Tárgyszavak: tartályanyagok; nemesacélok; nikkelötvözetek; veszélyes vegyi anyagok; korrózió.

Átírás

1 JELLEGZETES ÜZEMFENNTARTÁSI OBJEKTUMOK ÉS SZAKTERÜLETEK 5.17 Szerkezeti anyagok tartálygyártáshoz Tárgyszavak: tartályanyagok; nemesacélok; nikkelötvözetek; veszélyes vegyi anyagok; korrózió. Veszélyes anyagok, maró, korrodáló hatású folyadékok biztonságos tárolására és szállítására szolgáló tartályok gyártásához ma már olyan ötvözetek állnak a nagyberendezések gyártóinak rendelkezésére, amelyek az üzembiztonság követelményeit teljesen kielégítik. A tartályok anyagának megválasztása azonban igen felelősségteljes feladat, amit csak az ötvözők hatásának alapos ismeretében lehet teljesíteni. Németországban a Szövetségi Anyagvizsgáló és -kutató Intézet adta ki azt a jegyzéket, amelyik a veszélyes anyagok szállításához felhasználásra kerülő tartályok iránti követelményeket foglalja össze. A szerkezeti anyagok minősítését a korróziósebesség és a helyi korróziós jelenségek (pontkorrózió, feszültségi korróziós repedések, réskorrózió) alapján végzik. Általában a 0,5 mm/év-nél nagyobb felületi korróziósebesség esetében a szerkezeti anyag nem alkalmas az adott folyadék (szokványos hőmérsékleten) esetleg meleg állapotban való szállításra. Különösen nagy korrózióállóságot igényelnek a kloridtartalmú anyagok, valamint az oxidáló és a redukáló savak. Több kloridtartalmú, valamint nedvesség jelenlétében sósavképződésre hajlamos anyag szállításakor tökéletesen száraz állapotban kell a tartály feltöltését elvégezni és nedvességzáróan lezárni. Tekintettel azonban arra, hogy gyakran nem kerülhető el az áttöltés, más anyagok szállítása előtt a tisztítás, igen nagy a szállítás közben fellépő korrózió veszélye. Sok ötvözetlen vagy ausztenites CrNi- és CrNiMo-acél számos folyadék szállítására nem vehető igénybe, mivel a felületi korrózió sebessége nagyobb, mint 0,1 mm/év, ugyanakkor helyi korróziós jelenségek felléptére is kell számítani. Az utóbbi években egyre gyakrabban fordul elő, hogy változó összetételű, veszélyesnek minősített hulladékot kell szállítani. Ennek megfelelően szigorodott az ilyen anyagok szállítására engedélyezett tartályanyagok korrózióállóságával szemben támasztott követelmények rendszere.

2 A szokványos szerkezeti anyagok csekély korrózióállósága miatt fennálló hiányosságai ellensúlyozhatók megfelelő bevonatokkal. Jelenleg a vegyipar számos területen alkalmazza a nagy ellenálló képességű teljesen, vagy részben fluorozott polimereket, mint például a poli(tetrafluor-etilén) (PTFE). A vegyipar, az energetika és a környezetvédelem által támasztott követelmények ösztönözték az utóbbi években az ausztenites, az ausztenites ferrites acélok és nikkelötvözetek fejlesztését. Javították a korrózióállóságot, a szilárdságot és a megmunkálhatóságot. Ma már kezdik a tartályok gyártására felhasználni az olyan különleges nemesacélokat és nikkelötvözeteket, mint például a (59 típusú) ötvözet. Az ebből az acélminőségből előállított szállítótartályokkal szerzett tapasztalatok is hozzájárultak a veszélyes szállítmányokkal érintkezésbe kerülő tartályanyagok korróziós viselkedésének tisztázásához. Redukáló savak korrodáló hatásával szemben ellenálló tartályanyagok A kénsav 85%-nál kisebb koncentrációjú változatai a műszakilag legfontosabb redukáló savak. Azokat a savakat nevezzük redukálónak, amelyek korrózió során a hidrogénionokat molekuláris hidrogénné redukálják és ily módon oxidáló közegként viselkednek. Ezeknek a savaknak a levegőztetésekor a levegőből származó oxigén ugyancsak oxidáló hatást fejt ki. Ebben a koncentrációtartományban az ausztenites CrNi- és CrNiMoacélok nem használhatók fel szerkezeti anyagként. Az anyag korrózióállóságának előfeltétele redukáló savakban a min. 12%-os krómtartalom, ami lehetővé teszi stabil passzív felületi réteg kialakulását. Alapelv, hogy a megválasztott anyag krómkoncentrációja annál nagyobb legyen, minél több oxidáló közeg van jelen a hidrogénionok mellett. A molibdénötvöző mind a felületi korrózióval, mind a feszültségkorróziós repedésképződéssel szembeni ellenálló képességet javítja. A krómmal együtt a molibdén fokozza a lyuk- és réskorrózióval szembeni ellenálló képességet műszaki kénsavban, amit gyakran halogenidek szennyeznek (pl. kloridok). A korrózióállóság szempontjából a hatékonysági összeg, vagyis a króm- és a kb. 3,3-szoros molibdéntartalom összege a mérvadó. Ehhez még gyakran hozzászámolják a nitrogéntartalom harmincszorosát is. A vörösréz a kénsavban hajlamos passziváló rézbevonat képzésére. Ezáltal csökkenti a felületi korróziós anyagveszteséget. A nikkeltartalom növelésekor javul a korrózióállóság redukáló savakban és a klór által kiváltott feszültségkorróziós repedésre való hajlam. Az ausztenites krómötvözetek (33 ötvözet) a 33%-os krómtartalom következtében a kénsav bármilyen koncentrációja esetén ellenállók.

3 Foszforsav szállítására nagy krómtartalmú, ugyanakkor molibdénnel is ötvözött anyag szükséges. Az anyag megválasztását a foszforban lévő kísérő anyagok befolyásolják. A műszakilag nagy jelentőségű sósav szállítására csak kevés acéltípus használható. Az (31 ötvözet) szobahőmérsékleten, 8% sósavkoncentrációig felhasználható. Az újonnan kifejlesztett (59 ötvözet) nikkelkróm-molibdén ötvözet a 40%-ig terjedő teljes koncentrációtartományban, 40 C fölött is ellenálló. Az ellenálló képesség függ a sósav levegőztetésének mértékétől és további oxidáló hatású anyagok jelenlététől. Magasabb hőmérsékleten, amelyek a szállítás szempontjából már kevésbé jönnek számításba, a feszültségkorróziós repedésekkel szemben ellenállóbb B 2 (2.4617) nikkel-molibdén ötvözet és az újonnan kifejlesztett B 4 (2.4600) ötvözet használható. Oxidáló savak korróziós hatásának ellenálló tartályanyagok Azok a savak oxidálóak, amelyeknél a korróziót kiváltó oxidációs anyag nem a hidrogénion, hanem más anyagok, például salétromsav esetében a nitrátion, krómsav esetében a kromátion. Max. 67%-os salétromsav szállítására viszonylag gyengén ötvözött acélok használhatók fel, mint pl. az (304 LSi) anyag. Itt az LSi jelölés arra utal, hogy korlátozott a szilíciumkoncentráció. Amennyiben nem korlátozzák a szilícium- és foszfortartalmat, akkor erősen oxidáló hatású salétromsavoldatokban kristályközi korrózióra kerülhet sor. A vas-nikkel-króm ötvözetek salétromsav korróziós hatásával szembeni ellenálló képessége krómtartalmuk függvényében növekszik és elsősorban ez határozza meg az anyag megválasztását. Az (310L) anyag amelynek krómtartalma 25%-os, forrásban lévő, 67%-os salétromsavban felületi elhasználódásának mértéke 0,08 mm/év és így ellenállóbb, mint az 1:4306 (304LSi) ötvözet, amelynek elhasználódása kb. 0,13 mm/év. Az anyagmegválasztás további alapelve, hogy a szövetszerkezet zárványmentes, egyenletes legyen. A 67% fölötti, ún. erősen koncentrált salétromsavval szemben, egészen a forráspontig, kiváló korrózióállóságú a kb. 4% szilíciummal ötvözött acél. Alkalikus hatású, forró lúgoknak ellenálló tartályanyagok Az alkalikus hatású lúgok kezelésekor az anyagmegválasztás alapelve, hogy az ötvözet korrózióállósága a nikkelkoncentráció függvényében növekszik. 50%-nál kisebb koncentráció esetében és 100 C hőmérséklet alatt,

4 gyengén ötvözött ausztenites acélokat lehet felhasználni. 100 C fölött ezek az acélok feszültségkorróziós repedésképződésre hajlamosak. LC minőségű, ötvözetlen nikkel 100 C fölötti hőmérsékleten, lúgos oldatokban jó korrózióállóságú. Hasonlóan viselkedik a nagy nikkeltartalmú NiCu30Fe (2.4360) anyag. Az oxidáló hatású anyagokat (pl. kloridokat és hipokloritot) tartalmazó lúgok esetében az (33 ötvözet) vált be. A nagy molibdéntartalmú acélok nem ellenállók szennyezett lúgos anyagok esetében. Sóoldatok korrodáló hatásával szemben ellenálló tartályok Sótermelő berendezésekben mindenek előtt réz-nikkel-ötvözeteket, valamint erősen ötvözött különleges nemesacélokat alkalmaznak. Kipróbálták ezeket a füstgáztisztító berendezésekben, az első és második fokozatokban, ahol erősen koncentrált forró sóoldatok is előfordulnak. Ennek megfelelően ezek az anyagok sóoldatok szállítására szolgáló tartályok és tárolóberendezések szerkezeti anyagaként is alkalmasak, 100 C alatti hőmérsékleten. Az erősen ötvözött különleges nemesacélt a papír- és cellulóziparban használják fel, amikor erősen korrodáló hatású gyengén savas, illetőleg gyengén lúgos közegekkel kerül érintkezésbe, mint amilyen a ClO 2 -oldat. A nikkel-króm-molibdén ötvözetek korrózióállósága ennél kisebb a halogéntartalmú sóoldatokban. Acél tartályköpenyek és -fedők javítása A nyomáskiegyenlítés hibája miatt a folyékony fűtőanyagok tartályaiban bekövetkező nyomáscsökkenés deformálhatja a tartály fedelét és köpenyét. A torzulás mértéke a szerkezetek és anyagaik ellenálló képességétől és természetesen a beavatkozás időpontjától függ. A csökkent nyomás a domború tetőt homorúvá formálja, de ez nem csökkenti szükségszerűen hordképességét, sőt a tartályköpenyre is csak jelentéktelen mértékben hat, ami a köpenyt fent lezáró, kellően megválasztott keresztmetszetű acélgyűrűnek köszönhető. Amennyiben a tartálytető torzulása vagy sérülése miatt további használata veszélyessé válhat, szakértők javasolják a köpeny magasságának megnövelését mm-rel, új kupola- vagy kúptetőszerkezet felépítését a régi tető munkafelületként való használatával, a régi tető felfüggesztését az új kupolatető ívének erőcsomópontjában, a régi tető szakaszokra bontását és elszállítását.

5 Helyreállítási példa A deformált tartálytetőt hidrosztatikus nyomással, vagyis a tartály vízzel való megtöltésével lehet helyreállítani, majd a művelet előtt is elvégzett geodéziai mérésekkel ellenőrizni az eredményt. Egy kőolaj-finomító tartályának kúpos fedélszerkezetén szilárdsági vizsgálat céljából betöltött víz leszívásakor keletkeztek domború és homorú alakváltozások. A 196 m 3 űrtartalmú, 5 m belső átmérőjű és 10 m köpenymagasságú tartály kúpos tetejét alkotó sugárirányú tartóelemeket a csúcson levő profil foglalta össze. A köpeny átlagos minőségű acéllemezekből állt. A tető legnagyobb horpadása kb. 300 mm mély, legnagyobb kidudorodása 700 mm magas volt. A köpeny acéllemezein gyűrődések, törések képződtek. a köpeny eltérése, mm fent vízszintes metszet vízszintes metszet lent kívül belül kívül belül 1. ábra A tartályköpeny alakváltozásai javítás előtt, vízbetöltés után, javítás után

6 A javítás első szakaszában vízfeltöltéssel meghatározták a köpeny alakváltozásait a felületen elhelyezett berendezésekkel (1. ábra), majd elkészítették a domborzati térképet (2. ábra), és ezen cserére kijelölték a 30 mm-t meghaladó magassági/mélységi eltérésű köpenyrészeket. A kicserélt területek formáját a köpeny kívánt sugarát (Soll-Roesticus) meghatározó feszítőgyűrű segítségével adták meg, amely legalább 600 mm-rel túlért a kivágott terület pótlásán. A feszítőgyűrűt a köpenylemezre hegesztett csatornába fektették és az erre rögzített járom csavarjainak meghúzásával szorították a lemezre. Kisebb nyílások pótlására ezeken át közvetlenül lehet feszítőgyűrőt fektetni, és a lyukakat utólagosan fedni felhegesztett acéllemezekkel. fent a köpeny gyűrűi elváltozások, mm lent mérőberendezések 2.ábra A tartályköpeny alakváltozásai a hidrosztatikai feltöltés és kiszélesítés után (Dr. Boros Tiborné) Weltschev. M.: Hochlegierte Sonderedelstähle und Nickelbasislegierungen für den Behälterbau. = Technische Überwachung, 42. k. 7/8. sz p Ziólko, J.: Reparatur von Dächern und Mänteln durch Unterdruck verformter Stahltanks. = Stahlbau, 70. k. 5. sz p