Die Anwendung von Edelstahl in der petrochemischen Anlagenindustrie

Heute wird Edelstahl in verschiedenen Bereichen weit verbreitet eingesetzt. Dieser Artikel stellt hauptsächlich die Anwendung von Edelstahlmaterialien in der Ausrüstungsfertigung der petrochemischen Industrie vor. Angesichts der Tatsache, dass die Anwendungsumgebung im petrochemischen Bereich viel rauer ist als gewöhnlich, wurden höhere Anforderungen an die verwendeten Edelstahlmaterialien gestellt, insbesondere was die Korrosionsbeständigkeit betrifft. 

Edelstahl-petrochemische Ausrüstung in einer niedrigtemperierten H2S-HCl-H2O-Umgebung 

In den Atmosphärendestillations- und Vakuumdestillationskolonnen sowie ihren Kondensationskühlsystemen besteht eine H2S-HCl-H2O-Umgebung unterhalb der 150. Position. Da HCl und H2S die Bildung einer zyklischen Korrosion gegenseitig fördern können. Die gleichmäßige Korrosion von Kohlenstoffstahl ist relativ stark, Cr13-Stahl neigt zur Lochfraßkorrosion und 18-8-Edelstahl ist anfälliger für Spannungskorrosion. In Ausland werden im Allgemeinen Monel, Hastelloy C - 4 und Titan als Verbundmaterialien für die inneren Komponenten verwendet. Derzeit werden in China Kohlenstoffstahl und 0Cr13Al weit verbreitet für die Kolonnenkopfgehäuse verwendet, während die inneren Komponenten ebenfalls 0Cr13Al sind. Manchmal werden auch 3RE60 und 2205 Duplex-Edelstahl verwendet. Der Kohlenstoffgehalt von 0Cr13Al beträgt weniger als 0,08%. Nach der Zugabe von Aluminium zum Stahl enthält die Metallstruktur viel Ferrit. Nach dem Schweißen oder der Wärmebehandlung wird eine kleine Menge Martensitstruktur gebildet, die eine starke Schwefelkorrosionsbeständigkeit bildet. Da es billiger als 18-8-Edelstahl ist und eine stärkere Spannungskorrosionsbeständigkeit hat, erhöht es auch die Lochfraßkorrosionsbeständigkeit. 0Cr13Al ist nicht nur unempfindlich gegenüber Chloridversprödung, sondern auch gegenüber Dinitrogensulfidkorrosion. Allerdings sind die meisten dieser Edelstahlverbundplatten und Edelstahlrohre auf Importe angewiesen. Einige inländische Fabriken haben auch 2205 eingesetzt, und die Anwendungsleistung ist ziemlich gut. 

Stahlpetrochemische Ausrüstung aus Edelstahl in einer niedertemperierten HCN-H2S-H2O-Umgebung 

Das katalytische Absorptions- und Desorptionssystem wird einer Umgebung mit HCN-H2S-H2O-Korrosion ausgesetzt. Kohlenstoffstahl neigt zur gleichmäßigen Korrosion, Wasserstoffblasenbildung und Spannungsrisskorrosion (SCC), während 18-8 Edelstahl anfällig für SCC ist. In China wird hauptsächlich 0Cr13Al verwendet, beispielsweise in Fraktionierungstürmen, Absorptionstürmen, Desorptionstürmen und Stabilisierungstürmen, die alle Kohlenstoffstahl und 0Cr13Al verwenden, während die Böden 0Cr13 oder 1Cr13 verwenden. 12Cr2AlMoV und 08Cr2AlMo können ebenfalls verwendet werden, jedoch dürfen keine oxidierenden Edelstahlschweißstäbe verwendet werden, um Chrom-Molybdän-Stahl oder 0Cr13-Stahl zu schweißen, da dies anfällig für SCC ist. 

Stahlpetrochemische Ausrüstung aus Edelstahl in einer niedertemperierten RNH2 (Ethanolamin) - H2S - CO2 - H2O-Umgebung 

In den Regenerationskolonnen und Gasabsorptionsturm-Reboiler von Trockengas- und Flüssiggasentschwefelungssystemen wird eine Umgebung von RNH2-H2S-CO2-H2O gebildet. Obwohl Kohlenstoffstahl anfällig für gleichmäßige Korrosion und SCC ist, wird er immer noch häufig zur Herstellung von Ausrüstungen verwendet. Allerdings muss nach dem Schweißen eine Spannungsarmbehandlung durchgeführt werden. Bei Ausrüstungen mit starker Umgebungs-Korrosion wie Reboilern ist es am besten, 18-8 Edelstahl auszuwählen, wie z. B. 321 Edelstahl. 

Edelstahl-Petrochemieausrüstung in einer Niedertemperatur-H2S + H2O-Umgebung 

Feuchte Schwefelwasserstoffumgebungen sind bei der Verarbeitung von schwefelhaltigem Rohöl üblich. Für Umgebungen mit H2S > 50×10-6 ist das 20R16MnR (mit Ni <1%, Kohlenstoffäquivalent ≤ 0,43, kontrollierter S- und P-Gehalt) das am besten geeignete Material zur Resistenz gegen SCC und SOHIC (gerichtete Spannungswasserstoffinduzierte Rissbildung). Die Ausrüstung muss nach dem Schweißen einer Wärmebehandlung unterzogen werden, wobei die Härte HB200 nicht überschreiten darf und die Mikrostruktur aus Ferrit und Perlit besteht. Für Umgebungen mit H2S > 500×10-6 und Cyanid > 20×10-6 ist die 20R- oder 16MnR + 0Cr13Al-Verbundhülle geeignet, wobei 0Cr13 als Innenauskleidung dient. Für Umgebungen mit H2S + H2O wird normalerweise kein 18-8-Edelstahl gewählt, und 18-8-Edelstahlschweißstäbe dürfen nicht zum Schweißen von Kohlenstoffstahl oder niedriglegiertem Stahl verwendet werden. Wenn ein austenitischer Edelstahl ausgewählt wird, kann keine Kaltverarbeitung durchgeführt werden, und der Härtewert darf HRC20,5 nicht überschreiten; andernfalls ist er anfällig für SCC. 

Edelstahl-Petrochemieausrüstung in einer Hochtemperatur-S-H2S-RSH-Umgebung 

Am Boden der Atmosphärendestillations- und Vakuumdestillationskolonnen befinden sich die Übergangsleitungen und Hochtemperaturwärmetauscher über der 24. Position. Mit steigender Temperatur tritt eine Korrosion vom Typ S-H2S-RSH auf. Daher werden im Allgemeinen Cr5Mo, Cr9Mo und Cr13 verwendet. Cr13-Edelstahl kann die Anforderungen an die Beständigkeit gegen Hochtemperatur-S-H2S-RSH-Korrosion voll erfüllen. Da der chromhaltige Edelstahl auf der Oberfläche eine Schutzschicht aus Cr2O3 und FeCr2S4 gemischtem Spinell-Typ-Sulfid bildet, kann er effektiv gegen Hochtemperaturschwefelkorrosion schützen. Für diejenigen mit geringeren Anforderungen kann niedriglegierter Stahl mit Al und Mo verwendet werden; für diejenigen mit höheren Anforderungen ist 18-8-Edelstahl die beste Wahl. 

Edelstahl-Petrochemieausrüstung in einer Hochtemperatur-S-H2S-RSH-RCOOH (Cycloalkansäure)-Umgebung 

Ausrüstung, die schwefel- und säurereiches (Säurewert ≥ 0,5 mgKOH/g) Rohöl verarbeitet, wie der untere Teil der Atmosphärenkolonne, der Vakuumturm, die katalytischen und verkokenden Fraktionierungskolonnen, Schwerölleitungen (insbesondere Krümmer), Ofenrohre usw., wird korrodiert, wenn die Temperatur 240 überschreitet. Die Korrosionsrate ist bei 270-280 am höchsten und sinkt signifikant über 343. Die Verbindung Fe(RCOO)2, die durch die Reaktion von RCOOH und Fe gebildet wird, ist löslich und hat eine Reinigungswirkung auf die Oberflächen-FeS-Schicht. Die Korrosion durch Naphthensäure hängt hauptsächlich vom Säurewert, der Temperatur und der Strömungsgeschwindigkeit ab. Wenn der Säurewert kleiner als 0,5 ist, wird der Einfluss nicht berücksichtigt. In der Umgebung der Naphthensäurekorrosion beträgt die Korrosionsrate von Kohlenstoffstahl 7-9 mm/a, während ferritischer Edelstahl und Duplex-Edelstahl normalerweise ihren Betriebstemperaturbereich überschreiten und nicht für die Verwendung geeignet sind. Die beste Wahl sind 316 und 317 mit einem Mo-Gehalt von mehr als 2 % - 3 %, und 304-Edelstahl, obwohl er keinen Einfluss auf Schwefel hat, verursacht dennoch einen gewissen Grad an Korrosion durch Naphthensäure. Obwohl Sinopecs "Richtlinien für die Materialauswahl" die Verwendung von 304-Edelstahl erlauben, ist es am besten, 316-Edelstahl zu verwenden. Wenn Korrosion dennoch auftritt, sollte 317-Edelstahl verwendet werden. Für Liaohe-Rohöl mit einem hohen Säuregehalt verwenden Raffinerien wie Jinsi weitgehend 316 und 317 für die Korrosionsschutzsanierung. Wenn der Vakuumturm eine 20R + 316L-Verbundplatte verwendet, sind alle internen Bauteile aus 316L-Edelstahl hergestellt. 

Edelstahl-Anlagen für die Petrochemie in einer Hochtemperatur-Umgebung mit H2 + H2S 

Sowohl die Hydrierkrack- als auch die Hydrierraffinierungsanlagen arbeiten in einer Umgebung mit einem H2 + H2S-Gehalt von über 240. Diese Umgebung ist korrosiver als diejenige von reinem H2 und H2S allein. Bei den Anlagen und Rohrleitungen des Reaktionssystems sollten die Materialien basierend auf den Betriebsbedingungen anhand der Couper-Kurve und der Nelson-Kurve ausgewählt werden. Wenn der Reaktor und der Mantel des Reaktionsabwärme-Wärmetauschers aus 1,0 - 3,0Cr, 0,5 - 1,0Mo-Stahl mit einer Auftragsschweißung aus 309S + 316L oder 309S + 347 hergestellt sind, werden die Innenausbauten und die Rohre aus 0Cr18Ni10Ti hergestellt. Die Funktion der Edelstahl-Auftragsschweißung auf der Innenwand besteht darin, das Grundmaterial CrMo-Edelstahl vor Hochtemperatur-Korrosion durch H2 + H2S zu schützen. Es wird eine doppelte Auftragsschweißung verwendet, wobei 309S-Edelstahl als Übergangsschicht und 347-Edelstahl oder 316L-Edelstahl als Schutzschicht dienen. Die Rissbeständigkeit ist besser als die einer einlagigen Auftragsschweißung. Die Verwendung von stabilisiertem Edelstahl ist besser als die von Ultra-Niedrigkohlenstoffstahl, da er eine höhere Hochtemperaturfestigkeit aufweist. Stabilisierter Edelstahl ist für Temperaturen bis 450°C geeignet. Wenn er bei höheren Temperaturen verwendet wird, sollte 25 - 20-Stahl eingesetzt werden. Die Hauptfaktoren, die die Korrosion beeinflussen, sind die Temperatur und die H2S-Konzentration. Daher sollten die Operationen vorsichtig durchgeführt werden, um die Temperversprödung von CrMo-Stahl, das Abblättern der Auftragsschweißung und wasserstoffinduzierte Risse zu vermeiden. 

Stainless steel chemical processing equipment in a multi-sulfuric acid environment 

Diammoniumsulfat wird gebildet, wenn die bei der Verarbeitung schwefelhaltiger Rohstoffe auf Edelstahlkomponenten verbleibenden Sulfide während des Stillstands mit Wasser und Sauerstoff reagieren. Es kann Spannungsrisskorrosion (SCC) in austenitischem Edelstahl verursachen, insbesondere wenn das Material über einen langen Zeitraum bei 300 - 400 Grad sensibilisiert und dann einer Spannungsrisskorrosion ausgesetzt wird. Sie tritt hauptsächlich in den Edelstahlauflagen von wasserstoffhaltigen Reaktoren und Innenausstattungen, katalytischen Zyklonabscheidern, Rauchgasdehnungselementen usw. auf. Bei der Ingenieurkonstruktion wird oft stabiler Edelstahl mit einem Ti/C-Verhältnis von 7 - 8 gewählt, aber SCC tritt dennoch von Zeit zu Zeit auf. Im Allgemeinen sollte während des Stillstands eine Neutralisation und Alkalireinigung gemäß den in NECE-RP-OI-75 festgelegten Anforderungen und Schritten durchgeführt werden, gefolgt von einer Stickstoffversiegelung. Beispielsweise leiden die auf katalytischen Hochtemperaturrauchgasleitungen verwendeten Wellrohrdehnungselemente aus Stahl 321 häufig an SCC. In anderen Ländern wird üblicherweise die Incoloy 800 - Legierung verwendet, um dieses Problem zu lösen. Das Institut für Metallforschung der chinesischen Akademie der Wissenschaften hat die B315 - Legierung entwickelt, die auf Cr20Ni25 basiert und Elemente wie Mo, N, Cu und Nb enthält und erfolgreich in petrochemischen Anlagen in Orten wie Maoming, Shanghai und Guangzhou eingesetzt wurde.