Kokie yra Incoloy 800H/HT vamzdžio korozijos apribojimai?

1. Kl.: Kokie yra pagrindiniai Incoloy 800, 800H ir 800HT skirtumai pagal cheminę sudėtį, terminį apdorojimą ir stiprumą aukštoje{4}}temperatūroje?

A:„Incoloy 800“ (UNS N08800), 800H (N08810) ir 800HT (N08811) yra geležies -nikelio-chromo lydiniai, kuriuose nominaliai yra 30–35 % Ni, 19–23 % Cr ir 39–42 % Fe. Tačiau jie labai skiriasianglies kiekis, aliuminio + titano kiekis ir terminis apdorojimas, kurios tiesiogiai veikia jų mechaninį veikimą aukštoje{0}}temperatūroje.

Incoloy 800 (UNS N08800):

Anglies: daugiausiai 0,10 % (paprastai 0,05–0,07 %)

Al + Ti: 0,3–1,2 % (kartu)

Terminis apdorojimas: tirpalas, atkaitintas 980–1038 laipsnių (1800–1900 laipsnių F), tada atvėsinamas vandeniu arba greitai aušinamas

Grūdelių dydis: ASTM 5 arba smulkesnis (paprastai 20–50 μm)

Pagrindinė charakteristika: Didžiausias lankstumas ir pagaminamumas, bet mažiausias valkšnumo stiprumas. Pirmiausia naudojamas žemesnėje nei 600 laipsnių (1110 laipsnių F) temperatūroje, kai šliaužimas nekelia susirūpinimo.

Incoloy 800H (UNS N08810):

Anglies: 0,05–0,10 % (kontroliuojamas iki viršutinio diapazono)

Al + Ti: 0.3–1.2%

Terminis apdorojimas: tirpalas, atkaitintas 1121–1177 laipsnių (2050–2150 laipsnių F) - žymiai didesnis nei 800 -, po kurio greitai atvėsinama

Grūdelių dydis: ASTM 5 arba stambesnis (mažiausias 90 μm vidutinis grūdelių skersmuo pagal ASME kodą)

Pagrindinė charakteristika: Šiurkščiavilnių grūdelių dydis ir didesnis anglies kiekis užtikrina geresnį valkšnumo plyšimo stiprumą virš 650 laipsnių (1200 laipsnių F). Stambūs grūdai sumažina grūdų ribų slydimą aukštesnėje temperatūroje.

Incoloy 800HT (UNS N08811):

Anglies: 0.06–0.10%

Al + Ti: 0,85–1,2 % (kontroliuojamas iki viršutinio diapazono, kartu su mažiausiai 0,85 %)

Terminis apdorojimas: Tas pats kaip 800H: 1121–1177 laipsniai (2050–2150 laipsnių F), greitas vėsinimas

Grūdelių dydis: ASTM 5 arba stambesnis (mažiausiai 90 μm)

Pagrindinė charakteristika: Didesnis Al + Ti kiekis (mažiausiai 0,85 %) skatina smulkių, vientisų ' (Ni₃(Al,Ti)) nuosėdų susidarymą eksploatacijos metu, kurios stiprina kritulius. 800HT siūlo didžiausią valkšnumo stiprumą tarp trijų klasių, maždaug 20–30 % didesnis 100 000 laipsnio atsparumas 80 000 val.

Praktiniai vamzdžių pasirinkimo aspektai:

800 vamzdis: naudokite žemos-temperatūros (mažesnės nei 600 laipsnių arba lygi) arba ne-šliaužimo-apribotoms paslaugoms, pvz., garo generatoriaus tiekimo vandens linijoms, šarminiams perdavimo vamzdžiams.

800H vamzdis: Standartinis pasirinkimas naftos chemijos krosnių vamzdžiams, reformerio išleidimo kolektoriams ir etileno krekingo ritėms, veikiančioms 650–800 laipsnių kampu.

800HT vamzdis: Pirmenybė teikiama didelio -įtempimo, aukštos-temperatūrų naudojimui, pvz., perkaitintuvų vamzdžiams, amoniako keitiklio išleidimo linijoms ir vandenilio keitiklio išleidimo linijoms, kur reikalingas maksimalus valkšnumo laikas.

2. Kl.: Kodėl Incoloy 800H/800HT vamzdis, o ne nerūdijantis plienas 310H, naudojamas garo metano reformeryje (SMR) ir etileno krekingo krosnyse?

A:Incoloy 800H ir 800HT vamzdžiai yra pramonės standartaigaro metano reformatoriai (SMR)vandenilio ir amoniako gamyklose, taip patetileno pirolizės krosnysnaftos chemijos krekeriuose. Keletas pagrindinių savybių pateisina jų pirmenybę 310H nerūdijančiam plienui (UNS S31009, 25 % Cr, 20 % Ni):

a) Didesnis valkšnumo stiprumas esant 700–950 laipsnių (1290–1740 laipsnių F):

Esant 870 laipsnių (1600 laipsnių F), 100 000 valandų valkšnumo plyšimo stiprumas 800HT yra maždaug 20–25 MPa, palyginti su 12–15 MPa 310H. Tai reiškia, kad 310H vamzdžių sienelės storesnės 40–60 %, kad būtų pasiektas toks pat projektinis tarnavimo laikas (paprastai 100 000 valandų reformuotojams).

b) Atsparumas sigma fazės trapumui:

310H yra 25% Cr ir nėra sodrinimo nikeliu; ji sudaro trapią sigmos fazę (FeCr intermetalinė) po ilgalaikio poveikio 550–750 laipsnių kampu, o tai sumažina plastiškumą ir atsparumą smūgiams iki beveik nulio. Incoloy 800H/HT, kuriame yra daugiau nikelio (30–35%), visiškai slopina sigmos fazės susidarymą. Tai labai svarbu reformatorių vamzdžiams, kurie patiria terminį ciklą paleidžiant ir išjungiant gamyklą.

c) Mažesnis šiluminis plėtimasis:

Incoloy 800H/HT šiluminio plėtimosi koeficientas (CTE) yra maždaug 14,4 × 10⁻⁶ / laipsnis (20–800 laipsnių), palyginti su 17,5 × 10⁻⁶ / laipsniu 310H. Mažesnis CTE sumažina šiluminį įtampą storasieniuose{9}}vamzdžiuose ir sumažina krosnies gyvatukų iškraipymą.

d) Atsparumas metalo dulkėjimui (katastrofiškas angliavandenių susidarymas):

Sinchroninių dujų aplinkoje (CO + H₂), esant 450–750 laipsnių, 310H kenčia nuo metalo dulkių - metalo suskaidymo į smulkias anglies-daug daleles. Didesnis „Incoloy 800H/HT“ nikelio kiekis (30–35 %) sudaro labiau apsauginį nikelio{10}}turtingesnį paviršiaus sluoksnį, kuris atsparus anglies patekimui. Esant sunkioms metalo dulkių sąlygoms, 800HT su kontroliuojamu Al + Ti užtikrina dar didesnį atsparumą.

e) Suvirinamumas ir taisymas:

310H vamzdžiai yra linkę į karštą įtrūkimą suvirinant ir po -suvirinimo siūlės dėl visiškai feritinio-austenitinio kietėjimo režimo. „Incoloy 800H/HT“ patikimai suvirina su atitinkamais užpildais (ERNiCr-3) ir gali būti suremontuotas vietoje gamyklos išjungimo metu – esminis pranašumas keičiant reformerio vamzdį.

Ekonominis palyginimas:

Taigi, nors 310H turi mažesnes išankstines medžiagų sąnaudas, reikalaujamos storesnės sienos, trumpesnis konstrukcijos eksploatavimo laikas ir trapumo rizika daro Incoloy 800H/HTtechniškai pranašesnis ir ekonomiškai pagrįstas pasirinkimaskritinės aukštos temperatūros{0}}krosnies vamzdynams.

3. Kl.: Kokios gamybos ir suvirinimo praktikos reikia, kad „Incoloy 800H/800HT“ vamzdis išlaikytų aukštos -temperatūros valkšnumo savybes?

A:Tinkamai pagaminti ir suvirinti Incoloy 800H/HT vamzdį labai svarbu, kad būtų išsaugota stambiagrūdė struktūra ir kritulių -stiprinimo potencialas, užtikrinantis atsparumą aukštai -temperatūrai. Neteisinga praktika gali sumažinti šliaužimo trukmę 50–80%.

Suvirinimo procesai ir užpildai:

Pageidautini procesai: GTAW (TIG) šaknims, GTAW arba GMAW (MIG) užpildymui ir dangteliui. SMAW (stick) yra priimtinas lauko suvirinimui, tačiau reikalauja griežtesnės kontrolės.

Užpildas metalas: ERNiCr-3 (Inconel 82) arba ERNiCrFe-6. Nenaudokite tinkamo 800H užpildo – jame trūksta niobio, reikalingo karštam įtrūkimui išvengti. ERNiCr-3 yra 2–3% Nb, kuris suriša sieros ir fosforo priemaišas.

Išankstinis valymas-: Pašalinkite visus alyvos, tepalo, dažų ir sieros -turinčius žymėjimo junginius. Valykite acetonu arba alkoholiu, o po to nuvalykite nerūdijančio plieno vieliniu šepečiu.

Kritinės suvirinimo kontrolės priemonės:

Šilumos tiekimo apribojimas: Palaikykite žemesnę nei 150 laipsnių (300 laipsnių F) tarptakų temperatūrą. Maksimalus šilumos tiekimas: 25–35 kJ/in, kai sienelių storis 6–15 mm. Per didelis karštis ištirpdo stambių grūdelių ribas, sukurdama smulkiagrūdę karščio-paveiktą zoną (HAZ), kurios valkšnumo stiprumas yra žymiai mažesnis.

Nėra po{0}}suvirinimo terminio apdorojimo (PWHT): Skirtingai nuo daugelio legiruotojo plieno, 800H/HT vamzdžiai turėtųnegauti PWHT. Termiškai apdorojant virš 1000 laipsnių stambiagrūdė struktūra (mažiausiai 90 μm) perkristalizuojama į smulkius grūdelius (20–30 μm), sunaikinant atsparumą valkšnumui. Suvirintas su ERNiCr-3 užpildu galima naudoti iki 950 laipsnių kampu.

Atgal-valymas: Jei norite pereiti prie šaknies, išvalykite atgal-argonu (mažiausiai 99,995%), kad išvengtumėte vidinės oksidacijos. Oksidacija suvirinimo šaknyje sukuria chromo-sumažėjusias zonas, kurios trūkinėja veikiant valkšnumui.

Lenkimas ir formavimas:

Karštas lenkimas: Tolygiai kaitinkite iki 1050–1150 laipsnių (1920–2100 laipsnių F). Neviršykite 1170 laipsnių (2140 laipsnių F), kad išvengtumėte grūdelių ribinių karbidų lydymosi. Sulenkite, tada greitai atvėsinkite (purškiamas vanduo arba priverstinis oras).Negalimalėtas vėsinimas - nekontroliuojamai nusodina grūdelių ribinius karbidus.

Šaltas lenkimas: Skersmenims iki 200 mm ir storio santykiams (D/t) > 20 galimas šaltas lenkimas su 15–20 % pailgėjimo ribomis. Tačiau šaltas lenkimas sukelia liekamuosius įtempius ir sumažina valkšnumo trukmę 10–20%. Streso mažinimas 870 laipsnių (1600 laipsnių F) 1 valandą atkuria didžiąją dalį atsparumo šliaužimui.

Patikrinimo reikalavimai:

Radiografinis tyrimas (RT) : 100% of girth welds in reformer service - reject any porosity >1,5 mm arba linijinės indikacijos.

Skysčio prasiskverbimo bandymas (PT): Visos baigtos suvirinimo siūlės, įskaitant suremontuotas vietas.

Kietumo bandymas: Weld metal hardness should be within 10 HRC of base metal. Excessive hardness (>95 HRB) rodo netinkamą šilumos tiekimą arba užpildo pasirinkimą.

Dažniausios gamybos klaidos, kurių reikia vengti:

Šlifavimas užterštais ratais: Niekada nenaudokite ratų, anksčiau naudotų anglinio plieno - įterptosios geležies dalelės sukelia karštus įtrūkimus.

Per{0}}senėjimas karšto lenkimo metu: Holding at 1050–1150°C for >30 minučių sutrumpina nuosėdas ir sumažina stiprumą.

Naudojant anglinio plieno atraminius žiedus: Tai sukelia sieros ir anglies užteršimą. Naudokite keraminį arba nikelio lydinio pagrindą.

Laikantis šios praktikos užtikrinama, kad suvirintas Incoloy 800H/HT vamzdis pasiekia 90 % arba lygų netauriųjų metalų valkšnumo trūkimo trukmę -, būtiną 100 000 valandų projektiniam eksploatavimo laikui naftos chemijos krosnyse.

4. Kl.: Kokie yra Incoloy 800H/HT vamzdžių projektavimo aspektai, naudojami aukštos-temperatūros, aukšto-slėgio vandenilio servise (pvz., vandenilio reformeriuose, amoniako gamyklose)?

A:Incoloy 800H/HT vamzdžiai plačiai naudojamivandenilio veikimas 700–950 laipsnių temperatūroje ir slėgis iki 35 barų (500 psi), ypač garo metano reformatoriuose (SMR) ir amoniako gamyklose. Taikomi keli unikalūs dizaino aspektai:

a) Šliaužianti{0}}sąveika su nuovargiu:

Reformatoriams kasdien atliekami šiluminiai ciklai (paleidimas / išjungimas) ir ilgalaikis -pastovus-šliaužimas. Derinys sumažina gyvenimą labiau nei bet kuris mechanizmas atskirai. Reikalingi projektavimo kodai (ASME VIII skyriaus 2 skyrius, EN 13445).creep{0}}nuovargio sąveikos analizėnaudojant tiesinės žalos sumavimo taisyklę:

∑(n/Nd)+∑(t/Tr) Mažiau arba lygus 1∑(n/Nd​)+∑(t/Tr​) Mažiau arba lygus 1

Kur n=ciklų skaičius, N_d=leistinas ciklas vien nuo nuovargio, t=laikas esant temperatūrai, T_r=valkšnumo plyšimo trukmė esant tokiai įtampai / temperatūrai.

Įprastos SMR paslaugos (10 000 ciklų, 80 000 valandų 870 laipsnių kampu) valkšnumo-nuovargio žalos suma turi būti<0.8 to provide safety margin.

b) Vandenilio trapumas aukštoje temperatūroje:

Priešingai įprastai nuomonei, vandenilio trapumas nikelio{0}}geležies lydiniuose yrasunkiausia 300–500 laipsnių(572–932 laipsnių F), o ne reformerio darbinėje temperatūroje (800–900 laipsnių). 800 laipsnių temperatūroje vandenilis greitai difunduoja ir nesikaupia ties grūdelių ribomis. Tačiau perpaleidimas ir išjungimas(praeina 400–500 laipsnių), aukštoje temperatūroje absorbuotas vandenilis gali sukelti dekoheziją.

Sušvelninimas: Išvalykite krosnį inertinėmis dujomis (azotu arba garais), kai atvėsinama žemiau 500 laipsnių, kad pašalintumėte vandenilį. Mažiausias laikymo laikas 400–500 laipsnių diapazone.

c) Karbiuracija ir koksavimas:

Angliavandenilių-garų mišiniuose anglies aktyvumas (aC) gali viršyti 1,0, todėl vyksta angliavandenių susidarymas. Karburizacija padidina stiprumą, bet sumažina plastiškumą ir gali sukelti „metalo dulkes“ lokalizuotose zonose.

API 530 dizaino apribojimai: 800H/HT naudojant angliavandenilius, apribokite metalo temperatūrą iki 900 laipsnių arba lygių (1650 laipsnių F) ir anglies aktyvumą iki AC < 0,8. Jei kintamoji srovė > 0,8 neišvengiama, nurodykite 800HT (didesnis Al+Ti) ir apribokite iki 850 laipsnių .

Kokso prevencija: Turbulentiniam srautui (Reynoldso skaičius > 10 000) skirtas anglies pirmtakų pašalinimui. Lygi anga (Ra < 0,8 μm) sumažina kokso sukibimą.

d) Oksidacija ir atskilimas:

Apsauginė Cr₂O3 skalė ant 800H/HT išsilieja terminio ciklo metu, sunaudodama chromą iš netauriųjų metalų. Po 50 000 valandų 870 laipsnių temperatūroje chromo išeikvojimas gali sumažinti efektyvų Cr kiekį vidiniame paviršiuje nuo 20% iki 12%, paspartindamas tolesnę oksidaciją.

Dizaino pašalpa: API 530 nurodo 1,5–2,5 mm korozijos nuolaidą 100 000 valandų reformerio vamzdžio eksploatavimo trukmei. Ši pašalpa apima metalo nuostolius dėl oksidacijos ir anglies susidarymo.

e) Suvirinimo siūlės vieta ir orientacija:

Vandenilio sistemoje turi būti suvirinimo siūlėsuž aukščiausios temperatūros zonos ribų (typically >50 mm nuo reformerio degiklio liepsnos). Suvirinimo siūlės spinduliavimo atkarpoje (800–950 laipsnių) sugenda 3–5 kartus greičiau nei netauriųjų metalų dėl smulkiagrūdžio HAZ.

Pageidaujamas dizainas: Visoms spinduliuojančioms sekcijoms naudokite besiūlius vamzdžius; suraskite suvirinimo siūles konvekcinėje sekcijoje (temperatūra < 650 laipsnių).

Vandenilio reformatoriaus vamzdynų projektavimo kodo santrauka:

Inžinieriai, nurodantys 800H/HT vamzdį vandenilio priežiūrai, turi atsižvelgti į šliaužimo-nuovargį, karburizaciją, oksidacijos ribą ir suvirinimo siūlių išdėstymą, kad būtų užtikrintas saugus ir ekonomiškas 100 000 valandų projektinis eksploatavimo laikas.

5. Kl.: Kokie yra Incoloy 800H/HT vamzdžio korozijos apribojimai ir kada reikėtų pasirinkti alternatyvias medžiagas (pvz., Inconel 625, 601 lydinį)?

A:Nors „Incoloy 800H/HT“ pasižymi puikiu našumu daugelyje aukštų temperatūrų, jis turi tiksliai apibrėžtus korozijos apribojimus. Šių ribų pripažinimas apsaugo nuo ankstyvos nesėkmės.

a) Sulfidinimas (sieros ataka) aukštoje temperatūroje:

Apribojimas: At >700°C (1290°F) in atmospheres containing >100 ppm H₂S arba SO₂, Incoloy 800H/HT sudaro žemo -lydymosi- nikelio- nikelio sulfido eutektiką (Ni-Ni₃S₂, lydosi 645 laipsnių temperatūroje). Tai