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浅析加氢反应器防腐与材质控制

涂装产业网 2017-07-22

  何志(上海石油化工研宄院,上海201208)并探讨了反应器的选材问题。

  加氢反应器是高温高压临氢设备,操作工况恶劣,腐蚀多样复杂,近期国内很多许多反应器己进入更新期或面临扩能。由于新工艺的应用、装置大型化的需要、原料油品高硫高酸等的劣化,一些反应器材质出现安全隐患。防腐与选材的安全性与经济性是重中之重。要针对腐蚀机理,全面严格控制钢材化学成分、夹杂物含量、热处理状态及操作条件等,以保证其安全性。

  为此,笔者浅析了反应器腐蚀机理及相应的钢材质量控制与防护,探讨合理选用材质,以确保安全,满足发展需求。

  加氢反应器的腐蚀、损伤主要有以下6种形式,下面分别浅论其腐蚀机理及材质控制与防护。

  1回火脆性及控制1.1损伤机理~575C条件下使用,材料的夏比V形缺口冲击功的韧脆转变温度升高,发生脆化,称为回火脆性(TemperingEmbrittlement)。主要是由于杂质兀素P、Sn、Sb、As和合金元素MnSi等在回火过程中向晶界偏析,造成晶界强度降低。其中主要受P、Sn的影响,而Si、Mn会加速脆化作用。回火脆性是不可避免的,其评价指标为回火脆化敏感性的系数、焊缝金属回火脆化倾向X系数。

  API以步冷试验方案在一定程度上模拟了反应器长期工作时发生的脆性转变变化,一般用来评价材料实际工作状态下的脆性变化。具体用延脆性转变温度的变化量表示。

  其中:vTr54为经小程度的焊后热处理的夏比V形缺口冲击功为54时相应的转变温度;3AvTr54为经小程度的焊后热处理和步冷处理后冲击功为54时相应的转变温度量为步冷试验后转变温度与系数的关系,可见降低系数对降低回火脆化敏感度作用显著。

  1.2防护控制点1材质控制225C?1Mo钢步冷试验后转变温度与系数的关系温速度,以免热应力。

  2损伤及控制严格限制有害元素,控制材料、焊缝金属2热处理控制利用回火脆性的可逆性,通过热处理脱脆。23 2.22防护控制点为选材时要满足Nelson曲线,并注意加30C、。5MPa的温度、压力裕量。

  添加稳定化元素,如Cr、Mo、W、V、Ti、Nb等,抑制脱碳。其中Mo的抗氢性能相当于Ci的4倍。Ci含量在3时抗氢性能急剧大,Cr、Mo复合添加可得到更好的抗氢性能。

  而合金元素得添加量与碳含量成如下质量比,能显著提高抗氢性能。

  表1元素添加量表元素与碳质量比> 3十硫化腐蚀及控制3.1腐蚀机理温度高于240°C时,原料中硫化物开始分解生成硫化氢,形成硫化氢腐蚀。高温高压下氢对硫化氢腐蚀起促进作用。当Hi、H2S的混合物超过280C时,会发生化学反应其腐蚀速率随H2S浓度加而加,但当H2S浓1后,腐蚀速率与之基本无关;在315~480C时,腐蚀速率随温度升高而激。随着我国主力油田进入开采后期,原油中硫含量大,酸值大,而进口油多为高硫油品,对材质抗硫化氢腐蚀性能有更高要求。北京:中国石化出版社,2003 2林建鸿等。热壁加氢反应器运行过程中的材质劣化问题丨。石油化工设备技术,1997,3袁耀如。加氢反应器制造与使用中的问题及对策。石油化工设备,2004 4谢育辉。加氢反应器和换热器高温腐蚀与对策。石油化工腐蚀与防护,200320(4)5周培荣。加大科研开发力度提高防腐蚀技术水平|.石油化工腐蚀与防护,2003 6张幼德等。Cr-Mo钢的焊接性和回火脆性分析丨。化工设备与管理,2002 1热处理:利用其脆性的可逆性,通过热处理脱脆。

  2获得佳抗回火脆性的关键是终焊后热处理温度与保温时间的合理选择。

  3操作控制热态开停工;避免开停工时不合理的升降氢损伤有两种方式,分别为一次氢脆和氢腐蚀。

  ?次氢脆及控制2.1.1损伤机理高温高压下,分子氢分解成原子态氢,渗入、扩散、溶解到钢的机体中,引起钢的塑性、韧性下降,称为一次氢脆(HydrogenEmbrittlement)。在室温附近氢脆显著。此过程是可逆的。在去除溶解氢后脆性即消除,钢材可恢复机械性能。

  2.1.2防护控制点3材质控制:选材避开氢开裂敏感性高的高强度区,焊材采用低氢、超低氢材质操作控制:开停工时,控制升降压起始温度及升降温速度,令溶解氢充分释放,消除脆性。

  2.2氢腐蚀及控制1腐蚀机理高温高压下,氢侵入钢材与固熔碳或碳化物发生化学反应,造成钢表面及内部脱碳,导致钢材脆断,称为氢腐蚀(HydrogenAttack)方程式为:生成的CH4在晶界、夹杂物等不连续处聚集产生应力集中,发生裂纹、鼓泡,使钢材强度、韧性显著下降而破坏。这种脆性是不可逆的。钢材发生氢腐蚀前要经过一定的孕育时期,此时钢材性质没有显著变化,而一旦达到临界点,发生氢腐蚀,钢材短期内性能将急剧恶化,造成安全事故。孕育期的长短决定了钢材高温高压临氢条件下的安全使用年限。它取决于钢材的化学成分、夹杂物含量、热处理状态及操作条件。美国石油学会发布API941了各类钢材在不同氢分压下得限制温度,并在不断更新,是临氢选材的依据。

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