石化设备不锈钢选用
时间：2019-06-13
作者：无锡不锈钢板
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1、低温H2S-HCl-H2O环境
在常减压三顶及其冷凝冷却系统，低于150℃部位存在H2S-HCl-H2O环境。由于HCl与H2S相互促进构成循环腐蚀。碳钢发生严重均匀腐蚀，Cr13钢发生点蚀，18-8钢则发生应力腐蚀玻裂。国外采用Monel、HastelloyC-4与钛作复合材料与内件，目前国内对塔顶壳体主要采用碳钢+0Cr13Al，内件0Cr13Al也采用3RE60与2205双相钢。0Cr13Al含碳量＜0.08%，在钢中加铝后组织中含大量铁素体，焊后或热处理后可得少量马氏体，具有较强的抗硫腐蚀能力，由于它比18-8钢价廉，且抗应力腐蚀能力强，而弥补了它抗点蚀差的不足，0Cr13Al不仅对氯脆，而且对连多硫酸SCC也不敏感。但该钢复合钢板与钢管多要进口。国内厂家也有使用2205的，效果也不错。
2、低温HCN-H2S-H2O环境
催化吸收解吸系统存在HCN-H2S-H2O腐蚀环境。碳钢发生均匀腐蚀、氢鼓泡与SCC，18-8钢发生SCC。国内多用0Cr13Al，如分馏塔、吸收塔、解吸塔与稳定塔均采用碳钢+0Cr13Al，塔盘用0Cr13或1Cr13。也可采用12Cr2AlMoV、08Cr2AlMo，但不能用奥化体不锈钢焊条焊接铬钼钢或0Cr13钢，因为易发生SCC。
3、低温RNH2（乙醇胺）-H2S-CO2-H2O环境
在干气及液化石油气脱硫的再生塔、气体吸收塔重沸器等部位会形成RNH2-H2S-CO2-H2O环境。碳钢产生均匀腐蚀与SCC，但一般仍多采用碳钢作设备，必须进行焊后消除应力处理。但对腐蚀环境恶劣的重沸器等设备宁可选用18-8不锈钢，如321。
4、低温H2S+H2O环境
湿硫化氢环境在含硫原油加工中普遍存在。对H2S＞50×10-6环境，为抗SCC与SOHIC（定向应力氢诱导开裂）应选用优质的20R16MnR（Ni＜1%，碳当量≤0.43，控制S、P含量）设备应焊后热处理，硬度不应＞HB200，组织为铁素体+珠光体；对H2S＞500×10-6，氰化物＞20×10-6环境，宜采用20R或16MnR+0Cr13Al复合壳体，0Cr13作内件。对H2S+H2O环境一般不选用18-8钢，也不能用18-8焊条焊接碳钢或低合金钢。如选用奥氏体不锈钢，则不能进行冷加工，硬度值不大于HRC20.5，否则易产生SCC。
5、高温S-H2S-RSH环境
在常减压塔下部，转油线及高温换热器大于24℃部位，随温度升高，会产生S-H2S-RSH型腐蚀，通常采用Cr5Mo、Cr9Mo、Cr13。Cr13钢能完全满足抗高温S-H2S-RSH腐蚀要求。含Cr钢由于表面生成Cr2O 3、FeCr2S4混合尖晶石型硫化物保护层，故能有效抗高温硫腐蚀。要求低的可采用加Al、Mo的低合金钢；要求较高的应采用18-8不锈钢。
6、高温S-H2S-RSH-RCOOH（环烷酸）环境
采用高硫高酸（酸值≥0.5mgKOH/g）原油加工的设备，如常压塔下部、减压塔，催化与焦化的分馏塔、重油管线（尤其弯管）、炉管等，温度超过240℃会引起腐蚀，腐蚀速度在270~280℃最大，超过343℃则大幅下降。RCOOH与Fe起作用生成的Fe(RCOO)2是可溶性的，而且对表面FeS膜还有清洗作用。环烷酸腐蚀主要与酸值、温度与流速有关。当酸值小于0.5时，不考虑影响。在环烷酸腐蚀环境下，碳钢腐蚀率为7~9mm/a，铁素体无锡不锈钢与双相不锈钢通常超过它们的使用温度范围，不宜采用，而应选用含Mo量大于2%~3%的316与317，304型钢虽对硫不起作用，但环烷酸对它仍有一定腐蚀，虽然中石化的“选材导则”规定也可用304钢，但最好采用316钢，如仍出现腐蚀，则应采用317钢。如辽河原油含酸较高，锦西等炼厂大量使用316与317进行防腐改造。如减压塔采用20R+316L复合板，内件全部用316L。
7、高温H2＋H2S环境
加氢精制与加氢裂化装置均处于大于240℃的H2+H2S环境，它比单独的H2与H2S的腐蚀强烈，反应系统设备与管道根据操作条件，应按库柏（Couper）曲线与纳尔逊（Nelson）曲线选材。如反应器及反应流出物换热器壳体采用1.0~3.0Cr、0.5~1.0Mo钢复层堆焊309S+316L或309S+347，内件与管子为0Cr18Ni10Ti。内壁不锈钢堆焊层作用是防止母材CrMo钢发生高温H2+H2S腐蚀，采用双层堆焊，309S为过渡层，347或316L为防护层，抗裂性优于单层堆焊。采用稳定化不锈钢比超低碳钢好，因为高温强度高。稳定化不锈钢适用于≤450℃，如用于更高温度则要采用25~20钢。影响腐蚀主要因素是温度与H2S浓度。因此，操作应谨慎，防止CrMo钢回火脆性与堆焊层剥离与氢致裂纹。
8、连多硫酸环境
连多硫酸是由加工含硫原料的不锈钢部件在停工时残留的硫化物遇水与氧反应而生成。对奥化体不锈钢会产生SCC，尤其是长期处于300~400℃而进行敏化处理会促进晶间应力腐蚀破裂。主要发生于临氢反应器不锈钢堆焊层与内件，催化的旋风分离器，烟道气膨胀节等。工程设计多选用Ti/C=7~8稳定化不锈钢，但SCC仍时有发生，一般停工期间应即按NECE-RP-OI-75的要求与步骤进行中和碱洗，再用氮封。又如催化高温烟道气管道上用321钢制波纹管膨胀节，普遍发生SCC。国外多用Incoloy800合金解决，中科院金属所开发B315合金，足以Cr20Ni25为基，加Mo、N、Cu、Nb等元素，已在茂名、上海、广州等石化厂成功应用。
在常减压三顶及其冷凝冷却系统，低于150℃部位存在H2S-HCl-H2O环境。由于HCl与H2S相互促进构成循环腐蚀。碳钢发生严重均匀腐蚀，Cr13钢发生点蚀，18-8钢则发生应力腐蚀玻裂。国外采用Monel、HastelloyC-4与钛作复合材料与内件，目前国内对塔顶壳体主要采用碳钢+0Cr13Al，内件0Cr13Al也采用3RE60与2205双相钢。0Cr13Al含碳量＜0.08%，在钢中加铝后组织中含大量铁素体，焊后或热处理后可得少量马氏体，具有较强的抗硫腐蚀能力，由于它比18-8钢价廉，且抗应力腐蚀能力强，而弥补了它抗点蚀差的不足，0Cr13Al不仅对氯脆，而且对连多硫酸SCC也不敏感。但该钢复合钢板与钢管多要进口。国内厂家也有使用2205的，效果也不错。
2、低温HCN-H2S-H2O环境
催化吸收解吸系统存在HCN-H2S-H2O腐蚀环境。碳钢发生均匀腐蚀、氢鼓泡与SCC，18-8钢发生SCC。国内多用0Cr13Al，如分馏塔、吸收塔、解吸塔与稳定塔均采用碳钢+0Cr13Al，塔盘用0Cr13或1Cr13。也可采用12Cr2AlMoV、08Cr2AlMo，但不能用奥化体不锈钢焊条焊接铬钼钢或0Cr13钢，因为易发生SCC。
3、低温RNH2（乙醇胺）-H2S-CO2-H2O环境
在干气及液化石油气脱硫的再生塔、气体吸收塔重沸器等部位会形成RNH2-H2S-CO2-H2O环境。碳钢产生均匀腐蚀与SCC，但一般仍多采用碳钢作设备，必须进行焊后消除应力处理。但对腐蚀环境恶劣的重沸器等设备宁可选用18-8不锈钢，如321。
4、低温H2S+H2O环境
湿硫化氢环境在含硫原油加工中普遍存在。对H2S＞50×10-6环境，为抗SCC与SOHIC（定向应力氢诱导开裂）应选用优质的20R16MnR（Ni＜1%，碳当量≤0.43，控制S、P含量）设备应焊后热处理，硬度不应＞HB200，组织为铁素体+珠光体；对H2S＞500×10-6，氰化物＞20×10-6环境，宜采用20R或16MnR+0Cr13Al复合壳体，0Cr13作内件。对H2S+H2O环境一般不选用18-8钢，也不能用18-8焊条焊接碳钢或低合金钢。如选用奥氏体不锈钢，则不能进行冷加工，硬度值不大于HRC20.5，否则易产生SCC。
5、高温S-H2S-RSH环境
在常减压塔下部，转油线及高温换热器大于24℃部位，随温度升高，会产生S-H2S-RSH型腐蚀，通常采用Cr5Mo、Cr9Mo、Cr13。Cr13钢能完全满足抗高温S-H2S-RSH腐蚀要求。含Cr钢由于表面生成Cr2O 3、FeCr2S4混合尖晶石型硫化物保护层，故能有效抗高温硫腐蚀。要求低的可采用加Al、Mo的低合金钢；要求较高的应采用18-8不锈钢。
6、高温S-H2S-RSH-RCOOH（环烷酸）环境
采用高硫高酸（酸值≥0.5mgKOH/g）原油加工的设备，如常压塔下部、减压塔，催化与焦化的分馏塔、重油管线（尤其弯管）、炉管等，温度超过240℃会引起腐蚀，腐蚀速度在270~280℃最大，超过343℃则大幅下降。RCOOH与Fe起作用生成的Fe(RCOO)2是可溶性的，而且对表面FeS膜还有清洗作用。环烷酸腐蚀主要与酸值、温度与流速有关。当酸值小于0.5时，不考虑影响。在环烷酸腐蚀环境下，碳钢腐蚀率为7~9mm/a，铁素体无锡不锈钢与双相不锈钢通常超过它们的使用温度范围，不宜采用，而应选用含Mo量大于2%~3%的316与317，304型钢虽对硫不起作用，但环烷酸对它仍有一定腐蚀，虽然中石化的“选材导则”规定也可用304钢，但最好采用316钢，如仍出现腐蚀，则应采用317钢。如辽河原油含酸较高，锦西等炼厂大量使用316与317进行防腐改造。如减压塔采用20R+316L复合板，内件全部用316L。
7、高温H2＋H2S环境
加氢精制与加氢裂化装置均处于大于240℃的H2+H2S环境，它比单独的H2与H2S的腐蚀强烈，反应系统设备与管道根据操作条件，应按库柏（Couper）曲线与纳尔逊（Nelson）曲线选材。如反应器及反应流出物换热器壳体采用1.0~3.0Cr、0.5~1.0Mo钢复层堆焊309S+316L或309S+347，内件与管子为0Cr18Ni10Ti。内壁不锈钢堆焊层作用是防止母材CrMo钢发生高温H2+H2S腐蚀，采用双层堆焊，309S为过渡层，347或316L为防护层，抗裂性优于单层堆焊。采用稳定化不锈钢比超低碳钢好，因为高温强度高。稳定化不锈钢适用于≤450℃，如用于更高温度则要采用25~20钢。影响腐蚀主要因素是温度与H2S浓度。因此，操作应谨慎，防止CrMo钢回火脆性与堆焊层剥离与氢致裂纹。
8、连多硫酸环境
连多硫酸是由加工含硫原料的不锈钢部件在停工时残留的硫化物遇水与氧反应而生成。对奥化体不锈钢会产生SCC，尤其是长期处于300~400℃而进行敏化处理会促进晶间应力腐蚀破裂。主要发生于临氢反应器不锈钢堆焊层与内件，催化的旋风分离器，烟道气膨胀节等。工程设计多选用Ti/C=7~8稳定化不锈钢，但SCC仍时有发生，一般停工期间应即按NECE-RP-OI-75的要求与步骤进行中和碱洗，再用氮封。又如催化高温烟道气管道上用321钢制波纹管膨胀节，普遍发生SCC。国外多用Incoloy800合金解决，中科院金属所开发B315合金，足以Cr20Ni25为基，加Mo、N、Cu、Nb等元素，已在茂名、上海、广州等石化厂成功应用。