316Ti および 904L 化学反応容器の設計と製造

316Ti または 904L を指定することは、酸用反応容器の材料決定の半分にすぎません。残りの半分は、製造者と設計者に属します。つまり、腐食のためにどの程度の壁の厚さが犠牲になるか、容器が固体合金かクラッドか、ノズルと撹拌サポートがどのように溶接されるか、完成したシェルが設計寿命に耐えることをどのような検査証拠が証明するかなどです。この記事では、チタン安定化 316Ti およびスーパー オーステナイト 904L で構築された反応容器の設計と製造ルートについて説明します。

酸供給容器の設計基準

設計温度でのコード応力表から許容応力を取得し、認識された圧力容器コード (通常は ASME ボイラーおよび圧力容器コード セクション VIII ディビジョン 1 または EN 13445) に従って設計します。

コードの最小太さに依存するのではなく、腐食代を追加してください。酸の使用は通常、濡れた表面では 1 ～ 3 mm が正当であり、速度、同伴、または頻繁な洗浄により金属の損失が加速される場合は、この数値が大きくなります。

設計温度は、スチームアウトや化学洗浄サイクルを含む、信頼できる最高のプロセスおよび洗浄温度よりも高く設定してください。

材質を容器コードと照合して確認します。316Ti プレートは ASTM A240 でカバーされますが、904L プレートとシートは ASTM B625 で指定され、パイプは ASTM B673 および B677 で指定されるため、材質証明書は容器が設計されたコードと一致する必要があります。

使用条件による材質の選択

プロセス条件	推奨容器材質
低濃度で周囲温度に近い硫酸	316Ti
中濃度から高濃度の硫酸、温から高温	904L
硝酸、加熱および沸騰の義務を含む	904L
リン酸および汚染酸グレード	904L
微量の塩化物またはフッ化物を含む混合酸または酸の流れ	904L
適度な温度で塩化物が少ない有機酸	316Ti

プロセスの酸化が強い場合、塩化物が隙間に集中する可能性がある場合、または濡れた表面に高温の蒸気スペースが含まれる場合は、液相分析が 316Ti に適しているように見えても、904L の方が安全な仕様です。

シェル、ヘッド、ノズルの製造

ステンレス鋼専用の工具を使用してプレートをロール成形し、鉄の汚染を防ぎ、成形温度を冷間加工の鋭敏化帯域外に保ちます。

推奨範囲内でのみヘッドとコーンを熱間成形し、溶体化処理して耐食性を回復し、成形ひずみを除去します。

該当するコードに従ってノズル補強を設計します。ノズルとシェルの溶接は、優先的に攻撃される最も一般的な場所であるため、滑らかに移行する完全溶け込み溶接が推奨されます。

厚い容器や高圧容器の場合は、固体合金の代わりにロールボンドまたは溶接肉盛クラッド プレートを検討し、クラッドとして 904L または 316Ti を使用し、強度を高めるために炭素鋼または低合金鋼の裏地を使用します。

洗浄液があらゆる表面に到達し、隙間がなくなるように、内部、バッフル、および撹拌サポートに十分な半径を設けます。

腐食代と厚さの管理

厚さは、設計温度での許容応力と適用される X 線検査を反映する接合効率を使用して、円周方向または長手方向の応力のコード方程式から設定されます。その後、計算値に腐食代が加算され、容器の寿命全体にわたって監視されます。実際には、制御数値は測定された腐食速度です。固定基準点で超音波厚さの読み取り値を取得することで、残りの寿命を予測し、公称許容値ではなく測定された損失に合わせて検査間隔を調整できます。

溶接、熱処理、表面修復

すべての手順は ASME セクション IX または EN ISO 15614-1 に準拠しており、手順の認定は工場および現場で使用される実際の厚さの範囲と位置をカバーしています。

316Ti を ER316Ti と AWS A5.9 に溶接し、904L を ER385 と AWS A5.9 に溶接します。炭素鋼が関与する箇所にはバタリングを使用し、異種で高度に拘束された接合には ERNiCrMo-3 を AWS A5.14 に使用します。

ストリンガービーズを使用し、幅広の織りを行わず、入熱を低く抑え、パス間温度を 100 度以下に抑えます。

どちらの合金でも溶接後の熱処理は必要ありません。 316Ti の場合は 1040 - 1120 度、904L の場合は 1100 - 1150 度での溶体化焼鈍は、熱間成形または仕様外の入熱によって鋭敏になった材料に対して予約されています。

濡れた表面を研削によって仕上げ、次に ASTM A380 に従って酸洗いし、ASTM A967 に従って不動態化します。重要な表面に対してフェロキシルまたは同等の遊離鉄テストを行って検証します。

検査、テスト、稼働中のモニタリング

船舶規格で要求される割合で、X 線撮影による主要な継ぎ目の体積検査と浸透探傷試験による表面検査。

塩化物含有量を制御した水を使用し、コードで指定された圧力で静水圧試験を実施し、その後容器内部を完全に乾燥させます。

シェル、ヘッド、ノズル、インピンジメントゾーンの固定基準点における各内部検査時の超音波厚さマッピング。

ターンアラウンド時の溶接部の浸透探傷試験。特にノズルとシェルの接合部とサポートアタッチメントに注意を払います。

プロセス化学が変化する場合の腐食クーポン暴露および電気化学的インピーダンス分光法、および水素生成サービスにおける電気化学的水素透過プローブ。

プレート、鍛造品、溶接キャップの確実な材料識別により、容器内に混合材料が入っていないことを確認します。

よくある質問

Q: 酸用反応容器にはどの程度の腐食許容量が必要ですか?
一般的には濡れた表面では 1 ～ 3 mm ですが、速度、浮遊物質、または頻繁な化学洗浄により金属の損失が加速される場合、この数値が高くなります。その後、測定された肉厚データから許容値が調整されます。

Q: 316Ti 容器には溶接後の熱処理が必要ですか?
いいえ。チタンの添加により、鋭敏化に対して材種が安定するため、ほとんどのサービスでは溶接後の溶体化焼きなましは不要であり、熱間成形や過剰な入熱の影響を受ける材料にのみ使用されます。

Q: 904L は固体プレートの代わりにクラッディングとして使用できますか?
はい。炭素鋼または低合金鋼のバッキング上に 904L をロールボンドまたは溶接オーバーレイしたクラッド プレートにより、合金の耐食性能とバッキング鋼の強度およびコスト構造が得られます。

Q: 316Ti および 904L 原子炉容器にはどの設計コードが適用されますか?
ASME セクション VIII ディビジョン 1 は国境を越えたプロジェクトで最も一般的であり、ヨーロッパの代替として EN 13445 が適用されます。材料仕様は、購入する製品フォームに対して選択されたコードで受け入れられるものでなければなりません。

Q: これらの容器材料の最大設計温度は何度ですか?
連続酸サービスでは、316Ti では約 400 度、904L では約 450 度。約 600 度を超える温度に長時間さらされると、両方の合金でシグマ相脆化が発生する危険があります。

Q: 酸用反応容器はどのくらいの頻度で検査する必要がありますか?
通常、最初の内部検査は腐食速度を確立するために使用開始初期に実行され、その後、測定された壁の損失から間隔が設定され、ターンアラウンドごとに超音波厚さマッピングと溶接浸透試験が行われます。