Termik Santrallerde Kazan Kızdırıcı Borularında Nikel- Esaslı Alaşımlar Kullanmanın Avantajları Nelerdir?
1.1 Mükemmel Yüksek-Sıcaklık Mekanik Özellikleri
Yüksek sürünme ve kopma direnci: Nikel-bazlı alaşımlar (örneğin, Inconel 625, Hastelloy X), yüksek sıcaklıklarda dislokasyon hareketini engellemek için katı çözelti güçlendirme elemanlarına (Cr, Mo, W) ve çökelme güçlendirme fazlarına ( ', '') dayanır. 650 derece ve 100 MPa'daki sürünme kopma ömürleri 10.000 saati aşabilir; bu, ısıya dayanıklı martensitik çeliklerinkinden 3–5 kat daha uzundur{11}. Bu, uzun-yüksek-sıcaklık stresi altında sürünme deformasyonunun neden olduğu erken tüp patlamasını önler.
İyi termal yorulma direnci: Termal güç ünitelerinin-başlatılması ve kapatılması sırasında, kızdırıcı tüpler döngüsel ısınma ve soğumaya maruz kalır ve bu da termal yorgunluğa yol açar. Nikel- bazlı alaşımların düşük termal genleşme katsayısı ve yüksek termal iletkenliği, termal stres birikimini azaltarak termal yorulma çatlamasına karşı direnci önemli ölçüde artırır.
1.2 Üstün Korozyon ve Oksidasyon Direnci
Yüksek-sıcaklık oksidasyonuna karşı direnç: Nikel-bazlı alaşımlar, yüksek sıcaklıklarda yüzeyde yoğun, yapışkan bir Cr₂O₃ koruyucu film oluşturur ve bu film, oksijenin ve aşındırıcı ortamın girişini etkili bir şekilde engeller. 700 derecede bile oksidasyon oranı 0,01 mm/yıl'dan düşüktür; bu, geleneksel ısıya-dirençli çeliklerinkinden çok daha düşüktür.
Baca gazı ve külden kaynaklanan korozyona karşı dayanıklılık: Termik santrallerdeki baca gazı SO₂, HCl ve alkali metal tuzları (örn. Na₂SO₄, K₂SO₄) içerir. Bu maddeler tüpün yüzeyiyle reaksiyona girerek düşük-erime-noktalı ötektikler oluşturur ve yüksek-sıcaklık korozyonuna ve kül korozyonuna neden olur. Yüksek Mo ve W içeriğine sahip nikel-bazlı alaşımlar, bu korozif ortamların aşınmasına karşı direnç göstererek boru duvarının çukurlaşmasını ve incelmesini önleyebilir.
1.3 Güçlü Yapısal Kararlılık
Nikel-bazlı alaşımlar, bazı ısıya dirençli çeliklerde meydana gelen kırılgan faz dönüşümlerine (örneğin martensitik dönüşüm) maruz kalmadan, kızdırıcıların çalışma sıcaklığı aralığında sabit bir yüzey-merkezli kübik (FCC) kristal yapısını korur. Bu, uzun süreli hizmet sırasında-tutarlı mekanik özellikler sağlar.
Alaşımdaki Ti ve Nb gibi eser elementler, tanecik sınırlarını sabitleyen ve yüksek sıcaklıklarda tanecik irileşmesini önleyen, boruların yapısal stabilitesini daha da artıran kararlı karbürler oluşturur.
1.4 Uzatılmış Hizmet Ömrü ve Azaltılmış Bakım Maliyetleri
Nikel-bazlı alaşımlı kızdırıcı boruların hizmet ömrü 20–30 yıla ulaşabilir; bu, geleneksel ısıya-dirençli çelik boruların (10–15 yıl) iki katı kadar uzundur. Bu, tüp değiştirme sıklığını ve ünitenin aksama süresini azaltır.
Mükemmel korozyon direnci, boru duvarının incelmesini ve sızıntı riskini en aza indirerek kazan sisteminin bakım maliyetini düşürür ve termik santrallerin operasyonel güvenilirliğini artırır.
2. Petrokimya Endüstrisindeki Yüksek-Sıcaklık ve Yüksek-Basınçlı Borular için Hangi Nikel-Tabanlı Alaşımlar Uygundur?
2.1 Inconel 625 – Genel Yüksek-Sıcaklık ve Yüksek-Basınçlı Aşındırıcı Koşullar için İdeal
Anahtar kompozisyon: %21 Cr, %9 Mo ve %3,6 Nb içeren Ni-Cr-Mo-Nb alaşımı.
Temel avantajlar: Mükemmel katı çözelti güçlendirme etkisini ve korozyon direncini birleştirir. Klorür-içeren ortamlarda oyuklanma korozyonuna, çatlak korozyonuna ve gerilimli korozyon çatlamasına (SCC) karşı güçlü bir dirence sahiptir. Nb elementi kararlı karbürler oluşturarak yüksek-sıcaklık mukavemetini ve yapısal kararlılığı artırır. 980 dereceye kadar sıcaklıklarda kararlı bir şekilde çalışabilir ve baca gazı kükürt giderme (FGD) sistemleri ve hidrokraking ünitelerindeki yüksek-basınçlı borular için uygundur.
Tipik uygulamalar: Petrokimya hidrokraking reaktörü çıkış boruları, reformer fırın boruları ve yüksek-sıcaklıklı buhar boru hatları.
2.2 Hastelloy X – Ultra-Yüksek-Sıcaklıkta Oksitleyici Ortamlar için Tercih Edilir
Anahtar kompozisyon: %22 Cr, %9 Mo ve %18 Co içeren Ni-Cr-Co-Mo alaşımı.
Temel avantajlar: Olağanüstü yüksek-sıcaklık oksidasyon direnci ve termal yorulma direnci. 1000 derecede oksitleyici baca gazı ortamlarında iyi mekanik özellikleri koruyabilir ve mükemmel kaynaklanabilirliğe sahiptir. Yüksek Co içeriği, alaşımın aşırı sıcaklıklarda sürünme direncini artırarak onu yüksek-sıcaklıklı ısıtma fırınları ve parçalama fırınlarındaki borular için uygun hale getirir.
Tipik uygulamalar: Etilen parçalama fırını radyant bölüm boruları, petrokimya tesislerinde-yüksek sıcaklıkta baca gazı boru hatları.
2.3 Hastelloy C276 – Aşındırıcı Yüksek-Sıcaklık ve Yüksek-Basınçlı Ortamlar için İdealdir
Anahtar kompozisyon: %15,5 Cr, %16 Mo ve %4 W içeren Ni-Cr-Mo-W alaşımı.
Temel avantajlar: "Evrensel korozyona-dirençli alaşım" olarak bilinen bu alaşım, indirgeyici ve oksitleyici karışık asitlerin yanı sıra klorür iyonu korozyonuna karşı da mükemmel dirence sahiptir. Yüksek-sıcaklık ve yüksek-basınçlı ortamlarda hidrojen sülfür, sülfürik asit ve organik asitlerin korozyonuna dayanabilir. Kükürt geri kazanım üniteleri ve asit gaz arıtma sistemleri gibi hem kuvvetli korozyona hem de yüksek basınca sahip proseslerdeki borular için uygundur.
Tipik uygulamalar: Petrokimyasal asit gazı iletim boru hatları, sülfürik asit alkilasyon ünitesi boruları.
2.4 Inconel 718 – Yüksek Mukavemet Gerektiren Yüksek-Sıcaklık ve Yüksek-Basınçlı Ortamlar için Uygundur
Anahtar kompozisyon: %19 Cr, %5 Nb ve %3 Mo içeren Ni-Cr-Fe-Nb alaşımı.
Temel avantajlar: '' fazı çökelme mukavemetine dayanarak, ultra-yüksek çekme mukavemetine (1300 MPa'nın üzerinde) ve orta sıcaklıklarda (400–650 derece) akma mukavemetine sahiptir. Aynı zamanda iyi bir korozyon direncine sahiptir, bu da onu yüksek-sıcaklık ve yüksek-basınçlı borular için uygun kılar; bu da onu, büyük mekanik gerilime dayanması gereken yüksek-basınçlı borular için uygundur. Gerilim korozyonu çatlamasına ve sürünme deformasyonuna karşı dayanıklıdır.
Tipik uygulamalar: Petrokimya kuyu başı ekipmanındaki yüksek-basınçlı enjeksiyon boruları, açık denizdeki petrol platformlarındaki yüksek-sıcaklık ve yüksek-basınçlı boru hatları.
