煉廠濕硫化氫環境儀表材質的選用
發布時間：2019-04-26 發布作者：
摘要: 大多數煉廠的加工流程中都會產生硫化氫，濕硫化氫環境中儀表材質的選用，國內目前無相關規定或標準進行約束。作者結合多年煉廠設計經驗，介紹了煉廠濕硫化氫環境下儀表材質如何選擇和材質選擇時需注意的諸多相關問題。
我國目前石化行業的油源，來自世界各地，重質油、高硫、高酸原油的比例越來越大，原油的劣質化程度也越來越高。越來越多的企業為增強自身的競爭力，降低原油成本，加工劣質原油的比例越來越高，但劣質原油中含硫量也往往很高，含硫油會在加工過程中產生硫化氫，而硫化氫對各種設備、管道、儀表等的腐蝕，是煉廠中必須重點考慮的問題。近幾年，各大煉油企業為適應加工劣質原油的需要，不得已而進行了新一輪的技術方案改造和升級。
1 硫化氫來源
按目前煉廠大多數的加工流程，加工含硫油時產生硫化氫的裝置或單元很多，主要有:
1)原油發生熱裂解或催化裂解的裝置:如常減壓、焦化、催化、延遲減粘等。
2)加氫裝置:如汽油加氫、柴油加氫、加氫裂化、渣油加氫、航煤加氫、石腦油加氫、重整原料加氫預處理等。
3)酸性水汽提、溶劑再生、硫磺回收、製硫酸等。
一個完整的煉廠流程，同時建有上述產生硫化氫的單元會很多，用於檢測或控製含有硫化氫介質的各類儀表有很多，如溫度計、
壓力表、
流量計、
香蕉视频在线网址、控製閥、分析儀，以及安裝這些儀表的測量管線及儀表管閥件等，為保證這些儀表的正常、安全使用，這些儀表的材質如何選擇，是擺在用戶、設計院、製造廠麵前一個棘手的問題。
2 硫化氫腐蝕的特點
硫化氫與遊離水共同存在時，也就是濕硫化氫，以下簡稱硫化氫。隻有濕硫化氫才會對金屬材質產生腐蝕。隻含硫化氫，不含水時，即幹硫化氫，對金屬材料幾乎沒有腐蝕作用。硫化氫主要是引起金屬材料應力開裂，由拉應力和腐蝕共同作用引起的金屬材料開裂。硫化氫引起的應力腐蝕和一般的腐蝕機理不一樣，一般的腐蝕是由外往裏層層“均勻”腐蝕，如圖 1。硫化氫引起的腐蝕往往是局部發生腐蝕，由於金屬內部存在拉應力，導致金屬被“拉裂”，如圖 2，很像切一個熟透的 西瓜，用刀在西瓜皮上輕輕一點，西瓜皮突然崩開一樣，如圖 3。
因硫化氫引起的儀表腐蝕後果一般有測量精度降低、儀表動作失靈、閥門內漏、儀表破裂外漏等。
3 硫化氫腐蝕的解決辦法
根據硫化氫腐蝕是由拉應力和腐蝕共同作用引起的這一特點，材料選擇和材料應力處理都是圍繞這兩方麵來進行的:
1)采用耐腐蝕材質;
2)降低材質的硬度。
需要解釋的是，硬度和拉應力相關，拉應力是抗硫應力開裂(SSC)敏感性的主要因素。因硬度測試是非破壞性的，並且和拉伸實驗相比需要的樣品量相對較少，因此硬度普遍被用作抗 SSC 的指標。
4 抗硫化氫材質的要求
對於煉廠含濕硫化氫時儀表常用到的材質，目前可參考的標準為 NACE MＲ0103，要求如下:
4． 1 碳鋼類
鑄造碳鋼:ASTM A216 WCB、ASTM A216 WCC;
鍛造碳鋼:ASTM A105。
其硬度不允許超過 22 HＲC。
4． 2 合金鋼
鑄造合金鋼:A217 WC6、A217 WC9;
鍛造合金鋼:A182 F11、A182 F22;
以上統稱為合金 (鉻鉬)鋼。
其硬度不允許超過 22 HＲC。
4． 3 奧氏體不鏽鋼
NACE MＲ0103 規定奧氏體不鏽鋼的硬度不超過 22 HＲC，不允許為提高機械性而增加鉛( lead) 和硒( selenium)。並且奧氏體不鏽鋼的化學成分還需滿足表 1 要求。
4． 4 高合金不鏽鋼
儀表 常 用 的 高 合 金 不 鏽 鋼 有: Stellite，Inconel，Incoloy，Hastelloy，Monel。
高合金奧氏體不鏽鋼必須退火處理或退火 + 冷加工，硬度不超過 35 HＲC。
並且，高合金奧氏體不鏽鋼的化學成分必須滿足:
(1) % Ni + (2 x % Mo) ＞ 30 且 Mo ＞ 2% ，或
(2) % Cr + 3． 3(% Mo + 0． 5 × % W) + 16 × % N = PＲEN ＞40% 。
PＲEN 為點蝕當量。
4． 5 雙相不鏽鋼
鍛造和鑄造雙相不鏽鋼必須經固熔退火和液淬。管材必須在液體、空氣或惰性氣體中快速淬火冷卻至 315 ℃ 一下。鐵素體體積含量必須在 35% ～ 65% 範圍內。禁止采用時效熱處理來增加強度和硬度，因為這會形成硬脆相。硬度必須符合如下規定:
% Cr + 3． 3(% Mo + 0． 5 × % W) + 16 × % N = PＲEN≤40%時，硬度不允許超過 28HＲC。
% Cr + 3． 3(% Mo + 0． 5 × % W) + 16 × % N = PＲEN ＞ 40%時，硬度不允許超過 32HＲC。
4． 6 鐵素體不鏽鋼
鐵素體不鏽鋼價格不僅相對較低且穩定，並且具有許多獨特的特點和優勢，在許多原先認為隻能采用奧氏體不鏽鋼(300係列)的應用領域，鐵素體不鏽鋼是一種極為優異的替代材料，鐵素體不鏽鋼不含鎳，主要元素為鉻( ＞ 10% )和鐵，鉻是不鏽鋼特別耐腐蝕的元素，其價格相對穩定。
主要用於閥門的閥杆、閥芯、閥籠等。
NACE MＲ0103 規定鐵素體不鏽鋼的硬度不超過 22 HＲC。
4． 7 馬氏體不鏽鋼
鉻含量不低於 12% (一般在 12% ～ 18% )，碳含量較高，使用態組織為馬氏體的不鏽鋼。
標準的馬氏體不鏽鋼是:403、410、414、416、416( Se)、420、431、440A、440B 和 440C 型，這些鋼材的耐腐蝕性來自“鉻”，其鉻含量範圍是從 11． 5% 至 18% ，鉻含量愈高的鋼材需碳含量愈高，以確保在熱處理期間馬氏體的形成。630 為沉澱硬化馬氏體不鏽鋼。主要用於閥杆、閥芯、閥籠等。NACE MＲ0103 標準規定馬氏體不鏽鋼的硬度不超過 22HＲC，不可添加鉛、硒或硫等元素。
5 如何保證儀表材質滿足要求
為保證儀表在較終使用過程中其觸液材質滿足以上要求，儀表在製造時，其材質一般有兩種來源:一種是購買滿足要求的材質進行加工，另一種是在加工後進行熱處理，保證其材質滿足要求。
以下幾點需要注意:
1)設計時，需特別注明介質是否含有濕硫化氫。
2)即使加工前的材質滿足要求，但其加工過程中是否含有使其硬度增加的工序，或破壞其晶間結構的工序，否則應對加工件進行相應熱處理，保證滿足抗硫化氫的要求。
6 儀表哪些材質需要抗硫化氫
總的來講，凡是與含硫化氫介質接觸的部位的材質均需要選用抗硫化氫材質。
6． 1 儀表設備
a) 溫度計套管及法蘭。
b) 流量計，如管道安裝式流量計（比如柴油
橢圓齒輪流量計）、插入式流量計。
c) 香蕉视频在线网址，如玻璃板、磁浮子、浮筒、浮球、磁致伸縮等。
d) 控製閥閥體及閥內件。
e) 壓力表波登管、普通壓力/差壓變送器的感壓元件，隔膜壓力表和隔膜壓力(差壓)變送器的感壓膜片和法蘭。
6． 2 儀表導壓管及管閥件
a) 材質為 316 不鏽鋼或高合金奧氏體不鏽鋼時，滿足抗硫化氫材質要求，不需再做其他另行規定，但選用 316 材質時，需符合表 1 的要求。
b) 材質為碳鋼時，儀表導壓管及管閥件應滿足規定要求，且焊接部位應進行熱處理，硬度也不能大於 22HＲC。
7 幾個誤區
1)NACE MＲ0103 隻適用煉廠環境，NACE MＲ0175 隻適用於油田或管道環境，兩種不能混淆，適用環境不一樣。
2)不鏽鋼雖然抗腐蝕性能好，但對抗硫化氫腐蝕不是萬能的，其硬度和成份均應需滿足要求。
3)高合金不鏽鋼，如 Stellite，Inconel，其硬度和成份均也需滿足要求。
4)適用於抗硫化氫的材質，材質範圍很廣，碳鋼在滿足要求時，也能使用。在選擇相應材質時，還需考慮材料的經濟性和材料來源的容易程度，並結合生產廠家材質推薦。推薦材質選擇順序:碳鋼→奧氏體不鏽鋼(合金鋼、馬氏體不鏽鋼、鐵素體不鏽鋼)→高合金不鏽鋼。
8 需注意的問題
在選擇抗硫化氫材質時，應結合實際生產中的材質使用情況，NACE MＲ0103 是在實際使用經驗和實驗室試驗的基礎上總結出來的，如果某種材質在實際使用中，抗 H2 S 效果很好，可以不遵循規定要求。
含硫化氫，但不含遊離水時，則無需考慮硫化氫腐蝕問題，因為硫化氫隻有與遊離水結合時，才會有腐蝕性。雖然正常工況不會出現濕硫化氫的情況，但還需考慮開停工、生產不正常時是否存在濕硫化氫的情況，如果存在，還需選擇抗硫化氫的材質。
腐蝕情況嚴重時，對相關材質無規定或又無使用經驗時，應進行腐蝕試驗，根據試驗結果再決定是否使用。在選擇抗硫化氫材質時，還需考慮其使用溫度、壓力及其他種類腐蝕問題。
9 結束語
煉廠濕硫化氫環境儀表材質如何選用，除按參考相關規定規範進行要求外，還應結合儀表生產製造廠相關材質來源的容易程度及材料的經濟性，實際選用中應靈活掌握，選用較適合、較經濟的材料。
在線客服1號
