换热管为不锈钢,不锈钢+镍基合金在石化中应用

众所周知，石化行业设备运行环境恶劣，腐蚀是制约石化行业快速发展的问题之一。材料将从低级向高级发展。在炼油厂和石油化工厂中，使用各种类型的不锈钢和镍基材料，如压力容器、管道、接头、阀门等设备。下面简单介绍一下不锈钢和镍基合金在石化行业的应用。

一、石化工业用材料的腐蚀种类

石化行业设备环境复杂恶劣，不仅受到普通硫酸、硝酸、盐酸、氢氟酸、环烷酸等酸类的腐蚀，还受到氢氧化钠等碱的腐蚀和氨气，以及乙烯和尿酸等有机物的腐蚀。因此，材料在不同的腐蚀介质环境中可能面临不同类型的腐蚀。一般来说，用于石油化工行业的不锈钢和耐蚀合金材料存在以下问题：缝隙腐蚀、电偶腐蚀、应力腐蚀开裂、穿晶开裂（主要是氯化物）、晶间应力腐蚀开裂（主要是硫化物）、点腐蚀、氢损伤等。上述几种腐蚀的机理和表现形式不同，在实际应用中采取的预防措施也不同。应分析腐蚀失效形式，找出相应的腐蚀和防腐蚀方法。

图1 点蚀与应力腐蚀模型示意图

2.申请

(1)传统铁素体不锈钢因韧性有限、脆性转变温度高、加工性能差等因素，在工业上应用较少。但通过进一步降低间隙元素含量和加入其他合金元素，提高韧性，提高耐蚀性换热管为不锈钢，从而发展出超级铁素体不锈钢或高性能铁素体不锈钢，即现代铁素体不锈钢。现代铁素体不锈钢在石化行业具有较好的应用和推广前景：①钢。铁素体不锈钢，即美国UNS或439换热管为不锈钢，日本、中国或。该钢种是一种用钛稳定的超低碳铁素体不锈钢，其化学成分旨在消除对点腐蚀的敏感性，并且不会在焊接热影响区形成马氏体。严格控制其化学成分，可获得优良的塑性、焊接性和耐蚀性，与前几年相比性能有显着提高。特别是对氯化物SCC和连多酸SCC具有较高的抵抗力，其抵抗一般点蚀和缝隙腐蚀的能力接近于304L。因此，该钢种可部分替代304L钢，用作各种冷凝器、给水加热器和润滑系统冷却器的换热管，以及一些腐蚀性不强的化学介质，如输送稀硝酸、硝酸铵等。、化纤（维纶、涤纶、丙烯腈和乙二醇等）常压和低压管道、储罐。

(2) 钢材。钢材为高纯铁素体不锈钢，即美国E-1钢或UNS，日本XM27，中国或。该钢种采用真空感应加电子束熔炼或电渣重熔联合精炼，控制间隙元素C、N的质量分数不超过0.02%，从而提高塑性，脆性转变温度降至-60° C。由于 Cr 和 Mo 含量高，这种钢在许多环境中具有优异的耐腐蚀性，特别是在氯化物、有机酸、氧化性酸和热浓碱液中。均匀耐蚀性特别好。该钢种经高纯钢焊接后不产生简化腐蚀，耐点蚀和缝隙腐蚀。尤其在氯化物、连多硫酸、硫化氢和强碱中不产生SCC。因此，蒸发器管可采用高纯钢。镍管更便宜，使用寿命更长。该钢种有望用于醋酸、精对苯二甲酸（PTA）和聚乙烯醇（PVA）的生产设备，作为冷却器解决含杂醋酸的腐蚀问题，替代奥氏体不锈钢如 316L、317L、904L。该钢种还可用于某些氧化盐溶液的蒸发器和次氯酸的漂白设备。但由于该钢种采用二次真空熔炼生产，成本过高，难以推广。

(3) 钢材。铁素体不锈钢是美国UNS或405钢，日本、中国或。钢中C的质量分数在0.08%以下，加入质量分数0.2%左右的Al，可在整个温度范围内稳定铁素体组织。该钢的塑性、韧性、冷成形性和焊接性均优于其他高铬铁素体钢，且该钢的膨胀系数与碳钢相近，易于制造复合钢板。因此，国内石化系统的炼油化工设备已普遍采用钢材。 SH/T3096-2001《高硫原油加工主要设备设计及选材导则》规定了常减压装置的初馏塔、常压塔、减压塔和汽提塔的壳体和塔板应采用用作催化分馏塔、吸收塔、裂化装置脱附塔壳、脱硫化氢气体塔、加氢裂化装置脱乙烷塔壳。

(4)低铬不锈钢。由于铬质量分数为18%～30%的铁素体不锈钢成本较高，开发应用低铬不锈钢符合资源节约的需要。美国、日本和中国开发了0Cr11~12或添加了Mo、Ti、Nb元素。这些钢可用作汽车尾气、净化处理装置和消声器。此外，美国在UNS编号中分别加入了(T5)、(T9)、、、和，这些CrMo钢在名义上被视为不锈钢。这些低铬钢不是铁素体钢，而是马氏体钢，因为它们的碳含量稍高（0.10%～0.15%质量分数），Cr含量较低。由于在表面形成了一层比较稳定的尖晶石型复合保护膜，这些钢具有良好的高温化学稳定性和抗氧化、抗硫化作用。它们广泛用于常减压炼油厂、催化裂化、延迟焦化、加氢裂化等装置的炉管、换热器、反应器和管道。

(5)石油精制装置的代表设备是常压蒸馏装置、减压蒸馏装置、接触分离装置、接触改质装置、加氢脱硫装置和加氢裂化装置。石油炼制中的腐蚀因素大部分是由原油带入的，其中主要是有机硫化合物（原油中0.01-5%）和无机盐（数ppm-）。受热分解，可能产生H2S、氯化氢等活性物质。此外，原油中还含有环烷酸类有机酸。当含量大时，会引起材料的严重腐蚀。除了原油中带入的腐蚀因素外，为了提高精炼效果，除水外，还使用氢气、硫酸、碱、氨等。

根据石油炼化装置的不同腐蚀情况选用不同的材料。例如，高温硫化体系考虑了Al和Cr的耐硫腐蚀和高温强度，采用Cr5-Mo以上的材料；高温H2S-H2系统采用13Cr-Al、18-8Ni钢；高温高压H2系统采用Cr-Mo钢或堆焊18Cr-8Ni-Nb钢；选用低温H2S-H2O体系，或蒙乃尔合金衬里，H2S-HCl-H2O体系选用上述耐点蚀、耐应力腐蚀不锈钢；环烷酸体系，选择低流量即可，高流量需要进一步研究；低温CO2腐蚀体系，一般可在200℃左右使用；重整炉反应管、高温钢管、制氢装置中的各种加热炉钟吊、支架可选用25Cr-20Ni、800合金等。

(6)Ni-Cr-Fe合金广泛用于炼油、石化设备的液相、气相腐蚀部位和高温部位。最常用的结构材料仍然是碳钢和铬钼钢。在炼油设备中，如烷基化工艺设备，介质为H2SO4和HF，因此对材料要求比较高，主要是Ni-Cu系蒙乃尔合金。此外，在处理高酸值原油的蒸馏设备中要求使用316和317合金以抑制环烷酸腐蚀。由于石化装置中介质较为复杂，镍铬铁及镍基合金被广泛应用在更多场合。

例如，作为炼油工业的核心工艺流化催化裂化，其主要作用是在催化剂的作用下将重油裂解成轻质馏分油，其反应-再生系统在高温下运行，特别是对于重油催化裂化再生系统750℃，其结构材料大量采用300系不锈钢。 304/304H和321/321H常用于再生器旋风分离器，304H材料用于反应器-再生器周围的小型高温管道，设备中的高温阀门要求用这些不锈钢制成铸造合金。高温烟气系统的波纹管膨胀节是易腐蚀部件，使用800合金可以解决腐蚀事故频发的问题。

又如，在乙烯裂解过程中，虽然裂解炉保护段、下对流段、出口输送管道、淬火装置的工作温度略低，但仍要求使用耐热钢。虽然裂解炉管可用合金800和253MA制造，实际应用可以保证1010～1038℃，但辐射段和保护段通常需要离心铸造改进的HP系列合金。

表1 炼油、石化设备常用的不锈钢和耐热钢

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