SH/T 3096中只有加氢裂化装置脱硫系统的塔顶空冷器推荐使用08Cr2AlMo，而在其他装置，如常减压、催化等，都推荐在温度高于240摄氏度以上的环境使用；同时在实际使用中很多厂在塔顶系统还有使用07/09Cr2AlMoRE的换热器管束；从发表的文章上很多都说应用情况良好，取得了防腐的目的，但同时也有人认为07/09Cr2AlMoRE以及08Cr2AlMo中Cr含量很低，其在氯离子环境中会发生严重的腐蚀，比碳钢差不了多少，应用在低温环境属于大材小用。这里想请各位炼厂的大侠们来探讨一下07/09Cr2AlMoRE以及08Cr2AlMo在你们公司的应用情况，希望能从中总结一些经验。
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enen007 (2008-8-27 13:07:32)
我国的新疆塔里木油田、中原油田, 以及四川油气田、长庆油气田甘宁中部油气田的原油和天然气中硫化氢含量均较高。硫化氢对油田设备的腐蚀主要集中在原油的集输装置中。因此, 集输站的三相分离器、气液分离器、原油加热器, 以及部分集输管线均存在较严重的硫化氢腐蚀现象。
为解决湿硫化氢的腐蚀问题, 笔者提出以Cr2Al2Mo 合金为基础, 设计出焊接性能和耐腐蚀性能更为良好的含稀土合金钢, 于1999 年开发成功耐湿硫化氢腐蚀的09Cr2AlMoRE 无缝钢管。为进一步适应炼油和石油开采业压力容器壳体用板材在湿硫化氢腐蚀环境中的使用要求, 在此基础上又对该钢种的化学成分进行了优化, 开发出化学成分更为合理、性能更优越的低合金钢板材07Cr2AlMoRE。同时, 还开发了与之配套的性能良好的焊接材料。目前, 07/ 09Cr2AlMoRE 材料已获国家发明专利(专利号0111435912) , 其管材、锻件和板材均已通过全国压力容器标准化技术委员会的技术鉴定,符合压力容器的制造和使用规范。
07Cr2AlMoRE钢板材化学成分的优化思路为:
(1) 含碳量进行最低量控制, 以改善材料的焊接性能和提高其耐腐蚀性能。该钢板材实际C含量控制在0105 %左右。
(2 ) 将Al 的上限控制范围进行压缩, 为0150 % , 下限不变。这样既能保证焊接接头的耐腐蚀性能, 又能防止Al 在焊接后产生焊接脆性。
(3) 为了保证压力容器的可靠性, 对S 含量实行严格控制, 这将对改善材料的耐应力腐蚀性能有着极大的作用。该钢实际硫含量控制水平仅在01005 %左右
07/ 09Cr2AlMoRE 钢的焊材及焊接性能
在开发07/ 09Cr2AlMoRE 钢材料的同时, 为了解决该材料的焊接制造配套问题, 与华中科技大学焊接研究所合作开发出与之配套且性能良好的焊接材料。
11 埋弧自动焊材的研制开发
埋弧自动焊的焊丝用07Cr2AlMoRE 钢的钢坯拔制, 即焊丝为H07Cr2AlMoRE , 焊剂为专用配套研制开发的, 其熔敷金属的化学成分与母材所规定的化学成分基本一致。该材料焊缝金属的塑性和韧性均较好, 特别是- 20 ℃的低温冲击韧性都在100J 以上, 较高的冲击韧性指标有利于提高焊缝的耐湿硫化氢应力腐蚀性能。
SR 回火热处理的目的就是要适当降低焊接接头的强度和硬度。经SR 回火热处理后, HV 硬度指标的降低比较明显, 特别是焊缝部位的硬度降幅更大。经SR 回火热处理后焊缝和热影响区的HV硬度指标, 均满足《压力容器技术监察规程规范》中关于低合金钢在湿硫化氢环境中硬度值≤245HV (单个值) 的要求。
21 手工焊焊条的研制开发
07Cr2AlMoRE 钢板材配套焊条的焊芯为用该钢的钢坯拔制, 外敷药皮为低氢型碱性焊条。焊条代号为CJ R357 。其熔敷金属的化学成分与母材规定的化学成分基本一致。手工焊的冲击韧性更好。较高的冲击韧性指标有利于提高焊缝的耐湿硫化氢应力腐蚀性能。
SR 回火热处理的目的就是要适当降低焊接接头的强度和硬度。经SR 回火热处理后, HV 硬度指标的降低比较明显, 特别是焊缝部位的硬度降低幅度更大, 硬度的降幅达100 HV 以上。经SR 回火热处理后焊缝和热影响区的HV 硬度指标, 均满足《压力容器技术监察规程规范》中关于低合金钢在湿硫化氢环境中硬度值≤245 HV (单个值) 的要求。
稀土在钢中冶金作用的微观分析
稀土在钢中的冶金作用已被国内外所广泛接受, 上世纪60 年代以来, 已有大量的稀土钢进入工业应用。在钢中添加稀土, 主要是在炼钢以及焊接时能起到脱硫和脱氧作用, 同时对钢中夹杂物的形态、大小和数量起到有效的控制, 并进一步细化晶粒。钢中添加稀土后能较大幅度地提高材料的冲击韧性和耐腐蚀性能, 同时明显改善材料焊接性能[1 ] 。正如在奥氏体不锈钢以及双相不锈钢中加氮一样, 即使加入量非常微小, 对材料性能的改善也很大。冶金工业中一般采用轻稀土, 稀土中的镧和铈约占稀土总成分的60 %。由于在炼钢时加入稀土, 主要是进一步脱硫并控制钢中残留硫化物的形态, 所以稀土的加入量以钢中残留的硫含量为参
照对象。一般情况下, 炼钢时一定要对钢坯中残留的硫和稀土做比较准确的计算。稀土与硫的关系式为: RE/ S = 26 倍, 此时钢材的综合性能最佳。钢中稀土与硫的比例低于2 倍以下, 则稀土对有害夹杂物的控制不太明显, 稀土过多, 则在钢锭中容易造成大量的氧化稀土产物。由于稀土的作用,09Cr2AlMoRE 钢与不含稀土的08Cr2AlMo 钢相比, 虽然夹杂物的总数量偏多, 但夹杂物的总面积和不同夹杂物的总量降低明显, 这对提高钢材的综合性能有明显作用。加稀土后夹杂物总面积降低". , 硫化物总量降低"/ , 氧化物总量降低"- 。
用扫描电镜及电子探针在500 ×和1000 ×下对两种钢的夹杂物进行分析: 1 号样品为( C ≤0110 %) Cr2AlMo , 未加稀土; 2 号样品为(C ≤0110 %) Cr2AlMoRE , 添加稀土。对两种样品中夹杂物(500 ×, 未浸湿) 的形态做比较, 可以看出, 不含稀土的1 号样品中的夹杂物大而长, 具有非常明显的方向性。而含稀土的2 号样品中的夹杂物小而分散, 呈球形颗粒且分布较均匀, 没有明显的方向性。
对这两种样品的夹杂物(1000 ×) 的形态做比较, 可以看出, 在不含稀土的1 号样品中出现了呈链状排列的夹杂物, 此类夹杂物属Al2O3 等较危险的脆性夹杂物。而2 号样品中只能看到细小而分散的夹杂物分布。
新材料腐蚀试验数据和适用环境
湿硫化氢对碳钢材料的腐蚀形态主要有均匀腐蚀、氢鼓包和氢致开裂; 对不锈钢的腐蚀形态主要表现为焊缝部位以及应力集中部位的应力腐蚀。而硫化氢一旦与其它强酸性介质混合, 其腐蚀性更大,如氢氰酸、氯离子等, 对设备的正常运行构成极大的威胁。因此, 新材料的腐蚀试验评价和实际使用经验对材料的安全使用和合理选用显得极为重要。
11 耐H2S 应力腐蚀试验
按GB4157 —84 “金属抗硫化物应力腐蚀开裂恒负荷拉伸试验方法”标准对07/ 09Cr2AlMoRE钢板和焊缝做了H2S 应力腐蚀试验, 试验时间720h 。试验结果为: 07Cr2AlMoRE 钢板和对接焊缝σth = 0175σs ; 09Cr2AlMoRE 钢管对接焊缝σth =0170σs , 远远超过了美国腐蚀工程师协会NACETM 0177 —96 标准规定σth ≥0145σs 的要求。
21 耐H2S 介质模拟工况的均匀腐蚀试验
表8 H2S 介质模拟工况均匀腐蚀试验比较
试验材料09Cr2AlMoRE 12Cr2AlMoV10 号钢
腐蚀速率/
(10 - 2mg·cm- 2·h - 1) 1158 2128 9128
注: (1) 催化系统塔顶油H2S 含量979 ppm , 试验温度100
℃, 浸泡时间144 h ; (2) 试验数据由荆门石化研究院提供。
09Cr2AlMoRE 钢的抗均匀腐蚀能力, 在湿硫化氢介质环境中明显优于不含稀土的同类钢12Cr2AlMoV , 且比10 号碳钢的耐腐蚀能力提高近6 倍。试验方法采用GB10124 —84《金属材料试验室均匀腐蚀全浸试验方法》。
31 适用的环境
(1) 含硫污水 炼油中含硫污水的腐蚀主要为HCN2H2 S2NH32H2 O 的介质条件, 07/09Cr2AlMoRE 换热器在国内炼油企业的应用均非常成功, 目前已大量应用于炼油装置中的污水系统。油田集输站污水的腐蚀则主要为H2 S2CO22H2O 的介质条件, 与炼油装置中的设备相比, 温度较低, 腐蚀也相对较轻。加之CO2为弱酸, 其腐蚀速度比HCN 的腐蚀速度要低得多。因此, 该材料在油气田中的使用效果会更好。
(2) 含氯离子的硫化氢环境 常压塔顶的腐蚀条件为HCl2H2S2H2O , 温度130 ℃。安庆炼油厂1台09Cr2AlMoRE 冷凝器管束已平稳使用3 a , 仍在安全使用中, 而原10 号钢管束使用时间不到1 a ;胜利炼油厂2 台09Cr2AlMoRE 冷凝器管束已平稳使用3 年, 仍在安全使用中, 原10 号钢管束使用时间仅015 a 左右。
09Cr2AlMoRE 钢冷凝器和换热器管束目前已逐步应用于大连、广州、长岭、荆门、南京金陵、镇海、石家庄、北京燕山、任丘、呼和浩特、玉门及锦州等石化公司的常减压、催化和重整装置中。
在炼油装置的应用中, 共有600 多台07/09Cr2AlMoRE 钢换热器投入使用并取得良好效果。此外, 采用该材料的设备现已在油田进入工业应用, 所制造的产品为高压油气分离器和加热炉。
综上所述, 得出如下结论:
(1) 07/ 09Cr2AlMoRE 钢及焊接材料的开发是成功的, 埋弧自动焊和手工电弧焊焊接接头的各项性能优异, 满足该材料在设计和使用中的各项性能
要求。
( 2 ) 由于稀土的合金化作用, 07/09Cr2AlMoRE 钢的夹杂物分布非常均匀而细小,明显提高了该钢耐硫化物的各种腐蚀性能。
(3) 07/ 09Cr2AlMoRE 钢具有管材、锻件和板材的完整配套, 焊接材料也是同步开发, 具有最佳的焊接性能匹配。在单台设备上使用, 由于材质配套, 不存在异种钢电位差的电偶腐蚀问题。
[ 本帖最后由 enen007 于 2008-8-27 15:36 编辑 ]
enen007 (2008-8-28 20:27:40)
jessehjx (2008-8-29 08:50:21)
QUOTE:
也不是，据我所知，此两种材料应用的时间不长，也不普遍。enen007 (2008-8-29 13:19:20)
眼镜 (2008-10-15 16:28:20)
winter666 (2008-10-16 08:15:11)
蓝色冰川 (2008-10-16 18:40:04)
2、不嫌麻烦，就涂料防腐。镀Ni-P，理论上来讲，效果应该非常好，实际上，在折流杆处根本不可能镀完全，在没有镀到的地方，会发生电化学腐蚀，还不如不镀。其它涂料，有的明显不适用这种环境，有的有效果，镀了没有坏处。
3、材质升级。09钢，虽然并不贵，最好别用（据我的了解，并没有多大的市场。如果能解决问题，价格也不贵，为什么没有市场呢？我会不会了解错了呢？嘿嘿，仁者见仁智者见智，自己选择吧）。钛材，建议管束全衬钛，但是要和一脱三注结合起来考虑，工艺防腐不做好，钛材连碳钢都不如，还要保证质量，质量差的钛材，买回来哭都来不及。双相钢，嘿嘿，太贵了。还有蒙乃尔，曾经邀请国外防腐专家交流，问塔顶系统腐蚀如何解决，专家直接了当的说，这里就是应该用蒙乃尔合金。
4、这里有严重的垢下腐蚀，解决也很容易，在换热器入口接除氧水线(DN50以上，小了的话，短期有效果，长期无效果)，定期水清洗，可以有效地解决垢下腐蚀（其实，最立竿见影的效果是可以减小压降）。顺便说一句，要用加强管嘴，这里的角焊缝漏了是正常的，不漏才是不正常的，漏了就带压堵漏。为什么会漏，考考你？
3、加强塔顶注水、选对一脱三注药剂，这是最根本的工作。最好与有实力的厂家合作。我见到过一份分析报告，腐蚀产物分析的非常全面，而同样的垢样，大部分厂家都只能分析几样元素，想想看，连垢样都分析不出来，怎么可能对症下药呢？
[ 本帖最后由 蓝色冰川 于 2008-10-16 18:44 编辑 ]