加氢装置设备的腐蚀与选材PPT课件

1、 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1页/共88页 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） 氢腐蚀第2页/共88页2、化学腐蚀 化学腐蚀 是指

2、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 OFeOH 3 FeO H O Fe O H 第3页/共88页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

3、，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。第4页/共88页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

4、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。 第5页/共88页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

5、电极电位不同。电极电位还与溶液的浓度、温度和PH值有关。 第6页/共88页ZnCueIH2SO4腐蚀电池 铜锌原电池模型锌棒上进行阳极反应 Zn Zn+2e 氧化反应铜棒上进行阴极反应 2H2e H2 还原反应第7页/共88页第8页/共88页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

6、应或氧化还原反应，可用下式表示： 如在酸性水溶液中： Fe Fe2+ +2e- （阳极放应） 2H+ 2e- H2 （阴极反应）第9页/共88页三是浓差电池。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，

7、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。第10页/共88页3) 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，

8、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。第11页/共88页 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第1

9、2页/共88页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。第13页/共88页3） 材料 一般认为极纯的金属不发生应

10、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。第14页/共88页（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

11、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 ，x35 ）。第15页/共88页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

12、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。第16页/共88页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（450850），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

13、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。第17页/共88页第18页/共88页二、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： Fe3C2H2 3FeCH4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

14、的渗碳体的数量减少。在机械性能上是表层的强度降低。 第19页/共88页 （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。第20页/共88页第21页/共88页 2） 氢腐蚀 钢受到高温高压氢的作用后，

15、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） Fe3C4H 3FeCH4 或者是 C 2H2 CH4,C 4H CH4, 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。第22页/共88页第23页/共88页（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

16、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。 第24页/共88页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。

17、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。第25页/共88页第26页/共88页第27页/共88页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

18、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3.6810-10m,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。第28页/共88页 （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

19、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。 第29页/共88页第30页/共88页 （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67106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

20、的性能。 。第31页/共88页 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

21、时间。这样扩散到器壁中的氢就会扩散出去。第32页/共88页 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 第33页/共88页第34页/共88页第35页/共88页 (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NH4 HS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NH4 HS和

22、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Kp0。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4.66.9m/s; 当Kp大于0.4%时,流速控制在1.53.05m/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第36页/共88页 （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。 第37页/

23、共88页 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（EC4001/4）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。第38页/共88页（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+ H2S FeS+ H2 2、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

24、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。第39页/共88页 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CrNi钢。如0 Cr13（TP405、TP410） 0 Cr18 Ni9、 0 Cr18 Ni9Ti 、 0 Cr18 N

25、i10Nb(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。第40页/共88页第41页/共88页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（602P） ，P为压力，MPa（表压） 2） H2S分压0.00035 MPa,即相当与在常温水中的溶解度10 mg/L; 3

26、) 介质中含有液相水或处于水的露点温度以下; 4) pH9或有氰化物（HCN)存在。 第42页/共88页 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。 第43页/共88页 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

27、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。第44页/共88页4、湿硫化氢腐蚀机理 反应式： H2S H+HS HS H+S2 Fe Fe2+ 2e （阳极反应） Fe2+S2 Fe S Fe2+HS Fe S + H+ 2H+ + 2e 2H H2 （阴极反应） 向钢中扩散 第45页/共88页 湿硫化氢

28、腐蚀案例 福建炼化公司加氢精制车间高压分离器(D4005）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3550 D4005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180010000mg/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46页/共88页第二讲 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

29、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 第47页/共88页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

30、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。第48页/共88页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

31、温度，温度变化情况及变化速度。第49页/共88页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371593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。第50页/共88页二、化工设备常用钢简介 1、碳素结构钢。 牌号为Q195、Q

32、215、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/T15911994中 有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460、等5个牌号，在GB/T162701996中有Q420、Q460 、Q500、Q550、Q620、Q690等6个牌号。第51页/共88页 GB/T1591新旧标准对照 GB/T1591-1994 GB/T1591-1988

33、Q295 09MnV、09MnNb、09Mn2、12Mn Q345 12MnV、14MnNb 、 16Mn、16MnRE Q390 15MnV、15MnTi、 16MnNb Q420 15MnVN、14MnVTiRE第52页/共88页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

34、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）第53页/共88页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、0Cr13A

35、l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。第54页/共88页奥氏体铁素体型钢 这类钢是在188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、3Cr1

36、3等。第55页/共88页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。第56页/共88页

37、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Incoloy800 Incoloy825 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

38、生氯离子的腐蚀裂纹。第57页/共88页三、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。第58页/共88页2、加氢反应器可能发生的损伤和对策1) 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

39、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。第59页/共88页4）2Cr1Mo钢的回火脆性破坏 主要发生在母材和焊缝金属。 2Cr1Mo钢325575 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

40、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。第60页/共88页第61页/共88页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1 Cr-1/2Mo、 1Cr1/2Mo、 2Cr1Mo、 2Cr1Mo1/4V、3Cr1Mo1/4V。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

41、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。第62页/共88页第63页/共88页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 第64页/共88页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300350 的保持时间让操

42、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2530 /h和25 /h。（4） 要尽量避免非计划的开停工。这对于保护反应器和减轻其堆焊层的氢致裂纹都是有效的。第65页/共88页（5）当反 应器安装或停工检验而打开顶部人孔时，一定要设置合适的防护措施，防止雨水飘入器内。 （6）采取有关措施防止器内有奥氏体不锈钢的部位可能发生连多硫酸应力腐蚀。假如反应器不能保持在封闭状态或“热态”（器内油气中水的露点以上）情况下，宜采用下列方法之一种或几种加以保护： a 用干氮气吹扫以除去氧

43、（空气）和水； b 使用露点温度低于15 的干燥空气吹扫以除去水； c 对全部表面进行碱洗，以中和可能生成的连多硫酸。中和清洗的时间不少于2h。碱洗后不能用水冲洗。第66页/共88页5、热壁加氢反应器的在役检验 1）在役检验的目的 目的是要检查出反应器在使用条件下新产生的和发展的缺陷；并复查过去已查出的缺陷。对缺陷进行评价和分析，并评估于推断下一个运行周期的安全性。 2） 在役检查的内容、范围和数量的确定。对热壁反应器应以检查有无氢腐蚀、氢致裂纹、堆焊层的氢致剥离裂纹和回火催脆化程度为主要内容。 3）检验的范围和数量可根据以下几个方面综合考虑： a 使用中经常出现裂纹的部位，如法兰的梯形槽、主

44、焊缝、开口接管的连接焊缝、内外部构件与壳体的连接焊缝b 容易产生堆焊层氢致剥离裂纹的部位等。第67页/共88页第68页/共88页6、加氢裂化装置用金属材料（ 引进日本装置）设备名称选用材质加氢精制反应器设计温度427 设计压力19.2MPa壳体：SA336F22（2Cr1Mo)锻造内部堆焊TP347,最小4mm.内件：SUS321（1Cr18Ni9Ti）螺栓：SA193B16（25CrMoVA）螺母： SA1944 （30CrMoA）加氢裂化反应器设计温度450 设计压力18.8MPa 选材同上高压分离器壳体：SA350LF1(近似16Mn锻）SUS321（1Cr18Ni9Ti）第69页/共8

45、8页设备名称 选用材质原料缓冲罐壳体：SB42（20g）低压分离器壳体：抗氢鼓泡钢干气气液分离罐壳体：抗氢鼓泡钢其他容器壳体：SB42（20g） 脱丁烷塔 脱乙烷塔 第一分馏塔壳体：SB42（20g）塔盘支持圈SS41(350 )内构件：STPG38、 SS41第70页/共88页加氢裂化装置热交换器、空冷器用金属材料设备名称选用材质反应流出物/热新鲜原料热交换器 （E101）设计温度425/385 设计压力：管/壳18.9/21.4MPa壳体:SA387F22-2( 2Cr1Mo)堆焊P347管箱: SA336F22 ( 2Cr1Mo)堆焊TP309管板: SA336F22 ( 2Cr1Mo)

46、堆焊TP309管子:SUS321TB( 1Cr18Ni9Ti)反应流出物/冷循环氢交换器 （E103）设计温度340/265 设计压力：管/壳18.7/21.4MPa壳体：SA204B(0.5Mo钢）管箱：SA182F11（ 1Cr1/2Mo）管板： SA182F11堆焊TP410其他低压空冷器管箱：SAPT42、（25号钢）管子：STB35-C(20号钢）第71页/共88页四、加氢裂化装置主要设备的推荐用材设备名称设备部位选材加氢反应器筒体（母材） 3.0Cr1Mo0.25V 2.25Cr1Mo0.25V 2.25Cr1Mo 1.25Cr0.5Mo 覆层 堆焊层TP309LTP347 堆焊层

47、TP309LTP316L 内件 0Cr18Ni10Ti第72页/共88页设备名称 设备部位 选材脱硫化氢气提塔塔顶回流罐 壳体抗氢致开裂钢脱乙烷塔顶回流罐 壳体抗氢致开裂钢溶剂再生塔顶回流罐 壳体抗氢致开裂钢其他容器 壳体碳钢反应馏出物/原料油，氢气或馏出物换热器壳体管程壳程2.25Cr1Mo、 1.25Cr0.5Mo1.0Cr0.5Mo、碳钢复层 00Cr19Ni10 管子0Cr18Ni10Ti、15CrMo第73页/共88页设备名称 设备部位 选材 热高分气/原 料油，氢气 或馏出物换 热器 壳体 管程 壳程2.25Cr1Mo、1.25Cr0.5Mo1.0Cr0.5Mo、碳钢复层堆焊层TP309LTP347 管子0Cr18Ni10Ti、15CrMo热低分气/冷低分液换热器壳体管程碳钢 00Cr19Ni10壳程碳钢 管子00Cr19Ni10第74页/共88页设备名称 设备部位 选材 脱硫化氢汽 提塔 壳体碳钢0Cr13Al 塔盘0Cr13 脱乙烷塔 壳体碳钢碳钢0Cr13Al 塔盘、 内件碳钢0Cr13渗铝碳钢第75页/共88页 设备名称 设备部位 选材 脱丁