加氢装置设备的腐蚀与选材.ppt

加氢装置设备的腐蚀与选材 主讲人毛加庆 主要介绍加氢设备的腐蚀原理和防止措施 并结合腐蚀情况合理选择材料 一 腐蚀的基本原理二 加氢装置的腐蚀三 加氢装置与设备的选材四 加氢裂化装置主要设备的推荐用材通过以上内容的介绍 使大家了解加氢工艺过程的腐蚀原理 形态特征 影响因素和预防方法 做到严格遵守操作规程精细操作 第一讲石油化工设备的腐蚀类型和原理一 腐蚀的基本原理腐蚀金属和周围介质之间发生化学或电化学作用而引起的破坏称为腐蚀 1 腐蚀的分类1 化学腐蚀2 电化学腐蚀3 应力腐蚀4 晶间腐蚀5 酸碱盐腐蚀6 H S腐蚀7 氢腐蚀 2 化学腐蚀化学腐蚀是指材料与非导电性介质直接发生纯化学作用而引起材料的破坏 1 高温氧化金属在高温下和其周围环境中的氧作用 生成金属氧化物的过程称为金属的高温氧化 如耐热钢的氧化主要是铁与高温水蒸汽中的水反应生成氧化铁 Fe H O FeO H 3FeO H O Fe O H 2 高温硫化金属在高温下与含硫介质 硫化氢二氧化硫 有机硫化物等 作用 生成硫化物的过程 称为金属的高温硫化 属于广义氧化 如固体金属硫化物的反应为M 固 1 2S 气 MS 气 3 高温H H S腐蚀在加氢 催化从整装置的系统内 介质中存在硫化氢和氢 钢在H H S环境中 表面可生成FeS膜层 如果膜层比较致密 可以阻碍表面对氢的吸收和扩散 而抑制 氢腐蚀 另一方面高温高压氢与H S同时存在时 原子氢向表面FeS膜层中渗透 使FeS膜变得疏松容易脱落 此时H S则与膜下暴露的钢材继续反应加速了H S对钢材的腐蚀 3 电化学腐蚀电化学腐蚀是指金属与电解质溶液间产生电化学作用而引起的腐蚀破坏 其特点是腐蚀过程中有电流流动 凡是在溶解状态或熔融状态下能传导电流的物质为电解质 常用的酸碱盐均为电解质 电解质导电的原因是溶质分子在溶液中或在熔融状态下全部或部分的离解成带正电的阳离子和带负电的阴离子 这些离子在直流电场的作用下 阳离子向阴极流动 阴离子向阳极流动 并在电极上放电形成电流 金属若处在电解质溶液中将发生金属的离子化现象即 金属正离子 电子 金属的正离子溶解于电解质溶液中去 在金属上留下电子 使金属遭到腐蚀 1 金属的电极电位及腐蚀电池电极电位金属作为一个整体是电中性的 当金属与溶液接触时 由于其具有自发腐蚀的倾向 金属就会变成离子进入溶液 留下相应的电子在金属表面上 结果使得金属表面带负电 而与金属表面相接触的溶液带正电 这就使得在电极材料与溶液之间的相界区不同于电极材料或溶液本身 该相界区通常称为双电层 由于双电层的建立 使金属与溶液之间产生了电位差 这种电位差就叫电极电位 不同的金属在不同的电介质溶液中形成的电极电位不同 电极电位还与溶液的浓度 温度和PH值有关 腐蚀电池 铜 锌原电池模型 锌棒上进行阳极反应ZnZn 2e氧化反应铜棒上进行阴极反应2H 2eH2还原反应 2 金属的腐蚀与其电极电位有关 金属的电极电位越负 越容易腐蚀 例如铁和锌其电极电位分别为 0 439伏和 0 762伏 当两种金属组成电子对时电极电位低为阳极 就受到剧烈腐蚀 电化学腐蚀的产生必须为有电池偶存在即电池对 即有两种金属 它们之间存在电极电位的差异 电位低的为阳极 电位高的为阴极 在阳极区金属以离子状态溶出 阴极区或的电子并发生析氢反应或氧化还原反应 可用下式表示 如在酸性水溶液中 FeFe2 2e 阳极放应 2H 2e H2 阴极反应 三是浓差电池 与同一种金属相接触的电解质溶液存在浓度差 也会形成腐蚀电池 浓差电池常见的有如下两种 盐浓差电池 例如化工设备的不同部位 所接触的盐浓度不同 一般与浓度较低的溶液相接触的金属电极电位较低 成为阳极被腐蚀 另一种为氧浓差电池 如金属构件的不同部位 接触含氧量不同的电解质溶液 就会造成不同的电极电位 构成宏观电池 以钢铁为例 与含氧量低的溶液接触的钢铁电极电位较低 为阳极 发生腐蚀 例如焊接和螺栓连接时造成的缝隙内由于缺氧成为阳极 发生腐蚀 不缺氧的外面为阴极 又如盛电解质水溶液的钢制容器 气液交界的液面处富氧 为阴极 而紧靠液面下的部位为阳极 发生腐蚀 即所谓水线腐蚀 腐蚀电池的类型腐蚀电池根据组成腐蚀电池的电极的大小 可分为宏观腐蚀电池和微观腐蚀电池两大类 宏观腐蚀电池常见的宏观腐蚀电池有三种一种是金属偶接电池 即两种电极电位不同的金属相接触 并处于同一种电解质溶液当中时 即构成一个宏观腐蚀电池 其中电极电位较低的金属成为阳极被腐蚀 而电极电位较高的金属为阴极受到保护 二是温差电池 同一种金属与一种电解质溶液相接触 如果金属各部位的温度不同 也会构成腐蚀电池 一般来说温度较高的部位电极电位较低 成为阳极 而温度较低的部位电极电位较高 成为阴极 化工生产中的一些换热器 蒸发器等换热设备中常发生高温部位比低温腐蚀严重的现象 微观电池是指金属表面存在着许多肉眼无法分辨的 微小的电极构成的腐蚀电池 这主要是由于工业用金属材料表面存在着电化学不均一性造成的 常见的有以下几种 一是金属的化学成分不纯或合金化学成分不均匀 二是组织结构的不均一性 例如金属结晶的各向异性 位错 晶格空位以及存在着晶粒的晶界等 三是受力上的不均匀 金属材料变形较大的部位及存在应力集中的部位电极电位较低 易腐蚀 例如材料的弯曲变形处 焊缝热影响区和胀接处等较易发生腐蚀 四是金属表面膜的不完整性 4 应力腐蚀金属的应力腐蚀是指在静拉伸应力和腐蚀介质的共同作用下导致腐蚀开裂的现象 特点是这种应力腐蚀破坏没有先兆 进展迅速的突然断裂 容易造成严重事故 金属材料发生应力腐蚀的特征可用几个方面来说明 1 应力可以是外加载荷和装配应力 也可以是加工 焊接等过程的内应力 2 腐蚀介质产生应力腐蚀的材料和介质有一定的关系 只有二者的某种组合时才发生应力腐蚀 如普通碳钢和低合金钢在氢氧化物溶液 含有硝酸盐 碳酸盐 硫化氢的水溶液 液氨等介质中 奥氏体钢在酸性和中性的氯化物溶液 海水 热的氢氧化物等溶液中会发生应力腐蚀 3 材料一般认为极纯的金属不发生应力腐蚀 只有合金中存在杂质的金属才会发生应力腐蚀 4 破坏过程有以下几个阶段 1 孕育阶段 2 裂纹稳定扩展阶段 3 裂纹失稳扩展阶段5 常见应力腐蚀开裂体系有以下几种 1 碱脆金属在氢氧化钠溶液中的应力开裂为碱脆碳钢 低合金钢 不锈钢等均会发生碱脆 发生碱脆的条件与溶液的氢氧化钠浓度和温度有关 氢氧化钠的浓度在5 以上时 碳钢几乎都会发生碱脆 2 不锈钢的氯离子应力腐蚀开裂氯离子不但会引起不锈钢孔蚀 更会引起不锈钢的应力腐蚀开裂 发生应力腐蚀开裂的临界氯离子浓度随温度上升而减小 高温时 氯离子浓度只要达到1mg kg 即可引起破裂 不但不锈钢设备内壁会发生应力腐蚀裂纹 管子的外壁也会发生氯离子应力腐蚀 当保温材料中含有0 5 的氯离子就会使管子发生应力腐蚀裂纹 不锈钢氯离子应力腐蚀裂纹是典型的枯树枝状穿晶裂纹 并常常以孔蚀为起源 3 不锈钢连多硫酸应力腐蚀开裂在常减压蒸馏 加氢裂化 催化裂化装置中设备 管线易发生连多硫酸的应力腐蚀裂纹 连多硫酸 H2SxO6 x 3 5 设备受多硫化氢腐蚀 生成硫化铁 在停车检修时与空气中的氧及水反应生成连多硫酸H2SxO6 在Cr Ni奥氏体不锈钢设备 管道的残余应力较大的部位 焊缝热影响区 弯管部位等 产生应力腐蚀裂纹 不锈钢在连多硫酸中产生应力腐蚀裂纹一般是晶间型的 但也有穿晶和晶间共存的 4 硫化物腐蚀破裂金属在同时含硫化氢及水的介质中发生的应力腐蚀开裂为硫化物腐蚀开裂 简称硫裂 在天然气 石油采集 石油化学及化肥等领域常发生设备 管道 阀门的硫裂事故 6 晶间腐蚀出现晶间腐蚀时金属表面看不出腐蚀的迹象 但金属原有的机械性质几乎完全丧失 奥氏体不锈钢晶间腐蚀的机理是贫铬理论 不锈钢耐腐蚀其铬含量必须超过12 5 否则耐腐蚀性能于碳钢差不多 不锈钢在敏化温度范围内 450 850 奥氏体中过饱和固溶的碳将和铬形成Cr23C6沿境界析出 由于奥氏体中铬的扩散速度比碳慢 这样生成的Cr23C6所需的铬必然从晶界附近获取 从而造成了境界附近区域的贫铬 贫铬区域的电极电位急剧下降 当有电解质存在时就会发生晶间腐蚀 防止晶间腐蚀的方法有降低钢中的含碳量 加入Ti和Nb强碳化物形成元素以及进行稳定化处理等 二 加氢装置的腐蚀 一 高温氢腐蚀1 腐蚀形式氢气在常温常压下对碳钢 低合金钢不会有显著的腐蚀 但在高温高压下会产生腐蚀 结果是材料的机械强度和塑性显著降低 甚至破坏 钢材的高温氢腐蚀有表面脱碳和氢腐蚀两种形式 1 表面脱碳钢的脱碳是钢加热时表层的碳成分降低的现象 反应式 Fe3C 2H23Fe CH4脱碳以后的钢表面层碳被氧化 在化学成分上是表层的含碳量比内部低 金相组织上是表层的渗碳体的数量减少 在机械性能上是表层的强度降低 1 影响脱碳的因素a钢的化学成分 含碳量越高的钢脱碳倾向越严重 b合金元素 铬元素阻止钢的脱碳 钨和锰也是增大钢脱碳倾向元素 c加热时间与加热温度 钢的氧化和脱碳都随加热温度的提高和时间的延长而加剧 而且温度影响较大 d介质 在氧化性气氛中如CO2 O2 H2 H2O等易使钢氧化或脱碳 还原性气氛CO CH4等不会使钢脱碳 2 防止脱碳的方法a控制加热的时间和温度 b控制加热炉的气氛 尽量采用保护性气体加热 2 氢腐蚀钢受到高温高压氢的作用后 钢中的碳与渗入钢中的氢原子反应生成甲烷 使其强度韧性明显降低 这种现象叫氢腐蚀 1937年Numann提出 Fe3C 4H3Fe CH4或者是C 2H2CH4 C 4HCH4 这种腐蚀是不可逆的 大多数氢腐蚀常伴有脱碳现象 氢腐蚀过程生成的甲烷气体 在晶界会形成较大的压力使钢形成裂纹 又由于渗碳体分解 脱碳 钢的强度降低性能变坏 氢腐蚀有三个阶段 孕育阶段 性能变化阶段和最后阶段 1 氢腐蚀的影响因素a暴露时间钢材的氢腐蚀不是突然发生的 而是有一个过程 从微观上是一个甲烷气泡形成聚集到成串的过程 钢材从开始暴露到高温高压氢气中至内部甲烷气泡聚集这段时间称为孕育期 设备在孕育期内操作是安全的 b操作压力主要是介质中的氢分压 而与操作总压几乎无关 随着氢分压的增加 腐蚀逐渐加重 氢分压大概在8 0MPa是是一个分界线 低于此值影响比较缓和 高于此值影响变得非常显著 所以通常加氢裂化装置的设备材质等级要比加氢精制装置高一些 当介质中的氢分压 0 7MPa时钢材几乎不发生腐蚀 c操作温度介质温度对钢材的影响很大 在大多数情况下 它比氢分压的影响大 大约以200 为界 介质温度低于此值时 钢材一般不发生明显的腐蚀现象 高于此值钢材的腐蚀程度随介质温度的升高而逐渐加重 所以在选材时要合理的确定设备的操作温度 d钢材的化学成分的影响从腐蚀机理来看氢腐蚀是由于扩散入钢中的氢与钢的碳元素作用形成甲烷所致 为此为了提高抗腐蚀能力应该添加一些能与碳形成稳定碳化物的元素 如Cr M W V Ti Nb 这些元素能与碳形成稳定的碳化物 而不会生成甲烷气体 e热处理与组织的影响碳钢在710 进行较长时间的热处理 原来的珠光体中的片状渗碳体形成稀少的大块孤立的球状渗碳体 这种组织会延长氢腐蚀的孕育期 对抗氢腐蚀有利 钢中出现淬硬组织时会降低钢的抗氢腐蚀的性能 原因是碳在马氏体和贝氏体组织中的过饱和溶解度都较大 稳定性低 即碳容易析出活性碳原子与氢反应生成甲烷 淬硬组织在焊接时容易出现应注意控制 奥氏体钢属面心立方晶格 晶格常数为3 68 10 10m 在中心有1 01 10 10m的空隙 氢原子半径0 46 10 10m 很容易自由进入奥氏体中 奥氏体中氢的溶解度比铁素体大 奥氏体钢中氢的扩散系数为5 4 10 10cm2 s 铁素体钢中为1 6 10 5cm2 s 因此奥氏体钢比铁素体钢抗氢腐蚀性能好 2 高温高压氢腐蚀的控制措施a合理选材Nelson曲线选材b衬里或覆层加衬里和覆层目的是阻止抗氢腐蚀能力低的材料与氢气接触 衬里和覆层材料有合金钢不锈钢 非铁合金 以及陶瓷材料等 c降低容器壁的温度以容器壁作为传热面 或采用内部隔热衬里d加强管理严格执行工艺 例如焊后热处理 避免过热及温度波动 二 氢脆由扩散到金属中的氢造成的材料韧性塑性降低的现象 称为氢脆 表现形式有氢致应力开裂 氢环境脆化和氢致拉伸延性丧失 1 发生氢脆的温度范围在150 以下 通常以20 40 为甚 氢腐蚀容易发生在高强度材料的金属上 氢鼓泡现象多发生在低强度的材料上 氢引起的脆化能使钢的延伸率 断面收缩率显著下降如当钢中的氢浓度为6 7 10 6时钢材的延伸率和断面收缩率只有原来的20 到30 氢脆是可逆的若在加热的情况下将氢扩散出去 消氢处理 就可以恢复钢材的性能 2 氢脆的危险主要存在与停工阶段 国外某公司于20世纪70年代进行了一系列试验 以确定防止加氢裂化反应器在停工过程中出现氢诱导裂纹扩展的准则 在操作过程中反应器吸收了大量的氢 其数值与壳体温度和氢分压有关 在典型加氢反应器操作温度440 以下 在停工冷却过程中 氢的溶解度急剧下降 如果冷却速度慢到足以允许壳壁中所溶解的氢通过外表面全部析出去 否则将出现过饱和状态 当温度降到150 以下时大量的过饱和氢倾向与扩散到局部缺陷处或裂纹的前端 这样就引起裂纹扩展 脱氢处理工艺 在停工过程中 必须加一个脱氢处理 即在操作温度冷却到260 427 范围内等温的保持一段时间 这样扩散到器壁中的氢就会扩散出去 3 氢脆发生的部位在Cr Mo钢设备和管线上或不锈钢堆焊的焊接金属上都发生过氢脆损伤 4 氢脆的防护装置停工前进行脱氢处理 使钢中的氢尽量释放出去 要求停工时冷却速度不能过快 如操作规程规定反应器以25 h速度降温 在入口温度250 时恒温8小时 另外控制TP347不锈钢堆焊层或焊缝金属中的 铁素体含量 三 铵盐的腐蚀加氢反应中生成的NH3和H2S随反应物冷却后 会有固体NH4HS和NH4Cl盐的析出和沉积造成腐蚀 腐蚀部位在高压空冷器 防止NH4HS和NH4Cl盐腐蚀的措施是1 工艺措施注硫化钠缓蚀剂 能与NH3形成多硫化胺 2 选材与流速当Kp 0 05 时 空冷器可选用碳钢管 最高流速控制在9 3m s 当Kp在0 1 0 4 时选碳钢 流速控制在4 6 6 9m s 当Kp大于0 4 时 流速控制在1 5 3 05m s时或高于7 62m s时 选Monel或Inccoloy800合金 3 增加注水量和注水速度等 四 奥氏体不锈钢连多硫酸腐蚀的防护1 通入N2以防止大气浸入 保持设备干燥 2 用加热的方法以防止湿气凝结3 不锈钢设备与空气接触前用碱液中和4 选用性能更好的稳定型不锈钢 加氢装置氢腐蚀案例福建炼化公司加氢精制装置反应产物空冷器 EC 4001 4 出口对焊法兰焊缝开裂 法兰材质Cr5Mo 连接管为20号钢 介质为反应参物及氢气 硫化氢 焊缝裂纹内侧长104 8mm 外侧长79 6mm 焊缝热影响区硬度HRC37 5 超过了安全值HRC22 加上此处正好为于法兰的几何变截面处 有较大的应力集中 属于典型的氢腐蚀开裂 五 硫化氢腐蚀加氢装置高温 H2 H2S 的腐蚀 一般温度在240 以上 1 反应方程式Fe H2SFeS H22 影响 H2 H2S 高温腐蚀的因素1 H2S的浓度H2S的浓度在1 以下时 随浓度的增加腐蚀加重 达到1 时腐蚀达到最大值 超过1 腐蚀不明显 2 温度当温度超大于240 时一般来说H2S的腐蚀随温度的增加而加重 在315 480 之间温度影响最显著 此时温度每增加55 腐蚀速率增加一倍 3 时间H2S对钢材的腐蚀速率速率随时间增加而逐渐下降 这是因为生成的FeS有一定的保护作用 4 压力钢材的腐蚀速率只与H2S的分压有关与操作总压无关 相同温度下H2S分压越高腐蚀越重 3 防止高温 H2 H2S 的腐蚀 应选择Cr钢和Cr Ni钢 如0Cr13 TP405 TP410 0Cr18Ni9 0Cr18Ni9Ti 0Cr18Ni10Nb TP304 TP321 TP347 六 湿硫化氢腐蚀1 关于湿硫化氢环境的定义在同时存在水和硫化氢的环境中 当硫化氢的分压大于或等于0 0035kg cm2时或在同时存在水和硫化氢的液化石油气 中当液相的硫化氢含量等于或大于10mg L时 则为湿硫化氢环境 2 国家质量技术监督局颁布的 压力容器安全技术监察规程 对湿硫化氢定义如下 当化工容器接触的介质同时符合下列各项条件时即为湿H2S应力腐蚀环境 1 温度 60 2P P为压力 MPa 表压 2 H2S分压 0 00035MPa 即相当与在常温水中的溶解度 10mg L 3 介质中含有液相水或处于水的露点温度以下 4 pH 9或有氰化物 HCN 存在 3 湿硫化氢腐蚀的防护1 湿硫化氢环境使用的设备 管道可选镇静钢以减少MnS等夹杂物的含量 2 在高压空冷前注水以稀释或减少腐蚀性成分 在pH值呈碱性时会减少氢的渗透 3 注入腐蚀抑制剂 4 设备 管线加涂涂层 将介质和设备隔离5 材料升级或加耐蚀衬里 3 湿硫化氢腐蚀的几种形式1 均匀腐蚀2 氢鼓泡硫化氢腐蚀过程析出的氢原子向钢中渗透 在钢的关键部位氢分子聚集 并产生较高的压力引起界面开裂 形成氢鼓泡 氢鼓泡常发生在钢中的夹杂物与其它冶金不连续处 不需应力作用 3 氢致开裂在钢内部发生氢鼓泡处 当氢的压力继续增加时 小的鼓泡裂纹趋向于相互连接 便形成阶梯状特征的裂纹 不需应力作用 4 应力导向氢致裂纹 这种裂纹是由于应力的引导作用 在夹杂物于缺陷处因氢聚集而形成的成排的小裂纹沿垂直于应力的方向发展 即向压力容器与管道的壁厚方向发展 这种裂纹常发生在焊缝热影响区 4 湿硫化氢腐蚀机理反应式 H2SH HS HS H S2 FeFe2 2e 阳极反应 Fe2 S2 FeSFe2 HS FeS H 2H 2e2HH2 阴极反应 向钢中扩散 湿硫化氢腐蚀案例福建炼化公司加氢精制车间高压分离器 D 4005 下液位计密封垫片发生开裂 垫片材料原设计为0Cr13 工作介质为液面以上为加氢柴油以下为含硫污水 操作压力为6 5MPa 操作温度为35 50 D 4005高分气中硫化氢浓度最高达1 42 v 含硫污水中硫化氢浓度为1800 10000mg L 垫片断口上的附着物经分析为铁的硫化物 说明垫片是由硫化氢应力腐蚀造成的 第二讲加氢装置与设备的选材一 选材的一般原则1 选用金属材料的一般方法和原则1 严格按有关规定选用金属材料 在世界各国的标准中 对设备的材料选用都有明确的规定和要求 必须按具体规定选用 2 按化学成分选用金属材料 化学成分是表征材料最基本的数据 它是保证材料在后序制造和使用中满足所需的工艺性能 使用性能的内在条件 在国内外材料互为代用的过程中 按化学成分对照是一种基本选材方法 3 根据力学性能选用金属材料 装置的使用年限 是靠材料的力学性能作保证的 材料的力学性能包括另部件的使用和制造工艺性能两个方面 4 根据使用条件选用金属材料和代用材料 2 钢制压力容器选材的一般原则1 选用的化工压力容器用钢材 必须考虑设备的操作条件 如操作压力 设计温度及介质特性 材料的焊接性能 冷热加工性能 热处理性能以及容器的结构等 还要满足经济合理性 2 一般情况下压力容器所用材料的质量和规格应符合国家 行业标准的规定 3 压力容器选材应考除虑力学性能外还应考虑介质的相容性 4 用于焊接结构的压力容器主要受压元件的碳素钢和低合金钢 其含碳量不应大于0 25 5 钢制压力容器用材料 如钢板 锻件 钢管 螺栓等的力学性能 弯曲性能和冲击试验要求 应符合GB150的有关要求 3 对耐腐蚀金属的选用应考虑的因素1 设备的工作条件包括 介质情况 a是氧化性还是还原性 b浓度的变化情况 所含杂质是减缓腐蚀还是加速腐蚀 c是气相还是液相 有无固体颗粒 流速情况 d介质的PH值 电导性 e腐蚀产物的性质等 温度情况 包扩平均温度 温度变化情况及变化速度 2 设备的结构类型 不同类型的设备对材料有不同的要求 如泵要求良好的抗磨性和铸造性能 加热炉管要求有好的耐腐蚀性和良好的耐热性 3 工艺上的特殊要求 如防止催化剂中毒 合成纤维生产要求产品不能污染而旋高级材料等 4 材料的物理机械性能 要求材料有一定的强度 塑性 冲击韧性 良好的冷热加工性能 还要考虑使用中有无劣化倾向 如临氢系统旋铬钼钢 但在371 593 长期操作会产生回火脆性 以及晶间腐蚀等 5 材料的耐腐蚀性能 此外还应考虑材料供货状态和价格经济合理性等 二 化工设备常用钢简介1 碳素结构钢 牌号为Q195 Q215 Q235 Q255 Q275五个牌号 其中Q 代表钢的屈服强度 后面的数字表示钢的屈服点 MPa 另外Q195 Q275不分质量等级 Q215 Q255分A B两级 Q235分A B C D四级 C D级相当于优质碳素结构钢 其他相当于普通碳素结构钢 2 低合金高强度结构钢在GB T1591 1994中有Q295 Q345 Q390 Q420 Q460 等5个牌号 在GB T16270 1996中有Q420 Q460 Q500 Q550 Q620 Q690等6个牌号 GB T1591新旧标准对照 GB T1591 1994GB T1591 1988Q29509MnV 09MnNb 09Mn2 12MnQ34512MnV 14MnNb 16Mn 16MnREQ39015MnV 15MnTi 16MnNbQ42015MnVN 14MnVTiRE 3 优质碳素结构钢优质碳素结构钢按冶金质量分为优质钢S P含量 0 035 高级优质 后面加A S P含量 0 030 特级优质钢 钢号后面加E S 含量 0 020 P含量 0 025 按钢中的含碳量分为低碳钢 中碳钢和高碳钢 钢号10 15 15A 20 20E 25 30 35 40 等4 合金结构钢合金结构钢的综合力学性能优于优质结构钢 淬透性高 回火稳定性好有的还具有耐热 耐蚀 低温的性能 钢号有40MnB 30Cr 35CrA 35CrMoA 20CrMnMoAlH等 H表示保证淬透性 5 不锈钢不锈钢是不锈耐酸钢的简称 可分为不锈钢和耐酸钢两类 在空气中耐腐蚀的钢叫不锈钢 在酸 碱 盐等溶液和其他腐蚀介质中耐腐蚀的钢叫耐酸钢 按组织分这类钢分为奥氏体型 奥氏体 铁素体型 铁素体型 马氏体和沉淀硬化型五类 奥氏体型牌号为1Cr18Ni9Ti 0Cr25Ni20等 主加元素是铬和镍 这类钢的韧性高脆转变温度低具有良好的耐蚀性和高温强度 较好的抗氧化性 良好的焊接性能 铁素体钢牌号00Cr17 0Cr13Al等 主加元素为铬 不含镍 通常大于13 这类钢具有良好的抗氧化性和耐腐蚀性 以及良好的热加工和冷加工性能 奥氏体 铁素体型钢这类钢是在18 8型奥氏体钢的基础上更多的Cr Mo和Si元素 或降低C的含量制成的 其屈服强度为奥氏体型钢的两倍 可焊性好 韧性较高 应力腐蚀 晶间腐蚀及焊接热裂纹倾向较奥氏体钢小 牌号0Cr26Ni5Mo2 00Cr18Ni5Mo3Si2等 马氏体型钢主要合金元素是铬 其含量达13 以上 含碳量较高 热处理时有相变 可采用热处理的方法强化 淬透性较高 这种钢在淬火回火状态下使用 有较高的强度 硬度和耐磨性 牌号有1Cr13 2Cr13 3Cr13等 6 耐热钢耐热钢是指在高温下具有良好的化学稳定性和较高的强度的合金钢 分为抗氧化钢 耐热不起皮钢 和热强钢 抗氧化钢在高温下能抵抗氧和其他介质的侵蚀 具有一定的强度 提高钢的抗氧化性的有效方法是在钢中添加铬 铝 硅等合金元素 这些元素的特点是能在高温下与氧形成致密的氧化膜 并牢固的结合在钢的表面 以防止钢的继续被介质侵蚀破坏 热强钢在高温下具有较高的强度 韧性和一定的抗氧化性 提高钢在高温下强度 韧性和耐磨性的主要方法是在钢中加入Cr Mo W Ni 等合金元素并正确施以热处理工艺 牌号有12Cr1MoV 2Cr23Ni13 0Cr13Al等 7 耐蚀合金耐蚀合金是耐特殊介质腐蚀的超级合金 按合金的基本组成元素分为铁基耐蚀合金和铁镍基耐蚀合金 这类合金除了在各种介质中具有不同的耐蚀性能外 还具有耐热性 无磁性耐磨性和高强度等性能 牌号NS111 Incoloy800 NS112 NS113 NS142 Incoloy825 NS312 Inconel600 NS336 Inconel625 等 其中Incoloy800Incoloy825属于美国高温合金 使用温度最高900 特点是合金在高温下强度高耐氧化 在各种大气下耐硫腐蚀 耐内部氧化 Inconel600 Inconel625在650 具有较高的强度 且不易产生氯离子的腐蚀裂纹 三 加氢反应器主要损伤形式 原因与材料选用1 加氢反应器材料选用选材应满足下列要求 1 应满足符合规范所规定的化学成分 常温和高温力学性能的要求 2 应具有良好的内质特性 致密性 纯净性和均质性 这对与厚板和大截面锻件尤为重要 3 具有能在加氢苛刻环境下长期使用的耐环境脆化特性性能 4 经济上要合理 2 加氢反应器可能发生的损伤和对策高温氢腐蚀主要发生在母材和焊缝金属部位 防止措施正确选材 尽量减少钢材中的杂质元素 操作中严防设备超温 2 奥式体不锈钢焊缝金属的氢脆主要发生在不锈钢的堆焊层 内件支持圈连接部位 防止措施尽量减少应变幅度 停工时冷却速度不能太快 以便于氢的释放 尽量减少非计划停工 3 连多硫酸应力腐蚀主要发生在奥氏体不锈钢构件的焊缝处和堆焊层部位 防止措施停工时用氮气吹扫 或采用碱洗工艺 4 2 Cr 1Mo钢的回火脆性破坏主要发生在母材和焊缝金属 2 Cr 1Mo钢325 575 范围内长时间保持 其材料的缺口韧性就会引起劣化的现象称为回火脆性 防止措施尽量减少杂质的含量 制造中采用合理的热处理工艺 采用热态开工方案 开工时先升温后升压 停工时先降压后降温 采用合适的开停工升降温速度 建议当温度小于150 时升降温速度以不超过25 h为宜 材料采用真空碳脱氧工艺 将硅含量控制在小于0 1 以下 5 奥氏体不锈钢堆焊层的氢致剥离裂纹发生在不锈钢堆焊层与木材的界面处 防止措施添加钒 改变碳化物的组成和分布 选择合适的热处理工艺 3 制造加氢反应器的常用材料制造加氢反应器一般为Cr Mo钢系 根据不同的操作温度合压力 一般选1Cr 1 2Mo 1 Cr 1 2Mo 2 Cr 1Mo 2 Cr 1Mo1 4V 3Cr 1Mo1 4V 4 加氢反应器使用中的安全管理与保护1 加氢反应器等设备典型破坏事故及原因 1 加氢脱硫装置反应器裂纹报废事故 原因是母材发生严重的回火脆性产生了裂纹造成的 2 加氢裂化装置管道法兰泄漏引起爆炸 高压氢气泄漏造成 3 加氢裂化循环氢出口管道爆炸 用材错误 2 加氢反应器的安全管理加氢反应器等高压设备应进行安全管理 以保证装置安全 稳定的操作 1 严格执行国家有关安全法规 制定具体的安全细则 2 加强安全教育与训练 知识教育 技能培训行动训练 3 加强定期检验 4 建立完整的档案资料 3 加氢反应器使用中的保护 1 对于采用回火脆性敏感性较强的材料制造的反应器 在初次开停工时应采用热态型开停工方案 即开工时先升温后升压 停工时先降压后降温 2 停工过程中宜有一段300 350 的保持时间让操作时所吸藏的氢尽可能的散逸出去 以最大限度减少器壁中的残留氢含量 3 开停工时必须严格执行操作手册的要求 为防止形成较大的热应力推荐开停工时的升降温速度分别不要超过25 30 h和25 h 4 要尽量避免非计划的开停工 这对