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不锈钢压力容器在石化设备领域的应用
 
不锈钢压力容器在石化设备领域的应用

2017/9/7 16:18:33

904L不锈钢管当今不锈钢应用的领域极为广泛,本文主要介绍在石油化工的设备制造领域不锈钢材料的应用情况,考虑到石油化工领域的应用环境较常态下更为恶劣,所以对采用的不锈钢材料提出了更高的要求,尤其是耐腐蚀性能上面。

不锈钢压力容器

低温H2S-HCl-H2O环境中不锈钢石化设备

在常减压三顶及其冷凝冷却系统,低于150℃部位存在H2S-HCl-H2O环境。因为HCl与H2S会相互促进形成循环腐蚀。碳钢的均匀腐蚀比较严重,Cr13钢容易发生点腐蚀,18-8不锈钢则容易受到应力腐蚀影响。在国外一般采用Monel、HastelloyC-4和钛作复合材料与内件,现在国内对塔顶壳体大量应用碳钢和0Cr13Al,内件则是0Cr13Al,有时也使用3RE60与2205双相不锈钢。0Cr13Al的含碳量小于0.08%,在钢中加铝后金属组织就会含有很多铁素体,在焊接或热处理后会产生少量的马氏体组织,形成较强的抗硫腐蚀能力,因为其较18-8不锈钢便宜,并且抗应力腐蚀能力也更强,还增加了抗点蚀能力,0Cr13Al不仅对氯脆,而且对连多硫酸腐蚀也不敏感。不过这种不锈钢复合钢板和不锈钢管大多数靠进口。也有国内厂家应用2205的,使用效果还不错。   

低温HCN-H2S-H2O环境中不锈钢石化设备

催化吸收解吸系统存在HCN-H2S-H2O腐蚀环境。碳钢容易产生均匀腐蚀、氢鼓泡与SCC,18-8不锈钢容易发生SCC。国内主要采用0Cr13Al,比如分馏塔、吸收塔、解吸塔与稳定塔都是使用碳钢和0Cr13Al,塔盘则采用0Cr13或1Cr13。也能采用12Cr2AlMoV、08Cr2AlMo,但不能用奥化体不锈钢焊条焊接铬钼钢或0Cr13钢,因为易发生SCC。   

低温RNH2(乙醇胺)-H2S-CO2-H2O环境中不锈钢石化设备

在干气及液化石油气脱硫的再生塔、气体吸收塔重沸器等部位会形成RNH2-H2S-CO2-H2O环境。尽管碳钢容易受到均匀腐蚀与SCC的影响,但通常也是大量采用碳钢来制作设备,不过此时一定要在焊接后进行消除应力处理。但在环境腐蚀严重的重沸器等设备中最好选择18-8不锈钢,如321不锈钢。

低温H2S+H2O环境中不锈钢石化设备

湿硫化氢环境在含硫原油加工中普遍存在。对于H2S>50×10-6的环境,为抗SCC与SOHIC(定向应力氢诱导开裂)最选择性能更好的20R16MnR(Ni<1%,碳当量≤0.43,控制S、P含量),设备要在焊接后进行热处理,硬度不能大于HB200,金相组织是铁素体和珠光体;对H2S>500×10-6,氰化物>20×10-6环境,适合使用20R或16MnR+0Cr13Al复合壳体,0Cr13作内件。对H2S+H2O环境通常不会选择18-8不锈钢,也不能用18-8不锈钢焊条焊接碳钢或低合金钢。如选择奥氏体不锈钢,就不能进行冷加工,硬度值不能大于HRC20.5,不然容易受到SCC影响。

高温S-H2S-RSH环境中不锈钢石化设备

在常减压塔下部,转油线和高温换热器高于24℃部位,随温度升高,会产生S-H2S-RSH型腐蚀,所以一般采用的是Cr5Mo、Cr9Mo、Cr13。Cr13不锈钢就能完全达到抗高温S-H2S-RSH腐蚀要求。含Cr不锈钢因为表面生成Cr2O 3、FeCr2S4混合尖晶石型硫化物保护层,所以能有效抗高温硫腐蚀。要求低的也可以采用加Al、Mo的低合金钢;要求较高的最好使用18-8不锈钢。

高温S-H2S-RSH-RCOOH(环烷酸)环境中不锈钢石化设备

采用高硫高酸(酸值≥0.5mgKOH/g)原油加工的设备,如常压塔下部、减压塔,催化与焦化的分馏塔、重油管线(尤其弯管)、炉管等,温度超过240℃就会受到腐蚀,腐蚀速度在270~280℃最大,超过343℃则大幅下降。RCOOH与Fe起作用生成的Fe(RCOO)2是可溶性的,而且对表面FeS膜还有清洗作用。环烷酸腐蚀主要与酸值、温度与流速有关。当酸值小于0.5时,则不考虑影响。在环烷酸腐蚀环境下,碳钢腐蚀率为7~9mm/a,铁素体不锈钢与双相不锈钢通常超过它们的使用温度范围,不适合使用,最好选择含Mo量大于2%~3%的316与317,304不锈钢虽然对硫不起作用,但环烷酸对其仍然会产生一定程度腐蚀,虽然中石化的“选材导则”规定也可用304不锈钢,但最好采用316不锈钢,如仍出现腐蚀,那就要使用317不锈钢。如辽河原油含酸较高,锦西等炼厂大量使用316与317进行防腐改造。如减压塔采用20R+316L复合板,内件全部用316L不锈钢。

高温H2+H2S环境中不锈钢石化设备

加氢精制与加氢裂化装置都是存在高于240℃的H2+H2S环境,它比单独的H2与H2S的腐蚀强烈,反应系统设备与管道根据操作条件,要按照库柏(Couper)曲线与纳尔逊(Nelson)曲线选材。如果反应器及反应流出物换热器壳体采用1.0~3.0Cr、0.5~1.0Mo钢复层堆焊309S+316L或309S+347,内件与管子为0Cr18Ni10Ti。内壁不锈钢堆焊层作用是防止母材CrMo不锈钢发生高温H2+H2S腐蚀,采用双层堆焊,309S不锈钢为过渡层,347不锈钢或316L不锈钢为防护层,抗裂性优于单层堆焊。采用稳定化不锈钢比超低碳钢好,因为其高温强度较强。稳定化不锈钢适用于≤450℃,如用于更高温度则要采用25~20钢。影响腐蚀主要因素是温度和H2S浓度。所以作业要保持谨慎,防止CrMo钢回火脆性与堆焊层剥离与氢致裂纹。   

连多硫酸环境中不锈钢石化设备

连多硫酸是由加工含硫原料的不锈钢部件在停工时残留的硫化物遇水与氧反应而生成。对奥化体不锈钢会产生SCC,尤其是长期处于300~400℃而进行敏化处理会促进晶间应力腐蚀破裂。主要发生于临氢反应器不锈钢堆焊层与内件,催化的旋风分离器,烟道气膨胀节等。工程设计多选用Ti/C=7~8稳定化不锈钢,但SCC仍时有发生,一般停工期间应即按NECE-RP-OI-75的要求与步骤进行中和碱洗,再用氮封。又如催化高温烟道气管道上用321钢制波纹管膨胀节,普遍发生SCC。


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