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        E2110換熱器浮頭螺栓腐蝕改進(jìn)措施

        2015-12-14 03:57:06莊豐余苗王明旭
        設(shè)備管理與維修 2015年6期
        關(guān)鍵詞:浮頭耐腐蝕性馬氏體

        莊豐余苗 凱 王明旭

        (1.遼陽石化分公司尼龍廠 遼寧遼陽 2.遼陽石化分公司產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整項(xiàng)目部 遼寧遼陽)

        腐蝕是化工企業(yè)面對(duì)的普遍問題,我國尚未進(jìn)行全國性的腐蝕損失調(diào)查,但據(jù)1981年國家科委腐蝕科學(xué)學(xué)科組第三分組,對(duì)全國10家化工企業(yè)的腐蝕損失調(diào)查表明,1980年這些企業(yè)因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約為其當(dāng)年生產(chǎn)產(chǎn)值的3.9%。其次,金屬腐蝕,特別是應(yīng)力腐蝕和疲勞腐蝕,往往會(huì)造成災(zāi)難性重大事故,危機(jī)人身安全。可以說做好設(shè)備防腐是降低維護(hù)費(fèi)用和使裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證,如何更好地防止工藝設(shè)備因受到腐蝕發(fā)生故障而造成重大損失,已成為化工企業(yè)亟待解決的重要問題。

        一、換熱器情況概述

        E2110第三段氧化冷卻器是浮頭式換熱器,是K2100~K2104的5臺(tái)反應(yīng)器尾氣的冷卻器,由遼陽石化公司機(jī)械廠制造,2004年11月投用。它是反應(yīng)器高溫尾氣換熱器的第三臺(tái),進(jìn)料環(huán)己烷在高溫高壓下,在5臺(tái)氧化反應(yīng)器中,經(jīng)過貧氧氧化生成少量醇酮和大部分環(huán)己基過氧化氫,附帶一些酸性產(chǎn)物,而氧化反應(yīng)是放熱反應(yīng),反應(yīng)熱由環(huán)己烷蒸發(fā)和氧化氣體從反應(yīng)器中帶出,氣流要經(jīng)熱換熱器E2110和E2112與進(jìn)料環(huán)己烷進(jìn)行熱交換(圖1),達(dá)到節(jié)能減排的目的。

        二、換熱器E2110主要技術(shù)參數(shù)

        E2110主要技術(shù)參數(shù)見表1。

        三、浮頭螺栓腐蝕原因分析

        2006年DCS監(jiān)盤中發(fā)現(xiàn)K2100~K2104的5臺(tái)反應(yīng)器反應(yīng)速率過于激烈,難以調(diào)整控制。隨即進(jìn)行排查,在對(duì)換熱器E2110~E2112冷凝液儲(chǔ)罐拆人孔檢查時(shí),發(fā)現(xiàn)罐體內(nèi)壁掛有鐵銹狀物質(zhì)。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),初步判斷為上游換熱器或管線腐蝕產(chǎn)生鐵銹,隨進(jìn)料環(huán)己烷進(jìn)入反應(yīng)器參與氧化反應(yīng),鐵起到了一定催化作用,導(dǎo)致反應(yīng)速率加快。大檢修期間拆下E2110換熱器封頭時(shí),發(fā)現(xiàn)內(nèi)浮頭緊固螺栓腐蝕,情況非常嚴(yán)重,部分螺母腐蝕脫落,部分螺桿上有大小不均的腐蝕坑,還有2根螺栓已完全腐蝕掉,只留下螺栓孔。檢查其他部位沒有發(fā)現(xiàn)異常。由此斷定,引起反應(yīng)波動(dòng)的鐵元素正是來自此處。

        圖1 E2110-E2112流程圖

        表1 E2110主要技術(shù)參數(shù)

        查閱原設(shè)計(jì)資料,螺栓材料為35CrMoA,而35CrMoA屬于CrMo鋼系,是一種典型的中碳合金鋼。由于具有良好的力學(xué)和工藝性能,在機(jī)械制造、汽車和石化行業(yè)得到廣泛應(yīng)用,但其化學(xué)成分在中 Cr的含量為 0.8%~1.1%,Ni允許殘余含量≤0.03%,Mo含量0.15%~0.25%。除經(jīng)特殊處理外(熱處理或滲入合金元素等),耐腐蝕性得不到保證。

        在酸性較強(qiáng)(如一元酸、二元酸)溶液中,換熱器浮頭螺栓發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)放出氫氣,屬于析氫腐蝕。負(fù)極(鐵):鐵被氧化Fe-2e=Fe2+;正極(碳):溶液中的H+被還原2H++2e=H2。由此電化學(xué)機(jī)理可知,金屬的電化學(xué)腐蝕實(shí)質(zhì)上是短路的電偶電池作用的結(jié)果,這種原電池稱為腐蝕電池。電化學(xué)腐蝕是最普通、最常見的腐蝕,金屬在大氣、海水、土壤和各種電解質(zhì)溶液中的腐蝕都屬此類。

        四、采取的改造措施

        鑒于上述分析,E2110浮頭換熱器螺栓腐蝕的主要原因是選材不合理,考慮到螺栓使用部位介質(zhì)的基本條件,可選擇替代材料為耐腐蝕性能好的不銹鋼,35CrMoA中Cr、Ni和Mo的含量與不銹鋼相比偏低,而Cr與Ni對(duì)不銹鋼的耐腐蝕性能起主要作用。Cr是決定不銹鋼抗腐蝕性能的主要元素,因?yàn)殇撝泻珻r就能使不銹鋼在氧化介質(zhì)中產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象,即在表面形成一層很薄的膜,在這層膜內(nèi)富集了Cr。鋼中含Cr量愈高,抗腐蝕性能就愈強(qiáng),但只有在Ni與Cr配合時(shí)才能充分表現(xiàn)出來。Ni是形成奧氏體的合金元素,當(dāng)Ni與Cr配合使用時(shí),即可使金相組織由單相的鐵素體變?yōu)閵W氏體和鐵素體雙相組織,經(jīng)過熱處理,可以提高強(qiáng)度,從而使其具有更強(qiáng)的不銹耐蝕性和良好的形變性能。

        按鋼的組織結(jié)構(gòu)分,不銹鋼分為鐵氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、雙相不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼。綜合分析各類不銹鋼的性能指標(biāo),沉淀硬化不銹鋼固溶后具有奧氏體和馬氏體組織,經(jīng)強(qiáng)化處理后具有很高的強(qiáng)度和硬度,為改善耐酸性可以加入合金元素鈮、鋁、銅等。這類鋼通常含有10%~30%的Cr,最重要的性能就是強(qiáng)度高(σb 可達(dá) 1000~1500 MPa),高溫性能好,特別是其中間接發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的鋼,由于Ms點(diǎn)(馬氏體轉(zhuǎn)變的開始溫度)在室溫以下,它們在常溫仍具有奧氏體組織,易于成形和焊接,然后再經(jīng)零下溫度處理(轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體)并進(jìn)行時(shí)效強(qiáng)化。這類鋼還有優(yōu)異的耐腐蝕性,通常根據(jù)固溶處理后室溫冷卻,可分為半奧氏體型和馬氏體型沉淀硬化不銹鋼,綜合材料耐腐蝕、硬塑性等理化、力學(xué)性能及經(jīng)濟(jì)適用性,替代材料可以初步確定為耐腐蝕性能較好的沉淀硬化不銹鋼,牌號(hào)為0Cr15Ni17Mo2Al。

        2010年檢修期間,檢修人員把所有浮頭螺栓全部更換為沉淀硬化不銹鋼0Cr15Ni17Mo2Al螺栓,運(yùn)行一個(gè)周期后,打開檢查外觀沒有發(fā)現(xiàn)任何異常,與改造前對(duì)比明顯(圖2),同時(shí)抽取低點(diǎn)螺栓送駐沈陽中國科學(xué)院金屬研究所做化學(xué)成分、金相組織、機(jī)械性能等方面的檢驗(yàn)分析。分析報(bào)告顯示,螺栓表面未發(fā)生明顯腐蝕現(xiàn)象,組成元素含量符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),說明改進(jìn)的螺栓成功有效。

        圖2 使用過的35CrMoA與0Cr15Ni17Mo2Al螺栓對(duì)比

        五、關(guān)于設(shè)備腐蝕的兩點(diǎn)思考

        化工生產(chǎn)中腐蝕破壞到處可見,腐蝕事故頻頻發(fā)生,除了因腐蝕本身所具有的自發(fā)性外,很大程度上是因?yàn)閷?duì)腐蝕的危害性估計(jì)不足,對(duì)腐蝕防護(hù)的重要意義認(rèn)識(shí)不深,對(duì)腐蝕和防護(hù)科學(xué)缺乏應(yīng)有的知識(shí),沒有采取防腐蝕措施或采取的防腐蝕措施不當(dāng)所致。

        1.充分認(rèn)識(shí)腐蝕破壞的原因

        生產(chǎn)中存在著許多具有一定腐蝕性的介質(zhì),如酸、堿、鹽水、氧等,這是產(chǎn)生腐蝕的主要原因之一。操作中的超溫、超壓,設(shè)備管理不善,思想上沒有重視,也是產(chǎn)生腐蝕的主要原因之一。另外,設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理,選材不當(dāng),制造加工質(zhì)量不高,焊接殘余,缺乏防腐措施或施工質(zhì)量低劣,都為腐蝕破壞提供了環(huán)境。

        2.注重防腐技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用

        耐腐蝕材料的研發(fā)是防腐蝕技術(shù)進(jìn)步的突破口,人類各時(shí)期的技術(shù)進(jìn)步無不與其息息相關(guān),開發(fā)一些高性能的合金和有色金屬材料,可以解決局部腐蝕及特殊環(huán)境下的腐蝕問題。采用正確的防腐技術(shù)是提高設(shè)備使用壽命,減少維修費(fèi)用及提高設(shè)備管理水平必不可少的途徑。使用緩蝕劑也可以大大降低金屬在腐蝕介質(zhì)中的腐蝕速度?;ば袠I(yè)中,主要用于防止工業(yè)冷卻水系統(tǒng)的腐蝕和化工設(shè)備、管道和鍋爐等化學(xué)清洗時(shí)的腐蝕,而電化學(xué)保護(hù)是利用外部電流使金屬腐蝕電位發(fā)生變化降低其腐蝕速率的防腐蝕技術(shù)。

        六、結(jié)論

        通過對(duì)新醇酮裝置反應(yīng)尾氣冷卻器浮頭螺栓腐蝕問題的分析,認(rèn)為主要是由于螺栓材質(zhì)選擇不合理造成的電化學(xué)腐蝕。所以提高螺栓材料等級(jí),加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng),優(yōu)化運(yùn)行參數(shù),是可以解決換熱器浮頭螺栓腐蝕問題的。

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