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        化工設備的選材與不銹鋼的應用

        文章出處:http://www.worldguvenlik.com/ 人氣:發表時間:2019-12-04

                小化工生產是很復雜的生產過程,不僅有著各種不同性質的工作介質嚴重的腐蝕性,而且溫度、壓力變化的范圍很大;不同的工作介質和不同的生產條件要求使用的材料也各不相同,如果對材料的性質掌握不全面,選擇不合理,不僅會造成很大浪費,還有可能造成生產事故,影響正常生產,因此化工設備耐蝕材料的選擇,始終是廣大用戶和設計工作者需要首先慎重考慮的問題。

        1、如何選擇一般化工設備常用材料

                目前,國內化工設備尤其是大量的塔器、換熱器、冷凝器、分離器、槽、罐等常用設備多數都常用碳素鋼、低合金鋼和不銹鋼材料制造的,因此在選擇化工設備用材時,除必須考慮設備的操作條件、材料的加工性能、焊接性能、熱處理及設備結構等因素外,一般情況下,下列規定是經濟合理的:
              (1).所需鋼板厚度小于8mm時,在碳素鋼與低合金強度鋼之間,應盡量選用碳素鋼鋼板。
              (2).在以剛度或結構為主的場合,應盡量選用普通碳素鋼。在以強度為主的場合,應根據壓力、溫度、介質等使用條件的限制,依次選用Q235-AF、Q235-A、Q235-B、Q235-C、20R(20g)、16MnR等鋼板。

        2、化工設備中不銹鋼材料的選用

                在化工生產中,設備往往在酸、堿、鹽以及各種活性氣體等介質中工作,其失效的原因多是腐蝕所致,所以廣泛地應用了各種類型的不銹鋼。當不銹鋼用于化工設備時,下列規定是合理的:
                (1).設計計算出所需不銹鋼厚度大于12mm時,應盡量采用襯里、復合、堆焊等結構形式。但也應根據市場價格做經濟分析。
                (2).不銹鋼應盡量不用作設計溫度≤500℃的耐熱用鋼。不銹鋼用于介質腐蝕性較高、防鐵離子污染或設計溫度>500℃或設計溫度<-100℃的耐熱或低溫用鋼最為適宜。

        3.選用不銹鋼需注意的問題

                不銹鋼具有耐高溫、耐低溫、耐多種介質腐蝕的良好特性,在化工設備中得到了廣泛應用,是耐腐蝕的首選材料。在一些腐蝕介質中,不銹鋼比碳鋼耐腐蝕優越得多,在設計中常常取腐蝕裕度為零。不銹鋼的使用壽命可以比碳鋼高幾倍甚至幾十倍,因此雖然設備一次性投資高,總體上卻可以節省大量資金。這就是不銹鋼材料在化工生產中占有相當重要地位的原因。但是,這種優質材料選用不合理,也會造成很大浪費,應該引起高度注意。
                (1).氯離子對不銹鋼設備耐蝕性的影響,工作介質中氯離子的含量和工作溫度對不銹鋼應力腐蝕的影響很大。例如天津某廠水加熱器腐蝕嚴重,采用了全不銹鋼材質后,使用幾個月就出現了漏液現象。經過認真分析,發現熱水中含有氯離子和氧。不銹鋼在一定溫度下不能耐氯離子腐蝕,特別是介質中有氧存在的條件下,氧的存在能加速腐蝕。在實際生產中還發現,氯離子在一定濃度和溫度時,不銹鋼的耐蝕性還不如碳鋼;但在氯離子合量很少或含量高、溫度不高的條件下,還是遠比碳鋼好。在這一點上,溫度對耐蝕性的影響比氯離子濃度的影響更大。所以在選材時,除考慮氯離子的濃度外,特別要注意溫度的影響。提高奧氏體合金中鎳的含量,是防止氯離子引起的應力開裂的一種有效方法。含鎳42%以上的合金完全能耐氯離子引起的腐蝕開裂,如825合金、G合金、625合金。而含鎳8%~12%的合金是最容易發生應力開裂的。
                (2).露點對不銹鋼耐蝕性的影響設備的腐蝕往往是隨著溫度的升高而加劇,但露點腐蝕的程度不僅與溫度有關,與工作介質的露點溫度關系更為密切。露點腐蝕對不銹鋼的影響也較大。如上述水加熱器,通過調整熱水進、出口溫度,避開露點溫度后,設備腐蝕情況大大改善。

        4.焊接對不銹鋼耐蝕性的影響

                選擇不銹鋼材料還有一個值得注意的問題,就是不銹鋼的焊接。不銹鋼本身耐腐蝕性能好,但焊接質量不能保征時,也會使整臺設備報廢,造成極大浪費。例如天津某廠燒堿生產用于蒸發器的液位罐,采用1Cr18Ni9Ti材質,厚度8mm,使用半年后漏液報廢。經檢查,設備內表面并沒有腐蝕,只是焊縫處腐蝕穿孔。這是不銹鋼在焊接過程中容易出現的貧鉻現象所致。焊接時,如果采用大焊道,冷卻速度慢就會使焊縫貧鉻,不能耐腐蝕。因為在不銹鋼中,起耐腐蝕作用的主要元素是鉻,鉻能固溶于鐵的晶格中形成固溶體。焊接時,若冷速慢,當溫度從800~500℃的冷卻過程中在晶界上析出碳化物,形成Cr28Ce使晶界附近的鉻含量降低到低于抗腐蝕所需要的最小含量11.7%以下,從而使腐蝕集中在附近的貧鉻區,其結果使不銹鋼焊縫處發生脆性破壞。鑒于此種原因,奧氏體不銹鋼焊接應符合如下要求:
                (1)單面焊焊縫宜采用手工鎢極氬弧焊打底,手工電弧焊填充、蓋面。
                (2)在保證焊透及熔合良好的條件下,應選用小的工藝規范,短電弧和多層多道焊接工藝,層間溫度不宜過高。
                (3)對抗腐蝕性要求高的雙面焊縫,與工作介質接觸面的焊縫應最后施焊。
                (4)對于有應力腐蝕的設備,應對焊縫作晶間腐蝕試驗。
                (5)為了獲得更好的耐腐蝕性能和較好的焊接質量,可選用低碳或超低碳不銹鋼材料。超低碳高鉻鐵素體不銹鋼是近十幾年來迅速發展起來的一種新型不銹鋼,通過大量的實驗室實驗、工廠掛片,證明在NaOH濃度高達50%、溫度145℃時的耐蝕性,同價格昂貴的鎳材相當,甚至超過鎳,而材料費用只有鎳的一半。上述液位罐后來改用0Cr18Ni12Mo2Ti材質,對罐體焊接采取以上措施,對焊縫作了焊態晶間腐蝕試驗,使設備壽命大大延長。化工設備常用材料的選擇,除考慮以上諸因素外,經濟分析是十分必要的。經濟分析不僅要考慮材料費用和制造費用,還要考慮維修費用以及節電、節水等諸多方面的因素。

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