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炼油工业中双相不锈钢应用

在实际场合应用双相不锈钢已经有好多年,特别是现在超低碳含氮双相不锈钢解决了不锈钢加工焊接领域的一些问题,同时还结合双相不锈钢本身就有的耐局部腐蚀和综合力学性能良好的一些优点,为此类材料的焊接结构的大量应用和创造了有利条件,这些年的销量增长很快,加之随着超级双相不锈钢逐渐进入场,扩展了在部分严苛介质环境中的使用,变相拓宽了双相不锈钢的应用行业范围,并且也累积很多实际使用经验,为双相不锈钢的选用和未来新钢种的研发打下良好基础。

 

双相不锈钢应用较多的领域之一就是炼油工业,大量用于常减压蒸馏,催化裂化加氢脱硫等装置。

 

常减压装置

在塔顶的低温轻油部位及冷凝冷却系统处于HCI+H2S+H2O腐蚀环境,特别是在炼制含盐、含硫高的原油时,Cl-含量最高能达到2000~4000mg/L,通常是100 mg/L左右,H2S通常是32~65 mg/L,在这样的环境中碳钢会受到严重的均匀腐蚀,0Cr13表现是点腐蚀,奥氏体不锈钢则表现为应力腐蚀断裂。如果采用原油深度脱盐及综合工艺防腐后,Cl-能控制在20~30 mg/L,H2S≤32 mg/L,但当油品较杂,破乳剂不能很好适应时,脱盐就达不到控制的Cl-含量,这仍然会造成设备受到腐蚀。

早在70年代采用鲁宁输油管线油的南京炼油厂和济南炼油厂在这一系统中就采用了0Cr18Ni5Mo3Si2双相不锈钢,主要集中用在了常减压塔顶衬里、塔内构件、常顶空冷器、减顶增湿空冷器、减顶后冷水冷器管芯及油水分离器衬里等,最终使用效果令人满意。典型介质条件(以减顶冷凝水为例):PH:7~8.3,Cl-:16.51~499 mg/L,一般<150 mg/L,H2S:52.7~175.93 mg/L(最高1055 mg/L)。

80年代后在沿海的天津、镇海炼油厂陆续各用了4台00Cr18Ni5Mo3Si2双相不锈钢的减顶后冷水冷器管芯,现在这8台设备都还在使用中。

 

催化裂化装置

在原油中除了盐、硫等杂质外,在二次加工原料油中还含有0.5%以上的氮化合物,经催化剂作用热解后,在催化裂化的分馏和吸收稳定部位出现HCI-H2S-H2O的腐蚀环境。在国内南京、济南等炼油厂先后用00Cr18Ni5Mo3Si2钢制作了催化吸收解吸塔的衬里,塔盘板和浮阀等,使用效果良好。国外在催化裂化装置的汽油再热器用的是3RE60钢。

 

加氢裂化、加氢处理装置

80年代以来国外采用3RE60和SAF2205钢用作加氢裂化,加氢脱硫等二次加工装置中的空冷器,热交换器等的管束、管板和封头的居多,但在国内应用的不多。这些设备处于H2S-H2-NH3-H2O并含有Cl-的环境,也是湿H2S的系统。

在加氢裂化装置中空冷器的腐蚀强度非常大的,瑞典自1983年开始有10台空冷器使用的是SAF2205钢,流出物的KP值(流出物的腐蚀系数KP=mol%NH3×mol%H2S)范围为0.1~1,Cl-20ppm,压力12Mpa,入口流速6m/s,入口温度1300C,设备运行几年之后,没有发生腐蚀或磨蚀。

美国California一个炼油厂的三台热交换器管芯陆续都使用了3RE60钢,8年后检查时表现良好。另一家US石油公司的几台空冷器(工艺物流中含65%~85%H2、碳氢化合物、H2S,5~8MPa,110~2050C)已使用了8~11年,其上游和下游的几台热交换器也同样未发生问题。不过也有失败的例子,美国另一炼油厂的3RE60钢热交换器,管程入口温度2850C,维持2100C,从低压分离器来的液体组分进入壳程的温度880C,维持2200C,管程压力11.5MPa,壳程压力0.6MPa。该设备于1994年使用3年后泄漏,裂纹出现在近管板处的管子内外壁上。经分析管外壁为FeS腐蚀产物所覆盖,Cl-高达1%,管内壁较干净,只有少数点坑。外壁裂纹较少,属氯化物应力腐蚀断裂,内壁裂纹多,属硫化物应力腐蚀断裂(SSCC)。

其余在中东、东欧个别炼油厂的3RE60空冷器运转数年后,在1992年也出现了类似问题,裂纹均发生在管与管板焊接处的热影响区,该点的铁素体量分别高达100%或大于75%,这样的组织肯定会对氢致开裂(HIC)敏感。

通过这几个失败的例子,可以看到大多是和设备的制造技术相关,也能看出尽管双相不锈钢应用经验丰富,但是在加氢系统中还没构建起靠谱的使用介质的上限条件也属一方面原因

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创建时间:2019-10-31 10:21