眾所周知，石化行業(yè)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境惡劣，腐蝕是制約石化行業(yè)快速發(fā)展的問題之一。 材料將從低級(jí)向高級(jí)發(fā)展。 在煉油廠和石油化工廠中，使用各種類型的不銹鋼和鎳基材料，如壓力容器、管道、接頭、閥門等設(shè)備。 下面簡(jiǎn)單介紹一下不銹鋼和鎳基合金在石化行業(yè)的應(yīng)用。

一、石化工業(yè)用材料的腐蝕種類

石化行業(yè)設(shè)備環(huán)境復(fù)雜惡劣，不僅受到普通硫酸、硝酸、鹽酸、氫氟酸、環(huán)烷酸等酸類的腐蝕，還受到氫氧化鈉等堿的腐蝕和氨氣，以及乙烯和尿酸等有機(jī)物的腐蝕。 因此，材料在不同的腐蝕介質(zhì)環(huán)境中可能面臨不同類型的腐蝕。 一般來(lái)說，用于石油化工行業(yè)的不銹鋼和耐蝕合金材料存在以下問題：縫隙腐蝕、電偶腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂、穿晶開裂（主要是氯化物）、晶間應(yīng)力腐蝕開裂（主要是硫化物）、點(diǎn)腐蝕、氫損傷等。上述幾種腐蝕的機(jī)理和表現(xiàn)形式不同，在實(shí)際應(yīng)用中采取的預(yù)防措施也不同。 應(yīng)分析腐蝕失效形式，找出相應(yīng)的腐蝕和防腐蝕方法。

圖1 點(diǎn)蝕與應(yīng)力腐蝕模型示意圖

2.申請(qǐng)

(1)傳統(tǒng)鐵素體不銹鋼因韌性有限、脆性轉(zhuǎn)變溫度高、加工性能差等因素，在工業(yè)上應(yīng)用較少。 但通過進(jìn)一步降低間隙元素含量和加入其他合金元素，提高韌性，提高耐蝕性換熱管為不銹鋼，從而發(fā)展出超級(jí)鐵素體不銹鋼或高性能鐵素體不銹鋼，即現(xiàn)代鐵素體不銹鋼。 現(xiàn)代鐵素體不銹鋼在石化行業(yè)具有較好的應(yīng)用和推廣前景：①鋼。 鐵素體不銹鋼，即美國(guó)UNS或439換熱管為不銹鋼，日本、中國(guó)或。 該鋼種是一種用鈦穩(wěn)定的超低碳鐵素體不銹鋼，其化學(xué)成分旨在消除對(duì)點(diǎn)腐蝕的敏感性，并且不會(huì)在焊接熱影響區(qū)形成馬氏體。 嚴(yán)格控制其化學(xué)成分，可獲得優(yōu)良的塑性、焊接性和耐蝕性，與前幾年相比性能有顯著提高。 特別是對(duì)氯化物SCC和連多酸SCC具有較高的抵抗力，其抵抗一般點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的能力接近于304L。 因此，該鋼種可部分替代304L鋼，用作各種冷凝器、給水加熱器和潤(rùn)滑系統(tǒng)冷卻器的換熱管，以及一些腐蝕性不強(qiáng)的化學(xué)介質(zhì)，如輸送稀硝酸、硝酸銨等。 、化纖（維綸、滌綸、丙烯腈和乙二醇等）常壓和低壓管道、儲(chǔ)罐。

(2) 鋼材。 鋼材為高純鐵素體不銹鋼，即美國(guó)E-1鋼或UNS，日本XM27，中國(guó)或。 該鋼種采用真空感應(yīng)加電子束熔煉或電渣重熔聯(lián)合精煉，控制間隙元素C、N的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過0.02%，從而提高塑性，脆性轉(zhuǎn)變溫度降至-60° C。 由于 Cr 和 Mo 含量高，這種鋼在許多環(huán)境中具有優(yōu)異的耐腐蝕性，特別是在氯化物、有機(jī)酸、氧化性酸和熱濃堿液中。 均勻耐蝕性特別好。 該鋼種經(jīng)高純鋼焊接后不產(chǎn)生簡(jiǎn)化腐蝕，耐點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕。 尤其在氯化物、連多硫酸、硫化氫和強(qiáng)堿中不產(chǎn)生SCC。 因此，蒸發(fā)器管可采用高純鋼。 鎳管更便宜，使用壽命更長(zhǎng)。 該鋼種有望用于醋酸、精對(duì)苯二甲酸（PTA）和聚乙烯醇（PVA）的生產(chǎn)設(shè)備，作為冷卻器解決含雜醋酸的腐蝕問題，替代奧氏體不銹鋼如 316L、317L、904L。 該鋼種還可用于某些氧化鹽溶液的蒸發(fā)器和次氯酸的漂白設(shè)備。 但由于該鋼種采用二次真空熔煉生產(chǎn)，成本過高，難以推廣。

(3) 鋼材。 鐵素體不銹鋼是美國(guó)UNS或405鋼，日本、中國(guó)或。 鋼中C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.08%以下，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%左右的Al，可在整個(gè)溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定鐵素體組織。 該鋼的塑性、韌性、冷成形性和焊接性均優(yōu)于其他高鉻鐵素體鋼，且該鋼的膨脹系數(shù)與碳鋼相近，易于制造復(fù)合鋼板。 因此，國(guó)內(nèi)石化系統(tǒng)的煉油化工設(shè)備已普遍采用鋼材。 SH/T3096-2001《高硫原油加工主要設(shè)備設(shè)計(jì)及選材導(dǎo)則》規(guī)定了常減壓裝置的初餾塔、常壓塔、減壓塔和汽提塔的殼體和塔板應(yīng)采用用作催化分餾塔、吸收塔、裂化裝置脫附塔殼、脫硫化氫氣體塔、加氫裂化裝置脫乙烷塔殼。

(4)低鉻不銹鋼。 由于鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%～30%的鐵素體不銹鋼成本較高，開發(fā)應(yīng)用低鉻不銹鋼符合資源節(jié)約的需要。 美國(guó)、日本和中國(guó)開發(fā)了0Cr11~12或添加了Mo、Ti、Nb元素。 這些鋼可用作汽車尾氣、凈化處理裝置和消聲器。 此外，美國(guó)在UNS編號(hào)中分別加入了(T5)、(T9)、、、和，這些CrMo鋼在名義上被視為不銹鋼。 這些低鉻鋼不是鐵素體鋼，而是馬氏體鋼，因?yàn)樗鼈兊奶己可愿撸?.10%～0.15%質(zhì)量分?jǐn)?shù)），Cr含量較低。 由于在表面形成了一層比較穩(wěn)定的尖晶石型復(fù)合保護(hù)膜，這些鋼具有良好的高溫化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化、抗硫化作用。 它們廣泛用于常減壓煉油廠、催化裂化、延遲焦化、加氫裂化等裝置的爐管、換熱器、反應(yīng)器和管道。

(5)石油精制裝置的代表設(shè)備是常壓蒸餾裝置、減壓蒸餾裝置、接觸分離裝置、接觸改質(zhì)裝置、加氫脫硫裝置和加氫裂化裝置。 石油煉制中的腐蝕因素大部分是由原油帶入的，其中主要是有機(jī)硫化合物（原油中0.01-5%）和無(wú)機(jī)鹽（數(shù)ppm-）。 受熱分解，可能產(chǎn)生H2S、氯化氫等活性物質(zhì)。 此外，原油中還含有環(huán)烷酸類有機(jī)酸。 當(dāng)含量大時(shí)，會(huì)引起材料的嚴(yán)重腐蝕。 除了原油中帶入的腐蝕因素外，為了提高精煉效果，除水外，還使用氫氣、硫酸、堿、氨等。

根據(jù)石油煉化裝置的不同腐蝕情況選用不同的材料。 例如，高溫硫化體系考慮了Al和Cr的耐硫腐蝕和高溫強(qiáng)度，采用Cr5-Mo以上的材料； 高溫H2S-H2系統(tǒng)采用13Cr-Al、18-8Ni鋼； 高溫高壓H2系統(tǒng)采用Cr-Mo鋼或堆焊18Cr-8Ni-Nb鋼； 選用低溫H2S-H2O體系，或蒙乃爾合金襯里，H2S-HCl-H2O體系選用上述耐點(diǎn)蝕、耐應(yīng)力腐蝕不銹鋼； 環(huán)烷酸體系，選擇低流量即可，高流量需要進(jìn)一步研究； 低溫CO2腐蝕體系，一般可在200℃左右使用； 重整爐反應(yīng)管、高溫鋼管、制氫裝置中的各種加熱爐鐘吊、支架可選用25Cr-20Ni、800合金等。

(6)Ni-Cr-Fe合金廣泛用于煉油、石化設(shè)備的液相、氣相腐蝕部位和高溫部位。 最常用的結(jié)構(gòu)材料仍然是碳鋼和鉻鉬鋼。 在煉油設(shè)備中，如烷基化工藝設(shè)備，介質(zhì)為H2SO4和HF，因此對(duì)材料要求比較高，主要是Ni-Cu系蒙乃爾合金。 此外，在處理高酸值原油的蒸餾設(shè)備中要求使用316和317合金以抑制環(huán)烷酸腐蝕。 由于石化裝置中介質(zhì)較為復(fù)雜，鎳鉻鐵及鎳基合金被廣泛應(yīng)用在更多場(chǎng)合。

例如，作為煉油工業(yè)的核心工藝流化催化裂化，其主要作用是在催化劑的作用下將重油裂解成輕質(zhì)餾分油，其反應(yīng)-再生系統(tǒng)在高溫下運(yùn)行，特別是對(duì)于重油催化裂化再生系統(tǒng)750℃，其結(jié)構(gòu)材料大量采用300系不銹鋼。 304/304H和321/321H常用于再生器旋風(fēng)分離器，304H材料用于反應(yīng)器-再生器周圍的小型高溫管道，設(shè)備中的高溫閥門要求用這些不銹鋼制成鑄造合金。 高溫?zé)煔庀到y(tǒng)的波紋管膨脹節(jié)是易腐蝕部件，使用800合金可以解決腐蝕事故頻發(fā)的問題。

又如，在乙烯裂解過程中，雖然裂解爐保護(hù)段、下對(duì)流段、出口輸送管道、淬火裝置的工作溫度略低，但仍要求使用耐熱鋼。 雖然裂解爐管可用合金800和253MA制造，實(shí)際應(yīng)用可以保證1010～1038℃，但輻射段和保護(hù)段通常需要離心鑄造改進(jìn)的HP系列合金。

表1 煉油、石化設(shè)備常用的不銹鋼和耐熱鋼

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