Katedra materiálu a strojírenské metalurgie DEGRADATION OF CONSTRUCTION MATERIAL OF A REACTOR FOR ACRYLATES PRODUCTION DEGRADACE KONSTRUKČNÍHO

Podobné dokumenty
Metalografie. Praktické příklady z materiálových expertíz. 4. cvičení

PŘÍNOS METALOGRAFIE PŘI ŘEŠENÍ PROBLÉMŮ TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ NÁSTROJOVÝCH OCELÍ. Antonín Kříž

Metalografie. Praktické příklady z materiálových expertíz. 4. cvičení

MATERIÁLOVÁ PROBLEMATIKA SPALOVEN S VYŠŠÍMI PARAMETRY PÁRY

Hodnocení opotřebení a změn tribologických vlastností brzdových kotoučů

Koroze pivních korunek I - struktura II - technologie

KOROZE A TECHNOLOGIE POVRCHOVÝCH ÚPRAV

PRASKÁNÍ VRTÁKŮ PO TEPELNÉM ZPRACOVÁNÍ Antonín Kříž

Materiálové laboratoře Chomutov s.r.o. Zkušební laboratoř MTL Luční 4624, Chomutov

Svařitelnost korozivzdorných ocelí

Technický list. Ochranný profil (nerez)

Materiálové laboratoře Chomutov s.r.o. Zkušební laboratoř MTL Luční 4624, Chomutov

Vliv povrchu na užitné vlastnosti výrobku

Úpravy povrchu. Pozinkovaný materiál. Zinkový povlak - záruka elektrochemického ochranného působení 1 / 16

Použití výrobku Profil se používá jako dekorační prvek do obkladových ploch za použití keramických obkladů a dlažeb.

Integrita povrchu a její význam v praktickém využití

ZKOUŠKY MIKROLEGOVANÝCH OCELÍ DOMEX 700MC

NEREZOVÁ OCEL PRAKTICKÁ PŘÍRUČKA

Posouzení stavu rychlořezné oceli protahovacího trnu

5/ Austenitické vysokolegované žáruvzdorné oceli

Korozivzdorná ocel: uplatnění v oblasti spojovacího materiálu

b Ing., SVÚOM s.r.o., U měšťanského pivovaru 934, Praha, ČR

VLIV MIKROSTRUKTURY SLINUTÝCH KARBIDŮ NA ŽIVOTNOST NÁSTROJŮ A STROJNÍCH SOUČÁSTÍ

VLIV ZPŮSOBŮ OHŘEVU NA TEPLOTNÍ DEGRADACI TENKÝCH OTĚRUVZDORNÝCH PVD VRSTEV ZJIŠŤOVANÝCH POMOCÍ VYBRANÝCH METOD

Obsah KAPITOLY. 1 Svařované nerezové trubky Čtyřhranné a obdélníkové svařované trubky Bezešvé trubky

Materiálové vlastnosti Al přírodní Nosný profil je vyroben z hliníku vytlačováním. Vložka EPDM pružně vyplňuje dilatační spáru.

Výzkum a vývoj přehříváku s vysokými parametry páry pro kotle v ZEVO

Identifikace zkušebního postupu/metody PP (ČSN ISO 9556, ČSN ISO 4935) PP (ČSN EN , ČSN )

NÁVRH MATERIÁLU A POVRCHOVÉ ÚPRAVY PRO ŘEZNÉ NÁSTROJE URČENÝCH K OBRÁBĚNÍ PRYŽOVÝCH HADIC ZPEVNĚNÝCH KEVLAREM

VLIV REAKTOROVÉHO PROSTŘEDl' NA ZKŘEHNUTI' Cr-Mo-V OCELI

Výrobce plochých produktu z nerezové oceli

RYCHLOŘEZNÉ NÁSTROJOVÉ OCELI

KOROZNÍ CHOVÁNÍ Mg SLITIN V PROVZDUŠNĚNÉM FYZIOLOGICKÉM ROZTOKU

Co je to korozivzdorná ocel? Fe Cr > 10,5% C < 1,2%

VLIV TECHNOLOGIE ŽÁROVÉHO ZINKOVÁNÍ NA VLASTNOSTI ŽÁROVĚ ZINKOVANÝCH OCELÍ

METALOGRAFIE II. Oceli a litiny

Státní závěrečná zkouška Bakalářské studium 2018/2019

Korozivzdorné oceli jako konstrukční materiály (1. díl) Využití korozivzdorných ocelí jako konstrukčního materiálu představuje zejména v chemickém

ZKOUŠENÍ KOROZNÍ ODOLNOSTI PLAZMOVĚ NANÁŠENÝCH NITRIDICKÝCH VRSTEV NA OCELÍCH CORROSION RESISTANCE TESTING OF PLASMA NITRIDATION LAYERS ON STEELS

Technický list. Přechodový samolepící profil. Výrobce: HAVOS s.r.o. Základní materiálové složení. Technické parametry

COMTES FHT a.s. R&D in metals

K PROBLEMATICE VOLBY MATERIÁLŮ PRO KOMPONENTY ODSÍŘENÍ SPALIN TO THE PROBLEMS CHOOSING OF MATERIALS COMPONENTS FOR THE FLUE GAS DESULPHURISATION

DEGRADACE MATERIÁLOVÝCH VLASTNOSTÍ OCELI A PŘÍČINY VZNIKU TRHLIN VYSOKOTLAKÝCH PAROVODŮ

Metodika hodnocení strukturních změn v ocelích při tepelném zpracování

SurTec ČR technický dopis 13B - 1 -

NAVAŘOVACÍ PÁSKY A TAVIDLA

Konstrukční, nástrojové

1 PŘÍDAVNÝ MATERIÁL PRO PLAMENNÉ SVAŘOVÁNÍ

Měření vlivu ovzduší na ostění tunelu a ocelové vnitřní vybavení. Ing. Jiří Svoboda & Bc. Michal Hnilička

OK AUTROD 347Si (OK AUTROD 16.11)

Moření vysocelegovaných ocelí

9 Charakter proudění v zařízeních

Rozdělení ocelí podle použití. Konstrukční, nástrojové

LABORATOŘ KOVŮ A KOROZE VZDĚLÁVÁNÍ ODBORNÉ KURZY A SEMINÁŘE

OK AUTROD SFA/AWS A 5.14: ERNiCrMo-3 EN ISO 18274: S Ni 6625 (NiCr22Mo9Nb)

Technický list. Ukončovací profil pravoúhlý.

J. Kubíček FSI Brno 2018

Flat Carbon Europe. Magnelis Nový kovový povlak, který nabízí ochranu i před těmi nejnepříznivějšími vlivy

Analýza železného předmětu z lokality Melice předhradí

Degradační modely. Miroslav Sýkora Kloknerův ústav ČVUT v Praze

VLIV POVRCHU NA UŽITNÉ VLASTNOSTI VÝROBKU. Antonín Kříž

Integrita povrchu. Antonín Kříž

Technický list. Dělící profil T. Výrobce: HAVOS s.r.o. Kateřinská , Stráž nad Nisou.

Povrchová úprava bez chromu Cr VI

Příloha je nedílnou součástí osvědčení o akreditaci č.: 753/2015 ze dne:

OK AUTROD 308L OK Autrod 16.10

VÚHŽ a.s. Laboratoře a zkušebny č.p. 240, Dobrá

POVRCHY A JEJICH DEGRADACE

OK SFA/AWS A 5.11: (NiTi3)

Druhy ocelí, legující prvky

dělení materiálu, předzpracované polotovary

VLIV VODÍKU NA MATERIÁLOVÉ A STRUKTURNÍ VLASTNOSTI OCELI CM 5 (ČSN )

Zásobníky ocelové - až do max. průměru mm

Vliv obsahu uhlíku na rekrystalizační chování korozivzdorné oceli X6CrNiTi 18-10

Norma: ČSN EN Bezešvé ocelové trubky pro tlakové nádoby a zařízení Technické dodací podmínky. z nelegovaných ocelí se zaručenými vlastnostmi

BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV MATERIÁLOVÝCH VĚD A INŽENÝRSTVÍ

2. Materiály a jejich charakteristiky Austenitické, duplexní, feritické, martenzitické a precipitačně vytvrzené oceli. Značení, vlastnosti a použití.

NEREZOVÉ TVAROVKY technický katalog

MOŽNÉ PŘÍČINY VZNIKU KOROZE PŘI POUŽITÍ ELEKTROLÝZY SOLI ČI ZAŘÍZENÍ NA STEJNOSMĚRNÝ PROUD

SLEDOVÁNÍ KOROZNÍCH ÚBYTKŮ NA OCELOVÝCH PŘIVADĚČÍCH SMVAK OSTRAVA A.S. ING. JIŘÍ KOMÍNEK Severomoravské vodovody a kanalizace Ostrava a.s.

Měření a hodnocení rychlosti koroze při procesu úpravy vody

ANALYTICKÝ PRŮZKUM / 1 CHEMICKÉ ANALÝZY DROBNÝCH KOVOVÝCH OZDOB Z HROBU KULTURY SE ZVONCOVÝMI POHÁRY Z HODONIC METODOU SEM-EDX

VLIV HLINÍKU, DUSÍKU A MODULU ODLITKU NA VZNIKU LASTUROVÝCH LOMŮ V OCELOVÝCH ODLITCÍCH

Charakteristika. Použití TVÁŘECÍ NÁSTROJE STŘÍHÁNÍ RIGOR

AvantGuard Nová dimenze antikorozní ochrany

Vliv olejů po termické depolymerizaci na kovové konstrukční materiály

Třífázové trubkové reaktory se zkrápěným ložem katalyzátoru. Předmět: Vícefázové reaktory Jméno: Veronika Sedláková

Vliv protiprašných sítí na dispersi pevných částic v blízkosti technologického celku (matematické modelování - předběžná zpráva)

Optické metody a jejich aplikace v kompozitech s polymerní matricí

10. Chemické reaktory

a VUT v Brně, Fakulta strojního inženýrství, Technická 2896/2,Brno , ČR,

ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ seminář Degradace nízkolegovaných ocelí v. abrazivním a korozivním prostředí

6.3 Výrobky Způsob výroby volí výrobce. Pro minimální stupeň přetváření válcovaných a kovaných výrobků viz A4.

CO JE AKVATRON? VÝHODY IZOLACÍ AKVATRONEM

Heterogenní spoje v energetice, zejména se zaměřením na svařování martenzitických ocelí s rozdílným obsahem Cr

VLIV TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ NA VLASTNOSTI VYSOCEPEVNÉ NÍZKOLEGOVANÉ OCELI. David Aišman

PROBLEMATICKÉ SVAROVÉ SPOJE MODIFIKOVANÝCH ŽÁROPEVNÝCH OCELÍ

TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ KONSTRUKČNÍCH OCELÍ SVOČ Jana Martínková, Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, Plzeň Česká republika

Strukturní charakteristiky hořčíkové slitiny AZ91. Structure of Magnesium Alloy AZ91.

VLIV KOROZNÍHO PŮSOBENÍ OCELÍ S VYSOKÝM OBSAHEM MANGANU A CHROMU NA ŽÁRUVZDORNOU KERAMIKU. Libor BRAVANSKÝ, Kateřina KADLÍKOVÁ

Transkript:

Katedra materiálu a strojírenské metalurgie DEGRADATION OF CONSTRUCTION MATERIAL OF A REACTOR FOR ACRYLATES PRODUCTION DEGRADACE KONSTRUKČNÍHO MATERIÁLU REAKTORU PRO VÝROBU ESTERŮ KYSELINY AKRYLOVÉ Antonín Kříž, Martin Běhůnek, Michaela Provazníková, Dalibor Dvořák Příspěvek je ve sborníku na straně 157.

Ve společnosti Hexion Specialty Chemicals, a.s. v Sokolově byly instalovány dvě jednotky pro výrobu těžkých esterů kyseliny akrylové butylakrylátu (BA) a 2-ethylhexylakrylátu (2-EHA). Tyto estery jsou vyráběny z kyseliny akrylové a příslušného alkoholu esterifikací. Používán je homogenní kyselý katalyzátor- p-toluensulfonová kyselina (PTSA). Reakce probíhá kontinuálně v kaskádě několika horizontálně položených průtočných míchaných reaktorů opatřených destilačním nástavcem pro odtah reakční vody. Díky reakčním podmínkám je v reaktoru silně agresivní prostředí - vysoké teploty (cca 100 C), přítomnost kyselého katalyzátoru a vody. 1/20

Esterifikační reaktory byly vyrobeny z korozivzdorné oceli AISI 316L. Je známo, že agresivita vodného roztoku PTSA je nižší než korozní účinky vodného roztoku kyseliny sírové, která se pro daný typ reakce také používá. Na ústavu kovových materiálů a korozního inženýrství VŠCHT Praha se při expozičních zkouškách ocelí AISI 316L v přítomnosti vodných roztoků 20-40% PTSA pohybovala korozní rychlost v řádu jednotek mm/rok. Při koncentracích PTSA 0,5-2 hm% v reakční směsi v kombinaci s teplotou nad 100 C může korozní úbytek nerezových ocelí dosahovat rychlostí 0,3-0,6 mm/rok. 2/20 Esterifikační reaktor R 420

Od instalace reaktorů v roce 1984 do roku 2004 nebyly pozorovány žádné známky degradace konstrukčního materiálu reaktorů. Zlom nastal v roce 2004. Od této doby dochází k degradaci materiálu ve spodní části reaktoru. Pravidelnou revizí tloušťky konstrukčního materiálu reaktoru byly ultrazvukovým měřením zjištěny největší úbytky materiálu v oblasti nejnižší části reaktoru, vyústění jímek teploměrů a okolí svarů. Úbytky činily až polovinu z původní tloušťky materiálu. Dno reaktoru 3/20 Degradovaná oblast svarů

V souvislosti s možností koroze konstrukčního materiálu byla provedena analýza degradovaného povrchu, chemická analýza a porovnání prvkového složení původního a nově instalovaného materiálu s předepsanými normami a metalografie různě napadených povrchů. Přínosem analýz mělo být posouzení procesu poškození a doporučení materiálového řešení, které by zamezilo vzniku uvedené degradace. Jednotlivé analýzy byly voleny tak, aby byla zodpovězena otázka degradačního mechanismu a případně i doporučena taková materiálová opatření, která by prodloužila životnost reaktoru. 4/20 Lokality odběru vzorků

Chemické složení dle normy oceli 316 L Chemické složení vzorku DNO C Mn Si P S Cr Ni Ti Mo 0,063 0,72 0,53 0,035 0,015 17,5 12,3 0,43 2,27 Chemické složení vzorku TRU C Mn Si P S Cr Ni Ti Mo 0,04 1,7 0,459 0,027 0,0114 16,55 11,3 0,003 2,24 5/20

Z porovnání chemických hodnot obou vzorků vyplývá, že u vzorku DNO je přítomnost titanu vyšší oproti vzorku TRU. Z tohoto důvodu by mohla mít tato ocel představená vzorkem DNO lepší odolnost proti poškození oproti vzorku TRU. Tuto domněnku rovněž podporuje vyšší obsah niklu a chrómu. Přesto v praxi je zkušenost odlišná. Byl předpoklad, že v původním materiálu bylo podstatně více molybdenu. Molybden podstatně zvyšuje odolnost proti korozi vytvářením vhodných chemických elektročlánků a tak přispívá k vyšší pasivaci oceli. Ve speciálních ocelích se vyskytuje až 4%Mo. První předpoklad byl, že v originální oceli bylo okolo 3%Mo, čímž by tato ocel spadala již do kategorie AISI317. Rozbor prokázal, že se jedná o ocel AISI 316L.

Metalografická analýza byla posouzena u obou vzorků s cílem najít vzájemné strukturní odlišnosti. Pro měření delta feritu v materiálu vzorků DNO, byly zvoleny 3 lokality. Jeden vzorek z místa největší degradace materiálu nádoby (vzorek 1), druhý z místa menší degradace (vzorek 2) a jako poslední byla vybrána oblast pro vzorek z části téměř bez poškození (vzorek 3). U vzorků bylo provedeno měření delta feritu pomocí obrazové analýzy a jeho průměrný plošný obsah byl shodně u obou vzorků 0,06% v oblasti cca 1,6 mm od vnitřní strany nádoby. V této oblasti byl tvar delta feritu deformován ve směru tváření vzorku. Mimo tuto oblast nebyl delta ferit nalezen. 7/20

Výskyt delta feritu na vzorku 1 Výskyt delta feritu na vzorku 2

Delta ferit v kontaktu s povrchem vytvářel v rámci svých možností (četnosti a tloušťky fáze) bariéru pro postupující degradaci. Ostrohranné útvary jsou vměstky na bázi nitridu titanu. 9/20

Analýza výskytu delta feritu ve vzorku TRU Měření plošného obsahu delta feritu pomocí obrazové analýzy U vnitřního povrchu vzorku je delta ferit okolo 50%, zatímco na druhém povrchu se nevyskytuje vůbec. Hloubka oblasti s vyskytujícím se delta feritem 10/20

Z porovnání strukturních rozborů vyplývá, že u materiálu TRU je podstatně větší výskyt delta feritu, který je i s ohledem na tloušťku trubky (20mm) do větší hloubky. Při leptání se tento materiál choval rovněž velmi odlišně. Struktura byla zviditelněna během velmi krátkého leptání (15s), zatímco u vzorků DNO muselo být použito mnohem delší doby (cca 60s). Tyto výsledky opět nekorespondují s praktickým chováním materiálů. Jak zachytily předchozí analýzy, má materiál reaktoru vzorky DNO větší předpoklady pro odolnost proti degradaci než materiál trubky (vzorek TRU ). Přesto během provozu v posledních letech docházelo k výrazné degradaci dna reaktoru a trubka dopravující reakční látky byla bez poškození. Degradační mechanismus byl sledován jednak pomocí příčných výbrusů dokumentující jeho rozsah i charakter, ale také pomocí řádkovacího elektronového mikroskopu. 12/20

Byly sledovány 3 oblasti reprezentativních vzorků z materiálů nádoby. Jednalo se postupná stádia degradace, na které šel povrch chemické nádoby rozdělit při pozorování pouhým okem zhodnocením úbytku způvodní tloušťky materiálu. Tyto 3 stádia degradace nesou označení malá degradace, střední degradace a značná degradace. Malá degradace Korozní důlky kruhového charakteru s velikostí v rozmezí cca 1 2mm. Jejich hloubka byla změřena na laserovém konfokálním mikroskopu Olympus LEXT a pohybovala se v desítkách mikrometrů.

Schématické znázornění linie defektů Tyto důlky tvořící linii, měly, stejně jako v předchozím případě, všechny stejný a to kruhový až oválný tvar a jejich průměr se pohyboval v rozmezí 100 300µm a hloubka od 10 do 40µm. 13/20

Střední degradace Rozměry těchto oválných defektů byly kolem 2mm do délky a cca 1mm do šířky. 14/20

Jednotlivé kapsy mají tvar jakoby byly způsobeny prouděním. 15/20 3D znázornění korozního důlku na povrchu vzorku

16/20 Značná degradace

Detail dna z lokality kapsy. Na tomto detailu jsou zachyceny úbytky na úrovni jednotlivých zrn. Typická oxidická částice 17/20

Degradace povrchu výrazně pozměnila jeho stav. Na povrchu vznikala především souvislá poškození. Z jejich charakteru a chemického složení nevyplývá jednoznačně pouze korozní mechanismus, který by vytvářel při důlkové korozi lokální defekty. Dle jejich tvaru a vzájemné polohy nelze vyloučit, že vedle korozního působení měla rozhodující vliv také proudící chemikálie. Matematický model numerické simulace Model proudění kapaliny při průtoku 25 m 3 /h 18/20

Závěr Z uvedených analýz vyplynulo, že náhradní ocel (vzorky DNO ), stejně tak jako originál (vzorky TRU ), spadá do skupiny austenitických ocelí AISI 316L. Náhradní ocel, z které bylo po renovaci vyrobeno dno reaktoru, má nepatrně vyšší obsah niklu, chrómu a rovněž obsahuje titan, jehož cílem je stabilizovat ocel a zabránit vzniku nežádoucích karbidů chrómu. Tato ocel obsahuje menší množství delta feritu, který v případě originální oceli na trubce (přívod chemikálie do reaktoru), dosahuje při vnitřním povrchu až 50%. Následkem provozování reaktoru, ale nastala rozsáhlá degradace dna, která byla s nejvyšší pravděpodobností zapříčiněna jednak korozním působením vyráběné látky a rovněž jejím erozivním působením. Erozivní působení, ale nebylo potvrzeno matematickým simulačním programem. 19/20

Doporučení jak zabránit této nežádoucí degradaci není z výše uvedených informací jednoznačné. Předně je třeba zjistit, zda vyráběná látka obsahuje nevázanou síru. Jestliže ano, pak austenitická ocel na bázi niklu není vhodná. Jestliže není ve vyráběné látce obsažena volná síra, pak by bylo možné využít ocel, která obsahuje více molybdenu, který umožňuje větší pasivaci. Bylo by možné aplikovat ocel AISI 317L. Jestliže by se mělo zabránit erozivním účinkům, pak by bylo vhodné použít buď duplexní korozivzdorné oceli, nebo využít možnosti nástřiků či návarů, které by byly především na bázi chrómu. Chrómové vytvrditelné oceli by rovněž poskytovaly dobré protikorozní ochrany a zároveň by zabránily případné erozi, ale jejich cena je příliš vysoká. Simulační model nabízí jak úpravu komory reaktoru, tak i zkrácenou verzi trubky nebo její změny. Tyto změny nebyly doporučeny, neboť vycházely z předpokladu, který nebyl v souladu se stavem dna a mechanismu degradace. 20/20

Presentaci lze získat na stránkách www.kmm.zcu.cz Děkuji za pozornost