设备的使用和设备使用与维护.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一讲 设备的使用和维护,一、设备的分类 （主要是指容器的分类）,1、分类方法:,按结构和用途分类。,按结构和材料分类。,按承压状态分类。,按设计温度分类。,按支撑方式分类。,按制造方法分类等。,2、,按承受压状态分类,分为内压设备和外压设备。,3、内压设备（容器）按承受压力大小分类,低压设备 0.1,P,1.6,Mp,a,。,中压设备,1.6,P,10,Mp,a,。,高压设备 10,P,100,Mp,a,。,超高压设备,P,100,Mp,a,。,4、,按结构和用途分类分为,反应容器 代号,R,换热容器,E,分离容器,S,储存容器,C,球罐为,B,5、按压力高低、介质的危害程度及在生产中的重要性分类 压力容器安全技术监察规程规定。,1）下列情况之一的，为第三类压力容器,（1）高压容器,（2）中压容器（仅限毒性为极度和高度危害介质）,（3）中压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中度,危害介质，且,pv,乘积大于等于10,MPa,m,）；,（4）,中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度,危害介质，且,pv,乘积大于等于0.5,MPa,m,）；,（5）,低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害 介质，且,pv,乘积大于等于0.2,MPa,m,）；,（6）高压、中压管壳式余热锅炉；,（7）中压搪玻璃压力容器；,（8）使用强度级别较高（指相应标准中抗拉强度规,定值下限大于等于540,MPa,）,的材料制造的压力容器；,（,9）移动式压力容器，包括铁路罐车（介质为液化气体、低 温液体）、罐式汽车（液化气体运输车、低温液体运输车、永 久气体运输车 均为半挂式）和罐式集装箱（介质为液化气体、低温液体）等。,（,10）球形储罐（容积大于等于50,m）,（11）,低温液体储存容器（容积大于等于5,m）,2）下列情况之一的，为第二类压力容器（三类中规 定的除外）,（1）中压容器,（2）低压容器（仅限毒性为极度和高度危害介质）；（3）低压反应容器和低压储存容器（仅限易燃介质,或毒性程度为中度危害介质）；,（4）低压管壳式余热锅炉；,（5）低压搪玻璃压力容器。,3）低压容器为第一类压力容器（第二、三类容器规定 除外）。,二、石油化工设备常见缺陷和故障,（一）,压力容器,1、腐蚀 有化学腐蚀 电化学腐蚀 两大类,2、时效作用引起的材料性能变化 如石墨化 回火,脆化等。,3、,热冲击 指介质突然发生显著温度变化时，引起,容器不同部位不均匀的膨胀和收缩。,由此产生的,应力可能使容器变形甚至局部开裂。,如加氢裂化反应器。,4、,循环的温度变化,在循环的温度变化条件下，,特别使大范围快速的温度变化的工况下操作使容,器因疲劳而产生变形和裂纹。,5、振动 介质的流动，泵和压缩机出口的脉动，尤,其是高压往复泵、往复压缩机的脉动振动力对容,器的影响最明显，会引起容器或接管焊缝的裂纹,和开裂。,6、超温超压引起的膨胀 在事故状态下，当容器,内介质压力超过设计压力，安全阀又不能及时开,起时，容器将瞬时超压，引起局部或部分鼓胀。,7、泄漏 由于管理不善、设计不合理以及违章操 作 等原因引起介质泄漏。泄漏会造成环境污染甚至 会引起燃烧和爆炸事故。,8、密封失效的原因,1）、法兰盘或垫圈表面有疵点或污垢。,2）、介质的腐蚀作用使垫圈损伤或变质脱落。,3）、螺栓预紧力降低。,4）、由于高温、载荷波动使垫圈和螺栓弹性降 波。,9、衬里减薄和脱落 催化裂化装置由于衬里的脱落,经常出现三器和烟道局部超温现象，是生产的严,重隐患。,10、衬里失效的原因,1）、反应深度的影响。,2）、施工质量不好。,3）、气体涡流的作用。,4）、衬里骨架选型不合理。,5）、衬里烘干过程不规范。,（二）、换热器,1、腐蚀,1）介质引起的均匀腐蚀。硫及硫化物引起的腐蚀、盐酸产生的均匀腐蚀、奥氏体不锈钢的应力腐蚀等。,2）汽蚀 当设计不合理时，实际工况与设计工况不符，会引起水侧局部管束的表面发生水的汽化现象，引起管外壁汽蚀。,3）结垢引起的坑蚀。,2、机械及热应力引起的损伤,1）管子与管板胀接处的松动,2）过大的管子和管板温差引起的焊缝开裂。,（三）、设备的共性缺陷,1、壁厚减薄 分为局部减薄和全面减薄。其危害是会引起破裂和泄漏。其原因为腐蚀、超压和介质冲刷作用造成。,2、裂纹 有接管焊缝裂纹、容器焊缝裂纹、支座裂纹、部件裂纹等。尤以容器焊缝和接管根部的裂纹较多。其危害同样会引起介质泄漏和容器破裂。,3、裂纹产生的原因,1）、存在应力集中和残余应力。,2）、应力腐蚀。,3）、交变载荷作用。,4）、材料有缺陷。,4、积垢,1）积垢的原因,（1）水垢 如碳酸钙垢,（2）晶体积附 液体介质中析出晶体，沉积在传热表,面形成垢层。,（3）机械杂质或有机物沉积。,（4）产品分解。,2）积垢的危害 积垢会降低传热效率、增大流体阻力、减小有效容积、加速壁面腐蚀。,三、设备的维护与检查,1、设备运行时的检查 主要控制运行中的操作参数。如温度、压力、流量、流速、物料成分、,PH,值、冷却水流量等。,2、检查设备的各个控制点有无异变。如反应器外壁。,容器接管根部、容器支座、发兰密封点、应力集中部位的焊缝处、（筒体与封头的连接焊缝、接管与容器的连接焊缝、容器与支座的连接焊缝、容器变径段的连接焊缝等）,3、对设备定点进行测厚。,四、,装置运行期间设备检查内容,1、压力容器,1）外部可见缺陷：如外部腐蚀情况、焊接缺陷、,氢鼓泡等；,2）因过大的管线应力或其他原因产生的变形；,3）人孔、法兰连接和补强圈处的泄漏；,4）冷壁压力容器内衬绝热层外表面的高热点；,5）安全阀、爆破片等安全附件的完好情况；,6）金属结构构件及基础情况：如梯子平台、支座,安全防护栏、扶手、护罩等有无损坏。,7）操作运行情况：征求操作人员的意见，查看记录；,8）测厚情况：获得测厚数据。,2、管壳式换热器,1）外部可见缺陷：腐蚀、焊接缺陷、破损等；,2）壳体与头盖法兰连接、管路与壳体法兰连接、阀,门与管路法兰连接、阀门大盖等密封处的泄漏；,3）支座及支撑结构、基础情况；,4）保温及防火层情况；,5）操作运行情况，征求操作人员的意见，查看记录；,6）测厚情况，如有条件用超声波测厚仪进行测厚。,3、加热炉,1）容易发现的缺陷及损坏情况；,2）炉管热分布、过热、膨胀、凹陷或弯曲情况；,3）炉管温度：采用光学或红外高温计测量；,4）炉管支架、吊钩有无变形、损坏情况；,5）火嘴操作、火焰分布情况；,6）耐火衬里、火墙损坏情况，外部表面高温点情况,7）炉体外壳、梯子平台、安全防护栏等完好情况；,8）外部管线保温及防火层有无损坏情况；,9）烟囱的倾斜、振动和摇晃情况；,10）操作运行情况：征求操作人员的意见，查看记录。,4、蒸汽锅炉,1）锅炉炉管、过热器、水冷壁过热迹象；,2）炉膛中火墙情况；,3）火嘴燃烧情况；,4）放空阀及设施正常和严密性情况；,5）安全阀、调节风门正常情况；,6）炉体外壁、结构构件、梯子平台、栏杆护罩情况；,7）液面水位表及仪表玻璃情况；,8）油、汽、,瓦斯、水、空气等所有密封结合处泄漏情况；,10）燃料供应情况,5、管线,1）管线法兰连接、阀门、排凝、放空等接合处的泄,漏情况；,2）管线外部腐蚀、焊缝缺陷、裂缝或其他缺陷；,3）管线振动、摇晃，可动支架的位置、固定支架和,托架的挠曲及变形；,4）管线保温完整情况；,5）膨胀节的正常情况；,6）测厚情况。许可时可用,X,射线探伤仪对壁厚测量。,6、,泵和压缩机,1）外部可见缺陷：振动、轴承温度、异常噪声、润滑油液,面的正常情况；,2）润滑油及冷却水的温度和压力；,3）机体大盖、出入管路法兰、阀门、轴封填料、机械密封,及附属油、水管线上的泄漏情况；,4）地脚螺栓的松动，基础完整情况；,5）,操作运行情况：征求操作人员的意见，查看记录,。,7、操作条件下应控制的指标,压力控制指标,项目,控制范围,超标危害性,最高压力,不超过最大许用工作压力,外压设备失稳破坏；,内压设备泄漏、爆炸。,升降压速度,常温下,0.5,MPa,/min,高温下035,MPa,/min,设备衬里受损；,设备内构件受损；,设备连接处密封失效；,升降压时设备应力大；,加速原有裂纹扩展。,温度控制指标,项目,控制范围,超标危害性,最高温度,不同材料的许用温度,材料强度降低甚至发生蠕变破坏；,加速材料腐蚀，开裂或氧化起皮；,最低温度,不同材料许用温度,低于物料结晶析出温度,材料产生低温脆性破坏；,物料结晶析出、堵塞设备。,升降温速度,衬里设备,25/,h,一般设备40/,h,衬里设备损坏,产生热应力和热冲击,同,平面温差,不超过设计规定,引起过大温差应力,工艺控制指标,项目,控制范围,超标危害性,腐蚀介质含量,腐蚀速度,碳钢,0.5,mm/a,不锈钢0.1,mm/a,设备强度不足引起穿孔泄漏,机械杂质含量,不在设备内造成沉积；,不使设备过度磨损。,积垢堵塞设备、增加阻力降低,生产能力；,设备磨损强度不足。,润滑油含量,符合工艺要求；,不在设备内形成油垢。,污染触媒、降低活性、缩短寿命,油中含水或硫化物时加剧腐蚀,结垢、高温时易形成爆炸。,物料流动性,设备排料流畅,积料、堵塞设备,冷却水质量控制指标,项目,控制范围,超标危害性,机械杂质含量,25,mg/L,积垢、增加阻力、降低性能,有机物含量,25,mg/L,积垢、降低性能、加速腐蚀,含油量,5,mg/L,污染、降低性能；,溶氧,量,2,mg/L,加速腐蚀,碱钙,1300,mg/L,结,垢、降低性能；,PH,值,6.09.5,加速结垢和腐蚀。,8、维护检查安全要点,1）操作人员和维修人员一定要了解和熟悉工作场地,内设备的结构特点和物料的性能；,2）对设备节检查和维护一定要遵守相关的安全管理,规定；,3）对可能出现的危险情况要有预防措施和预案；,4）使用的工具和着装要符合安全管理规定。,9、压力容器的使用和管理,1）压力容器的界定 同时具备下列三个条件的容器为压力容器。,（,1）最高工作压力大于等于0.1,MPa,（,不含液柱静压,力，）；,（2）,内直径（非园形截面指最大尺寸）大于等于,0.15,mm，,且体积大于等于0.025,m,；,（3）,盛装介质为气体、液化气体或最好工作温度高,于等于标准沸点的液体,。,2）压力容器的使用和管理,（1）压力容器使用前，必须取得“压力容器使用登记证”，经有关部门登记批准方可使用。,（2）使用单位的主要技术负责人必须对容器的检验、安装、使用检查与维护、维修和改造以及报废的全过程负责管理。,（3）压力容器的操作人员必须经过培训，考试合格后取得合格证才能上岗操作。要严格执行操作规程和岗位责任制，认真检查发现问题及时处理。,（4）安全阀要求每年至少要进行一次定压校验并做好记录。,（5）爆破片按规定定期更换，周期一般为23年。,(6)压力容器的使用单位必须按在用压力容器检验,规程规定定期进行检验。,（7）,压力容器的定期检验，原则上有相应资格的检验单位进行检验评级。,（8）压力容器检验人员应取得省级或国家安全技术监察机构的资质，并接受当地安全监察机构监督。,（9）经过定期检验的压力容器检验单位应在30日前出具检验报告，评出压力容器的安全状况等级，同时制定必要措施监督使用。,压力容器安全状况等级的划分：,1,级：压力容器出厂技术资料齐全；设计、制造质量,符合有关法规和标准的要求；在法规规定的定期检验,周期内，在设计条件下能安全使用。,2级：出厂技术资料基本齐全；设计制造质量基本符,合法规和标准的要求；根据检验报告，存在某些不危,及安全可不修复的一般性缺陷；在法定规定的检验周,期内，在规定的操作条件下能安全使用。,3级：出厂技术资料不够齐全；主体材质、强度、结,构基本符合有关法规和标准的规定要求；对于制造时,存在的某些不符合法规和标准的问题和缺陷，根据检验报告，未发现由于使用而发展和扩大；焊接质量存在超标的体积性缺陷，经检验确定不需要修复；在使用中造成的腐蚀、磨损、损伤、变形等缺陷，其检验报告确定为能在规定的操作条件下，在法规规定的检验周期安全使用。,4级：出厂技术资料不全；主体材质不符合有关规定，或材质不明，或虽属选用正确，但已有老化倾向；强度经校核尚满足要求；主体结构有较严重的不符合有关法规和标准的缺陷，根据检验报告，未发现由于使用因素而发展或扩大；焊接质量存在线性缺陷；在使用中造成的磨损、腐蚀、损伤、变形等缺陷，其检验报告确定为不能在规定的操作条件下，按法规规定的检验周期安全使用。必须采取有效措施，进行妥善,善,处理，改善安全状况等级，否则只能在限定的条件下使用。,5级：缺陷严重，难于或无法修复，无修复价值或修复后仍难以保证安全使用的压力容器，应予以报废。,第二讲 催化裂化装置的腐蚀,一、腐蚀的基本原理,腐蚀 金属和周围介质之间发生化学或电化学作用而引起的破坏称为腐蚀。,1、腐蚀的分类,1）化学腐蚀 2）电化学腐蚀,3）应力腐蚀 4）晶间腐蚀,5）酸碱盐腐蚀 6）,HS,腐蚀,7）氢腐蚀,2、化学腐蚀,化学腐蚀 是指材料与非导电性介质直接发生纯化学,作用而引起材料的破坏。,1）高温氧化 金属在高温下和其周围环境中的氧作,用，生成金属氧化物的过程称为金属的高温氧化。,如耐热钢的氧化主要是铁与高温水蒸汽中的水反应,生成氧化铁。,Fe+HO,FeO,H,3,FeO,HO FeO H,2）高温硫化 金属在高温下与含硫介质（硫化氢,二氧化硫、有机硫化物等）作用，生成硫化物的过程，称为金属的高温硫化。（属于广义氧化）,如固体金属硫化物的反应为,M（,固）1/2,S(,气）,MS（,气）,3）高温,HHS,腐蚀 在加氢、催化从整装置的系统内，介质中存在硫化氢和氢，钢在,HHS,环境中，表面可生成,FeS,膜层，如果膜层比较致密，可以阻碍表面对氢的吸收和扩散，而抑制“氢腐蚀”。另一方面高温高压氢与,HS,同时存在时，原子氢向表面,FeS,膜层中渗透，使,FeS,膜,变得疏松容易脱落。此时,HS,则与膜下,暴露的钢材继续反应加速了,HS,对,钢材的腐蚀。,4）渗碳和脱碳 钢的渗碳是由于高温下某些碳化物与钢铁接触时发生分解而生成游离碳，破坏钢的氧化膜，渗入钢内生成碳化物的结果。钢的渗碳会造成金属出现裂纹、蠕变断裂和热疲劳破坏。,如乙烯裂解炉管。（脱碳在氢腐蚀中讲）,5）环烷酸腐蚀 环烷酸为石油中一些有机酸的总称，又称为石油酸。环烷酸在低温时腐蚀不强烈，一旦沸腾，特别是在高温无水环境中，腐蚀最激烈，腐蚀按下式进行：2,RCOOH+Fe Fe（RCOO）,2,H,FeS,2RCOOH Fe（RCOO）,2,HS,270280,和350400环烷酸腐蚀 最严重。特征是腐蚀部位有尖锐的孔洞，在高流速区有明显的流线槽。,3、电化学腐蚀,电化学腐蚀是指金属与电解质溶液间产生电化学作用而引起的腐蚀破坏，其特点是腐蚀过程中有电流流动。,（凡是在溶解状态或熔融状态下能传导电流的物质为电解质，常用的酸碱盐均为电解质。）,电解质导电的原因是溶质分子在溶液中或在熔融状态下全部或部分的离解成带正电的阳离子和带负电的阴离子。这些离子在直流电场的作用下，阳离子向阴极流动，阴离子向阳极流动，并在电极上放电形成电流。金属若处在电解质溶液中将发生金属的离子化现象即 金属 正离子电子。金属的正离子溶解于电解直溶液中去，在金属上留下电子，使金属遭到腐蚀。,金属的腐蚀与其电极电位有关。金属的电极电位越负，越容易腐蚀。例如铁和锌其电极电位分别为,0.439伏和-0.762 伏，当两种金属组成电子对时电极电位低为阳极，就受到剧烈腐蚀。,电化学腐蚀的产生必须为有电池偶存在即电池对。即有两种金属，它们之间存在电极电位的差异，电位低的为阳极，电位高的为阴极，在阳极区金属以离子状态溶出，阴极区或的电子并发生析氢反应或氧化还原反应，可用下式表示：,如在酸性水溶液中：,Fe Fe,2+,+2e,-,（,阳极放应）,2,H,+,2e,-,H,2,（,阴极反应）,但当,溶液中有溶解氧存在时，阴极反应为,2,H,+,1/2O 2e,-,H,2,O,（,氧的,还原反应）,金属的电池偶也可以是金属内部的不同组织，例如晶粒与晶粒之间、晶粒和晶界之间都会存在不同的电极电位。从而引起电化学腐蚀现象。,4、应力腐蚀,金属的应力腐蚀是指在静拉伸应力和腐蚀介质的共同作用下导致腐蚀开裂的现象。特点是这种应力腐蚀破坏没有先兆，进展迅速的突然断裂。容易造成严重事故。,金属材料发生应力腐蚀的特征可用几个方面来说明：,1）应力 可以是外加载荷和装配应力，也可以是加工、焊接等过程的内应力。,2）腐蚀介质 产生应力腐蚀的材料和介质有一定的关系，只有二者的某种组合时才发生应力腐蚀。如 普通碳钢和低合金钢在氢氧化物溶液、含有硝酸盐、碳酸盐、硫化氢的水溶液、液氨等介质中；奥氏体钢在酸性和中性的氯化物溶液、海水、热的氢氧化物等溶液中会发生应力腐蚀。,3）材料 一般认为极纯的金属不发生应力腐蚀。只有合金中存在杂质的金属才会发生应力腐蚀。,4）破坏过程有以下几个阶段,（1）孕育阶段,（2）裂纹稳定扩展阶段,（3）裂纹失稳扩展阶段,5、常见应力腐蚀开裂体系有以下几种,（1）碱脆 金属在氢氧化钠溶液中的应力开裂为碱脆,碳钢、低合金钢、不锈钢等均会发生碱脆。发生碱脆的条件与溶液的氢氧化钠浓度和温度有关。氢氧化钠的浓度在5以上时，碳钢几乎都会发生碱脆。氢氧化钠的浓度在0.1以上时188型奥氏体钢即可发生碱脆。,（2)不锈钢的氯离子应力腐蚀开裂 氯离子不但会引起不锈钢孔蚀，更会引起不锈钢的应力腐蚀开裂。发生应力腐蚀开裂的临界氯离子浓度随温度上升而减小。高温时，氯离子浓度只要达到1,mg/kg，,即可引起破裂。,不但不锈钢设备内壁会发生应力腐蚀裂纹，管子的外壁也会发生氯离子应力腐蚀，当保温材料中含有0.5的氯离子就会使管子发生应力腐蚀裂纹。,不锈钢氯离子应力腐蚀裂纹是典型的枯树枝状穿晶裂纹，并常常以孔蚀为起源。,（3）,不锈钢连多硫酸应力腐蚀开裂,在常减压蒸馏、加氢裂化、催化裂化装置中设备、管线易发生连多硫酸的应力腐蚀裂纹。连多硫酸（,H,2,S,x,O,6，,x35,）,设备受多硫化氢腐蚀，生成硫化铁，在停车检修时与空气中的氧及水反应生成连多硫酸,H,2,S,x,O,6。,在,Cr-Ni,奥氏体不锈钢设备、管道的残余应力较大的部位（焊缝热影响区、弯管部位等）产生应力腐蚀裂纹。,不锈钢在连多硫酸中产生应力腐蚀裂纹一般是晶间型的，但也有穿晶和晶间共存的。,（4）硫化物腐蚀破裂,金属在同时含硫化氢及水的介质中发生的应力腐蚀开裂为硫化物腐蚀开裂。简称硫裂。在天然气、石油采集，石油化学及化肥等领域常发生设备、管道、阀门的硫裂事故。,6、,H,2,S,腐蚀 干噪的,H,2,S,在,较低的温度（如低于250）下，对钢材无腐蚀作用。在高温条件下才会发生腐蚀。且随着温度的升高和,H,2,S,浓度的增加而加剧。,1）高温,H,2,S,的,腐蚀 高温,H,2,S,的,腐蚀主要是环烷酸的腐蚀。略见化学腐蚀,2）,H,2,S H,2,O,或湿,H,2,S,腐蚀 在湿,H,2,S,环境下在碳钢和低合金金钢设备的焊缝和热影响区等高硬部位会发生应力腐蚀裂纹。,7、晶,间,腐蚀,出现晶间腐蚀时金属表面看不出腐蚀的迹象，但金属原有的机械性质几乎完全丧失。,奥氏体不锈钢晶间腐蚀的机理是贫铬理论。不锈钢耐腐蚀其铬含量必须超过12.5，否则耐腐蚀性能于碳钢差不多。,不锈钢在敏化温度范围内（450850）,，奥氏体中过饱和固溶的碳将和铬形成,Cr,23,C,6,沿境界析出。由于奥氏体中铬的扩散速度比碳慢，这样生成的,Cr,23,C,6,所需的铬必然从晶界附近获取，从而造成了境界附近区域的贫铬。贫铬区域的电极电位急剧下降。当有电解质存在时就会发生晶间腐蚀。,防止晶间腐蚀的方法有降低钢中的含碳量、加入,Ti,和,Nb,强碳化物形成元素以及进行稳定化处理等。,8、氢腐蚀,钢受到高温高压氢的作用后，钢中的碳与渗入钢中的氢原子反应生成甲烷，使其强度韧性明显降低。,Fe,3,C4H 3FeCH,4,或者是,C 2H,2,CH,4,C 4H CH,4,这种腐蚀是不可逆的。,这种氢向钢中的扩展，可引起氢腐蚀也可以引起氢 脆。当钢中存在氢时在接近环境温度下出现开裂的现象为氢脆。,当钢中的氢浓度为67,10,6,时钢材的延伸率和断面收缩率只有原来的20到30。氢脆是可逆的在加热的情况下将氢扩散出去就可以恢复钢材的性能,9、压力容器用钢中氢的来源,1）炼钢过程中溶解在钢水中的氢，结晶时没有及时逸出而存在于钢水中。如果含量多则在钢中产生形成许多细微裂纹群，这种细微裂纹群称为白点。白点使钢材变脆，对于高强钢如铬钼钢白点是不允许有的缺陷。,2）在制造过程中产生的氢溶入焊缝金属中。主要是焊接时容器筒体、封头的坡口不干净有油、水分以及焊条潮湿、空气湿度较大等原因造成的。焊接时溶入到焊缝中形成的。,3）工作介质中的氢气。如重整、加氢反应器等压力容器中的氢气。氢气在钢中的溶解度与氢气的压力有关，并随温度增高而增加。,二、催化裂化装置的腐蚀,1、反应再生系统,1）高温气体腐蚀 高温气体主要是催化剂再生过程中，烧焦是产生的烟气。,钢材表面的高温氧化。高温下,O,2,钢,表面,Fe,反应生成,Fe,2,O,3,和,Fe,3,O,4,以及,FeO,，,而,氧化铁易脱落，是钢材不断造成新的腐蚀。,钢材表面的脱碳,Fe,3,CO,2,3FeCO,2,Fe,3,CCO,2,3FeCO,Fe,3,CH,2,O 3FeCO H,2,2）催化剂引起的磨蚀和冲蚀,（1）提升管预提升蒸汽喷嘴、原料油喷嘴及再生器主风分布管的磨损。由于各个喷嘴的流速较高，所以在出口处会形成负压区产生涡流，催化剂被吸入负压区，对其设备的金属造成严重的磨蚀。,（2）旋风分离系统的磨蚀 沉降器中的油气和再生器中的烟气以很高的速度（1525,m/s）,夹带催化剂进入旋风分离器，并被强制作向下螺旋运动，。由于离心力的作用，催化剂颗粒被强制甩向外壁。由于气流向下进入分离锥后截面越来越小，流速也越来越快，形成对下端料腿的严重磨损。严重的料腿会穿孔。,（,3）烟气和油气管道上弯头的冲蚀 在管道中当介质以较高的流速流动时，尤其是改变方向时由于惯性的作用，在弯头、变径、阀门处引起冲蚀。介质的流速愈高，介质中颗粒密度愈大，这种冲蚀就严重。由于油气中存在催化剂这种冲蚀也是存在。,3）热应力引起的焊缝开裂。热应力的产生有三种情况：构件本身各部分存在温差、具有不同热膨胀系数的异种钢焊接和结构因素引起的热膨胀不协调。,（1）构件本身各部分间的温差引起焊缝开裂，如再生器主分布管（板）。管内介质为空气温度150，管外是催化剂温度再650750。内外温差大。由于,Cr18-Ni18,型钢传热能力差、膨胀系数大。如果存在较大温差，焊缝就会开裂。,（,2）具有不同热膨胀系数的异种钢焊接接头的开裂。,这种情况多见与不锈钢接管或内构件与设备壳体的连接焊缝。在这种地方气流要改变方向，很容易产生涡流将衬里淘空，失去隔热保温作用是焊缝温差增大，使焊缝开裂。,（3）因结构因素引起的热膨胀不协调。由于结构不合理，使构件受热膨胀受到限制或补偿量太小，或相连的两构件之间膨胀不协调，或因瞬时局部超温而使某一构件或其中一部分热膨胀量过大等原因，造成局部残余变形过大或焊缝拉裂。如旋风分离器料腿拉杆以及两端焊接固定的松动风、测压管等。,4）取热器奥氏体钢蒸发管的高温水,SCC,和热应力腐蚀疲劳。内取热器原选材为1,Cr18Ni9Ti,和,Cr25Ni20,等，使用后出现,SCC,和热应力疲劳裂纹。,原因是水中的溶解氧和,Cl,-,浓度超标所致。由于蒸发管的给水是一般锅炉用水,PH,值偏,低（一般均小于8），尤其是水中的融解氧含量高，对,Cl,-,控制不严造成奥氏体钢管的腐蚀破坏。,Cl,-,对,奥氏体钢的,SCC,腐蚀与溶解氧的浓度有关。另外由于开始时缺乏经验，装置开工时都是再生器升温到接近操作温度（约700）时，才向取热管送水，这无异对奥氏体钢进行了一次敏化处理，如中途停止供水，再重新供水有是第二次敏划化处理。造成不锈钢的晶间腐蚀。破坏。生产中不止一次断水后又供水。管子随即破坏的例子。,2、分馏系统 分馏系统的腐蚀，主要由高温硫和高温环烷酸引起的腐蚀。,1）高温硫引起的腐蚀。其腐蚀主要是,H,2,S,为主的活性硫的腐蚀。原油中的有机硫化物分解温度不同。,硫醚和二硫化物分解温度为130160；,其它有机硫化物分解温度为250。,分解后的产物一般为硫醇、硫醚和硫化氢等。,在350400 时,H,2,S,能按,下式分解：,H,2,S S H,2,出来的硫腐蚀性很强成为活性硫。,S Fe,FeS,。,同时在这个温度下低级的硫醇会直接与铁反应而产生腐蚀:,RCH,2,CH,2,SH Fe （RCH=,CH,2,),FeS,H,2,当,温度升高到375425时未分解的,H,2,S,也与铁,直接反应：,Fe H,2,S,FeS,H,2,影响高温；硫腐蚀的主要因素是,H,2,S,的,含量。当原油加热后由于有机硫化物的分解，其,H,2,S,的,含量可以提高9倍以上。高温硫的腐蚀240,以上部位，400 左右最为剧烈，425 以上腐蚀有所减轻。严重是对于碳钢，腐蚀速率可达10,mm/a。,高温硫的腐蚀其影响因素有温度介质流速等。如果介质流速较高或因受阻而改变方向（弯头处设备入口处等）或气相中夹带少量液滴时则腐蚀将加剧，例如泵的叶轮和泵壳内表面、管线弯头和分馏塔进料段等都是腐蚀较严重部位。,2）高温环烷酸的腐蚀 环烷酸低温腐蚀性很小,当温度超过220,腐蚀逐渐加剧，当温度接近环烷酸的沸点270280 时腐蚀最剧烈。超过这个温有所减轻，但过350 有加剧。400 以上又减轻。,环烷酸的腐蚀主要集中在分馏塔的下部。,3、吸收稳定系统,吸收稳定系统的腐蚀主要是,H,2,S-HCN-H,2,O,型的,腐蚀。,H,2,S,的,来源主要是原料中的硫化物和原油中的元素硫。而,HCN,是,原油中的氮化物转化来的。大约有12氮化物转化为,HCN。,吸收稳定系统温度低有水存在。,硫化氢在水中离解：,H,2,S H,+,HS,-,H,+,S,同时钢在,H,2,S,水溶液中发生电化学反应：,阳极反应：,Fe Fe,2e,二次反应,Fe,S,FeS,阴极反应：,2,H,+,2e 2H H,2,2H（,渗透）,由于新生的原子氢有很强的活性，进入钢的内部，导致钢产生氢鼓泡或裂纹。,1)一般腐蚀,H,2,S,和铁,生成,FeS,，,在,PH,值大于6时，能覆盖在钢的表面，具有较好的保护性，但由于,CN,的,存在使保护膜溶解生成亚铁氰化亚铁。,即,FeS,6CN Fe（CN）,6,4,S,-2,（,络合离子）,2,FeFe（CN）,6,4,Fe,2,Fe（CN）,6,亚铁氰化亚铁在水中为白色沉淀物，停工时被氧化成亚铁氰化铁。,Fe,4,Fe（CN）,6,3,。,为普鲁士蓝色。,2）氢鼓包 氢原子半径很小，只有7.8,10,6,mm，,其中约1/3很容易进入港的晶格，并在港的内部缺陷处聚集（如加渣、气孔、裂纹、分层等），或晶界上聚集，生成氢分子。当在一个狭小的闭塞空间内有大量的氢分子生成时，此处的压力高达几百兆帕，从而造成钢材鼓包开裂。,氢鼓包的产生主要是氢聚集引起的。因此及使应力不大也会产生。在有,Fe（CN）,6,4,这种络合离子存在的条件下由于碱性溶液会加剧原子轻的扩散，一方面氰化物能溶解,FeS,保护膜，使钢失去保护，另一方面它油阻碍原子氢结合成分子氢，在溶液中保持较高的原子氢浓度加速了氢原子向钢中渗透的速度。,加氢裂化、合成氨反应器、催化的设备都有氢鼓包现象出现。,3）硫化物引起的应力腐蚀裂纹 当钢中的拉伸应力（工作应力和残余应力）时在,H,2,S-HCN-H,2,O,环境下，如果钢材存在氢致裂纹，就很容易产生硫化物应力腐蚀开裂。当介质呈酸性时。开裂较容易发生；而介质呈碱性时，开裂较困难。但如存在,CN,即使在碱性的溶液中也能发生这种破坏。,影响腐蚀的因素有：,（1）原料油 当含硫大于0.5，氮含量大于0.1，,CN,量大于200,PPm,时就会发生较严重的腐；蚀。,（2）温度渗氢最敏感的温度为540,。；,（3）,H,2,S,含量越高腐蚀越严重，一般来说，当操作压力大于等于0.5,MPa,且,H,2,S,分压大于等于0.00035,MPa,，,且有水的,条件下就会发生严重的应力腐蚀开裂；,（4）氰化物在,PH,值大于7.5时鼓包和开裂随介质中,CN,的,浓度增加而增加；,（5）氨能与,H,2,S,发生下列反应：,H,2,SNH,3,NH,4,HS （,硫氢化氨）,NH,4,HS NH,3,（,NH,4,）,2,S （,硫化氨）,硫氢化氨能使,H,2,S,在冷能水,中的溶解督大大增加，提高了,HS,的浓度；另一方面氨溶于水后提高了水的,PH,值，为使,CN,与,FeS,的,反应提供了有力的条件，故一般应使,NH,3,的,浓度小于1000,mg/L。,（6）,钢材的显微组织对氢鼓包和,H,2,S,应力腐蚀开裂影响很大。尤以马氏体开裂敏感性最大。因为马氏体组织属于亚稳定组织，有利于氢的聚集。,4、能量回收系统,能量回收系统的腐蚀形态主要有三种：即高温烟气的冲蚀和磨蚀，亚硫酸或硫酸的“露点”腐蚀及,Cl,-,引起的奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂。,1）高温烟气冲蚀和磨蚀 由于烟气夹带催化剂并且线速度较高（可达6080,m/s）,所以对三旋的分离单管磨损是十分严重的。对双动滑阀的阀板、阀座导轨等都有较严重的磨损，进入烟机后对烟机的叶片也有严重磨损。,2）,亚硫酸和硫酸的“露点”腐蚀,当烟气温度低于水蒸汽的露点温度时，烟气中的,SO,2,和,SO,3,与,水蒸汽冷凝下来的水形成亚硫酸和硫酸，对管子和设备形成的化学腐蚀和电化学腐蚀称为露点腐蚀,。,其,腐蚀过程有化学腐蚀也有电化学腐蚀过程同时存在。,（1）化学腐蚀过程为：,H,2,SO,4,+Fe FeSO,4,+H,2,H,2,SO,3,+Fe FeSO,3,+H,2,(2),电化学腐蚀：,负极（铁）,Fe-2e Fe,2+,(,氧化),正极（,Fe,3,C）2H,+,+2e H,2,当,SO,2,和,SO,3,、H,2,O,一起在管子或设备的表面冷凝下来时（停工时）就形成许多微电池。对金属做成电化学腐蚀。这种电化学腐蚀的速度比化学腐蚀速度快的多。管子或设备的表面因焊接造成的缺陷都能成为微电池。发生露点腐蚀的设备有膨胀节的波纹管。空气预热冷器的管子。衬里脱落的设备壳体等。,3）奥氏体不锈钢管线和构件的应力腐蚀开裂。由于凝结水的,PH,值很低且有,Cl,存在，在应力的作用下，不锈钢构件极易出现应力腐蚀开裂。特别是膨胀节的波纹管，是在交变应力的条件下工作，不仅会产生应力腐蚀开裂，还会出现应力腐蚀疲劳。如果烟气中的酸性化合物，在水和空气（再生器及其后部系统的停工吹扫多用空气）参加冷凝，生成连多硫酸，会对管线和设备十分不利，应引起注意。,再生器内的内取热管的破坏就是典型的,Cl,应力腐蚀破坏。其原因为在高温水中存在大量的氯离子，并且管子存在较大的温差应力。所以当管子选用奥氏体不锈钢管时就会产生应利腐蚀裂纹严重时会断裂。,5、炉管的腐蚀,1）炉管管内介质的腐蚀。炉管管内介质有硫、环烷酸、连多硫酸和氢等。,（1）硫腐蚀 硫腐蚀主要取决于介质中硫化物的种类、含量和稳定性。参与腐蚀反应的有效硫化物含量如,H,2,S、,单质硫、硫醇等。硫的腐蚀不是独立的硫会与无机盐、环烷酸、氮化物、水、氢、氨等腐蚀介质共同作用形成多种复杂的腐蚀。如可以形成均匀腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀开裂（,SCC)、,湿硫化氢引起的氢鼓泡(,HIB)、,氢致开裂(,HIC)、,含硫化物应力腐蚀开裂等(,SSCC),等。硫腐蚀与与温度有关，温度小于120硫化物不分解，无水时不腐蚀，含水则有,H,2,S-H,2,O,型腐蚀。,240,T 340,时硫化物开始分解腐蚀增加,340,T 400 H,2,S,开始分解为,H,2,和,S，,进而生成,FeS,能阻止进一步腐蚀，但如有酸（环烷酸）存在时，酸和,FeS,反应会破坏保护膜，从而进一步腐蚀。,426,T 480,时,属于高温腐蚀，腐蚀速度较快。,（2）环烷酸腐蚀 在220,以下不腐蚀。，以后随,温度上升而增加，在270280,之间腐蚀最大，温度再升高腐蚀下降。到350,腐蚀又加剧。400以上就没有腐蚀了。有一种特殊情况若硫含量低于某一临界值，环烷酸将破坏硫化氢的腐蚀产物，生成可溶于油的环烷酸铁和硫化氢，使腐蚀继续进行。当硫含量高于这个临界值时硫化氢在金属表面生成稳定的硫化铁保护膜减缓了腐蚀作用。这就是平常说的低硫高酸腐蚀比高硫高酸腐蚀还严重。,（3）氢损伤 包括氢鼓泡、氢脆、和氢腐蚀。,（4）连多硫酸的腐蚀。,2）炉管管外介质的腐蚀。主要是高温部位的钒腐蚀和低温部位的露点腐蚀。管式炉用的燃料多少总是含硫的。燃烧时生成二氧化硫和三氧化硫，高温时三氧化硫对金属没腐蚀。而低温时，如炉子的低温部位如焦化炉的注水预热段、空气预热器的低温段、烟气余热锅炉的省煤器等部位。会与水蒸汽在露点部位冷凝生成稀硫酸，产生露点腐蚀。而露点腐蚀不同与普通的硫酸腐蚀。硫酸和露点腐蚀都生成,FeSO,4,但在烟灰沉积物的催化作用下与烟气中的,SO,2,和,O,2,进一步反应生成,Fe,2,（SO,4,）,3,而,Fe,2,（SO,4,）,3,对,SO,2,和,SO,3,的,转化有催化作用，当,PH,值,低于3时,Fe,2,（SO,4,）,3,会与铁,生成,FeSO,4,于是形成,FeSO,4,Fe,2,（SO,4,）,3,Fe,2,（SO,4,）,3,FeSO,4,的,腐蚀循环。大大加速了腐蚀过程。,第三讲 催化设备的选材,一、选材的一般原则,1、选用金属材料的一般方法和原则,1）严格按有关规定选用金属材料。在世界各国的标准中，对设备的材料选用都有明确的规定和要求，必须按具体规定选用。,2）按化学成分选用金属材料。化学成分是表征材料最基本的数据，它是保证材料在后序制造和使用中满足所需的工艺性能、使用性能的内在条件。在国内外材料互为代用的过程中，按化学成分对照是一种基本选材方法。,3）根据力学性能选用金属材料。装置的使用年限,是靠材料的力学性能作保证的，材料的力学性能包括另部件的使用和制造工艺性能两个方面。,4）根据使用条件选用金属材料和代用材料。,2、钢制压力容器选材的一般原则,1）选用的化工压力容器用钢材，必须考虑设备的操作条件（如操作压力，设计温度及介质特性）、材料的焊接性能、冷热加工性能、热处理性能以及容器的结构等。还要满足经济合理性。,2）一般情况下压力容器所用材料的质量和规格应符合国家、行业标准的规定。,3）压力容器选材应考除虑力学性能外还应考虑介质的相容性。,4）用于焊接结构的压力容器主要受压元件的碳素钢和低合金钢，其含碳量不应大于0.25。,5）钢制压力容器用材料，如钢板、锻件、钢管、螺栓等的力学性能、弯曲性能和冲击试验要求，应符合,GB150,的有关要求。,3、对耐腐蚀金属的选用应考虑的因素,1）、设备的工作条件包括：,介质情况。,a,是氧化性还是还原性；,b,浓度的变化情况，,所含,杂质是减缓腐蚀还是加速腐蚀；,c,是气相,还是液相，有无固体颗粒，流速情况；,d,介质的,PH,值、电导性；,e,腐蚀产物的性质等。,温度情况。包扩平均温度，温度变化情况及变化速度。,2）设备的结构类型。,不同类型的设备对材料有不同的要求。如泵要求良好的抗磨性和铸造性能，加热炉管要求有好的耐腐蚀性和良好的耐热性。,3）工艺上的特殊要求。如防止催化剂中毒，合成纤维生产要求产品不能污染而旋高级材料等。,4）材料的物理机械性能。要求材料有一定的强度、塑性、冲击韧性、良好的冷热加工性能，还要考虑使用中有无劣化倾向。如临氢系统旋铬钼钢，但在371593长期操作会产生回火脆性。以及晶间腐蚀等。,5）材料的耐腐蚀性能。,此外还应考虑材料供货状态和价格经济合理性等。,5、化工设备常用钢简介,1）碳素结构钢。牌号为,Q195、Q215、Q235、Q255、Q27