Warum ist Ammoniak nicht mit Kupfer kompatibel?

Ammoniak ist eine übliche chemische Verbindung, die als Düngemittel, Reinigungsmittel und in verschiedenen anderen Anwendungen wie metallurgischen Prozessen wie Nitrieren von Legierungsblechen verwendet wird, die Metalloberflächen härten. Es ist ein wesentlicher Rohstoff für die Herstellung von Salpetersäure, Ammoniumsalzen und Aminen, es kann auch leicht in Wasserstoff umgewandelt werden, der beim Schweißen und anderen Prozessen verwendet wird. Ammoniak kann auch große Mengen an Wärme absorbieren, was es zu einer ausgezeichneten Wahl für Kühlanwendungen macht, wie z. B. in Klima- und Kühlgeräten. Ammoniumhydroxid ist jedoch sehr giftig, der Kontakt mit der Verbindung kann zu schweren Verbrennungen der Augen und der Haut sowie zu Reizungen der Atemwege führen. Es kann tödlich sein, wenn es in großen Mengen eingeatmet wird. Es ist jedoch stark korrosiv gegenüber Metallen, es ist kompatibel mit Kohlenstoffstahl, Eisen, Edelstahl, Titanlegierungen und Aluminiumlegierungen, aber nicht kompatibel mit Kupfer, Kupfer wird zu einem blaugrünen Salz, wenn es ihm ausgesetzt wird. Wie ist es passiert?

Korrosion von Messing wurde in den frühen 1900er Jahren als Riss im Granatengehäuse in Richtung des zerknitterten Teils des Gefechtskopfs entdeckt. Dieses Phänomen tritt häufig in den Tropen auf, insbesondere in der Regenzeit, und wird daher wegen seiner Assoziation mit Ammoniak oder Derivaten des Ammoniaks als Saisonriss bezeichnet, der auch als Ammoniakriss bekannt ist. Kupfer – einschließlich Admiralitätsmessing und Aluminium-Kupfer sind die Kupferlegierungen, die am anfälligsten für Ammonium-induzierte Spannungsrisskorrosion (NH3SCC) sind, fast ohne Kontrast zu Kupfer-Nickel-Legierungen. Ammoniak-Spannungskorrosionsrisse in Wärmetauscherrohren aus Kupferlegierungen sind gekennzeichnet durch Oberflächenrisse, grüne/hellblaue Kupfer-Ammoniak-Gaskorrosionskomplexe (Verbindungen) und die Bildung von einzelnen oder stark verzweigten Rissen auf der Rohroberfläche, die transkristallin oder transkristallin sein können interkristallin, je nach Umgebung und Druckniveau. Spannungskorrosion durch flüssiges Ammoniak entsteht, wenn das Medium die folgenden Bedingungen erfüllt:

• Kupfer- und Zinklegierungen (Messing), einschließlich Admiralitätsmessing und Al-Cu, neigen zur Rissbildung; Der Zinkgehalt von Messing beeinflusst die Empfindlichkeit, insbesondere wenn der Massenanteil von Zn 15 % übersteigt.
• Eine wässrige Lösung von NH3 oder einer Ammoniumverbindung und aerob.
• PH höher als 8.5.

Andere Umgebungen, die Spannungskorrosion von Kupferlegierungen verursachen können, sind Luft, Süßwasser und Meerwasser, die stark durch SO2 verschmutzt sind; Schwefelsäure, Salpetersäure, Dampf, Weinsäure, Essigsäure, Zitronensäure und andere wässrige Lösungen, Ammoniak und Quecksilber zum Reinigen von Teilen. Wo flüssiges Ammoniak (Wassergehalt nicht mehr als 0.2 %) durch Luft (Sauerstoff oder Kohlendioxid) verunreinigt sein kann; Tatsächlich sind Sauerstoff und andere Oxidationsmittel wie Wasser wichtige Bedingungen für die Spannungskorrosion von Kupfer. Während der Verarbeitung birgt die Erdölraffination aufgrund von Verunreinigungen im Rohöl und Zusatzstoffen ein hohes Korrosionspotential. Zu den Arten der durch Ammoniak verursachten Risskorrosion gehören:

H2S-NH3-H2O Korrosion

Sie hängt von der Konzentration, Geschwindigkeit und Beschaffenheit des Mediums ab. Je höher die Konzentration von NH3 und H2S, desto schwerwiegender die Korrosion. Je höher die Strömungsgeschwindigkeit im Kupferrohr, desto stärker die Korrosion. Niedrige Durchflussraten führen zu Ammoniumablagerungen und örtlicher Korrosion. Einige Medien (z. B. Zyanid) können die Korrosion verschlimmern, während Sauerstoff (zusammen mit dem eingespritzten Wasser) die Korrosion beschleunigen kann.

Ammoniakkorrosion an der Spitze des Schwefelsäure-Alkylierungsturms

Waschen mit Alkali und Waschreaktorprodukte sind wichtig zum Entfernen saurer Verunreinigungen, um übermäßige Korrosion in dem Turmkopfsystem der Fraktionierungszone zu kontrollieren. Um die Korrosionsrate und die Menge des verwendeten Inhibitors zu reduzieren, kann das neutralisierende Amin oder NH3 das Wasserkondensat der Turmspitze auf einen pH-Wert von 6 bis 7 neutralisieren. In einigen Fällen kann NH3 jedoch Spannungskorrosionsrisse in marineblauen Messingrohren im Überkopf verursachen Kondensatoren.

Ammoniakkorrosion in einer katalytischen Reformierungsanlage

Durch Ammoniak verursachte Spannungsrisskorrosion ist eine von mehreren Arten von Spannungskorrosionsrissen in katalytischen Reformierungsanlagen. NH3 existiert im Ausfluss des Vorbehandlungsreaktors und des Reformierungsreaktors und löst sich in Wasser unter Bildung von Ammoniak, was zu einer schnellen Spannungsrisskorrosion von Legierungen auf Cu-Basis führt.

Ammoniakkorrosion in der Delayed Coking Unit

Die Ausrüstung von Delayed-Coking-Anlagen ist anfällig für Niedertemperatur-Korrosionsmechanismen, einschließlich durch Ammoniak verursachter Spannungsrisse von Legierungen auf Kupferbasis. Diese Korrosionsmechanismen spielen eine Rolle bei der Wasserabschreckung, Dampfkoksreinigung und Entlüftung. Alle Kokereitürme haben jedoch in der Regel Abgasleitungen und Tanks, die fast ständig feuchten Brüden und Flüssigkeiten ausgesetzt sind. Die durch plötzliche Abkühlung entstehenden und ausgetragenen Dämpfe und Flüssigkeiten enthalten meist große Mengen an H2S, NH3, NH4Cl, NH4HS und Cyanid, die bei der thermischen Crackreaktion der Beschickung der Kokerei freigesetzt werden. Aufgrund des Vorhandenseins von NH3 in Verkokungsanlagen kann es bei Rohren aus Kupferlegierungen mit hohen pH-Werten zu Spannungsrisskorrosion durch Ammoniak kommen.

Ammoniakkorrosion in Schwefelrückgewinnungsanlagen

Die Gaszufuhr ist normalerweise reich an H2S und gesättigtem Wasserdampf und kann auch mit Kohlenwasserstoffen und Aminen gemischt sein, die dazu führen können, dass H in das Metall eindringt, wo Gase aus wasserstoffinduziertem Cracken (einschließlich Wasserstoffausbauchen) und Sulfid-Spannungsrissbildung (SSC ) vorhanden sein können. Außerdem kann NH3 in der Gaszufuhr vorhanden sein, was zu Spannungsrisskorrosion führt, während Cyanid auch die Korrosion beschleunigen kann.

Messing, das weniger als 20 % Zink enthält, erleidet in der natürlichen Umgebung im Allgemeinen keine Spannungsrisskorrosion. Je höher der Zinkgehalt von Messing ist, desto größer ist die Spannungskorrosionsbruchempfindlichkeit. Die Zugabe von Aluminium, Nickel und Zinn zu Messing kann Spannungsrisskorrosion reduzieren. Wenn der Zn-Gehalt niedriger als 15 % ist, wird die Korrosionsbeständigkeit der Cu-Zn-Legierung verbessert.

Spannungsabbau durch Glühen ist die am häufigsten angewandte wirksame Maßnahme zur Vermeidung von Spannungsrisskorrosion bei Messing. SCC in der Dampfumgebung kann manchmal kontrolliert werden, indem der Lufteintritt verhindert wird, die Empfindlichkeit von Kupferlegierungen muss von Zeit zu Zeit durch Überprüfung und Überwachung des pH-Werts von Wasserproben und NH3 bewertet werden, und es kann eine aktuelle Inspektion oder visuelle Inspektion von Wirbelströmen durchgeführt werden verwendet, um festzustellen, ob der Wärmetauscherbalken gebrochen ist. Aber kurz gesagt, Kupfer und seine Legierungen sollten bei der Herstellung von Ammoniak und flüssigem Ammoniak vermieden werden.