendungsmatrix für Verbrennungswäscher aus Titanlegierung
Betriebszustand des Wäschers HCl-Konzentration (Empfohlener LegierungstemperaturbereichErwartete spaltfreie Lebensdauer
Aufeinanderfolgender Betrieb, stabile Temperatur 5-10 % 55-65 Grad Grad 7 5-7 Jahre
Kontinuierlicher Betrieb, konstante Temperatur 10–15 % bei 55–65 Grad 12 8-10 Jahre
Schwankende Betriebstemperaturen bis 75 Grad, 5 bis 10 %, 60 bis 75 Grad, Grad 12 6 bis 8 Jahre
Abfall mit hohem Chlorgehalt, häufige Abweichungen von 10–15 % bei 65–80 Grad, Klasse 12 (min.), 5–7 Jahre
Jeder Service, bei dem starke feste Ablagerungen vorhanden sind. Alle Ablagerungen der Güteklasse 12 erhöhen das Spaltrisiko. bevorzuge Klasse 12
Neubau, 10 Jahre Lebensdauer, 5–15 %, 60–70 Grad, 12 10+ Jahre
Schlussfolgerung zur Spezifikation des Verbrennungswäschers
In Nasswäschern von Müllverbrennungsanlagen, in denen Salzsäuredämpfe voraussichtlich eine Temperatur von 60-80 Grad haben, ist Titan der Güteklasse 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) hinsichtlich der Spaltkorrosionsbeständigkeit der Güteklasse 7 (Ti-0,15Pd) vorzuziehen. Die anodische Hemmung durch die Zugabe von Molybdän-Nickel verbessert die Stabilität des Passivfilms und führt zu einer kritischen Spalttemperatur, die etwa 15 Grad höher ist als bei Grad 7. Der typische Wäscherbetrieb erfolgt bei 65-70 Grad mit 10 % HCl. Klasse 12 bietet 8–10 Jahre spaltfreien Betrieb, Klasse 7 zeigt jedoch nach 5–7 Jahren Angriffe. Klasse 12: Die bevorzugte Legierung für Neuinstallationen oder Austauscharbeiten mit einer Lebensdauer von 10 Jahren, kostet jedoch etwas mehr (ca. 15–20 % mehr als Klasse 7). Klasse 7 eignet sich immer noch für Wäscher mit niedrigerer Temperatur (55–65 Grad) oder wenn die anfänglichen Kapitalkosten die Hauptbeschränkung darstellen. Klasse 12 sollte jedoch angegeben werden, wenn die Wäschertemperatur mehr als 65 Grad betragen kann oder der Chloridgehalt 10 % übersteigt. Fragen Sie beim Kauf nach Rohren der Güteklasse 12 nach ASTM B338 mit gebeizten Oberflächen und geschweißten (nicht gewalzten) Rohr-Rohrboden-Verbindungen, um Spalten an den Rohr-Rohrboden-Verbindungen zu vermeiden und die Lebensdauer zu verlängern.