Приложение А (справочное).Материалы, применяемые для изготовления устройств отбора проб

Приложение А
(справочное)

Материалы, применяемые для изготовления устройств отбора проб

А.1 Устройства системы отбора проб

Правильный выбор материалов для изготовления устройств отбора проб (далее - материалы) является важной частью проектирования устройств. Применяемые материалы должны соответствовать следующим требованиям:

a) иметь высокую химическую стойкость и выдерживать воздействие агрессивных компонентов пробы;

b) не взаимодействовать с компонентами отходящих газов (вступать в химические реакции, абсорбировать, адсорбировать);

c) быть термостойкими при использовании в газоходе или около него.

Требования следует рассматривать с учетом стоимости материалов.

А.2 Химическая стойкость

Агрессивными компонентами отходящих газов контролируемых источников выбросов являются щелочные или кислые газы, такие как диоксид азота , диоксид серы , разбавленная азотная кислота , сернистая кислота , разбавленная или концентрированная серная кислота [влажный триоксид серы или кислотный туман], аммиак и хлористый водород. Сведения о химической стойкости различных материалов к этим компонентам, были выбраны из 8-12 литературных источников, приведены в таблице А.1. Все материалы были испытаны при комнатной температуре, а при более высоких температурах их стойкость может значительно уменьшиться.

Нержавеющая сталь марки Carpenter 20 SS* является самой стойкой в ряду материалов: алюминий, стали марок 304 SS*, 316 SS* и Carpenter 20 SS. Боросиликатное стекло и ПТФЭ (тефлон** очень стойки ко всем компонентам проб. Поливинилхлорид (ПВХ) и тигон** являются несколько менее стойкими ко всем компонентам, за исключением концентрированной азотной кислоты (), присутствие которой не ожидается на входе в систему отбора проб. ПВХ является коррозионно-стойким, но при определенных условиях может вступать в реакцию с коррозийными компонентами. Для определения и во влажных пробах при их низком содержании рекомендуется применять ПТФЭ и боросиликатное или кварцевое стекло. Полиэтилен и полипропилен имеют очень близкую химическую стойкость и пригодны для применения, если не ожидается контакта с концентрированной азотной кислотой (например, кислотный туман на предприятиях по производству серной кислоты). Материал нейлон имеет ограниченное применение в системах отбора проб, а относительно характеристик витона, полученных по результатам испытаний его стойкости, мнения специалистов расходятся.

_________________

* В Российской Федерации достаточно известными и распространенными аналогами приведенных в стандарте марок сталей являются: для 304 SS - 08Х18Н10, для 316 SS - 08Х17Н13М2Т, для Carpenter 20 SS - 06ХН28МДТ (по ГОСТ 5632-72).

** Тефлон, тигон и витон - примеры подходящей серийно выпускаемой продукции. Информация приведена для удобства пользователей настоящего стандарта и не является рекламой ИСО указанной продукции.

Таблица А.1 - Химическая стойкость различных материалов (для трубок отбора проб, зонда)

Материал

Агрессивный компонент

Сухой (a)

Сухой (a)

Разбавленная

Разбавленная

Разбавленная

Концентрированная (b)

Концентрированная

Разбавленные

Макс. темп.

HCN

HCI

HF

Меркаптан

К

Нержавеющая сталь 304 SS

S (наблюдалась некоторая точечная коррозия)

S

S

Q

U

S

и

S

S

S

U

S

S

S

1075

Нержавеющая сталь 316 SS(d)

S

S

S (<0,051)°(c)

S

S или Q (< 0,508)

S (< 0,508)

U (>1,27)

S

s

s

U

S

S

S

1075

Нержавеющая сталь Carpenter 20 SS

S

S

S

S

S или Q

S

S

S

S

S

U

S

S

S

1075

Сплав хастеллой

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

Алюминий

S

N/A

S (0,127 - 0,508)

s (0,127 - 0,508)

Q (0,508 - 1,27)

U (>1,27)

U (>1,27)

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

Боросиликатное стекло

S

S

S (< 1,127)

N/A

S (< 0,127)

S (< 0,127)

S (< 0,127)

S

S

S

S

S

S

S

675

Кварцевое стекло

S

S

S (< 0,127)

N/A

S (< 0,127)

S (< 0,127)

S (0,127)

S

S

S

S

S

U

S

1275

Политетрафторэтилен

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

U

S

S

S

475

Непластифицированный поливинилхлорид

S

S

S

S

Q

U

S или Q

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

Поливинил-хлорид

S

S

S или Q

S

S

Q или U

S или Q

S

S

U

S

S

S

U

345

Полиэтилен

S

S

S или Q

S

S

U

Q или U

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

Полипропилен

S

S

S

S

S

U

Q или U

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

Нейлон

-

S

S

S

S

U

U

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

Витон

S или U

S

S

S

S

S или Q

S или Q

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

Оценка химической стойкости материалов: S - удовлетворительно; Q - сомнительно; U - неудовлетворительно; N/A - нет данных. (a) Рекомендации: для коррозионно-активных сухого и сухого можно использовать ПТФЭ (тефлон). (b) При отборе проб не ожидается высокое содержание . (c) В круглых скобках приведена скорость коррозии, в миллиметрах в год. (d) При применении молибденсодержащей нержавеющей стали при определении содержания в присутствии может наблюдаться отклонение результатов измерений в сторону больших значений, из-за каталитического окисления аммиака под действием молибдена.

Таблица А.2 - Химическая стойкость различных материалов (для соединительных трубок, фильтра)

Части	Материал	Сухие		Разбавленные							Макс, темп.
		(a)	(a)		HCN			HCI	HF	Меркаптан	К
Фильтр	Спеченное боросиликатное стекло	S	S	S	S	S	S	S	U	S	675
	Сетка из нержавеющей стали (b)	S	S	S	S	S	U	U	U	U	975
	Спеченная нержавеющая сталь (b)	S	S	S	S	S	U	U	U	U	975
	Сплав хастеллой	S	S	S	S	S	S	S	S	S
	Пористая керамика	S	S	S	S	S	U	S	U	U	1275
	Политетрафторэтилен	S	S	S	S	S	U	S	S	U	475
Соединительная трубка	Фторкаучук	S	S	S	S	S	S	S	S	S	455
	Силиконовая резина	S	S	S	S	S	U	S	S	S	425
	Хлоропреновый каучук	S	S	U	U	U	U	U	U	U	355
Оценка химической стойкости материалов: S - удовлетворительно; U - неудовлетворительно. (a) Рекомендации: для коррозионно-активных сухого и сухого можно использовать политетрафторэтилен (тефлон). (b) При применении молибденсодержащей нержавеющей стали при определении содержания в присутствии может наблюдаться отклонение результатов измерений в сторону больших значений, из-за каталитического окисления аммиака под действием молибдена.

А.3 Дополнительная информация по таблице А.2

a) При применении молибденсодержащей нержавеющей стали марок SUS 316 и SUS 316L при определении содержания в присутствии может наблюдаться отклонение результатов измерений в сторону больших значений, из-за каталитического окисления аммиака под действием молибдена.

c) b) При непродолжительном применении ПТФЭ может выдержать температуру до 535 К.

Поскольку существует несколько марок нержавеющей стали (такие как 304 SS, 316 S, Carpenter 20 SS), конкретную марку следует выбирать в соответствии с природой газа и совместимостью с ним.

d) Причиной применения боросиликатного стекла вместо кварцевого является то, что последнее подвержено коррозии в большей степени и является дорогостоящим, хотя оба эти материала при коррозии образуют тетрафторид кремния, улавливаемый абсорбентом. Кроме того, причиной применения зонда из нержавеющей стали и неиспользования фильтров из спеченной нержавеющей стали является то, что для улавливания фтористых соединений следует использовать материал с диаметром пор 0,8 мкм.

e) Титан применяют при определении хлористого водорода, но не хлора, поскольку несмотря на то, что титан устойчив по отношению к влажному хлору, с сухим газообразным хлором он реагирует со взрывом.

f) Принимают, что температура, при которой эксплуатируют устройства отбора проб из нержавеющей стали и боросиликатного стекла, на 100 К ниже, чем установленная для указанных материалов 1175 К и 775 К соответственно. При температуре 1175 К и выше в нержавеющей стали увеличивается число точечных микротрещин, и она становится более хрупкой. При температуре 775 К боросиликатное стекло переходит из жидкого в твердое состояние, и зонд из него, помещаемый в газоход, может согнуться и (или) быть закупорен в зависимости от скорости потока отходящего газа. Эти рекомендации необходимо принимать в целях безопасности. В любом случае температуры 1175 и 775 К характерны для процессов горения, поэтому нецелесообразно проводить отбор проб отходящего газа при этих температурах.

Таблица А.3 - Общий состав и характеристики нержавеющей стали

Нержавеющая сталь	Общий состав	Характеристики и применение
SUS 304	18Cr-8Ni	Наиболее широко используется как жаропрочная сталь в пищевой и химической промышленности для оборудования общего назначения
SUS 316	18Cr-12Ni-2,5Mo	Улучшенные по сравнению с SUS 304 антикоррозионные свойства и повышенная стойкость к точечному образованию микротрещин в морской воде и других средах
SUS 316J1	18Cr-12Ni-2Mo-2Cu	Материал, стойкий к воздействию серной кислоты, обладает улучшенными антикоррозионными свойствами и повышенной стойкостью к точечному образованию микротрещин, по сравнению с SUS 316
SUS 317	18Cr-12Ni-3,5Mo	Материал с повышенной стойкостью к точечному образованию микротрещин, по сравнению с SUS 316J1, применяют в красильном оборудовании
SUS 317J1	18Cr-12Ni-5Mo	Применяют в теплообменниках на предприятиях по производству азотной и фосфорной кислот, в оборудовании для процессов отбеливания, в которых используется раствор, содержащий хлорид-ионы
SUS 329J1	25Cr-4,5Ni-2Mo	Материал, имеющий двухфазную структуру, обладающий высокой стойкостью к кислотам и точечному образованию микротрещин, а также повышенной прочностью, применяется в качестве материала, устойчивого к воздействию морской воды
SUS 329J2L	25Cr-6Ni-3,5Mo-0,2N	Обладает повышенной стойкостью к действию концентрированных растворов хлоридов и окружающей среды, в том числе морской воды и т.д., характеристики прочности и другие характеристики аналогичны или лучше, чем у SUS 329J1
Carpenter 20 SS	20Cr-29Ni-2Mo-3Cu	Обладает повышенной стойкостью к воздействию серной кислоты
Хастеллой А	57Ni-20Mo-20Fe	Обладает повышенной механической прочностью при высоких температурах и устойчив к окислению
Хастеллой В	64Ni-28Mo-6Fe
Хастеллой С	57Ni-17Mo-6Fe-15Cr-4W
Примечание - Поскольку молибден, добавляемый в сплав, действует как катализатор при определении в отходящем газе, при его низком содержании, т.е. ниже 50 , результат измерений может быть занижен.

Таблица А.4 - Характеристики фторкаучука

Химическое название

Политетрафторэтилен

Сополимер тетрафтор-этилена с перфторал-килвиниловым эфиром

Сополимер тетрафторэтилена с гексафторпиленом

Политрифторхлорэтилен

Поливинилиденфторид

Сополимер тетрафторэтилена с этиленом

Сополимер тетрафтор-этилена с этиленом, содержащий кварцевое стекловолокно

Сополимер хлортрифторэтилена с этиленом

Торговое название и другие(а)

Тефлон Полифлон Афлор

Тефлон

Тефлон Неофлон

Дифлон

Полимер Kainer KF

Сополимер Tefzer СОР

Тефлон R, содержащийся в кварцевом стекле

Тефлон

Аббревиатура

ПТФЭ

ПФА

ФЭП

ПХТФЭ

ПВДФ

ЭТФЭ

ЭТФЭ

ЭХТФЭ

Характеристики

Единица

ASTM

Физические Температура плавления

К

-

600

583

548

493

444

553

543

518

Удельная плотность

D792

2,14 - 2,20

2,12 - 2,17

2,12 - 2,17

2,1 - 2,2

1,75 - 1,78

1,70

1,80

1,68 - 1,69

Термические Теплопроводность

С 177

6,0

6,0

6,5

4,7 - 5,3

3,0

5,7

5,7

5,8

Удельная теплоемкость

N/A

0,25

0,25

0,28

0,22

0,33

0,46 - 0,47

N/A

N/A

Коэффициент линейного расширения

D 696

10

12

8,3 - 10,5

4,5 - 7,0

8,5

9 - 9,3

1,7 - 3,2

8

Температура, при которой происходит термическая деформация

-

D 648

-

-

-

-

-

-

-

-

18,5 кг/

К

328

320

323

N/A

363

347

483

350

4,6 кг/

К

394

347

345

399

405 - 422

377

538

389

Макс, рабочая температура

К

(Без нагрузки)

533

533

473

450 - 473

423

423 - 453

473

438 - 453

Прочностные характеристики и т.д. Гигроскопичность (24 ч)

%

D 570

0,00

0,03

< 0,01

0,00

0,04

0,029

0,022

0,001

Воспламеняемость [на 1/8 глубины]

(UL-94)

V-0

V-0

V-0

V-0

N/A

V-0

V-0

V-0

Кислородный индекс

-

D 2863

>95

>95

>95

>95

N/A

30

N/A

60

Воздействие солнечного света

-

Нет

Нет

Нет

Нет

Нет

Нет

N/A

Нет

Воздействие слабой кислоты

-

D 543

Нет

Нет

Нет

Нет

Нет

Нет

N/A

Нет

Воздействие сильной кислоты

-

D 543

Нет

Нет

Нет

Нет

Разрушается под действием паров серной кислоты

Нет

N/A

Нет

Воздействие слабого основания

-

D 543

Нет

Нет

Нет

Нет

Нет

Нет

N/A

Нет

Воздействие щелочи

-

D 543

Нет

Нет

Нет

Нет

Нет

Нет

N/A

Нет

Воздействие растворителя

-

D 543

Нет

Нет

Нет

Незначительное разложение под действием галогенсодержащих соединений

Устойчив к действию почти всех растворителей

Нет

N/A

Высокоустойчив

Источники: Современная Энциклопедия Пластмасс 76/77 и дополнительные данные, представленные корпорацией "Дюпон". Термостойкость полиэтиленового тетрафторполимера будет другой при температуре в случае непрерывного измерения. Необходимо отметить, что рабочая температура для тефлона ПФА составляет ниже 473 К, для неофлона ФЭП - ниже 423 К и для дифлона ПХТФЭ - ниже 393 К. Рабочую температуру следует выбирать в соответствии с характеристиками используемых материалов. (а) Тефлон, полифлон, афлор, неофлон и дифлон являются примерами подходящей продукции, имеющейся в продаже. Данная информация приведена для удобства пользователей настоящего стандарта и не является рекламой ИСО названной продукции.