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1、渗铝钢管束应用的可靠性分析及研制王红姜广虹王佩文(山东齐鲁石油化工工程公司,淄博255400)(山东齐鲁石化建设有限公司,淄溥255400)摘要:针对渗铝钢在含硫介质中应用的可靠性进行试验分析论证,并对渗铝钢管束制造中所存在的难点进行研究,确定了其制造工艺。1前言随着我国经济高速持续发展,国家对国际原油市场的依赖度在不断增加;炼油企业大量掺炼进口高硫原油,使得生产过程产生大量硫化物,如:SO2、SO3、H2S和有机硫等;这些腐蚀介质的产生,加上炼油工艺的高温条件,加速了对设备材料的腐蚀,使其使用寿命大大
2、缩短;特别是装置中所应用的管壳式换热器,有的仅使用几个月就因腐蚀报废,极大地提高了生产成本。对于换热器来说,其他元件可以预留大的腐蚀余量来保证其使用寿命。而对于换热管来说,受管子流通面积、管内流量和换热效率等的影响以及制造等许多因素的制约,其壁厚一般选为2～4mm,通常情况下是不考虑腐蚀余量的。而且换热管同时接触两侧介质,比换热器其他元件所处的腐蚀环境更为恶劣,管壁极易被腐蚀穿透。当然,人们可以通过选用一些耐腐蚀的、价格昂贵的高合金材料来保证其使用寿命,但却使设备投资成倍增加。渗铝工艺和碳钢渗铝管的研发
3、成功为此开辟了新的天地。渗铝钢不仅具有耐高温硫化物腐蚀和优良的耐磨性能,而且价格便宜(仅为18-8不锈钢的1/3左右),这些优点展现了它在炼化企业的广阔应用前景。但是,由于人们对渗铝钢各种性能的认识不足,尤其是其焊接制造工艺不成熟,制约着渗铝钢的推广应用。笔者通过大量试验和生产实践对渗铝钢的加工特性进行研究、分析,掌握了渗铝钢换热器的制造技术。2渗铝钢的基本特性2.1渗铝钢耐蚀性渗铝钢是指普通碳钢经特殊的处理工艺,在钢材表面生成一层铝-铁合金。目前我国的渗铝技术常用的有热浸法和固体法(粉末法)两种。渗铝
4、层厚度热浸法可达0.1mm以上,固体法可达0.05mm以上。经过渗铝处理后的碳钢渗铝层含铝量在50%以上,是FemAln化合物;在渗铝层表面为尖晶石型无空位点阵氧化物Al2O3·FeO保护膜。由于这种保护膜致密性好,且在腐蚀介质中的抗溶解能力高,所以具有极强的保护能力,使渗铝钢具有良好的耐蚀能力。渗铝钢的金相组织见图1,说明渗铝层是Fe-Al化合物。图1渗铝钢金相组织150×为考证渗铝钢在硫化物中的耐腐蚀性能,笔者用经渗铝后的10#钢进行了实验室试验,所得的数据列于表1。表1渗铝10#钢在硫化物中的耐腐
5、蚀性能(100h)mm/a温度℃400500600700800SO2/O2=3/70.0020.0160.0250.0330.096SO3/O2=2/50.0030.0630.1630.2390.388表1中所列数据是在SO2和O2比例为3/7,SO3和O2比例为2/5的情况进行的试验,在100小时下用失重法所得的试验值。根据文[2]介绍,渗铝钢在炼油装置中不同温度和浓度下的含H2S介质中进行挂片试验,测得的腐蚀速率在0.07～0.003mm/a之间。2.2渗铝钢的导热性能碳钢经渗铝后导热系数的变化如何
6、将直接影响换热效果,激光热导仪测定的结果:<10mm圆形试件在593℃时,渗铝前0.069cm2/s,渗铝后为0.0678cm2/s,说明渗铝钢与原钢材的导热系数相近,渗铝后不影响导热性。从实验室和现场挂片数据看,在500℃以下渗铝钢有着优良的耐腐蚀品质。在两种实验场合下,经渗铝处理后的碳钢,其腐蚀速率在0.007～0.03mm/a之间,而相同环境下碳钢则为0.3～0.6mm/a,两者相差20～40倍,且渗铝钢腐蚀速率的最大值仅为0.03mm/a,腐蚀极微。另外从实测的导热性来看,渗铝钢的导热性能与原钢
7、材的导热系数非常相近,渗铝后不影响导热性。2.3经渗铝处理后10#钢管的机械性能前面的实验数据已经验证了经渗铝处理后碳钢在抗腐蚀能力上和传热效率上完全可以满足换热器的使用要求,但人们还普遍关心经渗铝处理后其材料机械性能如何?会发生什么样的变化?为此笔者从同炉号、同批号、同一轧制工艺按GB8163-87标准生产的10#冷拔管(<25×2.5)中抽取若干试样,一部分试件经950～980℃温度下固体渗铝处理,其余的试件作为对比件进行试验比较分析,其结果如下。(1)拉伸试验数据表2拉伸试验数据试验号渗铝管非渗铝
8、管σsMPaσbMPaδ%σsMPaσbMPaδ%1283.1356.737.2254.7393.535.22254.7359.540.260.4412.738.73255.9358.937.9271.7382.740.54260.4352.731.55259.3355.537.26259.3356.737.1平均值262.1356.737.3262.3393.638.1GB8163值≥205335～41524%≥205335～41524%
