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双相不锈钢换热管在工程中的应用

来源:小编 发布时间:2021-06-23 次浏览

本文结合加氢装置冷却观察严重腐蚀和泄漏的实际工程情况,分析研究腐蚀机理,重新选择换热管材料,目前工况采用双相不锈钢。本文重点介绍双相钢换热管的材料选择和焊接工艺。

双相不锈钢是由奥氏体和铁素体两种金相组织组成的中间合金不锈钢,铁素体和奥氏体各占50%左右,一般少相含量应达到不锈钢的30%以上。双相不锈钢与铁素体相比,兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点,因此具有较高的塑性和韧性,无室温脆性,大大提高了抗晶间腐蚀性能和焊接性能,而铁素体不锈钢则具有这些特点。在475时脆,具有高导热性和超塑性。与奥氏体不锈钢相比,双相不锈钢具有更高的强度和显着提高的抗晶间腐蚀和氯化物应力腐蚀的能力。这些性能特点使它们广泛应用于石油化工行业,尤其是存在氯化物和硫化物等强腐蚀性介质的地方。与奥氏体不锈钢相比,双相不锈钢显示出优异的抗应力性。腐蚀开裂能力。本文详细研究了加氢设备使用冷却器时换热管局部腐蚀和内漏频繁发生的情况,重新选择和更换双相不锈钢管。有助于工程领域更合理地使用双相不锈钢换热管。

1 原换热管腐蚀情况

冷水机组结构为钩环式浮头换热器,其原材料、设计参数和工艺参数见表1和表2。

1.1 腐蚀条件

2009年冷却器A/B使用后,2014年和2015年冷却器A泄漏3次。 2015年维修期间,更换了冷却器A的管道,由于严重腐蚀,该管道已运行不到2年。 2017年4月再次发生内漏,关停39条管道,而Cooler B在2015年和2017年有两次内漏,尤其是2017年,有23条管道被堵塞。年底冷却器B又内部泄漏了。冷却器A/B换热管束涡流试验表明,换热管束腐蚀变薄非常严重,出现后短时间内仍出现换热器。随着换热器运行时间的增加,腐蚀泄漏的风险和内部泄漏的频率增加。大量换热器切换检修,给机组安全可靠运行带来隐患,汽油、氢气、硫化氢等介质泄漏到管侧循环水中造成严重污染。循环水系统COD严重超标。换热管束外表面宏观腐蚀情况见图1和图2。

1.2 腐蚀机理分析

在正常运行条件下,换热管受轴向压应力,而不是拉应力,不存在应力腐蚀情况。这与现场检查一致。换热管焊缝处发生泄漏。和管板。管板与换热管的焊缝受压应力和缝隙腐蚀,产生应力腐蚀。冷水机组的壳程介质含有H2O和H2S。对于水和硫,操作温度120,如果硫化物不分解,就会发生难以控制的H 2 SH 2 O型腐蚀,包括全面腐蚀和各种腐蚀裂纹。碳钢换热管已不能满足。目前的工作条件。

2 重新选择冷却器换热管

2.1 材料选择

考虑到壳程介质的湿硫化氢腐蚀后,奥氏体不锈钢可以代替碳钢满足壳程腐蚀条件。根据2016-2017年冷却器管侧循环水检测数据,循环水中氯离子含量最高为246.6mg/L,平均为167.4mg/L。氯离子环境下奥氏体不锈钢腐蚀的可靠参考有严格规定,氯离子含量必须小于25ppm。否则会发生应力腐蚀、气孔和晶间腐蚀。如果奥氏体不锈钢不能满足高浓度的氯离子含量,可以考虑几种合理的方法来解决。 (1)在工艺条件允许的情况下,控制循环水的氯离子含量。 (2) 如果工艺条件允许,添加适当的缓蚀剂。 (3)选择非金属材料或衬里材料。 (4)选择合理的其他不锈钢材料。表3显示了不锈钢材料在含氯化物介质中的应用范围。

本次冷却器改造,从经济性和材料的抗应力腐蚀开裂性考虑,选用双相不锈钢换热管S2205解决腐蚀问题。

2.2 双相钢焊接要求

由于压力容器的设计不允许双相不锈钢和碳钢之间有不同的金属焊接接头,在这种变体中,管板也必须用双相不锈钢焊接。参照GB/T 151-2014 《热交换器》及相关文件,确定了两相钢换热管和表面处理两相钢管板焊接合理的焊接工艺。以下是重点:

(1)管板表面焊接和换热管与管板焊接前,必须按照NB/T 47014-2011进行焊接工艺认证。焊接工艺认证的内容还包括显微断面检查、硬度测量和铁素体含量。决心。测量部分应包括焊缝、热影响区和母材。显示结构应为两相平衡结构,无有害晶界析出或二次相。铁素体含量应控制在35%65%范围内。对截面进行10kg维氏硬度试验,测试点应分别分布在截面中心线、距内表面2mm处的热影响区和熔合区,其最大允许硬度值应为320HV10。

(2)过渡层电极:E309MoL和多层电极E2209用于管板双层表面电极。表面焊接前需表面处理的管板表面必须进行100%磁粉检测并认证为I级。管板在堆焊过渡层前必须进行预热,预热温度必须由制造厂根据合格焊接工艺的资质确定。过渡层表面处理完成后,面层表面必须进行100%PT检测,I级认证。管板过渡层表面焊接完成并合格,管板与其他零件(换热管除外)组装并进行去应力热处理,将表面层焊接到表面并缓慢冷却,那么100% UT 和PT 你需要做一个检查。无损检测按NB/T47013.3至5-2015进行。密封面应在表面处理后进行处理。

(3)双钢不锈钢换热管进行晶间织构试验和氯离子应力腐蚀开裂试验,晶间腐蚀试验按GB/T 21433-2008 《不锈钢压力容器晶间腐蚀敏感性检验》的要求进行。检验方法必须符合GB/T 21433-2008 《金属和合金的腐蚀不锈钢晶间腐蚀试验方法》。执行/T 4334-2008 《不锈钢在沸腾氯化镁溶液中应力腐蚀试验方法》的方法E,不产生晶间腐蚀裂纹作为合格指标。进行氯离子应力腐蚀开裂试验。根据YB/T5362-2006 0103010。双相钢换热管所用的焊接材料必须与双相钢相同,钢质换热管采用相同的试验方法。

(4)换热管与管板采用强度焊接和糊胀连接。换热管压扁后,应按YB/T 5362-2006进行氯离子应力腐蚀试验。强度焊接完成并检验合格后,向壳程通入0.030.05MPa的空气或氮气进行气密性试验,试验合格后进行膨胀。

(5)换热管与管板焊接需要两层焊接,第一层焊接完成后,按NB/T 47013.5-2015进行PT检验,一级为合格。焊接第二层,再次进行PT检查,获得第一级认证。总之,对于双相不锈钢的焊接,正确选择焊材、焊接方法、坡口等参数,并兼顾焊接效率,才能保证结构的可靠性和性能。焊缝。

3 结论

近年来,国内技术在双相钢的基础研究、新材料开发、制造工艺、应用实践和使用经验等方面发展较为完善,双相钢的生产工艺和产品质量基本相同。与国外同类产品相比,应用领域越来越广,进一步推动了双相钢应用技术的发展。本文通过对水热冷却器换热管腐蚀和材料变化的介绍和研究,为双相钢技术的设计提供参考。



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