沥青原料急冷气化炉用材

2001年第22卷第4期化学工业与工程技术41材料与设沥青原料急冷气化炉用材顾晓华(中石化南化公司化工机械厂江苏南京210048)[摘要]介绍了300kta合成氨裝置用急冷气化炉材料的特殊要求并着重给出了如何编制材料采购要求的一些建议。[关键词]急冷气化炉材料性能洄火脆化敏感性系数[中图分类号]TQ113.25+1[文献标识码]A[文章编号]1006-790(2001)4-0041-03我厂为南化公司300υa合成氨装置制造的立成的原料浆喷入燃烧室內气化反应在高温燃烧室式圆形顶沥青渣油急冷气化炉壳体是一种典型的内完成产生的高温炉气通过急冷室的岀气孔快速高温、高压、临氢操作设备。从使用工况看,设备主离开气化炉剩余炉渣汇集到下降管经冷却水降温要面临介质腐蚀、氢腐蚀、氬脆、回火脆化等一系列后从急冷室下弯头法兰排岀炉体问题因而正确选择材料是确保设备经济、安全、可设备主要设计参数:靠运行的关键。本文将着重结合设备设计及制造对设计压力9.69MPa其中氢分压3.3MPa材料的特殊技术要求予以讨论并提岀编制采购说设计温度430℃明书的建议主要介质:CO、H、CO2、甲烷气及H,S、COS等1结构特点2材料的选用2.1板材对于临氢设备而言,设备用材应具备良好的高温性能及优越的抗氢腐蚀性能实际应用中多数采用Cr-Mo钢。鉴于本设备燃烧室内衬厚的耐高温P208隔热层外壁温度较低,而在各种铬钼钢中,SA387Grl12CL2板材的强度、韧性、合金含量、焊接性能、热处理要求以及回火脆性等理化指标均能得到兼顾且具有良好的抗氢性能本次设计采用其作为设备壳体和内件的主体材料。2.1.1化学成份37Gr12据有关资料介绍如果设备长期在高于340℃3031操作温度下工作极易引起材料回火脆化。在石油化工行业用临氬设备制造中,普遍采用回火脆化敏感性系数J和X来考核其抗回火脆化的性能。J=(Si+Mn夏P+Sn)X=(10P+5Sb+3Sn+As)×10-2<20mg/LH中国煤化工致感性系数丿和ⅹ均与材CNMH中S对回火脆化敏感图1气化炉结构气化炉主要由上段燃烧室和下段急冷室两部分[收稿日期p001-04-0组成结构如图1所示。上段燃烧室內衬耐火砖通[作者简介顾晓华1967-)男江苏丹阳人1987年毕业于过设在炉头上的燃烧器喷嘴将沥青、渣油、氧混合而大连理工大学高级工程师现仼副总工程师。42化学工业与工程技术2001年第22卷第4期性影响很大,P、SbSn、As等杂质元素在原奥氏体晶最少焊后热处理Min.PWHT)δ80±10℃/6h界上的偏聚也是引起回火脆化的主要原因。因而要求钢厂准备两块试样按材料所能承受的最本次设计时要求钢厂在钢铁冾炼时采用真空碳脱长包括中间、最终焊后热处理及现场一次大修热处氧vCD)的冾炼方法严格控制杂质元素。ASME理时间淢最短热处理时间模拟焊后热处理。其中规范要求化学成份与本设计要求对照见表1。Max.PWHT试块考核拉伸、冷弯、晶粒度、硬度及表1ASME规范与本设计化学成份要求对照〔%)低温冲击性能,Min.PwHT试块仅作低温沖击性能元素CMn用比较结果证明在两种热处理条件下的材料性ASME0.04~0.35~0.0350.0350.13~0.74~0.40规范要求0.170.730.451.210.65能均不能低于相应材料性能要求从而确保设计的正确性。采购要求0.04~0.350.0100.0100.13~0.74~0.400.451.210.65材料机械性能要求见表2。表2材料机械性能要求参数元素NiP+s屈服强拉伸强延伸率夏比冲击功/J规范要求度σ,度ab65屈服强度硬度/MPa/MPa(%)温度单值平均值a,/MPa/HB采购要求0.20.0500.20.0120.0040.0150.018≥275≥450≥22-15℃≥47≥54≥198≤225另外要求钢厂在满足机械性能指标前提下δi2.2锻件含量应尽可能少并控制好Si-P之间的比例,确保2.2.1化学成份材料韧性本设计中锻件采用SA182F11-2(1%Cr2.1.2材料热处理0.5Mo),该材料实际具有比1Cr-0.5Mo钢更高的为了提高材料的韧性和强度板材热处理规范抗氬腐蚀性能。根据ASME规范标准δⅰ元素含量采用正火+回火工艺由于板较厚(δ=130mm),若达0.50%~1.00%从上述JX表达式不难看出正火时仍采用空冷法冷却速度很小不易得到均贝基本无法满足设计对J系数的要求。为了保证与氏体组织。因而在采购技术条件中允许用水加速板材具有相同的X和/系数又不使设备材料机械冷却从而兼顾强度、韧性、脆化敏感性。性能受影响经查阅大量资料将Si元素含量调整2.1.3冲击试样的制备为0.20%~0.60%再加上对P、S、Sn、SbAs等杂般地钢板厚度增加将大大影响材料的机械质元素严格控制使材料基本满足要求性能。对于大厚度材料内部在轧制时受力较小变2.2.2热处理工艺形量晶粒较粗大且产生偏析的可能性也大。另外考虑到锻件与板材加工方法上的不同提出锻在热处理时内层冷却速度较外层慢金相组织也存件的热处理可为正火+回火也可为淬火+回火状在不均匀性,因而低温脆化性倾向愈明显。根据态但热处理工艺必须保证满足锻件金相组织形成ASME规范要求材料低温冲击试样取在板厚中心均贝氏体。与面层的中心处T4)可。但为了更好地考查材其他要求基本同板材。料性能技术要求提出钢厂必须提供冲击试验取在2.3焊材板厚中心处T/2数据作为参考。2.3.1Cr-Mo钢焊材理热作成型中间焊后消应力处理厢设备整体处远°了达到设备整体设计使用性能要求捍材的2.1.4模拟焊后热处理要求为材料在制造过程中要经过多次各种工艺性热处选用尤为重要。本设计要求匹配焊材既能保证设备中国煤化工满足在-20℃时有良理因而会出现同一设备中各部分材料所受工艺性好的CNMHG鏠金属微量元素有严热处理次数不同造成同种材料性能上出现差异的格的控制确保焊缝综合性能要求。选用主要焊条情况。为考查这种变化提出了最多焊后热处理和丝及焊剂型号见表3最少焊后热处理规定为了严格控制化学成份对熔敷金属X系数相最多焊后热处理 Max PWHT)80±10℃/20h;应比板材提高了要求规定为顾晓华沥青原料急冷气化炉用材43表3焊条、焊丝及焊剂型号选用3结论名称ASME标准号4WS型号我厂分别从德国某钢厂进口了筒节和封头及全焊条E8016-B2部內件用板材队从国内制造厂购买了锻件和焊材。埋弧焊丝EB2由来料质量证明书及我厂复验结果可见实际到货SFA5.23-95F8P4-EB2-B2材料基本满足设计和制造要求。主要情况见表4。焊缝金属力学性能要求参见表2但低温冲击材料类别r系静典型X=(10P+5Sb+3Sn+As)×10-2≤15mg/L表4材料进厂复验典型情试验温度改为-20℃C。J系数夏比冲击功Ak%)(-15℃平均值)J2.3.2不锈钢堆焊材料板材45.726.45急冷室长期充满酸性溶液根据国內使用的其锻件8.6260焊材他类型气化炉运行情况的调查资料急冷室普遍采用铬钼钢加不锈钢复合板此情况下极易产生应力目前国内首台沥青急冷气化炉已在我厂制造腐蚀导致耐蚀层龟裂、鼓泡和剥离从而引起失效。成功并安装于南化大化肥现场不久将接受运行考本设计充分考虑我厂的制造经验,急冷室采用验。此次设备制造过程中我厂在确保质量的前提SA387Gr12CL2板内壁堆焊309〔过渡层)+316L下大胆与国内材料厂共同研制开发配套焊材和锻(耐蚀层)案。由于商务合同关系此部分材料由件为重大化工石化用加氢类设备全部国产化开辟承包商 Snamprogetti公司按我方要求提供了一条新路。示示示出示示示示示出示业示示示示坐示业示示示示示业示示示示示示容示示示坐示示当l启事」2002年《造纸化学品》征订、征稿、发布广告启事中国造纸化学品工业协会会刊《造纸化学品》是国内外公开发行的全面报道造纸用化学品的全国性科技期刊是《中国学术期刊光盘版)》的入编刊物本刊集学术研究、经营管理、技术信息、市场商情为一体主要报道造纸用精细化学品的硏制、开发、应用及国內外发展动向等。设有专题综述、科学实验、应用技术、经验交流、国内外动态、新产品、新技术、市场与信息、产品介绍、技术成果转让、造纸与化学品商情等栏目。本刊以造纸界、化工界、科研机构、事业单位从事科研生产的广大科技人员、技术工人、管理干部及大专院校相关专业的师生为服务对象。本刊还将发布造纸化学品、造纸机械设备仪表、化工机械设备仪表、技术转让和人才供求方面的广告。本刊为季刊刊号CN33-1124/ TQ, SSN1007-2225)大16开本全年订费为30元(包括邮费)自办发行欢迎单位和个人订阅。需订阅者将款从邮局汇来并请注明订阅《造纸化学品》及收件人详细地址。本部尚有1999年、2000年《造纸化学品》精装本订价为40元/年需要者可将款从邮局汇来。联系地址浙江省杭州市湖墅石灰坝η号《造纸化学品》编辑部邮编310014联系人拣根荣电话传真)571-88315561E-mailpaperchemj@mlhz.zj.cn《石化技术与应用》杂志2002年订阅启事《石化技术与应用》是中国石油兰州石化分公司和中国石油兰化公司联合主办的石油化工技术性刊物。国内外公开发行。国内统一刊号CN62-1138/TQ国际标准刊号ISSN1009-0045。主要报道内容石油化工、三大合成材料、催化剂、助剂及石油炼制等方面新产品、新工艺、新设备的开发、技术改造、分析测试及与石油化工有关的环境保护、自动控制、计算机技术等。本刊曾多次被评为中国石化总公司及甘肃省优秀期刊并气草巾园尚卡胡刊光盘版脸索与评中国煤化并已被俄罗斯(文摘杂志XA美国《化学文摘XCA及(工秈 CNMHG著名检索机构收录本刊为双月刊大16开。每期定价10元全年定价60元邮发代号54-102。如错过邮局订阅时间,可直接从本刊编辑部订阅,订单备索。国外读者可通过中国国际图书贸易总公司(北京399信箱,邮编100044)订阅邮发代号4859BM。通讯地址甘肃省兰州市西固区合水北路1号(730060联系电话0931731424779816937981815E-mailshjsyyy@publicIz.gs.cnthttp:/izhm.chinajournal.net.cno