石化設備不銹鋼選用
時間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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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相互促進構成循環(huán)腐蝕。碳鋼發(fā)生嚴重均勻腐蝕，Cr13鋼發(fā)生點蝕，18-8鋼則發(fā)生應力腐蝕玻裂。國外采用Monel、HastelloyC-4與鈦作復合材料與內件，目前國內對塔頂殼體主要采用碳鋼+0Cr13Al，內件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，具有較強的抗硫腐蝕能力，由于它比18-8鋼價廉，且抗應力腐蝕能力強，而彌補了它抗點蝕差的不足，0Cr13Al不僅對氯脆，而且對連多硫酸SCC也不敏感。但該鋼復合鋼板與鋼管多要進口。國內廠家也有使用2205的，效果也不錯。
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。國內多用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，因為易發(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形成RNH2-H2S-CO2-H2O環(huán)境。碳鋼產生均勻腐蝕與SCC，但一般仍多采用碳鋼作設備，必須進行焊后消除應力處理。但對腐蝕環(huán)境惡劣的重沸器等設備寧可選用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H2S＞50×10-6環(huán)境，為抗SCC與SOHIC（定向應力氫誘導開裂）應選用優(yōu)質的20R16MnR（Ni＜1%，碳當量≤0.43，控制S、P含量）設備應焊后熱處理，硬度不應＞HB200，組織為鐵素體+珠光體；對H2S＞500×10-6，氰化物＞20×10-6環(huán)境，宜采用20R或16MnR+0Cr13Al復合殼體，0Cr13作內件。對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，則不能進行冷加工，硬度值不大于HRC20.5，否則易產生SCC。
5、高溫S-H2S-RSH環(huán)境
在常減壓塔下部，轉油線及高溫換熱器大于24℃部位，隨溫度升高，會產生S-H2S-RSH型腐蝕，通常采用Cr5Mo、Cr9Mo、Cr13。Cr13鋼能完全滿足抗高溫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240℃會引起腐蝕，腐蝕速度在270~280℃最大，超過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。當酸值小于0.5時，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，鐵素體無錫不銹鋼與雙相不銹鋼通常超過它們的使用溫度范圍，不宜采用，而應選用含Mo量大于2%~3%的316與317，304型鋼雖對硫不起作用，但環(huán)烷酸對它仍有一定腐蝕，雖然中石化的“選材導則”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進行防腐改造。如減壓塔采用20R+316L復合板，內件全部用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，它比單獨的H2與H2S的腐蝕強烈，反應系統(tǒng)設備與管道根據操作條件，應按庫柏（Couper）曲線與納爾遜（Nelson）曲線選材。如反應器及反應流出物換熱器殼體采用1.0~3.0Cr、0.5~1.0Mo鋼復層堆焊309S+316L或309S+347，內件與管子為0Cr18Ni10Ti。內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為過渡層，347或316L為防護層，抗裂性優(yōu)于單層堆焊。采用穩(wěn)定化不銹鋼比超低碳鋼好，因為高溫強度高。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，操作應謹慎，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殘留的硫化物遇水與氧反應而生成。對奧化體不銹鋼會產生SCC，尤其是長期處于300~400℃而進行敏化處理會促進晶間應力腐蝕破裂。主要發(fā)生于臨氫反應器不銹鋼堆焊層與內件，催化的旋風分離器，煙道氣膨脹節(jié)等。工程設計多選用Ti/C=7~8穩(wěn)定化不銹鋼，但SCC仍時有發(fā)生，一般停工期間應即按NECE-RP-OI-75的要求與步驟進行中和堿洗，再用氮封。又如催化高溫煙道氣管道上用321鋼制波紋管膨脹節(jié)，普遍發(fā)生SCC。國外多用Incoloy800合金解決，中科院金屬所開發(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相互促進構成循環(huán)腐蝕。碳鋼發(fā)生嚴重均勻腐蝕，Cr13鋼發(fā)生點蝕，18-8鋼則發(fā)生應力腐蝕玻裂。國外采用Monel、HastelloyC-4與鈦作復合材料與內件，目前國內對塔頂殼體主要采用碳鋼+0Cr13Al，內件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，具有較強的抗硫腐蝕能力，由于它比18-8鋼價廉，且抗應力腐蝕能力強，而彌補了它抗點蝕差的不足，0Cr13Al不僅對氯脆，而且對連多硫酸SCC也不敏感。但該鋼復合鋼板與鋼管多要進口。國內廠家也有使用2205的，效果也不錯。
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。國內多用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，因為易發(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形成RNH2-H2S-CO2-H2O環(huán)境。碳鋼產生均勻腐蝕與SCC，但一般仍多采用碳鋼作設備，必須進行焊后消除應力處理。但對腐蝕環(huán)境惡劣的重沸器等設備寧可選用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H2S＞50×10-6環(huán)境，為抗SCC與SOHIC（定向應力氫誘導開裂）應選用優(yōu)質的20R16MnR（Ni＜1%，碳當量≤0.43，控制S、P含量）設備應焊后熱處理，硬度不應＞HB200，組織為鐵素體+珠光體；對H2S＞500×10-6，氰化物＞20×10-6環(huán)境，宜采用20R或16MnR+0Cr13Al復合殼體，0Cr13作內件。對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，則不能進行冷加工，硬度值不大于HRC20.5，否則易產生SCC。
5、高溫S-H2S-RSH環(huán)境
在常減壓塔下部，轉油線及高溫換熱器大于24℃部位，隨溫度升高，會產生S-H2S-RSH型腐蝕，通常采用Cr5Mo、Cr9Mo、Cr13。Cr13鋼能完全滿足抗高溫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240℃會引起腐蝕，腐蝕速度在270~280℃最大，超過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。當酸值小于0.5時，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，鐵素體無錫不銹鋼與雙相不銹鋼通常超過它們的使用溫度范圍，不宜采用，而應選用含Mo量大于2%~3%的316與317，304型鋼雖對硫不起作用，但環(huán)烷酸對它仍有一定腐蝕，雖然中石化的“選材導則”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進行防腐改造。如減壓塔采用20R+316L復合板，內件全部用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，它比單獨的H2與H2S的腐蝕強烈，反應系統(tǒng)設備與管道根據操作條件，應按庫柏（Couper）曲線與納爾遜（Nelson）曲線選材。如反應器及反應流出物換熱器殼體采用1.0~3.0Cr、0.5~1.0Mo鋼復層堆焊309S+316L或309S+347，內件與管子為0Cr18Ni10Ti。內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為過渡層，347或316L為防護層，抗裂性優(yōu)于單層堆焊。采用穩(wěn)定化不銹鋼比超低碳鋼好，因為高溫強度高。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，操作應謹慎，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殘留的硫化物遇水與氧反應而生成。對奧化體不銹鋼會產生SCC，尤其是長期處于300~400℃而進行敏化處理會促進晶間應力腐蝕破裂。主要發(fā)生于臨氫反應器不銹鋼堆焊層與內件，催化的旋風分離器，煙道氣膨脹節(jié)等。工程設計多選用Ti/C=7~8穩(wěn)定化不銹鋼，但SCC仍時有發(fā)生，一般停工期間應即按NECE-RP-OI-75的要求與步驟進行中和堿洗，再用氮封。又如催化高溫煙道氣管道上用321鋼制波紋管膨脹節(jié)，普遍發(fā)生SCC。國外多用Incoloy800合金解決，中科院金屬所開發(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用。