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加氢装置中阀门材质的选择

时间:2023-08-07 08:54:41 点击:499次

1、阀体材质的选择

加氢反应装置,一般可分为进料缓冲、进料加热、反应分离、分馏、公用工程几个部分。对于加氢装置中进料缓冲、分馏和公用工程部分,这部分的介质或温度不高,或压力不高,且介质中未混氢或氢气已从介质中分离,氢腐蚀和湿硫化氢腐蚀的条件不足,这些位置的阀门阀体可以使用碳钢材质。阀门的压力等级根据碳钢材质的温压曲线确定即可。通常为了提高阀门使用寿命,阀门内件使用奥氏体不锈钢,且因为阀门内件质量占阀门总体质量不高,阀门内件使用奥氏体不锈钢并不会显著增加阀门成本。

对于加氢装置中的注水泵出口、贫胺液泵出口处的阀门,这两处介质为水、贫胺液,不含氢或硫,温度不高仅有高压,为降低成本,可以使用碳钢阀体,但阀内件可考虑改为马氏体不锈钢如416或440C且无需堆焊硬质合金。中压蒸汽线处的阀门,由于温度较高可达400℃以上,阀体材质适合使用合金钢WC6或WC9。

在进料加热和反应分离部分,原料油会混入氢气,在开工加热炉内加热,进入加氢反应器后进行反应时还会放热,此时介质温度可达300℃以上。当介质温度升高至200℃以上后,原料中的氢原子会进入金属内部的空隙产生氢蚀。另外,当温度大于260℃时,硫化氢腐蚀变得显著,且随温度升高而迅速加强。铁素体不锈钢、马氏体不锈钢和双相不锈钢在这种位置难以承受氢腐蚀和硫化氢腐蚀,此时使用耐氢腐蚀和耐硫化氢腐蚀的奥氏体不锈钢是较好的选择。

对比常用的奥氏体不锈钢304或316,304不锈钢的牌号为06Cr19Ni10,平均含镍10%;316不锈钢的牌号为06Cr17Ni12Mo2,平均含镍(Ni)12%,增加镍含量提高了强度此外,316不锈钢还含有304材质没有的钼(Mo)进一步增强了316不锈钢的抗点蚀性能。总而言之,316不锈钢的耐腐蚀性、耐高温性和强度均优于304不锈钢,可以在更严苛的条件下使用,但成本也比304不锈钢高。在加氢装置的反应部分,阀门制造商通常会使用316作为阀体材质,因为阀门材质的成本仅占阀门整体成本的小部分,使用316并不比304显著提高成本,但耐腐蚀性能更优。

对于高压分离器底部液体出口处的液位调节阀,是加氢装置实现气液分离最关键的阀门,该位置会伴有汽蚀发生,对阀门内件产生剧烈冲刷,缩短阀门使用寿命。此处选用的阀门材质通常选择321或347以提高使用寿命,同时也会在阀门结构上考虑特殊的构型以减少汽蚀对阀门使用寿命的影响。

321不锈钢是Ni-Cr型奥氏体不锈钢,牌号为06Cr18Ni11Ti,321不锈钢中的钛不但作为稳定化元素存在,提高了其耐晶间腐蚀的能力;而且它在304基础上通过添加钛元素,在温度范围(425~815℃)内具有优异的高温性能,耐氧化和耐蠕变能力,在耐高温方面比316要好。

347不锈钢的牌号为0Cr18Ni11Nb, TP347H(1Cr19Ni11Nb)属于高碳含铌Cr-Ni奥氏体不锈钢,由于含稳定化元素Nb,其耐晶间腐蚀和耐多硫酸晶间应力腐蚀性能良好,由于Nb较Ti不易烧损,此钢种比321具有更高的高温强度和更好抗高温氧化性能。

2、阀门内件材质的选择

为了提高阀门的使用寿命,加氢装置的阀门不论阀体材质为碳钢还是不锈钢,内件通常会使用耐蚀性和力学性能都较好奥氏体不锈钢,通常以316为主。若阀体材质为321或347,则阀内件材质原则上也应使用321、347或等级更高的材质。

对于出入口差压较大的调节阀,为了进一步提高阀门使用寿命,可使用在阀内件表面堆焊司泰莱材料,高压切断阀的阀内件可喷涂碳化钨、碳化铬。为了耐腐蚀,通常选用316。若阀体材质为321或347,则阀内件材质应不低于阀体材质。

切断阀由于开关力矩大、需要快速动作,对阀杆材质的硬度、强度要求较高,切断阀的阀杆材质通常使用硬度较高的沉淀硬化马氏体不锈钢17-4PH,当对耐腐蚀性能有要求时还可使用氮强化奥氏体不锈钢XM-19(Nitronic50)。

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