بالنسبة لأجهزة تحلل الورق التي تقوم بتسخين السائل الأبيض (Na₂S + NaOH) عند 170 درجة، ما هو الحد الأقصى لتركيز الكلوريد المسموح به للتيتانيوم من الدرجة 2 دون تكسير التآكل الإجهادي؟

تستخدم هاضمات مصانع الورق سائلًا أبيض، ومحلول كبريتيد الصوديوم (Na2S) وهيدروكسيد الصوديوم (NaOH) لإزالة اللجنات من رقائق الخشب عند درجة حرارة 150-180 درجة و8-10 بار. يتم استخدام التيتانيوم من الدرجة 2 في ملفات التسخين وشاشات استخلاص السوائل لمقاومته لهجوم المواد الكاوية والكبريتيد. ومع ذلك، يتم إدخال أيونات الكلوريد إلى السائل الأبيض من عدد من المصادر، بما في ذلك الكلوريدات المتبقية في ماء التجميل، والمواد الكيميائية المبيضة المحتوية على الكلور والتي يتم إرجاعها في حلقات الاسترداد، ومركبات الكلوريد الموجودة في الخشب نفسه. يعتبر التيتانيوم من الدرجة 2 حساسًا للتكسير الناتج عن التآكل الإجهادي (SCC) في المحاليل الكاوية عند درجات حرارة مرتفعة أعلى من مستوى عتبة محتوى الكلوريد. يتسبب SCC في حدوث تشققات هشة عبر الحبيبات يمكن أن تثقب الأنابيب بسرعة مع ترقق بسيط في الجدار على عكس التنقر أو التآكل الموحد الذي يظهر في خدمة الكلوريد ذات درجة الحرارة المنخفضة. تحدد هذه المقالة الحد الأقصى المسموح به لمحتوى الكلوريد في السائل الأبيض للتيتانيوم من الدرجة الثانية عند 170 درجة لمنع SCC بناءً على الاختبارات المعملية والخبرة المكتسبة في المطحنة.

آلية SCC في وسط كلوريد-الكلوريد الكاوي
يتمتع التيتانيوم من الدرجة 2 بمقاومة جيدة للتآكل بالنسبة للمحاليل الكاوية النقية (NaOH، KOH) حتى 200 درجة مع معدلات تآكل أقل من 0.01 ملم سنويًا. Na 2 S - لا توجد زيادة في التآكل بأية أهمية. لكن عمل المواد الكاوية والكلوريد ودرجة الحرارة المرتفعة يعطي آلية كسر معينة. تدخل أيونات الكلوريد إلى طبقة TiO₂ السلبية في أماكن إجهاد الشد (اللحامات، ثنيات الأنابيب، أطراف الأنابيب الملفوفة). عندما ينهار الفيلم، فإن التركيز الموضعي للمادة الكاوية في الكراك يرفع درجة الحموضة إلى مستويات تزيد عن 13، حيث يكون التيتانيوم عرضة للتشقق عبر الحبيبات. ينتشر الشق في شبكة التيتانيوم على طول الأسطح المنزلقة مع القليل من منتجات التآكل أو ترقق الجدار.

تشمل عوامل التحكم في SCC درجة الحرارة أعلى من 150 درجة، ودرجة الحموضة أعلى من 12، وتركيز الكلوريد فوق حد معين، وإجهاد الشد (المتبقي أو المطبق) أعلى من حوالي 50% من قوة الخضوع. يكون السائل الأبيض عادة 15-20% NaOH ودرجة الحموضة عند 170 درجة هي 13-14. تُترك معظم أنابيب السخان من الدرجة الثانية مع ضغوط شد متبقية من التصنيع (ثني الأنبوب، واللحام، والتمدد في صفائح الأنابيب) تبلغ 100-200 ميجا باسكال - أعلى بكثير من عتبة الخضوع البالغة 50% (قوة الخضوع للصف 2 عند 170 درجة تبلغ حوالي 200 ميجا باسكال؛ 50% هي 100 ميجا باسكال).

تحديد عتبة الكلوريد
تم الحصول على بيانات الحد الكمي من اختبار SCC الخاضع للرقابة باستخدام عينات U{0}} (ASTM G30) من التيتانيوم من الدرجة 2 المعرضة لمحاكاة السائل الأبيض (15% NaOH + 5% Na2S) عند 170 درجة مع إضافات كلوريد مختلفة. تم فحص العينات للتأكد من عدم وجود شقوق على فترات تتراوح من 100 ساعة إلى 1000 ساعة.

لم يتم اكتشاف أي تشقق بعد 1000 ساعة عند تركيزات الكلوريد <50 جزء في المليون. كانت العينات قابلة للسحب ولم يلاحظ أي شقوق على السطح تحت الفحص المجهري.

تشقق سطحي بسيط عند تركيز 50-100 جزء في المليون من الكلوريد عند 500-800 ساعة. كانت الشقوق ضحلة (عمقها 20-50 ميكرومتر) ولم تنتشر خلال سماكة العينة 1.5 مم خلال 1000 ساعة.

يبدأ التكسير عند 200 إلى 400 ساعة عند 100 إلى 200 جزء في المليون من الكلوريد. أعماق الشقوق بعد 1000 ساعة (100-300 ميكرون، أو 10-20% من سمك الجدار).

يبدأ التشقق خلال 50-150 ساعة بتركيزات كلوريد 200-500 جزء في المليون. الشقوق العميقة (500-1000 ميكرومتر بعد 500 ساعة) انتشرت بسرعة. في 700-900 ساعة عدة عينات فشلت تماما.

يبدأ التكسير حوالي 20-50 ساعة عند تركيز كلوريد يتجاوز 500 جزء في المليون. العينات المكسورة خلال 200-400 ساعة.

من هذه البيانات، الحد الأقصى لمحتوى كلوريد التيتانيوم من الدرجة 2 في السائل الأبيض عند 170 درجة دون خطر SCC هو 100 جزء في المليون. يُقترح حد تصميم متحفظ قدره 50 جزء في المليون لتوفير مساحة لاضطرابات العمليات وتأثيرات التركيز المحلي.

خبرة في المطاحن وتحليل الأعطال
تم التحقق من الصحة الميدانية من خلال مسح 15 مصنعًا للورق باستخدام ملفات تسخين من التيتانيوم من الدرجة الثانية في هاضمات المشروبات الكحولية البيضاء (تعمل عند 170 درجة). كانت المطاحن التي تحافظ على كلوريد السائل الأبيض أقل من 50 جزءًا في المليون تتمتع بعمر ملف يتراوح من 8 إلى 12 عامًا دون أي مشاكل في SCC. أبلغت المطاحن التي تحتوي على مستويات كلوريد تتراوح بين 50-100 جزء في المليون عن عمر يتراوح بين 5-8 سنوات مع ملاحظة بعض التشققات في SCC عند اللحامات والانحناءات بعد 4-6 سنوات. شهدت المطاحن التي تحتوي على ارتفاعات في الكلوريد تزيد عن 200 جزء في المليون (عادةً بسبب اضطرابات في دورة الاسترداد) إخفاقات كارثية في SCC خلال 6 إلى 18 شهرًا بعد الاضطراب. كشف تحليل الأنابيب المتضررة أن الشقوق الحبيبية بدأت عند أصابع اللحام وفي نصف القطر الداخلي لانحناءات الأنبوب، وهي المناطق ذات أعلى إجهاد شد متبقي.

استراتيجيات التخفيف من مستويات الكلوريد المرتفعة
إذا لم يكن من الممكن إبقاء كلوريد السائل الأبيض أقل من 100 جزء في المليون، فإن الإجراءات التالية تقلل من خطر الإصابة بـ SCC:

التلدين بتخفيف الإجهاد: يتم تقليل الضغوط المتبقية بنسبة 50-70%، مما يزيد من عتبة الكلوريد بعامل 2-3 المعالجة الحرارية بعد اللحام والثني عند 540-650 درجة لمدة 1-2 ساعة.

التقشر بالخردق أو تدحرج السطح: يؤدي إدخال الضغط المتبقي على سطح الأنبوب (عن طريق التقشر بالطلقات أو الصقل بالأسطوانة) إلى منع تطور التشققات حتى عند مستويات الكلوريد التي تصل إلى 300-500 جزء في المليون.

الترقية إلى الصف 7 أو الصف 12 الصف 7 (Ti-0.15Pd): يزيد عتبة كلوريد SCC إلى حوالي 500 جزء في المليون عند 170 درجة. يزيد الصف 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) العتبة إلى حوالي 300 جزء في المليون.

خفض درجة حرارة التشغيل: إن تقليل درجة حرارة الهاضم من 170 درجة إلى 160 درجة سيزيد من عتبة الكلوريد بعامل 2-3. يؤدي الرفع إلى 150 درجة إلى زيادة العتبة بعامل 5-10.

ملفات تسخين المشروبات الكحولية البيضاء - مصفوفة التطبيق
تركيز كلوريد السائل الأبيض درجة حرارة التشغيل الموصى بها درجة التيتانيوم مطلوب تخفيف التوتر؟ عمر الخدمة المتوقع<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 جزء في المليون 170 درجة الصف 7 غير مقبول؛ استخدم Hastelloy C-276 N/A استخدم سبائك النيكل
نصائح عملية لمصانع الورق
بالنسبة لهضمات مصانع الورق التي تقوم بتسخين السائل الأبيض عند 170 درجة، فإن الحد الأقصى لتركيز الكلوريد للتيتانيوم من الدرجة 2 بدون تكسير التآكل الإجهادي هو 100 جزء في المليون؛ يوصى باستخدام 50 جزء في المليون لضمان المتانة على المدى الطويل. أسبوعيًا بواسطة تحليل كروماتوجرافي أيوني أو قطب أيوني معين. الإجراء التصحيحي للكلوريد إذا كان الكلوريد أكبر من 100 جزء في المليون: تعزيز جودة-ماء المكياج (التناضح العكسي أو إزالة المعادن)، وتحديد وإزالة التلوث بالكلوريد في عملية الاسترداد الكيميائي، أو زيادة التصريف من نظام السائل الأبيض. حدد ملفات التيتانيوم من الدرجة 7 مع التلدين لتخفيف الضغط للمطاحن غير القادرة على الحفاظ على الكلوريد بشكل موثوق أقل من 100 جزء في المليون. تزيد الدرجة 7 الحد الأدنى إلى 500 جزء في المليون وتعطي زيادة بمقدار 2-3 مرات في مقاومة SCC. عند شراء ملفات من الدرجة الثانية لخدمة المشروبات الكحولية البيضاء، اطلب دائمًا تخفيف الضغط بعد اللحام (540 درجة لمدة ساعة واحدة في جو الأرجون) بغض النظر عن مستوى الكلوريد الذي تتوقع مواجهته. سيؤدي ذلك إلى تحسين الحياة حتى لو كانت مستويات الكلوريد منخفضة. التكلفة الإضافية للصف 7 لها ما يبررها بالنسبة للهضمات الجديدة أو الملفات البديلة حيث لا يمكن ضمان التحكم في الكلوريد. بالنسبة لملفات الدرجة 2 الحالية، قم بإجراء فحص بالموجات فوق الصوتية على مناطق اللحام وثنيات الأنابيب على أساس شهري للكشف عن SCC قبل الثقب. 100-200 جزء في المليون 200-400 ساعة بدء الشقوق الفحص الشهري (720 ساعة) اكتشاف الشقوق قبل انتشار الجدار