石化設(shè)備不銹鋼選用
時(shí)間：2019-06-13
作者：無(wú)錫不銹鋼板
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1、低溫H2S-HCl-H2O環(huán)境
在常減壓三頂及其冷凝冷卻系統(tǒng)，低于150℃部位存在H2S-HCl-H2O環(huán)境。由于HCl與H2S相互促進(jìn)構(gòu)成循環(huán)腐蝕。碳鋼發(fā)生嚴(yán)重均勻腐蝕，Cr13鋼發(fā)生點(diǎn)蝕，18-8鋼則發(fā)生應(yīng)力腐蝕玻裂。國(guó)外采用Monel、HastelloyC-4與鈦?zhàn)鲝?fù)合材料與內(nèi)件，目前國(guó)內(nèi)對(duì)塔頂殼體主要采用碳鋼+0Cr13Al，內(nèi)件0Cr13Al也采用3RE60與2205雙相鋼。0Cr13Al含碳量＜0.08%，在鋼中加鋁后組織中含大量鐵素體，焊后或熱處理后可得少量馬氏體，具有較強(qiáng)的抗硫腐蝕能力，由于它比18-8鋼價(jià)廉，且抗應(yīng)力腐蝕能力強(qiáng)，而彌補(bǔ)了它抗點(diǎn)蝕差的不足，0Cr13Al不僅對(duì)氯脆，而且對(duì)連多硫酸SCC也不敏感。但該鋼復(fù)合鋼板與鋼管多要進(jìn)口。國(guó)內(nèi)廠家也有使用2205的，效果也不錯(cuò)。
2、低溫HCN-H2S-H2O環(huán)境
催化吸收解吸系統(tǒng)存在HCN-H2S-H2O腐蝕環(huán)境。碳鋼發(fā)生均勻腐蝕、氫鼓泡與SCC，18-8鋼發(fā)生SCC。國(guó)內(nèi)多用0Cr13Al，如分餾塔、吸收塔、解吸塔與穩(wěn)定塔均采用碳鋼+0Cr13Al，塔盤(pán)用0Cr13或1Cr13。也可采用12Cr2AlMoV、08Cr2AlMo，但不能用奧化體不銹鋼焊條焊接鉻鉬鋼或0Cr13鋼，因?yàn)橐装l(fā)生SCC。
3、低溫RNH2（乙醇胺）-H2S-CO2-H2O環(huán)境
在干氣及液化石油氣脫硫的再生塔、氣體吸收塔重沸器等部位會(huì)形成RNH2-H2S-CO2-H2O環(huán)境。碳鋼產(chǎn)生均勻腐蝕與SCC，但一般仍多采用碳鋼作設(shè)備，必須進(jìn)行焊后消除應(yīng)力處理。但對(duì)腐蝕環(huán)境惡劣的重沸器等設(shè)備寧可選用18-8不銹鋼，如321。
4、低溫H2S+H2O環(huán)境
濕硫化氫環(huán)境在含硫原油加工中普遍存在。對(duì)H2S＞50×10-6環(huán)境，為抗SCC與SOHIC（定向應(yīng)力氫誘導(dǎo)開(kāi)裂）應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)的20R16MnR（Ni＜1%，碳當(dāng)量≤0.43，控制S、P含量）設(shè)備應(yīng)焊后熱處理，硬度不應(yīng)＞HB200，組織為鐵素體+珠光體；對(duì)H2S＞500×10-6，氰化物＞20×10-6環(huán)境，宜采用20R或16MnR+0Cr13Al復(fù)合殼體，0Cr13作內(nèi)件。對(duì)H2S+H2O環(huán)境一般不選用18-8鋼，也不能用18-8焊條焊接碳鋼或低合金鋼。如選用奧氏體不銹鋼，則不能進(jìn)行冷加工，硬度值不大于HRC20.5，否則易產(chǎn)生SCC。
5、高溫S-H2S-RSH環(huán)境
在常減壓塔下部，轉(zhuǎn)油線及高溫?fù)Q熱器大于24℃部位，隨溫度升高，會(huì)產(chǎn)生S-H2S-RSH型腐蝕，通常采用Cr5Mo、Cr9Mo、Cr13。Cr13鋼能完全滿(mǎn)足抗高溫S-H2S-RSH腐蝕要求。含Cr鋼由于表面生成Cr2O 3、FeCr2S4混合尖晶石型硫化物保護(hù)層，故能有效抗高溫硫腐蝕。要求低的可采用加Al、Mo的低合金鋼；要求較高的應(yīng)采用18-8不銹鋼。
6、高溫S-H2S-RSH-RCOOH（環(huán)烷酸）環(huán)境
采用高硫高酸（酸值≥0.5mgKOH/g）原油加工的設(shè)備，如常壓塔下部、減壓塔，催化與焦化的分餾塔、重油管線（尤其彎管）、爐管等，溫度超過(guò)240℃會(huì)引起腐蝕，腐蝕速度在270~280℃最大，超過(guò)343℃則大幅下降。RCOOH與Fe起作用生成的Fe(RCOO)2是可溶性的，而且對(duì)表面FeS膜還有清洗作用。環(huán)烷酸腐蝕主要與酸值、溫度與流速有關(guān)。當(dāng)酸值小于0.5時(shí)，不考慮影響。在環(huán)烷酸腐蝕環(huán)境下，碳鋼腐蝕率為7~9mm/a，鐵素體無(wú)錫不銹鋼與雙相不銹鋼通常超過(guò)它們的使用溫度范圍，不宜采用，而應(yīng)選用含Mo量大于2%~3%的316與317，304型鋼雖對(duì)硫不起作用，但環(huán)烷酸對(duì)它仍有一定腐蝕，雖然中石化的“選材導(dǎo)則”規(guī)定也可用304鋼，但最好采用316鋼，如仍出現(xiàn)腐蝕，則應(yīng)采用317鋼。如遼河原油含酸較高，錦西等煉廠大量使用316與317進(jìn)行防腐改造。如減壓塔采用20R+316L復(fù)合板，內(nèi)件全部用316L。
7、高溫H2＋H2S環(huán)境
加氫精制與加氫裂化裝置均處于大于240℃的H2+H2S環(huán)境，它比單獨(dú)的H2與H2S的腐蝕強(qiáng)烈，反應(yīng)系統(tǒng)設(shè)備與管道根據(jù)操作條件，應(yīng)按庫(kù)柏（Couper）曲線與納爾遜（Nelson）曲線選材。如反應(yīng)器及反應(yīng)流出物換熱器殼體采用1.0~3.0Cr、0.5~1.0Mo鋼復(fù)層堆焊309S+316L或309S+347，內(nèi)件與管子為0Cr18Ni10Ti。內(nèi)壁不銹鋼堆焊層作用是防止母材CrMo鋼發(fā)生高溫H2+H2S腐蝕，采用雙層堆焊，309S為過(guò)渡層，347或316L為防護(hù)層，抗裂性?xún)?yōu)于單層堆焊。采用穩(wěn)定化不銹鋼比超低碳鋼好，因?yàn)楦邷貜?qiáng)度高。穩(wěn)定化不銹鋼適用于≤450℃，如用于更高溫度則要采用25~20鋼。影響腐蝕主要因素是溫度與H2S濃度。因此，操作應(yīng)謹(jǐn)慎，防止CrMo鋼回火脆性與堆焊層剝離與氫致裂紋。
8、連多硫酸環(huán)境
連多硫酸是由加工含硫原料的不銹鋼部件在停工時(shí)殘留的硫化物遇水與氧反應(yīng)而生成。對(duì)奧化體不銹鋼會(huì)產(chǎn)生SCC，尤其是長(zhǎng)期處于300~400℃而進(jìn)行敏化處理會(huì)促進(jìn)晶間應(yīng)力腐蝕破裂。主要發(fā)生于臨氫反應(yīng)器不銹鋼堆焊層與內(nèi)件，催化的旋風(fēng)分離器，煙道氣膨脹節(jié)等。工程設(shè)計(jì)多選用Ti/C=7~8穩(wěn)定化不銹鋼，但SCC仍時(shí)有發(fā)生，一般停工期間應(yīng)即按NECE-RP-OI-75的要求與步驟進(jìn)行中和堿洗，再用氮封。又如催化高溫?zé)煹罋夤艿郎嫌?21鋼制波紋管膨脹節(jié)，普遍發(fā)生SCC。國(guó)外多用Incoloy800合金解決，中科院金屬所開(kāi)發(fā)B315合金，足以Cr20Ni25為基，加Mo、N、Cu、Nb等元素，已在茂名、上海、廣州等石化廠成功應(yīng)用。
在常減壓三頂及其冷凝冷卻系統(tǒng)，低于150℃部位存在H2S-HCl-H2O環(huán)境。由于HCl與H2S相互促進(jìn)構(gòu)成循環(huán)腐蝕。碳鋼發(fā)生嚴(yán)重均勻腐蝕，Cr13鋼發(fā)生點(diǎn)蝕，18-8鋼則發(fā)生應(yīng)力腐蝕玻裂。國(guó)外采用Monel、HastelloyC-4與鈦?zhàn)鲝?fù)合材料與內(nèi)件，目前國(guó)內(nèi)對(duì)塔頂殼體主要采用碳鋼+0Cr13Al，內(nèi)件0Cr13Al也采用3RE60與2205雙相鋼。0Cr13Al含碳量＜0.08%，在鋼中加鋁后組織中含大量鐵素體，焊后或熱處理后可得少量馬氏體，具有較強(qiáng)的抗硫腐蝕能力，由于它比18-8鋼價(jià)廉，且抗應(yīng)力腐蝕能力強(qiáng)，而彌補(bǔ)了它抗點(diǎn)蝕差的不足，0Cr13Al不僅對(duì)氯脆，而且對(duì)連多硫酸SCC也不敏感。但該鋼復(fù)合鋼板與鋼管多要進(jìn)口。國(guó)內(nèi)廠家也有使用2205的，效果也不錯(cuò)。
2、低溫HCN-H2S-H2O環(huán)境
催化吸收解吸系統(tǒng)存在HCN-H2S-H2O腐蝕環(huán)境。碳鋼發(fā)生均勻腐蝕、氫鼓泡與SCC，18-8鋼發(fā)生SCC。國(guó)內(nèi)多用0Cr13Al，如分餾塔、吸收塔、解吸塔與穩(wěn)定塔均采用碳鋼+0Cr13Al，塔盤(pán)用0Cr13或1Cr13。也可采用12Cr2AlMoV、08Cr2AlMo，但不能用奧化體不銹鋼焊條焊接鉻鉬鋼或0Cr13鋼，因?yàn)橐装l(fā)生SCC。
3、低溫RNH2（乙醇胺）-H2S-CO2-H2O環(huán)境
在干氣及液化石油氣脫硫的再生塔、氣體吸收塔重沸器等部位會(huì)形成RNH2-H2S-CO2-H2O環(huán)境。碳鋼產(chǎn)生均勻腐蝕與SCC，但一般仍多采用碳鋼作設(shè)備，必須進(jìn)行焊后消除應(yīng)力處理。但對(duì)腐蝕環(huán)境惡劣的重沸器等設(shè)備寧可選用18-8不銹鋼，如321。
4、低溫H2S+H2O環(huán)境
濕硫化氫環(huán)境在含硫原油加工中普遍存在。對(duì)H2S＞50×10-6環(huán)境，為抗SCC與SOHIC（定向應(yīng)力氫誘導(dǎo)開(kāi)裂）應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)的20R16MnR（Ni＜1%，碳當(dāng)量≤0.43，控制S、P含量）設(shè)備應(yīng)焊后熱處理，硬度不應(yīng)＞HB200，組織為鐵素體+珠光體；對(duì)H2S＞500×10-6，氰化物＞20×10-6環(huán)境，宜采用20R或16MnR+0Cr13Al復(fù)合殼體，0Cr13作內(nèi)件。對(duì)H2S+H2O環(huán)境一般不選用18-8鋼，也不能用18-8焊條焊接碳鋼或低合金鋼。如選用奧氏體不銹鋼，則不能進(jìn)行冷加工，硬度值不大于HRC20.5，否則易產(chǎn)生SCC。
5、高溫S-H2S-RSH環(huán)境
在常減壓塔下部，轉(zhuǎn)油線及高溫?fù)Q熱器大于24℃部位，隨溫度升高，會(huì)產(chǎn)生S-H2S-RSH型腐蝕，通常采用Cr5Mo、Cr9Mo、Cr13。Cr13鋼能完全滿(mǎn)足抗高溫S-H2S-RSH腐蝕要求。含Cr鋼由于表面生成Cr2O 3、FeCr2S4混合尖晶石型硫化物保護(hù)層，故能有效抗高溫硫腐蝕。要求低的可采用加Al、Mo的低合金鋼；要求較高的應(yīng)采用18-8不銹鋼。
6、高溫S-H2S-RSH-RCOOH（環(huán)烷酸）環(huán)境
采用高硫高酸（酸值≥0.5mgKOH/g）原油加工的設(shè)備，如常壓塔下部、減壓塔，催化與焦化的分餾塔、重油管線（尤其彎管）、爐管等，溫度超過(guò)240℃會(huì)引起腐蝕，腐蝕速度在270~280℃最大，超過(guò)343℃則大幅下降。RCOOH與Fe起作用生成的Fe(RCOO)2是可溶性的，而且對(duì)表面FeS膜還有清洗作用。環(huán)烷酸腐蝕主要與酸值、溫度與流速有關(guān)。當(dāng)酸值小于0.5時(shí)，不考慮影響。在環(huán)烷酸腐蝕環(huán)境下，碳鋼腐蝕率為7~9mm/a，鐵素體無(wú)錫不銹鋼與雙相不銹鋼通常超過(guò)它們的使用溫度范圍，不宜采用，而應(yīng)選用含Mo量大于2%~3%的316與317，304型鋼雖對(duì)硫不起作用，但環(huán)烷酸對(duì)它仍有一定腐蝕，雖然中石化的“選材導(dǎo)則”規(guī)定也可用304鋼，但最好采用316鋼，如仍出現(xiàn)腐蝕，則應(yīng)采用317鋼。如遼河原油含酸較高，錦西等煉廠大量使用316與317進(jìn)行防腐改造。如減壓塔采用20R+316L復(fù)合板，內(nèi)件全部用316L。
7、高溫H2＋H2S環(huán)境
加氫精制與加氫裂化裝置均處于大于240℃的H2+H2S環(huán)境，它比單獨(dú)的H2與H2S的腐蝕強(qiáng)烈，反應(yīng)系統(tǒng)設(shè)備與管道根據(jù)操作條件，應(yīng)按庫(kù)柏（Couper）曲線與納爾遜（Nelson）曲線選材。如反應(yīng)器及反應(yīng)流出物換熱器殼體采用1.0~3.0Cr、0.5~1.0Mo鋼復(fù)層堆焊309S+316L或309S+347，內(nèi)件與管子為0Cr18Ni10Ti。內(nèi)壁不銹鋼堆焊層作用是防止母材CrMo鋼發(fā)生高溫H2+H2S腐蝕，采用雙層堆焊，309S為過(guò)渡層，347或316L為防護(hù)層，抗裂性?xún)?yōu)于單層堆焊。采用穩(wěn)定化不銹鋼比超低碳鋼好，因?yàn)楦邷貜?qiáng)度高。穩(wěn)定化不銹鋼適用于≤450℃，如用于更高溫度則要采用25~20鋼。影響腐蝕主要因素是溫度與H2S濃度。因此，操作應(yīng)謹(jǐn)慎，防止CrMo鋼回火脆性與堆焊層剝離與氫致裂紋。
8、連多硫酸環(huán)境
連多硫酸是由加工含硫原料的不銹鋼部件在停工時(shí)殘留的硫化物遇水與氧反應(yīng)而生成。對(duì)奧化體不銹鋼會(huì)產(chǎn)生SCC，尤其是長(zhǎng)期處于300~400℃而進(jìn)行敏化處理會(huì)促進(jìn)晶間應(yīng)力腐蝕破裂。主要發(fā)生于臨氫反應(yīng)器不銹鋼堆焊層與內(nèi)件，催化的旋風(fēng)分離器，煙道氣膨脹節(jié)等。工程設(shè)計(jì)多選用Ti/C=7~8穩(wěn)定化不銹鋼，但SCC仍時(shí)有發(fā)生，一般停工期間應(yīng)即按NECE-RP-OI-75的要求與步驟進(jìn)行中和堿洗，再用氮封。又如催化高溫?zé)煹罋夤艿郎嫌?21鋼制波紋管膨脹節(jié)，普遍發(fā)生SCC。國(guó)外多用Incoloy800合金解決，中科院金屬所開(kāi)發(fā)B315合金，足以Cr20Ni25為基，加Mo、N、Cu、Nb等元素，已在茂名、上海、廣州等石化廠成功應(yīng)用。