國(guó)內(nèi)外雙相不銹鋼管的應(yīng)用分析
雙相不銹鋼管的實(shí)用化已經(jīng)有近三十年的歷史,尤其是當(dāng)代超低碳含氮雙相不銹鋼管克服了焊接方面的一些問題,結(jié)合雙相不銹鋼管所具有的耐局部腐蝕和綜合力學(xué)性能好的一些優(yōu)點(diǎn),為作為焊接結(jié)構(gòu)材料的大量推廣應(yīng)用創(chuàng)造了條件,近十幾年市場(chǎng)銷售量增加很快,加之隨著超級(jí)雙相不銹鋼管的步入市場(chǎng),擴(kuò)大了在一些苛刻介質(zhì)中的應(yīng)用,使雙相不銹鋼管的應(yīng)用范圍不斷拓寬,也積累了不少實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn),為雙相不銹鋼管的選用和新鋼種的開發(fā)進(jìn)一步創(chuàng)造了條件。
國(guó)外雙相不銹鋼管已廣泛地應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域,諸如紙漿和造紙、陸上和海上的油氣 工業(yè)、化學(xué)加工工業(yè)、運(yùn)輸業(yè)(化學(xué)品船和槽車)、制藥和食品工業(yè)以及建筑業(yè)等,多用于制造反應(yīng)容器,各種工業(yè)設(shè)備和輸送管道等。在大多數(shù)應(yīng)用中,雙相不銹鋼管被認(rèn)為是具有性能成本效益的材料,填補(bǔ)了普通奧氏體不銹鋼管如316L不銹鋼管和高合金奧氏體不銹鋼管之間的空白。
盡管一般認(rèn)為使用雙相不銹鋼管是因?yàn)樗鼈冇心突瘜W(xué)產(chǎn)品的腐蝕性能,例如尿素和化肥生產(chǎn)、有機(jī)酸生產(chǎn)以及含硫化氫天然氣的加工等遇到的一些介質(zhì),但最重要的應(yīng)用是用在那些奧氏體不銹鋼管不具有足夠耐孔蝕和應(yīng)力腐蝕斷裂性能的含氯離子熱水溶液介質(zhì)中,諸如熱交換器、冷凝器和各種容器等設(shè)備。以下是雙相不銹鋼管在各工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的例子:
一、中性氯化物環(huán)境
雙相不銹鋼管在加工工業(yè)中應(yīng)用廣泛,特別適用于有可能產(chǎn)生局部腐蝕的環(huán)境。在加工工業(yè)中經(jīng)常使用含有少量氯離子的淡水作為冷卻水,導(dǎo)致在使用304L、316L等奧氏體不銹鋼管時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破裂(SCC)的危險(xiǎn),而雙相不銹鋼管恰恰可以代替常用奧氏體不銹鋼管解決這一問題,尤其適用于由孔蝕引起的應(yīng)力腐蝕破裂的場(chǎng)合,因此可以說,在諸多的應(yīng)用當(dāng)中雙相不銹鋼管在這方面的應(yīng)用是首要的。
二、煉油工業(yè)
這是雙相不銹鋼管使用較多的領(lǐng)域之一,主要用在常減壓蒸餾,催化裂化和加氫脫硫等裝置。早在70年代采用魯寧輸油管線油的南京煉油廠和濟(jì)南煉油廠在這一系統(tǒng)中就采用了00Cr18Ni5Mo3Si2雙相不銹鋼管,主要集中用于常減壓塔頂襯里(或復(fù)合板)、塔內(nèi)構(gòu)件、常頂空冷器、減頂增濕空冷器等,取得良好的使用效果。
80年代以后,在沿海的天津煉油廠和鎮(zhèn)海煉油廠陸續(xù)各使用了4臺(tái)00Cr18Ni5Mo3Si2雙相不銹鋼管的減頂后冷水冷器管心。80年代以來國(guó)外采用3RE60和SAF2205雙相鋼(與國(guó)產(chǎn)的00Cr22Ni5Mo3N鋼相當(dāng))用作加氫裂化,加氫脫硫等二次加工裝置中的空冷器、熱交換器等的管束、管板和封頭的較多。
三、化學(xué)和石化加工工業(yè)
這一領(lǐng)域涉及的范圍很寬,工況情況復(fù)雜,介質(zhì)多種多樣,也是使用雙相不銹鋼管較早和較多的領(lǐng)域。它一方面是利用自身的耐腐蝕能力,特別是耐應(yīng)力腐蝕能力強(qiáng)的特點(diǎn)。在高溫高濃度醋酸介質(zhì)條件下,使用高合金奧氏體不銹鋼管,甚至耐蝕合金都不是很理想,超級(jí)雙相不銹鋼管卻可用制冷卻器,觸媒再生設(shè)備等。尤其在含氯離子的環(huán)境下,奧氏體不銹鋼管304L和316L因應(yīng)力腐蝕斷裂無法使用,而雙相不銹鋼管卻能解決問題,例如在聚氯乙烯生產(chǎn)中回收末反應(yīng)的氯乙烯單體的設(shè)備,氧氯化法生產(chǎn)氯乙烯的反應(yīng)器等,都采用2205或超級(jí)雙相不銹鋼管。在化工和石化這一領(lǐng)域類似的許多塔器、熱交換器、冷卻器等也都是雙相不銹鋼管的很好的用途。另一則是利用它的高強(qiáng)度特點(diǎn),這反映在制造各種儲(chǔ)槽、容器、反應(yīng)器等,可以減輕重量。
國(guó)內(nèi)在這一領(lǐng)域應(yīng)用較多,諸如20萬噸的大型和多套中小型的甲醇合成反應(yīng)器的觸媒管都是采用雙相不銹鋼管。此外,用含氯離子水的換熱設(shè)備使用的也較多,例如尿素裝置中二氧化碳?jí)嚎s機(jī)三段冷卻器原使用的304L奧氏體不銹鋼管管束1個(gè)月后即因廢力腐蝕斷裂而泄漏,雙相不銹鋼管可用5年以上。在部分大型尿素生產(chǎn)廠的關(guān)健設(shè)備—甲銨泵泵體(大鍛件)以及高壓截止閥內(nèi)件都是使用耐腐蝕疲勞或耐磨損腐蝕的雙相不銹鋼管,國(guó)內(nèi)也在供應(yīng)。
四、石油和天然氣工業(yè)
這是國(guó)外應(yīng)用雙相不銹鋼管的主要領(lǐng)域之一,目前鋪設(shè)的油氣輸送管線已大于854km。其中400km屬于海上油氣田,這方面的開發(fā)前景很大,絕大多數(shù)采用2205牌號(hào)。80年代以來雙相不銹鋼管在酸性氣和油的生產(chǎn)中用量逐漸增多,主要用作生產(chǎn)管襯里、岸上和近海的管道系統(tǒng)以及熱交換器等,尤其是在天然氣的生產(chǎn)中,固溶態(tài)和冷加工態(tài)的雙相不銹鋼管多數(shù)面臨的是含有大量的氯離子、二氧化碳和一些硫化氫的環(huán)境,即所謂的酸性環(huán)境,但也有不含硫化氫,含有氯離子、二氧化碳,其分壓高達(dá)6MPa,即所謂的“甜氣”。
在含有氯離子的濕二氧化碳環(huán)境中,雙相不銹鋼管是一個(gè)理想的材料,可耐高流速的磨損腐蝕,能夠代替加緩蝕劑的碳鋼使用,用于井上管道系統(tǒng),減少可觀的材料重量。
超級(jí)雙相不銹鋼管也已經(jīng)在油、氣工業(yè)中使用,如UR52N+已用在北海油田的油氣集合管和輸送管線上,SAF2507超級(jí)雙相不銹鋼用在阿拉斯加、北海、墨西哥灣等地的油氣井生產(chǎn)、海上采油平臺(tái)設(shè)施以及油氣輸送管線等,多用在沒有緩蝕劑的苛刻酸性環(huán)境。國(guó)內(nèi)僅南海油田少量使用,全部進(jìn)口。
六、紙漿和造紙工業(yè)
雙相不銹鋼管在紙漿和造紙工業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)有三十幾年的歷史了,3RE60鋼最早就是在這一領(lǐng)域起步應(yīng)用的。除3RE60鋼外,其他如SAF2205(UR45N)、UR47N(00Cr25Ni6.5Mo3N)、UR52N+(00Cr25Ni6.5Mo3.5CuN)等都已獲得了應(yīng)用。主要是利用雙相不銹鋼管優(yōu)秀的力學(xué)性能、耐磨損腐蝕和空泡腐蝕、耐腐蝕疲勞以及耐應(yīng)力腐蝕等的特點(diǎn)。制造紙漿和造紙工業(yè)用的木屑預(yù)蒸器、間歇式和連續(xù)式紙漿蒸煮器,造紙壓力滾筒機(jī)和回收設(shè)備等,都得到了良好的使用效果。
七、化肥工業(yè)
隨著雙相不銹鋼管的發(fā)展,在尿素和磷肥工業(yè)中的應(yīng)用逐漸增多。尿素工業(yè)中多用變形材,磷肥工業(yè)中多用鑄件。針對(duì)雙相不銹鋼管在尿素中的應(yīng)用,日本開發(fā)了尿素專用雙相不銹鋼管牌號(hào)DP-12,是含有微量鎢和銅的25Cr-7Ni-3Mo-N的超低碳鋼,用于大中型裝置上氣提塔的氣提管、高壓冷凝器的冷凝管、高壓分解塔的分解管以及輸送管道等。
從80年代開始,我國(guó)就已經(jīng)開始研究和使用雙相不銹鋼管在尿素介質(zhì)中的應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)尿素廠大多使用00Cr18Ni5Mo3Si2鋼,也有一些廠家使用00Cr25Ni6Mo2N鋼。Cr18型鋼雖然不能通過Huey法的檢測(cè),但是價(jià)格相對(duì)較低,壽命高于以往使用0Cr18Ni12Mo2Ti或316鋼。
八、海水環(huán)境
海水是自然環(huán)境中腐蝕性最強(qiáng)的一種介質(zhì),尤其是在金屬表面黏附有微生物層時(shí),使其腐蝕電位增加,因此也增加產(chǎn)生了孔蝕和縫隙腐蝕的危險(xiǎn)性。對(duì)于熱海水介質(zhì),微生物層的增厚會(huì)導(dǎo)致海水熱交換器的熱效率損失。早在70年代日本就開始使用329J1和NTK R-4(00Cr25Ni5Mo1.5~2.5含氮(或不含氮)的鋼制造化工廠用或船用海水熱交換器或海水冷卻器管束。
國(guó)內(nèi)于1986年采用00Cr25Ni7Mo3WCuN雙相不銹鋼管制造了一臺(tái)用于乙烯裝置的催化劑再生冷卻器。目前就熱海水用鋼而言,大多數(shù)都是使用25Cr-3Mo型的雙相不銹鋼管。
九、能源與環(huán)保工業(yè)
北美、歐洲和日本等國(guó)家為了減少發(fā)電廠煤的燃燒對(duì)大氣造成的污染,防止酸雨,自80年代末期廣泛采用FGD(煙氣脫硫)法脫去燃燒氣體中的硫。FGD裝置中的一些重要部件,如容器、風(fēng)扇葉片、攪拌器、泵、閥和離心機(jī)等就是用雙相不銹鋼管制備的,以防止氯化物腐蝕和防止苛刻的磨粒磨損和泥漿的磨損腐蝕。
十、輕工和食品工業(yè)
在這一領(lǐng)域中多使用低牌號(hào)的Cr18型和Cr22型雙相不銹鋼管,國(guó)內(nèi)主要用在鹽化工裝置上,國(guó)外多用在食品工業(yè)上。
由于00Cr18Ni5Mo3Si2鋼在中性氯化物溶液中有較好的耐孔蝕和縫隙腐蝕的能力,利用這一特點(diǎn),國(guó)內(nèi)開發(fā)了該鋼在真空制鹽和鹽硝聯(lián)產(chǎn)裝置上的應(yīng)用。雙相不銹鋼管用于大型真空制鹽裝置國(guó)內(nèi)已有成熟的經(jīng)驗(yàn)。
國(guó)外將3RE60鋼用于人造奶油冷卻器的盤底,發(fā)酵罐的加熱/冷卻盤管和制藥蒸餾塔,用SAF2205雙相不銹鋼用于制造植物油熱交換器的管束。
十一、高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件
雙相不銹鋼管具有比奧氏體不銹鋼管更高的強(qiáng)度,許多歐洲國(guó)家利用雙相不銹鋼管的高強(qiáng)度特性將其用于醋酸、羰基化工藝生產(chǎn)過程中的壓縮機(jī)與反應(yīng)器之間的連接管道系統(tǒng)。
雙相不銹鋼管作為結(jié)構(gòu)件多數(shù)用在如油氣井的儀表管路,錄井鋼絲,油氣集合管道,油氣分離器以及工藝管道等;濱海采油平臺(tái)上鉆井架的張拉系統(tǒng),工藝管道,消防系統(tǒng)的管道等;海底輸送流體的管道,潛水器,船用螺旋推進(jìn)器,錨的支撐板以及海上或陸上運(yùn)輸?shù)鸟g船,槽車等。雙相不銹鋼管能夠滿足這些構(gòu)件既要求強(qiáng)度又要求耐腐蝕性的需要。
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