Hastelloy C2000 vs C276: Paduan Tahan Korosi Universal-untuk Lingkungan Asam Campuran

Hastelloy C2000(UNS N10200, 23Cr-16Mo-1.6Cu) secara khusus dikembangkan untuk mengatasi keterbatasan C276 (UNS N10276, 15Cr-16Mo-4W) dalam lingkungan asam pereduksi oksidasi campuran. C2000 menawarkan ketahanan yang unggul dalam asam sulfat (terutama 10-60 persen pada 50-100 derajat C), asam nitrat, klorin basah, dan aliran asam campuran, sedangkan C276 tetap menjadi pilihan utama dalam asam pereduksi murni (HCl berapapun konsentrasinya, encerkan H2SO4 di bawah 10 persen) karena kandungan Mo dan W-nya yang lebih tinggi. C2000 memiliki biaya premium sekitar 15-25 persen dibandingkan C276 namun menghilangkan kebutuhan peningkatan paduan dalam layanan asam campuran, sehingga mengurangi total biaya proyek sebesar 20-40 persen dalam aplikasi tersebut.

Apa yang Membuat C2000 Berbeda dari C276?

C2000 direkayasa sebagai paduan nikel 'universal' dengan menambahkan 1,0-1,6 persen tembaga ke basa Cr-Mo (23Cr-16Mo) yang memberikan ketahanan simultan terhadap lingkungan pengoksidasi dan pereduksi, sedangkan kandungan Cr C276 yang lebih rendah (15 persen) dan kurangnya Cu menjadikannya hanya unggul dalam lingkungan pereduksi namun kesulitan dalam aliran asam oksidasi atau campuran.

Haynes International mengembangkan C2000 pada tahun 1990an secara khusus untuk mengatasi keterbatasan kritis C276: kinerjanya yang buruk dalam mengoksidasi lingkungan asam. C276 dengan 14,5-16,5 persen Cr tidak dapat membentuk film pasif yang stabil dalam media pengoksidasi kuat seperti asam nitrat (HNO3) atau dalam aliran asam campuran di mana spesies pengoksidasi dan pereduksi hidup berdampingan.

Solusinya adalah meningkatkan Cr hingga 22-24 persen (mirip dengan level 625) dan menambahkan 1,0-1,6 persen Cu, yang secara dramatis meningkatkan ketahanan terhadap asam sulfat dan campuran media pereduksi oksidasi. C2000 juga tidak mengandung tungsten (tidak seperti C276 yang memiliki daya 3-4,5 persen W), sehingga mengurangi biaya dan menyederhanakan struktur mikronya namun juga sedikit menurunkan kinerjanya dalam asam pereduksi ekstrem murni. Penambahan tembaga pada C2000 bekerja melalui dua mekanisme: (1) meningkatkan potensi paduan dalam asam sulfat, menggesernya ke daerah pasif pada konsentrasi asam yang lebih rendah; dan (2) membentuk lapisan tembaga sulfida yang tahan terhadap serangan dalam lingkungan asam campuran. Hasilnya adalah paduan yang dijelaskan oleh Haynes sebagai 'paduan nikel tempa yang paling tahan korosi secara universal', sementara C276 tetap menjadi standar untuk asam pereduksi murni dan layanan asam paling parah.

Sumber: Buletin Teknis Haynes International C2000 H-2014; Buletin Teknis C276 H-2002; Makalah dipresentasikan pada CORROSION 2000, NACE.

Apa Perbedaan Kimia Antara C2000 dan C276?

C2000 memiliki kromium yang jauh lebih tinggi (22-24 persen vs 14,5-16,5 persen) dan molibdenum sedikit lebih tinggi (15-17 persen vs 15-17 persen) dibandingkan C276, ditambah tambahan tembaga penting sebesar 1,0-1,6 persen, sedangkan C276 memiliki 3-4,5 persen tungsten yang tidak dimiliki C2000, menjadikan C2000 dioptimalkan untuk media pengoksidasi dan C276 dioptimalkan untuk mereduksi media.

Perbandingan kimia antara C2000 dan C276 mengungkap trade-off mendasar antara oksidasi dan reduksi ketahanan terhadap asam. Kromium adalah elemen pasif utama: Cr C2000 sebesar 22-24 persen 50 persen lebih tinggi dibandingkan Cr C276 sebesar 14,5-16,5 persen, dan Cr yang lebih tinggi inilah yang memungkinkan C2000 mempertahankan lapisan pasif yang stabil dalam media pengoksidasi seperti asam nitrat dan besi klorida. Kandungan molibdenum serupa pada kedua paduan (15-17 persen), yang memberikan ketahanan yang sangat baik terhadap korosi lubang dan celah klorida pada kedua kasus.

Elemen pembeda yang penting adalah tembaga: penambahan 1,0-1,6 persen Cu pada C2000 adalah inovasi utama yang meningkatkan kinerja dalam aliran asam sulfat dan asam campuran. Tungsten C276 (3-4,5 persen) memberikan ketahanan lubang tambahan di lingkungan reduksi murni namun tidak terdapat pada C2000. Karbon sangat-rendah di kedua paduan (maks 0,010 untuk C276, maks 0,015 untuk C2000), sehingga mencegah sensitisasi selama pengelasan. Kedua paduan tidak memiliki tambahan niobium atau titanium, menjaga struktur mikro sepenuhnya austenitik dan anil larutan fase tunggal.

Tabel 1. Perbandingan Komposisi Kimia (Spesifikasi ASTM B575 / Haynes)

Sumber: ASTM B575-24; Haynes Internasional H-2002 (C276) dan H-2014 (C2000); Registri UNS N10200 dan N10276.

Bagaimana Perbandingan Sifat Mekanik dan Batas Suhu?

C2000 dan C276 memiliki sifat mekanik suhu-suhu ruangan yang sangat mirip (hasil 283-310 MPa, tarik 690-760 MPa, perpanjangan 40-45 persen), namun C2000 memiliki kandungan kromium yang sedikit lebih tinggi sehingga lebih rentan terhadap penggetasan di atas 400 derajat C di atmosfer yang mengandung belerang, sedangkan kedua paduan memiliki suhu layanan maksimum yang serupa di udara bersih.

C2000 dan C276 keduanya merupakan paduan nikel austenitik larutan-anil dengan sifat mekanik serupa pada suhu kamar. Kekuatan luluh (offset 0,2 persen) untuk kedua paduan berada pada kisaran 283-310 MPa untuk pelat dan lembaran dalam kondisi larutan-anil. Kekuatan tarik keduanya 690-760 MPa. Perpanjangan sangat baik pada 40-45 persen untuk kedua paduan, yang mencerminkan struktur mikro fase tunggal austenitiknya.

Kekerasannya serupa pada 85-95 HRB untuk keduanya. Perbedaan utama terlihat pada suhu tinggi: C2000 dengan kandungan Cr yang lebih tinggi (22-24 persen) lebih rentan terhadap serangan belerang bersuhu tinggi dalam mengurangi atmosfer yang mengandung belerang, dengan suhu maksimum yang disarankan sebesar 400 derajat C pada layanan yang mengandung H2S dibandingkan dengan 450 derajat C untuk C276.

Di udara bersih, kedua paduan memiliki temperatur kerja maksimum yang serupa, yaitu sekitar 1040 derajat C. Ketahanan lelah serupa untuk kedua paduan, dan keduanya memiliki ketangguhan impak yang sangat baik pada suhu kriogenik hingga -196 derajat C. Kedua paduan tidak dapat dikeraskan dengan presipitasi, sehingga kekuatan tidak dapat ditingkatkan melalui perlakuan panas di luar kondisi anil larutan.

Tabel 2. Perbandingan Sifat Mekanik (Larutan Anil, Suhu Ruangan)

Sumber: ASTM B575-24; lembar data Haynes International H-2002 dan H-2014; ASME BPVC Bagian II Bagian D (2023).

Bagaimana Kinerja C2000 dan C276 dalam Asam Sulfat?

C2000 secara signifikan mengungguli C276 dalam asam sulfat di seluruh rentang konsentrasi dari 10 hingga 96 persen, dengan laju korosi biasanya 3-10 kali lebih rendah pada kisaran kritis 10-60 persen di mana sebagian besar peralatan proses H2SO4 beroperasi.

Asam sulfat adalah asam industri yang paling umum dan aplikasi paling penting untuk C2000 dibandingkan C276. Alasannya terletak pada perilaku polarisasi anodik masing-masing paduan dalam H2SO4. Pada konsentrasi rendah hingga sedang (10-60 persen H2SO4) dan suhu 50-100 derajat C, C276 dengan kandungan Mo yang tinggi dan tidak adanya Cu tetap berada di daerah korosi aktif dengan laju korosi yang relatif tinggi. C2000 dengan penambahan Cu bergeser ke wilayah pasif pada kondisi ini, sehingga secara dramatis mengurangi laju korosi.

Data korosi isotermal Haynes International (H-2014) menunjukkan bahwa dalam 10 persen H2SO4 pada suhu 80 derajat C, C2000 terkorosi pada 0,01-0,05 mm/tahun sedangkan C276 terkorosi pada 0,05-0,15 mm/tahun. Dalam 50 persen H2SO4 pada suhu 80 derajat C, C2000 terkorosi pada 0,02-0,08 mm/tahun sedangkan C276 terkorosi pada 0,20-0,50 mm/tahun. Dalam H2SO4 96 persen (berasap) pada suhu 100 derajat C, kedua paduan tersebut memiliki kinerja yang baik (kurang dari 0,05 mm/tahun) namun C2000 tetap mempertahankan keunggulannya. Hal ini menjadikan C2000 pilihan utama untuk koil pendingin asam sulfat, menara serapan, konsentrator asam, dan jalur pengawetan di seluruh industri pemrosesan kimia.

Tabel 3. Laju Korosi pada Asam Sulfat (mm per tahun)

Sumber: Data korosi isotermal Haynes International H-2002 dan H-2014; ASTM G28 Metode A; pengalaman agregat pabrik kimia 1995-2020.

Bagaimana Perbandingan C2000 dan C276 dalam Asam Klorida?

C276 adalah pilihan yang lebih disukai untuk semua konsentrasi asam klorida pada semua suhu karena kandungan Mo dan W yang lebih tinggi memberikan ketahanan yang unggul terhadap mekanisme korosi aktif HCl, sedangkan C2000 bekerja secara memadai dalam HCl encer (di bawah 5 persen) namun tidak direkomendasikan untuk HCl pekat pada suhu tinggi.

Asam klorida (HCl) adalah asam pereduksi paling agresif untuk paduan nikel karena ion klorida menyerang lapisan pasif secara agresif, dan Mo adalah pertahanan utama. Baik C276 maupun C2000 memiliki kandungan Mo yang sama (15-17 persen), namun C276 memiliki mekanisme pertahanan tambahan berupa W (3-4,5 persen) yang berkontribusi terhadap pasifnya HCl. C2000 tidak memiliki W dan kandungan Cr lebih tinggi, yang tidak membantu dalam lingkungan reduksi HCl yang kuat.

Dalam mendidihkan 1 persen HCl, C2000 terkorosi pada kecepatan 0,05-0,15 mm/tahun, mirip dengan C276 pada kecepatan 0,03-0,10 mm/tahun. Dalam mendidihkan 5 persen HCl, C2000 terkorosi pada kecepatan 0,20-0,50 mm/tahun sedangkan C276 pada kecepatan 0,50-1,00 mm/tahun (C276 sedikit lebih buruk pada konsentrasi ini karena Cr yang lebih tinggi pada C276 tidak membantu). Dalam HCl 10 persen pada suhu 80 derajat C, C2000 terkorosi pada 0,10-0,30 mm/tahun sedangkan C276 terkorosi pada 0,20-0,50 mm/tahun (C2000 sebenarnya lebih baik di sini karena penambahan Cu).

Namun, dalam HCl pekat (20-37 persen) pada suhu tinggi, C276 dengan penambahan W dan efektivitas Mo yang lebih tinggi merupakan pilihan standar, dan C2000 tidak direkomendasikan. Untuk servis HCl, panduan standar industri adalah: HCl dingin encer (kurang dari 5 persen, di bawah 50 derajat C) salah satu paduan dapat diterima; HCl sedang (5-15 persen, 50-80 derajat C) C276 lebih disukai; HCl pekat (lebih besar dari 20 persen, suhu apa pun di atas suhu ruangan) diperlukan C276.

Tabel 4. Laju Korosi pada Asam Klorida (mm per tahun)

Sumber: Haynes International H-2002 dan H-2014; Buku Panduan ASM Vol. 13A Corrosion (2003); data lapangan pabrik kimia.

Bagaimana Perbandingannya dalam Lingkungan Asam Nitrat dan Asam Campuran?

C2000 dengan kandungan Cr sebesar 22-24 persen secara signifikan mengungguli C276 dalam asam nitrat dan merupakan pilihan tepat untuk lingkungan asam campuran di mana spesies pengoksidasi dan pereduksi hidup berdampingan, sedangkan C276 berkinerja buruk dalam HNO3 dan tidak boleh dispesifikasikan untuk aliran asam campuran.

Asam nitrat (HNO3) adalah asam pengoksidasi kuat, dan kromium adalah unsur pasif utama. C2000 dengan 22-24 persen Cr membentuk film pasif yang jauh lebih stabil di HNO3 dibandingkan C276 dengan hanya 14,5-16,5 persen Cr. Dalam merebus 65 persen HNO3, C2000 terkorosi pada 0,10-0,30 mm/tahun sedangkan C276 terkorosi pada 0,50-1,00 mm/tahun. Perbedaan ini sangat penting untuk proses yang melibatkan aliran asam campuran, yang merupakan salah satu lingkungan korosi yang paling menantang dalam industri kimia. Lingkungan asam campuran (seperti campuran HF-HNO3 yang digunakan dalam pengawetan baja tahan karat, atau campuran H2SO4-HNO3 dalam produksi pupuk) mengandung spesies pengoksidasi dan pereduksi secara bersamaan.

C276 yang unggul dalam lingkungan reduksi justru diserang secara agresif dalam kondisi oksidasi karena kandungan Cr-nya tidak mencukupi untuk mempertahankan film pasif. C2000 dengan tambahan Cr dan Cu yang lebih tinggi menangani lingkungan campuran ini dengan baik. Dalam aqua regia (3HCl-1HNO3), C2000 terkorosi pada 0,10-0,30 mm/tahun pada suhu kamar sedangkan C276 terkorosi pada 0,50-1,50 mm/tahun. Dalam larutan pengawet campuran HF-HNO3 pada suhu 60 derajat C, C2000 terkorosi pada 0,05-0,15 mm/tahun sedangkan C276 terkorosi pada 0,50-1,00 mm/tahun. Perbedaan ini menjadikan C2000 pilihan standar untuk peralatan pengawetan, reaktor asam campuran, dan unit proses pabrik pupuk.

Tabel 5. Laju Korosi pada Lingkungan Asam Nitrat dan Asam Campuran

Sumber: Haynes H-2002 dan H-2014; ASTM G28 Metode A; Buku Pegangan Pengawetan dan Perawatan Permukaan; Buku Panduan Bahan Industri Pupuk.

Bagaimana Perbandingannya dalam Layanan Asam (H2S + Klorida) per NACE MR0175?

C276 dan C2000 disetujui berdasarkan NACE MR0175/ISO 15156 untuk layanan asam, dan keduanya berkinerja sangat baik di lingkungan asam parah, namun C276 adalah pilihan yang lebih konservatif untuk kondisi paling parah (keberadaan HCl, tekanan parsial H2S sangat tinggi di atas 1 MPa) sedangkan C2000 sangat baik untuk lingkungan asam tanpa HCl.

Layanan asam mengacu pada lingkungan minyak dan gas yang mengandung H2S yang terlarut dalam air terproduksi, yang dapat menyebabkan keretakan tegangan sulfida (SSC), keretakan akibat hidrogen-(HIC), dan HIC berorientasi tegangan (SOHIC) pada paduan yang rentan. C276 dan C2000 tercantum dalam NACE MR0175/ISO 15156 sebagai layanan yang dapat diterima dalam kondisi larutan-anil. C276 adalah pilihan yang lebih tepat digunakan pada lingkungan asam yang paling parah, khususnya jika terdapat HCl dalam air yang diproduksi atau ketika tekanan parsial H2S melebihi 1 MPa.

Kandungan tungsten di C276 memberikan batas keamanan tambahan dalam kondisi ekstrem ini. C2000 disetujui untuk layanan asam tetapi biasanya ditentukan bila perhatian utamanya bukan hanya H2S tetapi juga komponen asam (seperti CO2 dengan asam organik) yang menciptakan kondisi asam campuran. Dalam praktiknya, C2000 telah berhasil digunakan dalam peralatan pemrosesan gas asam di mana gas tersebut mengandung H2S dan CO2 dengan asam organik, yang merupakan lingkungan asam campuran di mana penambahan Cu pada C2000 memberikan ketahanan yang unggul.

Kedua paduan memerlukan kondisi larutan-anil dan kekerasan di bawah 35 HRC untuk memenuhi persyaratan NACE. Untuk lingkungan asam paling agresif yang mengandung HCl (seperti unit penghilangan gas asam atau operasi stimulasi asam), C276 tetap menjadi pilihan standar industri.

Tabel 6. Perbandingan Layanan Asam (NACE MR0175/ISO 15156)

Sumber: NACE MR0175/ISO 15156 Bagian 3 (2020); Buletin Layanan Asam Haynes International C2000 dan C276.

Bagaimana Seharusnya C2000 dan C276 Dilas?

Baik C2000 maupun C276 memerlukan GTAW dengan logam pengisi tipe ERNiCrMo-yang cocok (ERNiCrMo-10 untuk C276, ERNiCrMo-14 untuk C2000) dan kontrol masukan panas yang ketat, namun C2000 sedikit lebih mudah memaafkan karena kandungan Cr-nya yang lebih tinggi, sedangkan C276 lebih sensitif terhadap pengendapan fase intermetalik dalam HAZ.

Pengelasan merupakan langkah penting dalam pembuatan peralatan C2000 dan C276 karena kedua paduan rentan terhadap serangan zona terpengaruh panas (HAZ) jika masukan panas tidak dikontrol. C276 lebih sensitif dari kedua paduan tersebut karena kandungan Mo dan W yang lebih tinggi, yang mendorong pengendapan fase mu dan fase P pada kisaran 600-1100 derajat C. Masukan panas yang direkomendasikan untuk C276 adalah 0,5-1,5 kJ/mm, suhu interpass di bawah 93 derajat C, dan tanpa pemanasan awal. C2000 dengan penambahan Cr dan Cu yang lebih tinggi sedikit lebih toleran terhadap panas pengelasan, namun kontrol ketat yang sama direkomendasikan: masukan panas 0,5-1,5 kJ/mm, interpass di bawah 120 derajat C.

Untuk C276, logam pengisinya adalah ERNiCrMo-10 (AWS A5.14, UNS N06059) atau ERNiCrMo-4 (UNS N10276). ERNiCrMo-10 memiliki Cr lebih rendah dibandingkan ERNiCrMo-4 namun lebih cocok untuk ketahanan korosi C276. Untuk C2000, logam pengisinya adalah ERNiCrMo-14 (AWS A5.14, UNS N06200), yang khusus dikembangkan untuk C2000 dan memiliki komposisi 23Cr-16Mo-1.5Cu yang cocok. ERNiCrMo-14 adalah pengisi pilihan untuk C2000 dan memberikan kecocokan terbaik untuk ketahanan korosi pada logam las. Perlakuan panas pasca pengelasan tidak diperlukan untuk salah satu paduan pada bagian tipis; untuk bagian yang tebal, anil larutan pada 1120-1175 derajat C (C276) atau 1121-1177 derajat C (C2000) diikuti dengan pendinginan air secara cepat akan mengembalikan sifat optimal.

Tabel 7. Parameter Pengelasan untuk C276 dan C2000

Sumber: Panduan Pengelasan Haynes International C276 dan C2000; Kode Pengelasan Struktural AWS D1.6; ASME Bagian IX; AWS A5.14/A5.14M.

C2000 vs C276: Kapan Memilih Paduan Yang Mana?

Pilih C276 untuk asam pereduksi murni (HCl konsentrasi apa pun, encerkan H2SO4 di bawah 10 persen) dan layanan asam parah dengan adanya HCl; pilih C2000 untuk asam sulfat (10-96 persen), asam nitrat, lingkungan asam campuran, aqua regia, dan layanan asam dengan CO2 plus asam organik; jika ragu di antara keduanya, C2000 adalah pilihan yang lebih universal.

Pemilihan antara C2000 dan C276 harus didorong oleh lingkungan korosif tertentu, bukan karena biaya atau kebiasaan. Kerangka keputusan di bawah ini didasarkan pada mekanisme korosi yang dominan di setiap aplikasi: jika lingkungan bersifat reduksi murni (tidak ada spesies pengoksidasi), C276 dengan W yang lebih tinggi dan rekam jejak yang terbukti adalah standarnya; jika lingkungan teroksidasi atau tercampur, C2000 dengan Cr dan Cu yang lebih tinggi adalah satu-satunya pilihan yang dapat diandalkan. Untuk lingkungan asam campuran, pilihannya jelas: C2000 adalah satu-satunya pilihan yang layak di antara kedua paduan ini.

Untuk layanan asam dengan HCl dalam air terproduksi, C276 lebih disukai; untuk layanan asam tanpa HCl tetapi dengan CO2 dan asam organik, C2000 seringkali merupakan pilihan yang lebih baik. Ketika kedua paduan tersebut dapat diterima secara teknis (misalnya, asam encer pada suhu rendah), biaya C276 yang lebih rendah dan rekam jejak yang lebih lama menjadikannya pilihan default. Premi biaya C2000 sebesar 15-25 persen dibandingkan C276 hanya dibenarkan jika keunggulan spesifik C2000 (ketahanan terhadap oksidasi/asam campuran) diperlukan.

Tabel 8. Matriks Keputusan: C2000 vs C276

Sumber: Haynes International H-2002 dan H-2014; Buku Panduan ASM Jilid. 13A; pengalaman agregat industri pengolahan kimia 1995-2025.

Studi Kasus: Peningkatan Konsentrator Asam Fosfat dari C276 ke C2000

Sebuah pabrik pupuk di Timur Tengah meningkatkan internal konsentrator asam fosfatnya dari C276 menjadi C2000 pada tahun 2018, sehingga mengurangi biaya pemeliharaan tahunan terkait korosi sebesar 55 persen dan memperpanjang interval penyelesaian dari 2 tahun menjadi 4 tahun, sehingga membenarkan biaya bahan baku sebesar 18 persen dalam waktu 14 bulan.

Pabrik mengoperasikan konsentrator asam fosfat (H3PO4) yang meningkatkan konsentrasi asam dari 30 persen menjadi 54-58 persen pada suhu 90-110 derajat C. Proses ini melibatkan konsentrasi, penguapan, dan sirkulasi simultan asam sangat korosif yang mengandung pengotor fluorida (50-200 ppm F-) dari bahan baku asam fosfat proses basah. Spesifikasi aslinya adalah C276 untuk badan konsentrator, tabung pemanas, dan internal distributor asam. Setelah 6 tahun pelayanan (2012-2018), inspeksi menunjukkan bahwa komponen C276 di bagian uap mengalami korosi umum sedang (0,10-0,20 mm/tahun) dan kadang-kadang terjadi lubang pada antarmuka uap-cair.

Laju korosi meningkat secara signifikan ketika konsentrasi asam melebihi 45 persen. Analisis kegagalan mengidentifikasi bahwa pengotor fluorida dalam asam proses basah-dikombinasikan dengan sifat oksidasi asam pekat panas menciptakan lingkungan pereduksi oksidasi campuran yang marginal untuk C276. Pada penyelesaian tahun 2018, pabrik mengganti bagian internal bagian uap dengan lembaran tabung C2000 (UNS N10200), pelat distributor, dan perangkat keras pendukung. Setelah 4 tahun beroperasi (2018-2022), inspeksi menunjukkan tingkat korosi umum hanya 0,01-0,03 mm/tahun tanpa lubang, yang menunjukkan peningkatan 6x dibandingkan C276 pada layanan yang sama. Biaya pemeliharaan tahunan turun dari 340.000 dolar menjadi 153.000 dolar. Premi material sebesar 18 persen (sekitar 45.000 dolar biaya tambahan untuk 3 ton) diperoleh kembali dalam 14 bulan melalui pengurangan pemeliharaan saja.

Sumber: Kasus lapangan disediakan oleh pelanggan JN Alloy (anonim); Catatan Aplikasi Asam Fosfat Haynes C2000; data rekayasa pabrik pupuk.

Studi Kasus: Aplikasi Asam Campuran Pabrik Pengolahan Gas Asam

Sebuah fasilitas pemrosesan gas asam di Asia Tengah memilih C2000 dibandingkan C276 untuk internal penyerap unit penghilang gas asam (AGRU) guna menangani kombinasi kontaminasi H2S, CO2, dan asam format di overhead regenerator lean amine, sehingga menghilangkan penghentian akibat korosi selama tiga tahun yang telah mengganggu unit pendahulunya yang dilengkapi C276.

Pabrik pengolahan gas asam memproses gas dengan 8 persen H2S dan 12 persen CO2, menghasilkan larutan lean amina yang meregenerasi overhead yang mengandung H2S, CO2, uap air, dan sedikit asam format (HCOOH) dari degradasi termal pelarut amina. Kondensor overhead regenerator dan internal demister awalnya dibuat dari C276.

Setelah hanya 18 bulan digunakan, pelindung wire mesh pendukung demister C276 mulai menunjukkan tanda-tanda retak korosi tegangan pada pengelasan, dan tabung kondensor menunjukkan lubang di bawah deposit dengan laju korosi 0,30-0,50 mm/tahun. Asam format dalam aliran atas diidentifikasi sebagai penyebab utama: asam format adalah asam pereduksi organik yang menyerang lapisan pasif C276, sedangkan H2S dan CO2 yang ada secara bersamaan menciptakan lingkungan asam campuran yang kompleks.

Tinjauan teknik korosi merekomendasikan penggantian C276 dengan C2000 untuk internal AGRU. Cr yang lebih tinggi (23 persen) diharapkan dapat menangani layanan asam H2S-CO2, sedangkan penambahan Cu (1,6 persen) diharapkan dapat menekan serangan asam format. Elemen demister C2000 (UNS N10200), perangkat keras pendukung, dan tabung kondensor dipasang pada tahun 2019. Setelah 5 tahun beroperasi (2019-2024), pemeriksaan menunjukkan tidak ada retak, tidak ada lubang, dan tingkat korosi umum di bawah 0,02 mm/tahun. Pabrik ini tidak mengalami penghentian tidak terencana terkait korosi AGRU dalam periode 5 tahun, dibandingkan dengan rata-rata 1,2 penghentian tidak terencana per tahun pada peralatan C276.

Sumber: Catatan Aplikasi Pengolahan Gas Haynes C2000; Studi kasus SPE-195565-MS (diadaptasi); data lapangan dari fasilitas gas asam Asia Tengah.

Standar Apa yang Mengatur C2000 dan C276?

C2000 dan C276 memiliki standar bentuk produk ASTM yang sama (B575 untuk pelat, B622 untuk pipa seamless, B619 untuk pipa las, B574 untuk batangan, B366 untuk alat kelengkapan), keduanya diterima di ASME BPVC Bagian VIII Divisi 1 dan NACE MR0175/ISO 15156, namun C2000 memiliki lebih sedikit pabrik yang saat ini memproduksinya, sehingga dapat mempengaruhi waktu tunggu pasokan.

Kerangka standar untuk C2000 (UNS N10200) dan C276 (UNS N10276) sebagian besar sama karena kedua paduan tersebut termasuk dalam keluarga paduan nikel-molibdenum-Kromium Hastelloy C-keluarga. Standar utama bentuk produk ASTM yang mencakup kedua paduan tersebut adalah: ASTM B575 untuk pelat, lembaran, dan strip; ASTM B622 untuk pipa dan tabung tanpa sambungan; ASTM B619 untuk pipa las; ASTM B626 untuk tabung las; ASTM B574 untuk batangan dan batangan; ASTM B564 untuk tempa; dan ASTM B366 untuk perlengkapan las-butt. Kode Boiler dan Bejana Tekan ASME Bagian II Bagian D memberikan nilai tegangan yang diijinkan untuk kedua paduan hingga 427 derajat C (800 derajat F) dalam kondisi anil larutan. ASME Bagian VIII Divisi 1 mengizinkan kedua paduan untuk konstruksi bejana tekan. NACE MR0175/ISO 15156 Bagian 3 mencantumkan kedua paduan untuk layanan asam dalam kondisi larutan-anil dengan kekerasan di bawah 35 HRC.

Perbedaan praktis yang penting adalah ketersediaan pasokan: C276 diproduksi oleh beberapa pabrik di seluruh dunia (Haynes, VDM, Special Metals, dan banyak pabrik di Tiongkok) dan tersedia secara luas dalam semua ukuran umum. C2000 sebagian besar diproduksi oleh Haynes International dan sejumlah pabrik berlisensi yang terbatas, sehingga persediaannya lebih sedikit dan waktu tunggu lebih lama yaitu 12-20 minggu untuk ukuran non-standar. Untuk jadwal proyek, perbedaan pasokan ini harus diperhitungkan dalam perencanaan pengadaan material.

Tabel 9. Standar yang Berlaku untuk C2000 dan C276

Sumber: ASTM Internasional 2024; ASME BPVC Edisi 2023; NACE MR0175/ISO 15156-3:2020; Haynes Internasional.

Berapa Total Biaya Kepemilikan untuk C2000 vs C276?

Meskipun C2000 memiliki biaya material yang lebih tinggi sebesar 15-25 persen dibandingkan C276, dalam aplikasi layanan asam campuran dan asam, C2000 memberikan total biaya 20 tahun 40-60 persen lebih rendah melalui pengurangan pemeliharaan, interval yang lebih lama, dan penghapusan waktu henti yang tidak terjadwal.

Analisis TCO harus spesifik-aplikasi karena nilai relatif C2000 vs C276 berubah drastis bergantung pada lingkungan korosif. Dalam layanan asam pereduksi murni di mana C276 secara teknis memadai, memilih C2000 akan menambah 15-25 persen biaya material tanpa menambah manfaat ketahanan terhadap korosi, sehingga meningkatkan TCO. Dalam layanan asam campuran di mana C276 tergolong marginal, memilih C2000 menghilangkan risiko kegagalan dini dan menghasilkan biaya pemeliharaan 40-60 persen lebih rendah.

Studi kasus dari konsentrator asam fosfat (Bagian 10) menunjukkan hal ini: 18 persen bahan premium diperoleh kembali dalam waktu 14 bulan melalui pengurangan pemeliharaan. Tabel di bawah menunjukkan dua skenario TCO 20 tahun yang representatif: (1) reaktor asam campuran yang memerlukan C2000, dan (2) penukar panas HCl encer yang memerlukan C276.

Tabel 10. 20-Perbandingan TCO Tahun: C2000 vs C276

Sumber: Analisis teknik JN Alloy; tolok ukur biaya pemeliharaan pabrik kimia agregat 2018-2024.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

T: Dapatkah C2000 digunakan sebagai pengganti langsung C276 pada peralatan yang sudah ada?

J: C2000 dapat menggantikan C276 di sebagian besar lingkungan di mana C276 berkinerja cukup atau gagal, dengan satu pengecualian penting: C2000 TIDAK boleh menggantikan C276 dalam layanan HCl terkonsentrasi (di atas 20 persen) di mana C276 adalah satu-satunya pilihan yang layak. Di semua lingkungan lain, C2000 akan bekerja setidaknya sama baiknya dengan C276, dan dalam lingkungan pengoksidasi dan asam campuran, kinerjanya akan jauh lebih baik. Untuk pengambilan keputusan penggantian, teknisi korosi harus meninjau kondisi servis spesifik terhadap data pada Tabel 3-6 dan 8.

T: Mengapa stok C2000 lebih sedikit dibandingkan C276?

J: C2000 diperkenalkan oleh Haynes International pada tahun 1990an namun belum pernah mencapai penetrasi pasar yang sama seperti C276, yang telah beroperasi sejak tahun 1960an dan merupakan pilihan default untuk sebagian besar aplikasi asam pereduksi. C276 diproduksi oleh beberapa pabrik di seluruh dunia dan tersedia secara luas dalam ukuran standar. C2000 sebagian besar diproduksi oleh Haynes International dengan-produksi pihak ketiga yang terbatas, sehingga menghasilkan waktu tunggu yang lebih lama (12-20 minggu untuk ukuran non-standar) dan biaya yang lebih tinggi. Untuk jadwal proyek, pengadaan awal C2000 sangatlah penting.

Q: Berapa suhu maksimum untuk C2000 dan C276 dalam layanan H2S?

J: C276 direkomendasikan hingga 450 derajat C pada layanan yang mengandung H2S-, sedangkan C2000 direkomendasikan hingga 400 derajat C. Perbedaan ini disebabkan oleh kandungan Cr C2000 yang lebih tinggi, sehingga lebih rentan terhadap serangan sulfur suhu tinggi di atas 400 derajat C. Untuk layanan asam di bawah 232 derajat C (batas atas NACE MR0175), kedua paduan tersebut disetujui tanpa batasan suhu dalam kondisi larutan{13}}anil.

T: Apakah C2000 lebih baik daripada C276 di air laut?

J: Ya, C2000 dengan kandungan Cr yang lebih tinggi (23 persen vs 15 persen) dan penambahan Cu (1,6 persen) memberikan ketahanan yang sedikit lebih baik pada air laut panas dan zona percikan dibandingkan dengan C276. Dalam air laut pada suhu 80 derajat C, C2000 biasanya menunjukkan laju korosi umum di bawah 0,02 mm/tahun tanpa lubang, sedangkan C276 mungkin menunjukkan lubang kecil. Namun, untuk layanan air laut, Alloy 625, Alloy 254 SMO, atau grade super austenitic biasanya lebih hemat biaya-kecuali jika terdapat kondisi asam campuran.

T: Bisakah C2000 dan C276 dilas satu sama lain?

J: Ya, C2000 dan C276 dapat dilas satu sama lain menggunakan logam pengisi ERNiCrMo-10 (UNS N06059), yang memiliki komposisi perantara antara kedua logam dasar tersebut. Pengisi ERNiCrMo-14 (UNS N06200), yang khusus dikembangkan untuk C2000, juga dapat digunakan tetapi memiliki rasio Cr:Mo yang sedikit berbeda. Untuk pengelasan C2000-ke-C276 yang berbeda, ERNiCrMo-10 adalah rekomendasi standar. Kualifikasi prosedur per ASME Bagian IX diperlukan untuk pengelasan produksi. Logam las yang dihasilkan akan memiliki sifat antara C276 dan C2000.

Q: Apa yang dimaksud dengan PREN pada C2000 dan bagaimana perbandingannya dengan C276?

J: C2000 memiliki PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) sekitar 65-70, dihitung sebagai Cr persen (23) + 3.3 kali Mo persen (16) + 16 kali N persen (0), sekitar 65-70. C276 memiliki PREN sekitar 68, dihitung sebagai Cr persen (15) + 3.3 kali Mo persen (16) + 3.3 kali W persen (3,75) + 16 kali N persen (0), kira-kira 68. Kedua paduan tersebut memiliki nilai PREN yang sangat mirip dalam kisaran 65-70, yang berarti keduanya memiliki ketahanan lubang klorida teoretis yang serupa. Perbedaan kinerja antara C2000 dan C276 dalam praktiknya terutama didorong oleh keseimbangan Cr:Cu untuk media pengoksidasi, bukan oleh PREN saja.