热浸铝技术(2)

2019-09-02 17:10

器内原由不锈钢制作的部分内件等改由渗铝钢制作,经测算,不锈钢--渗铝钢转化器既保持了不锈钢转化器的优点,又可使整台设备的造价降低10-20%

3.3展望

电除尘器是硫铁矿制酸净化工段中的一台关键设备,据笔者观察,国内硫酸装置电除尘器不管是引进的还是国内自己研制的,出故障的原因往往是阴极框架或极板变形导致,而引起变形的原因之一是它们高温氧化或露点腐蚀后刚度下降,因此,如果把这些材料改用渗铝钢制作预计会收到较好的效果,当然,这只是设想,具体能否使用还得做实验证实。

焚硫炉旋流装置由于温度高,因此都采用耐热钢制作,焊接成型困难,加工难度大,造价高,如改用不锈钢渗铝则可解决上述问题。

4 检验

渗铝钢的渗铝质量对其使用寿命甚大,因此在使用前应进行认真的检验。 4.1宏观检查 4.1.1目测检验

热浸铝层应连续,在基体金属表面覆盖完好。浸渍型热浸铝表面不允许存在明显影响外观质量的熔渣、色泽暗淡以及假浸、漏浸等缺陷。扩散型热浸铝层表面不允许存在漏浸、裂纹及剥落等缺陷。 4.1.2刻划检验

浸渍型热浸铝层的刻划检验:使用坚硬的刀尖并施以适当压力,在平面部位刻划(或手工锯割)至穿透化合物层。在刻划线(或锯割线)两侧2.0mm以外的化合层不应起皮或剥落。 4.1.3热浸铝层的涂覆量

以机械方法从工件上切取试样或选取与工件同一批料的预备试样。试样按照与工件相同的热浸铝工艺方法除油、除锈、干燥,在热浸铝前后称重,计算出热浸铝层的单位面积涂覆量。

热浸铝的涂覆量应符合以下规定:浸渍型覆层材料:铝180≥g/m2、铝硅≥90g/m2 ;扩散型覆层材料:铝≥280 g/m2 。

4.1.4热浸铝层的厚度

热浸铝层的厚度可用显微镜测量法或测厚仪检测进行测定,具体方法按造有关规定,最终检测结果必须符合以下标准:浸渍型:铝≥0.08mm、铝硅≥0.040mm;扩散型铝≥0.100mm。

5 束语

渗铝钢在国外是从五十年代开始批量生产并得以大量使用的,我国则是从八十年代才开始对渗铝工艺进行较系统的研究并逐渐投入工业化生产,但目前仍存在着生产规模小、成本高、推广力度不大等不足,随着大家对渗铝钢优点的逐步认识,相信渗铝钢在工业化生产中应用会更加广泛。

固体渗铝钢的焊接 1、渗铝纲的焊接特点 固体渗铝钢的可焊性与其母材的可焊性差别不大,但两者的焊接方法和焊接工艺有所不同,固体渗铝钢的焊接要兼顾两方面问题。一是要保证材料的整体机械性能,二是要使焊缝表层具有与渗铝层相同或相近的抗高温氧化性或耐蚀性,并且保证焊缝处的性能连续性。因此焊接时在焊缝处要作些特殊处理。固体渗铝材料在工程中用的很多,但大量在石化行业使用渗铝管制作换热器管束还是近几年的事。经过在不同的使用条件,采用不同的焊接方式、焊接材料和焊后处理方法进行对比研究,具有渗铝层的换热管与管板之间的焊接有以下几个特点: (1)由于铝极易氧化,焊接时必须采用保护措施。 (2)焊接热熔化破坏了焊缝处管子的渗铝层,因此焊缝处的渗铝层防腐连续性被破坏,如果采用高合金焊条焊接焊缝与管板间熔合线处最容易腐蚀。 (3)焊接电流过大还可能使焊缝处管内渗铝层破坏。 (4)焊接时熔池表面有氧化铝悬浮物,容易污染钨极。 (5)焊接时由于渗铝管表面有一层不易熔化的氧化铝膜,收弧处易产生气孔,掌握起来有一定难度。 2.渗铝纲的焊接措施 (1)管头露出管板端面不小于3mm,全部为角焊缝,管头端面不允许烧损。 (2)采用钨极氩弧焊两遍完成,第一遍全部焊完后对焊缝进行彻底清理,然后再焊第二遍,焊接电流不能大。 (3)为了保证焊缝处不受管程和壳程介质的腐蚀,在焊接完毕后,须对管头进行贴胀或用特制防腐涂料封闭管孔与管子之间的间隙,以隔绝壳程介质对焊缝的腐蚀。然后进行水压试验,水压试验合格后,需要对管板端面进行覆盖保护,以防止管程介质腐蚀焊缝。(见焊后管板端面进行覆盖保护照片) 管板端面进行覆盖保护一般分两类:一是热喷涂铝加耐温有机硅涂料封闭;二是采用专用涂料涂层保护。建议使用温度在200℃以上的采用第一种方法,使用温度在200℃以下的采用第二种方法。无论采用那种方法都要对管板端面进行喷砂除锈,除锈等级达到GB8923-88《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》喷射除锈Sa2.5级为合格。喷铝和专用涂料喷涂都应在除锈后两小时内进行。喷铝层厚度一般为0.10mm,喷涂完毕后应立即用专用涂料进行封闭,封闭一般三遍完成。 (4)对一些使用在有严重腐蚀介质工况下的换热器管束,管板端面经粗加工后铺焊一层高合金耐蚀材料,再进行精加工钻孔。焊接时用与铺焊层材料相似的焊条。 3.几种常用的焊接接头形式和焊接方法: A.见附图a、b:适用于内壁渗铝的炉管类焊接,内衬环材质为高合金,内衬环先与一根管子焊在一起再进行渗铝。焊缝处的渗层应磨去,第一遍封底焊采用钨极氩弧焊,焊丝材质与衬环材质相匹配。其余焊缝可用手工电弧焊或气体保护焊,焊条的材质与母材相匹配、焊前预热与焊后热处理根据母材要求决定。 B. 见附图c:适用于内外壁渗铝的炉管类焊接,短管材质为高合金材料,短管先与管端焊在一起并进行射线检查,然后再进行渗铝。回弯头材质与短管材质相同,第一遍采用钨极氩弧焊打底,焊丝材质与短管相匹配。第二遍焊接以后,采用钨极氩弧焊或手工焊,焊丝或焊条材质与第一遍相同。 C. 见附图d:适用于炉管和其它压力管道内渗铝的焊接,先在焊缝处堆焊一层耐蚀高合金层,然后进行渗铝,焊接前把焊缝处渗铝层磨去。第一遍封底采用钨极氩弧焊、焊丝选用高合金材料。严格控制焊接电流和内部焊缝成形。其余焊缝的焊接同图a、b母材的焊接要求。 D. 见附图e:适用于冷热交换设备管板与管子的焊接,焊接时采用钨极氩弧焊,严格控制焊接电流,无论管子大小,均应焊两遍。内外防腐和外防腐均采用普通焊丝,内防腐的管束试压合格后管板端面及管头需做进一步防腐处理。外防腐的焊接完毕后,管子与管板可采用贴胀或防腐涂料封闭的方法来隔绝腐蚀介质。 E.渗铝管焊接应注重的其它事项: a.渗铝管只允许进行机械切割; b.严格控制焊接电流,防止过热。 c.严禁在管子上试弧打火,地线连接应牢固,防止打火。保持渗层完整连续。 附:焊接接头形式示意图。 版权所有:上海平微防腐材料有限公司 IP备:12345678 渗铝钢的性能

1、机械性能

总体上说,渗铝钢的机械性能取决于母材的机械性能,但在钢材表面进行渗铝后,虽然渗层很薄,但渗层的机械性能同母材的机械性能相差很大,对其基体材料的机械性能或多或少都会产生一些影响。材料表面经过渗铝后,在表面形成一层铁—铝合金层,这层合金层硬度非常高,并且很脆。但是由于渗层厚度有限,对于结构件来说,不会对使用性能产生什么影响,但是对于受压元件来说,就不得不考虑渗层对机械性能的影响,为了尽可能减少渗层对机械性能的影响程度,从两个方面加以控制,第一是调整渗剂配方,使渗层硬度降低,改善渗铝层的机械性能;第二是控制渗层厚度,在满足需要的前提下尽可能减小渗铝层

的厚度,渗层薄对机械性能自然影响就小。定性上说渗铝对母材机械性能影响大小决定于渗厚度与母材厚度的比值,对于渗后做承压部件或受力部件的管材单面渗铝层厚 与母材厚度的比值不宜超过0.07、且不大于0.20mm,对于双面渗铝的管材或型钢,渗铝双面厚度之和与母材厚度的比值不宜超过0.12,且每面渗层不超过0.20mm。对于薄壁管材和轻型型钢、渗铝层对机械性能影响大一些,对于厚壁管和普通型钢渗铝层对整体机械性能影响很小。因此当薄壁渗铝管材或型材用于承压或受力元件时,必须考虑渗层对该材料整体机械性能的影响。实际上关于渗铝层对机械性能的影响是一个技术问题,作为一种新材料,从技术角度必须考虑和解释清楚渗铝对材料机械性能的影响问题。在实际应用中作为普通换热器,换热管的强度问题并不是主要问题,所以渗铝后对换热管的机械性能的影响一般可以不予考虑。对于一些高压或有特殊用途和特殊要求的换热器,应当把渗铝影响材料机械性能因素考虑在内。

碳钢基体渗铝材料可以进行冷热成型,在冷态拉伸长度不超过8%,在加热到760℃以上时拉伸不超过25%时不影响渗层质量。不锈钢和其它高铬镍合金钢不允许冷成型,热成形时需加热到较高温度。

2、抗腐蚀性能

渗铝钢在240℃以上,具有很强的抗H2S、SO2、SO3和RCOOH的腐蚀能力,在同等条件下,渗铝层的铝含量在15%(wt)以上,其耐蚀性比18-8级不锈钢高三倍以上。当渗层铝含量达到20%(wt)以上时,其抗高温硫的腐蚀能力远远高于含铬28%的不锈钢。在石油加工过程中,在240℃以下原油中的有机硫化物未分解、故不存在严重的硫腐蚀问题。在240℃~340℃之间、原油中的有机硫化物开始分解,生成H2S,并随着温度的升高而腐蚀加重,反应式 H2S+Fe→FeS+H2

当温度从340℃~400℃时,H2S开始分解,此时腐蚀反应式为: H2S→H2+S Fe+S→FeS

在有RCOOH作用下,腐蚀进一步加剧。这是因为: 2RCOOH+Fe→Fe(RCOOH)2+H2↑ FeS+2RCOOH→Fe(RCOOH)2+H2S↑

环烷酸(RCOOH)在220℃以下不发生腐蚀,以后随着温度升高腐蚀增加,在270℃~280℃腐蚀最大,温度再提高腐蚀又下降。在350℃附近腐蚀又急骤增加。在400℃以上没有腐蚀了。因此在常减压装置中加工 高酸值低硫原油的设备腐蚀,比单独加工高硫(或高酸值)原油的腐蚀更为严重,特别是在270℃~280℃及350℃附近。

在426℃~430℃时、高温硫对设备的腐蚀最快。当温度大于480℃时H2S完全分解腐蚀下降,当温度大于500℃时、不是硫化物腐蚀范围。此时为高温氧化。

渗铝钢的抗低温(120℃)以下H2S腐蚀能力也优于18-8级不锈钢,且不发生应力腐蚀开裂问题。在石油加工过程中低温H2S腐蚀部位主要发生在:

(1)催化裂化分馏塔顶冷凝冷却系统、及吸收解吸系统、腐蚀类型为: H2S-NH3-H2O HCN-H2S-H2O

(2)脱硫装置再生塔顶的冷却系统、腐蚀类型为: CO2-H2S-H2O

(3)干气及液态烃脱硫的再生塔底部系统及富液管线系统、腐蚀类型为: RNH2-CO2-H2S-H2O

(4)液化石油气罐、加氢装置和脱硫装置后冷器部分。腐蚀类型为: H2S-H2O

渗铝钢耐蚀性决定渗层的铝含量、当渗层中铝含量达8%(wt)时,抗H2S作用明显增强,现在标准中一般要求渗层铝含量大于15%(wt),这时渗层的原子含量在30%以上,对金属材料的保护作用表现在,表面形成一层致密的,附着力很强,并且极为稳定的Al2O3保护膜,这层保护膜具有很强的自身修复和再生性。研究表明当渗铝含量在8%(wt)以上时,就能形成连续的保护膜。 渗铝钢耐H2S腐蚀试验结果(表2) 表1-2 渗铝钢在H2S气体中的腐蚀实验结果

材料 试验条件 腐蚀量(未渗铝) mg/cm2 1.02 1.735 0.29 36.5 腐蚀量(渗铝) mg/cm2 0.035 0.6 0.012 0.1 低碳钢 6% H2S 480℃ 24h 100% H2S 650℃ 24h 1Cr18Ni9Ti 6% H2S 480℃ 24h 100% H2S 650℃ 24h 3、抗高温氧化性能

在高温氧化环境中,含铬的不锈钢能生成高铬氧化膜,同样渗铝钢表面也能形成氧化膜,且氧化铝膜比氧化铬膜更稳定、因此渗铝层能更有效地保护金属材料。经过实验证明Cr13型不锈钢在870℃以上氧化环境中剥皮严重。在耐高温的铬钼钢和18-8型以上高铬镍合金钢表面进行渗铝可进一步提高其抗高温氧化性能。

在实验室对同样大小(50×15×4),材质分别为Q235A,Q235A渗铝、1Cr18Ni9Ti的三个试件进行高温氧化试验,试验方法是将试件放进电炉加热到980℃恒温24小时,出炉在室温中冷却到200℃再进电炉加热到980℃恒温24小时,这样反复8次,碳钢试件全部氧化,碳钢渗铝试件仅轻微变色,不锈钢试件深度剥皮脱落。


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