浸鋁技術(shù)在煉油裝置的應(yīng)用前景

趙寅 代旭 南海

(中國石油遼陽石化分公司,遼寧 遼陽 111003)

浸鋁技術(shù)在煉油裝置的應(yīng)用前景

趙寅 代旭 南海

(中國石油遼陽石化分公司,遼寧 遼陽 111003)

本文介紹了浸鋁鋼的性能特點(diǎn)和碳鋼浸鋁技術(shù)及在煉油廠的應(yīng)用，以期為同行提供參考。

浸鋁;碳鋼;管束

1 概述

隨著高含硫原油加工量的不斷增大，石油化工設(shè)備的硫腐蝕問題日益突出，嚴(yán)重威脅設(shè)備正常運(yùn)行和安全生產(chǎn)。硫腐蝕主要有高溫硫腐蝕、濕H2S腐蝕，造成設(shè)備腐蝕十分嚴(yán)重。為此，有關(guān)單位和科研院所做了大量工作，尋求有效控制硫腐蝕的方法，以延長設(shè)備運(yùn)行周期，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，其意義十分重大。

據(jù)相關(guān)資料介紹，我國早在20世紀(jì)60年代就有一些煉油廠開始試用浸鋁鋼，70年代末起，面臨含酸原油加工，浸鋁技術(shù)有了較快的發(fā)展，到90年代初，已陸續(xù)開發(fā)了多種工藝方法的浸鋁技術(shù)，專家的研究和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)浸鋁鋼無論是在含硫的氧化性氣氛中還是在高溫H2S介質(zhì)中均有良好的耐蝕性，耐蝕性可提高幾十倍。因此，采用廉價的浸鋁鋼取代高檔材質(zhì)成為共識，在煉油裝置上得到廣泛應(yīng)用。

2 浸鋁鋼性能

2.1 機(jī)械性能

浸鋁鋼的特點(diǎn)是要求浸鋁后母材的機(jī)械性能與原材料基本相當(dāng)或有所提高，如果母材的性能下降就失去了浸鋁的意義。鋼材浸鋁的溫度在950-1000℃，鋼材處于奧氏體區(qū)，由于冷卻速度的不同，母材可能出現(xiàn)各種不同的組織，對中、高合金鋼這個過程易產(chǎn)生相變引起機(jī)械性能變化。目前合金鋼浸鋁應(yīng)用不廣，低碳鋼浸鋁后不產(chǎn)生相變，只有晶粒大小變化，如果浸鋁工藝得當(dāng)，晶粒還可細(xì)化，改善其性能，所以低碳鋼浸鋁應(yīng)用最廣。

2.2 良好的抗高溫氧化性能

浸鋁鋼比不浸鋁鋼的抗氧化性能一般提高使用溫度250-350℃，20#鋼只能在500℃以下使用，浸鋁后可在800℃使用，18-8不銹鋼在800℃使用，浸鋁后可在1000-1200℃工作。

2.3 良好的抗高溫硫腐蝕性能

很多實(shí)驗(yàn)均表明，浸鋁鋼抗高溫硫腐蝕性能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過321鋼和18-8鋼，石化研究部門有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見下表：

抗高溫硫腐蝕試驗(yàn)

2.4 耐磨性能

碳鋼浸鋁層是Fe-Al金屬間化合物，從外表往里依次生成FeAl3→ Fe2Al5→ FeAl2→FeAl →Fe3Al。這些化合物硬而脆，HRC=60左右，耐磨性很好，下表是鋼材磨損試驗(yàn)數(shù)據(jù)：

180 2.18馬氏體Cr8CuMo 180 1.59材料 試驗(yàn)條件 試驗(yàn)機(jī)轉(zhuǎn)速r/min 耐磨指數(shù)20#鋼 自來水、室溫 180 11 20#鋼浸鋁10-20目石英砂

3 碳鋼滲(浸)鋁技術(shù)簡介

熱浸法：熱浸鋁是將經(jīng)過預(yù)處理的碳鋼構(gòu)件浸入熔觸的鋁液糟中，工件表面形成一層鋁膜，取出后在爐中加熱至900-950℃進(jìn)行鋁擴(kuò)散，保溫一定時間后鋁擴(kuò)散入工件形成鋁鐵合金層。

噴涂法：噴涂滲鋁是在經(jīng)過表面處理的工件表面噴涂一層鋁膜，然后在爐溫700℃時放進(jìn)爐內(nèi)升溫至950℃擴(kuò)散退火而得到鋁鐵合金層。

包埋法：包埋滲鋁是以鋁鐵合金粉為主要滲劑，和催滲劑填料攪拌均勻。滲鋁工件表面只須做簡單的凈化處理，放在一個鋼制的滲鋁箱內(nèi)，用滲劑將構(gòu)件包埋，然后移入電爐內(nèi)加熱至900～1050℃，在高溫下進(jìn)行擴(kuò)散滲鋁，基材表面經(jīng)這樣處理后產(chǎn)生一層鋁鐵合金層。

料漿感應(yīng)法：料漿感應(yīng)滲鋁是把滲劑配成料漿，涂在經(jīng)過表面處理的構(gòu)件表面，烘干后連續(xù)通過中頻感應(yīng)器，進(jìn)行擴(kuò)散滲鋁，在基體材料表層產(chǎn)生一層鋁鐵合金層。

4 浸鋁技術(shù)在煉油廠的應(yīng)用

我廠浸鋁技術(shù)主要應(yīng)用于換熱器管束制作中，自2004年以來煉油廠使用熱浸鋁管束90余臺，其中一些管束防腐效果明顯，例如E1125、E1119、E4219AB等可延長使用壽命1個周期，有些管束經(jīng)過一個大修周期打開后發(fā)現(xiàn)浸鋁層已破壞。

煉油廠常減壓550裝置E1513減一線及減頂回流水冷器，大修期間發(fā)現(xiàn)設(shè)備的表面浸鋁層已經(jīng)被破壞，如圖1所示。

圖1 浸鋁后的換熱器管束

焦化裝置分餾塔后冷器E4205A/B/C/D，管板及管內(nèi)結(jié)有較厚的硬質(zhì)垢層，部分管束被垢物堵死，嚴(yán)重影響換熱效率，管板有較明顯垢下腐蝕。圖3、圖4為E4205A/C的腐蝕結(jié)垢形貌，對所結(jié)垢物進(jìn)行取樣分析，結(jié)果在下表中可見。

腐蝕產(chǎn)物、垢物分析結(jié)果 單位：%

從E4205A垢樣分析結(jié)果可見，垢物的組成有43%為氧化鋁，這說明該設(shè)備在生產(chǎn)運(yùn)行過程中浸鋁層在循環(huán)水側(cè)的環(huán)境中會導(dǎo)致浸鋁層腐蝕，形成的腐蝕產(chǎn)物氧化鋁附著在管板及管內(nèi)，影響換熱效果，故不提倡在換熱器的循環(huán)水側(cè)進(jìn)行滲鋁(浸鋁)處理。

圖2 煉油550裝置E1513

圖3 焦化E4205A

圖4 焦化E4205C

5 結(jié)語

盡管浸鋁鋼具有抗高溫氧化、抗硫腐蝕等諸多良好性能，但在實(shí)際應(yīng)用仍存在一定的限制條件，因此浸鋁技術(shù)應(yīng)根據(jù)介質(zhì)及操作條件合理應(yīng)用，同時加強(qiáng)施工過程中的質(zhì)量把控以及加強(qiáng)我廠的水質(zhì)管理，才能使該技術(shù)起到提高設(shè)備使用壽命的作用。