南京炼油厂是我国使用双相不锈钢焊接构件比较早的一个企业。该厂原油中的无机盐(NaCl、CaCl2和MgCl2)和硫化物(H2S、RSH、RSR等),在炼制过程中水解和热解作用产生了大量H2S和HCI等腐蚀性较强的物质。在该环境中Cl-的含量一般在100mg/L,最高达2000~4000mg/L;H2S为32~65mg/L。在常减压装置中,碳钢产生均匀腐蚀,Cr13型马氏体不锈钢产生孔腐蚀,而0Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢发生了应力腐蚀,造成设备在不发生任何形变的情况下突然破裂,生产被迫中断,遭受极大的经济损失。事故的主要原因是Cl-引起应力腐蚀。鉴此,该厂与北京钢铁研究院共同对 022Cr19Ni5Mo3Si2N(00Cr18Ni5Mo3Si2)双相不锈钢进行了研制。


   对研制的022Cr19Ni5Mo3Si2N 钢板、碳钢和 0Cr18Ni9Ti钢的钢板进行了挂片均匀腐蚀的比较试验,试验结果见表7-29。从表中可以明显地看出,022Cr19Ni5Mo3Si2N 双相不锈钢均匀腐蚀速度远远低于其他两种材料。决定在已损坏的设备中的0Cr18Ni9Ti、1Cr13和碳钢的焊接结构全部更换为双相不锈钢焊接结构,经十余年生产运行没有发现应力腐蚀破裂情况,取得了明显效果。


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1. 减压塔顶挥发线衬里


   减压塔的挥发线水平段因介质为液相,处于管子下半周呈大坑蚀和顺流方向的沟槽状腐蚀,导致管子局部孔蚀穿孔。改用00Cr18Ni5Mo3Si2 双相不锈钢管(壁厚2mm,焊条选用A302),使用5年后检查,液相部位衬里表面无腐蚀。减压塔顶挥发线如图7-2所示,其规格为1100mm,采用00Cr18Ni5Mo13Si2衬里,从塔顶出口到冷却器全长约2500mm,用宽板塞焊(焊条 A302),已使用十余年,检查数次,未出现异常现象。


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2. 水冷器


   常压塔顶水冷器换热面积为180㎡,用φ25mm×2.5mm×600mm的碳钢管197根,在油气入口处仅工作了3个月就腐蚀穿孔。后更换用00Cr18Ni5Mo3Si2 双相不锈钢管制作的一台水冷却管束的上半部,用0Cr118Ni9Ti钢管制作了下半部。使用3年后进行对比检查,发现下半台0Cr18Ni9Ti不锈钢管的焊接构件,表面布满腐蚀孔,且孔较深,在管板区域内的管子出现了应力腐蚀裂纹;同台上半部的双相不锈钢管焊接构件,完好无损,没有出现应力腐蚀裂纹。这就显示出双相不锈钢焊接构件,在同等条件下优越于0Cr18Ni9Ti的焊接构件。



3. 空冷器


   减压塔顶原为水冷却,后改为空冷器,采用Φ25mm×2.5mm×4500mm 不锈钢管,由24片组成,其中用00Cr18Ni5Mo3Si2 双相不锈钢管制成9片,其余为0Cr18Ni9Ti 不锈钢管。对冷凝水介质进行分析为:pH=7~8.9;Cl-16.51~499mg/L,一般小于150mg/L;H2S 52.7~175.93mg/L,最高达1055mg/L。


   空冷器运行8年后经检查,其中第三级空冷器中0Cr18Ni9Ti不锈钢管束用0.6MPa 压力做水压试验,发现空冷器上排管几乎都发生泄漏。如在管板内一段管子的孔腐蚀严重发生泄漏,有的连成直径约5mm的腐蚀坑,有数条裂纹起源于腐蚀坑,为环形裂纹,长度9~11mm。管子内外壁均有裂纹发生,有的裂纹已穿透管壁,裂纹有主裂纹和树枝状的细小支裂纹,裂纹有穿晶也有沿晶(即混合型),属于应力腐蚀裂纹的特征。


   对裂纹处的腐蚀产物进行能谱分析,其成分的质量分数(%)如下,管外表面Cl-:高达7.809;S:12.657;K:1.429; Ca: 3.011; Na:10.859;管内表面Cl-:0.149;S:13.08;K:0.786;Ca:0.504。从能谱分析看出,可以认为0Cr18Ni9Ti钢管的应力腐蚀破裂是由Cl-而引起的。后全部改用00Cr18Ni5Mo3Si2 双相不锈钢管,克服了上述缺陷。


   SAF2205 双相不锈钢管的焊接管道尺寸:168mmx13mm坡口形式与尺寸:60°单V形坡口,钝边2mm,根部间隙2mm。


   焊接工艺:母材与焊接材料的化学成分分别列于表7-30。采用TIG焊打底,焊丝直径2.0mm。焊缝填充及盖面采用焊条电弧焊,焊条直径3.2mm。


   焊接参数列于表 7-31 ,焊接接头的综合性能列于表 7-32 。





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