19×2换热管用防腐新钢种(08Cr2AlMo)的开发和应用
文章来源：不锈钢U型管
作者：外链代发
人气：11
2022-06-14 13:44:18
1概况
热交换器是石化企业量大面广的重要炼油设备，以一套年处理量250万吨的常减压装置计，大小冷换设备就达90台之多，还不包括空冷器。目前随着原油含硫量的增加，再加上油品的深度加工处理，使炼油设备的腐蚀环境更为苛刻，换热设备腐蚀失效而影响安全生产的矛盾也越来越突出，为了保证换热设备的安全、长周期运行，迫切需要开发一些新型耐蚀材料用于制造换热器的管束。
在70年代初，由上海材料所、上钢三厂等单位研制出了抗H，S-HCN-H2O系应力腐蚀开裂用钢12Cr2AMoV板材，该钢具有良好的抗硫化氢应力腐蚀能力，适用于制造壁厚较厚的塔体和容器。但是，我们通过调研发现，如果用该钢种生产钢管制造换热器管束却存在不少问题，炼油厂常用热交换器钢管规格一般为25×2.5和19×2，长度6~14m，生产这类无缝钢管不仅要经过象制造钢板的那样的冶炼和轧制过程，而且还要穿孔热挤，多次冷拨和中间退火，由于12Cr2AlMoV具有较大的淬硬倾向，处理稍有不当，管子在冷拨时就发生断裂，成品管易产生裂纹，同时12Cr2AlMoV硬度偏高，与炼厂常用换热器管板16Mn锻的硬度不相匹配，按照GB151-89和SHS01009-92有关规定，管子与管板的胀接工艺必须要有一定的硬度差。
2耐腐蚀新钢种的研制开发
为了满足石化企业的需要，由上海材料所、上海炼油厂与兴澄集团公司开发了耐硫化氢应力腐蚀开裂的08Cr2AlMo热交换器专用无缝钢管新钢种。
（1）该新钢种在化学成分上保持了耐蚀元素Cr、Al、Mo的含量，降低了钢的含碳量，并不加钒元素，使生产出的钢管既保持了抗硫化氢腐蚀能力，同时保证钢管的硬度与管板的硬度相匹配，从而满足了热交热器制造工艺。
（2）08Cr2AlMo钢在炼钢工艺上，采用100吨电炉治炼+炉外精炼（真空脱气）连续浇注和热送连轧等工装条件和严格的质量控制手段，提高了钢的纯净度，确保了新钢种的质量。并配有专用焊接材料，使该钢有较好的可焊性及制造性。
（3）08Cr2AlMo钢的耐蚀性能
1）抗硫化氢应力腐蚀试验
经实验室按TM-01-77-90标准试验条件，对08Cr2AlMo、12Cr2AlMoV、12Cr2Mo与10*钢4种管材及其同种材料焊缝的C型试样腐蚀试验，其结果为加载的10*钢和加载的12Cr2Mo钢焊接试样在硫化氢介质中发生应力腐蚀开裂，未焊接的12C2AlMoV未裂，而焊接与未焊接的08Cr2AlMo钢均未发现开裂。在上述标准的硫化氢实验溶液中，08Cr2AlMo和12Cr2AlMoV钢的腐蚀率均为0.2mg/cm2.
2）HCl水溶液中的腐蚀试验
按GB10124-88标准，对10"、12Cr2Mo和08Cr2AlMo三种换热管试样进行腐蚀试验，在80℃、
5%HCI水溶液中24小时试验结果，08Cr2AlMo钢的腐蚀率大约是碳钢的22.6%、12Cr2Mo钢的33.5%。
3）水质腐蚀试验
炼厂冷却水通常为软化水和循环水二种，试验用水取自上海炼油厂的实际冷却水。
按GB10124-88标准，对10"、12Cr2Mo、08Cr2AlMo三种钢试样进行恒温水浴试验，其结果表明：在软化水中：3种钢的腐蚀率随温度增加而增加，但在试验温度范围内，08Cr2AlMo钢的耐蚀性比其他两种要好。
在循环水中：50~60℃时3种钢的腐蚀率最高，08Cr2Mo钢的腐蚀率最低，比碳钢低1.5~2倍，比12C2Mo低1.5倍左右。
308Cr2AlMo新钢种在我厂应用我厂石蜡加氢装置氢气冷却器E104/1.2为该装置的关键设备，原为进口的高压氢气套管式换热器，国产化改型为U型管换热器，上下两台串联重叠安装，设计类别为三类，其设计条件见表1。
该换热器自1998年投用，使用6个多月后因管束腐蚀穿孔停工抢修堵孔3根6只口，1999年第二次泄漏，决定抢制新管束更新，时值兴澄集团公司第一批08Cr2AlMo管子试产成功，我厂决定用12Cr2Mo和08Cr2AlMo钢管同时抢制两台管束备用，后因生产急需，先制造完毕的12Cr2Mo管束先投用，08Cr2AlMo管束作备用。1999年6月在装置更换催化剂停临时机，对换104解体，发现管束又已严重腐蚀，将备用的08Cr2AlMo管束用上，原12Cr2Mo管束使用寿命仅4~5个月。装置于2000年5月计划停工大修，对08Cr2AlMo钢管束进行检查，试压发现开始泄漏，更换新管束，其寿命达11个月，比原12Cr2Mo管束延长使用期近半年。
根据对换104腐蚀分析，其主要原因为软化水含氧量过高而产生的阴极耗氧腐蚀及垢下局部腐蚀所致。这是08Cr2AlMo新钢种在此特定工况中的首次尝试，初见成效，在石蜡加氢2000年检修中，换104/1.2二台管束同时应用了08Cr2AlMo材料。
就经济效益分析看，一台08Cr2AlMo管束顶替二台12C2Mo管束，节约了一台管束的制造安装费用和非计划停工的生产损失，同时提高了装置运行中的安全因素。
目前在我厂已有20余台（片）冷换设备应用了08Cr2AlMo新钢种。使用工况从石蜡加氢扩大到催化裂化、蒸馏、延迟焦化、丙烷脱沥青、汽柴油加氢等炼油装置，涉及介质有富吸收油、汽油、柴油、蜡、氢气、硫化氢及丙烷、循环水等。
在我厂使用新钢种的冷换设备中，其结构有浮头式，也有U型管束，换热管规格25×2.5和19×2（2.5），定尺长度为6~14m。针对我厂三套蒸馏装置三顶空冷片腐蚀情况，特别是3“蒸馏常顶空冷器使用一年就发生腐蚀穿孔的现状，我厂用08Cr2AlMo钢管试制了3片空冷片，采用全胀接结构，严格控制管子与管箱板硬度差在30左右，翅片采用双金属轧制工艺。其中4.5×3和9×2的2片空冷片已分别用于2”蒸馏减顶空冷器和3“蒸馏常顶空冷器上，另一片9×3已制造验收合格。
热交换器是石化企业量大面广的重要炼油设备，以一套年处理量250万吨的常减压装置计，大小冷换设备就达90台之多，还不包括空冷器。目前随着原油含硫量的增加，再加上油品的深度加工处理，使炼油设备的腐蚀环境更为苛刻，换热设备腐蚀失效而影响安全生产的矛盾也越来越突出，为了保证换热设备的安全、长周期运行，迫切需要开发一些新型耐蚀材料用于制造换热器的管束。
在70年代初，由上海材料所、上钢三厂等单位研制出了抗H，S-HCN-H2O系应力腐蚀开裂用钢12Cr2AMoV板材，该钢具有良好的抗硫化氢应力腐蚀能力，适用于制造壁厚较厚的塔体和容器。但是，我们通过调研发现，如果用该钢种生产钢管制造换热器管束却存在不少问题，炼油厂常用热交换器钢管规格一般为25×2.5和19×2，长度6~14m，生产这类无缝钢管不仅要经过象制造钢板的那样的冶炼和轧制过程，而且还要穿孔热挤，多次冷拨和中间退火，由于12Cr2AlMoV具有较大的淬硬倾向，处理稍有不当，管子在冷拨时就发生断裂，成品管易产生裂纹，同时12Cr2AlMoV硬度偏高，与炼厂常用换热器管板16Mn锻的硬度不相匹配，按照GB151-89和SHS01009-92有关规定，管子与管板的胀接工艺必须要有一定的硬度差。
2耐腐蚀新钢种的研制开发
为了满足石化企业的需要，由上海材料所、上海炼油厂与兴澄集团公司开发了耐硫化氢应力腐蚀开裂的08Cr2AlMo热交换器专用无缝钢管新钢种。
（1）该新钢种在化学成分上保持了耐蚀元素Cr、Al、Mo的含量，降低了钢的含碳量，并不加钒元素，使生产出的钢管既保持了抗硫化氢腐蚀能力，同时保证钢管的硬度与管板的硬度相匹配，从而满足了热交热器制造工艺。
（2）08Cr2AlMo钢在炼钢工艺上，采用100吨电炉治炼+炉外精炼（真空脱气）连续浇注和热送连轧等工装条件和严格的质量控制手段，提高了钢的纯净度，确保了新钢种的质量。并配有专用焊接材料，使该钢有较好的可焊性及制造性。
（3）08Cr2AlMo钢的耐蚀性能
1）抗硫化氢应力腐蚀试验
经实验室按TM-01-77-90标准试验条件，对08Cr2AlMo、12Cr2AlMoV、12Cr2Mo与10*钢4种管材及其同种材料焊缝的C型试样腐蚀试验，其结果为加载的10*钢和加载的12Cr2Mo钢焊接试样在硫化氢介质中发生应力腐蚀开裂，未焊接的12C2AlMoV未裂，而焊接与未焊接的08Cr2AlMo钢均未发现开裂。在上述标准的硫化氢实验溶液中，08Cr2AlMo和12Cr2AlMoV钢的腐蚀率均为0.2mg/cm2.
2）HCl水溶液中的腐蚀试验
按GB10124-88标准，对10"、12Cr2Mo和08Cr2AlMo三种换热管试样进行腐蚀试验，在80℃、
5%HCI水溶液中24小时试验结果，08Cr2AlMo钢的腐蚀率大约是碳钢的22.6%、12Cr2Mo钢的33.5%。
3）水质腐蚀试验
炼厂冷却水通常为软化水和循环水二种，试验用水取自上海炼油厂的实际冷却水。
按GB10124-88标准，对10"、12Cr2Mo、08Cr2AlMo三种钢试样进行恒温水浴试验，其结果表明：在软化水中：3种钢的腐蚀率随温度增加而增加，但在试验温度范围内，08Cr2AlMo钢的耐蚀性比其他两种要好。
在循环水中：50~60℃时3种钢的腐蚀率最高，08Cr2Mo钢的腐蚀率最低，比碳钢低1.5~2倍，比12C2Mo低1.5倍左右。
308Cr2AlMo新钢种在我厂应用我厂石蜡加氢装置氢气冷却器E104/1.2为该装置的关键设备，原为进口的高压氢气套管式换热器，国产化改型为U型管换热器，上下两台串联重叠安装，设计类别为三类，其设计条件见表1。
该换热器自1998年投用，使用6个多月后因管束腐蚀穿孔停工抢修堵孔3根6只口，1999年第二次泄漏，决定抢制新管束更新，时值兴澄集团公司第一批08Cr2AlMo管子试产成功，我厂决定用12Cr2Mo和08Cr2AlMo钢管同时抢制两台管束备用，后因生产急需，先制造完毕的12Cr2Mo管束先投用，08Cr2AlMo管束作备用。1999年6月在装置更换催化剂停临时机，对换104解体，发现管束又已严重腐蚀，将备用的08Cr2AlMo管束用上，原12Cr2Mo管束使用寿命仅4~5个月。装置于2000年5月计划停工大修，对08Cr2AlMo钢管束进行检查，试压发现开始泄漏，更换新管束，其寿命达11个月，比原12Cr2Mo管束延长使用期近半年。
根据对换104腐蚀分析，其主要原因为软化水含氧量过高而产生的阴极耗氧腐蚀及垢下局部腐蚀所致。这是08Cr2AlMo新钢种在此特定工况中的首次尝试，初见成效，在石蜡加氢2000年检修中，换104/1.2二台管束同时应用了08Cr2AlMo材料。
就经济效益分析看，一台08Cr2AlMo管束顶替二台12C2Mo管束，节约了一台管束的制造安装费用和非计划停工的生产损失，同时提高了装置运行中的安全因素。
目前在我厂已有20余台（片）冷换设备应用了08Cr2AlMo新钢种。使用工况从石蜡加氢扩大到催化裂化、蒸馏、延迟焦化、丙烷脱沥青、汽柴油加氢等炼油装置，涉及介质有富吸收油、汽油、柴油、蜡、氢气、硫化氢及丙烷、循环水等。
在我厂使用新钢种的冷换设备中，其结构有浮头式，也有U型管束，换热管规格25×2.5和19×2（2.5），定尺长度为6~14m。针对我厂三套蒸馏装置三顶空冷片腐蚀情况，特别是3“蒸馏常顶空冷器使用一年就发生腐蚀穿孔的现状，我厂用08Cr2AlMo钢管试制了3片空冷片，采用全胀接结构，严格控制管子与管箱板硬度差在30左右，翅片采用双金属轧制工艺。其中4.5×3和9×2的2片空冷片已分别用于2”蒸馏减顶空冷器和3“蒸馏常顶空冷器上，另一片9×3已制造验收合格。
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