La aplicación de acero inoxidable en la industria de equipos petroquímicos

Hoy en día, el acero inoxidable se utiliza ampliamente en diversos campos. Este artículo se centra principalmente en la aplicación de materiales de acero inoxidable en la fabricación de equipos de la industria petroquímica. Teniendo en cuenta que el entorno de aplicación en el campo petroquímico es mucho más duro que el habitual, se han establecido requisitos más altos para los materiales de acero inoxidable utilizados, especialmente en términos de resistencia a la corrosión. 

Equipamiento petroquímico de acero inoxidable en un entorno de H2S-HCl-H2O a baja temperatura 

En las columnas de destilación atmosférica y al vacío y sus sistemas de condensación y enfriamiento, existe un entorno de H2S-HCl-H2O por debajo de la posición 150. Debido a que el HCl y el H2S pueden promover mutuamente la formación de una corrosión cíclica. La corrosión uniforme del acero al carbono es relativamente severa, el acero Cr13 es propenso a la corrosión por picaduras, y el acero inoxidable 18-8 es más susceptible a la corrosión por tensión. En el extranjero, Monel, Hastelloy C-4 y titanio se utilizan generalmente como materiales compuestos para los componentes internos. Actualmente, en China, el acero al carbono y el 0Cr13Al se utilizan ampliamente para las carcazas de la parte superior de las columnas, mientras que los componentes internos también son 0Cr13Al. A veces, también se utilizan el acero inoxidable dúplex 3RE60 y 2205. El contenido de carbono del 0Cr13Al es inferior al 0,08%. Después de agregar aluminio al acero, la estructura metálica contendrá mucha ferrita. Después de la soldadura o el tratamiento térmico, se formará una pequeña cantidad de estructura de martensita, lo que forma una fuerte capacidad de resistencia a la corrosión por azufre. Debido a que es más barato que el acero inoxidable 18-8 y tiene una mayor capacidad de resistencia a la corrosión por tensión, también aumenta la capacidad de resistencia a la corrosión por picaduras. El 0Cr13Al no solo no es sensible a la embritamiento por cloruros sino también a la corrosión por disulfuro de nitrógeno. Sin embargo, la mayoría de estas placas compuestas de acero inoxidable y tuberías de acero inoxidable dependen de las importaciones. Algunas fábricas domésticas también han aplicado el 2205, y el efecto de uso es bastante bueno. 

Equipamiento petroquímico de acero inoxidable en un entorno de HCN - H2S - H2O a baja temperatura 

El sistema de absorción y desorción catalítica está expuesto a un entorno de corrosión de HCN - H2S - H2O. El acero al carbono es propenso a la corrosión uniforme, la formación de ampollas de hidrógeno y la SCC, mientras que el acero inoxidable 18 - 8 es susceptible a la SCC. En China, se utiliza principalmente el 0Cr13Al, por ejemplo, en torres de fraccionamiento, torres de absorción, torres de desorción y torres de estabilización, todas las cuales utilizan acero al carbono y 0Cr13Al, mientras que las bandejas utilizan 0Cr13 o 1Cr13. También se pueden utilizar el 12Cr2AlMoV y el 08Cr2AlMo, pero no se pueden utilizar electrodos de soldadura de acero inoxidable antioxidante para soldar acero cromo - molibdeno o acero 0Cr13, ya que es propenso a la SCC. 

Equipamiento petroquímico de acero inoxidable en un entorno de RNH2 (etanolamina) - H2S - CO2 - H2O a baja temperatura 

En las torres de regeneración y los rebosadores de las torres de absorción de gas de los sistemas de desulfuración de gas seco y gas licuado de petróleo, se formará un entorno de RNH2 - H2S - CO2 - H2O. Aunque el acero al carbono es propenso a la corrosión uniforme y la SCC, todavía se utiliza comúnmente para fabricar equipos. Sin embargo, se debe realizar un tratamiento de alivio de tensiones después de la soldadura. En equipos con corrosión ambiental severa, como los rebosadores, es mejor elegir acero inoxidable 18 - 8, como el acero inoxidable 321. 

Equipamiento petroquímico de acero inoxidable en un entorno de H2S + H2O a baja temperatura 

Los entornos de sulfuro de hidrógeno húmedo son comunes en el procesamiento de petróleo crudo que contiene azufre. Para entornos con H2S > 50×10-6, el 20R16MnR (con Ni <1%, equivalente de carbono ≤ 0.43, contenido controlado de S y P) es el material más adecuado para resistir la SCC y la SOHIC (fisuración inducida por hidrógeno por tensión direccional). El equipo debe someterse a tratamiento térmico después de la soldadura, con una dureza no superior a HB200, y la microestructura es ferrita y perlita. Para entornos con H2S > 500×10-6 y cianuro > 20×10-6, es adecuado el casco compuesto 20R o 16MnR + 0Cr13Al, con 0Cr13 como revestimiento interno. Para entornos con H2S + H2O, generalmente no se elige el acero inoxidable 18-8, y no se pueden utilizar varillas de soldar de acero inoxidable 18-8 para soldar acero al carbono o acero de aleación baja. Si se selecciona un acero inoxidable austenítico, no se puede realizar procesamiento en frío, y el valor de dureza no puede superar HRC20.5; de lo contrario, es propenso a verse afectado por la SCC. 

Equipamiento petroquímico de acero inoxidable en un entorno S - H2S - RSH de alta temperatura 

En la parte inferior de las torres de destilación atmosférica y al vacío, las líneas de transferencia y los intercambiadores de calor de alta temperatura se encuentran por encima de la posición 24. A medida que la temperatura aumenta, se producirá una corrosión del tipo S - H2S - RSH. Por lo tanto, generalmente se utilizan Cr5Mo, Cr9Mo y Cr13. El acero inoxidable Cr13 puede satisfacer completamente los requisitos para resistir la corrosión S - H2S - RSH de alta temperatura. Debido a que el acero inoxidable que contiene Cr forma una capa protectora de sulfuro tipo espinela mezclada de Cr2O3 y FeCr2S4 en la superficie, puede resistir eficazmente la corrosión por azufre a alta temperatura. Para aquellos con requisitos más bajos, se puede utilizar acero de bajo contenido de aleación que contenga Al y Mo; para aquellos con requisitos más altos, el acero inoxidable 18 - 8 es la mejor opción. 

Equipamiento petroquímico de acero inoxidable en un entorno S - H2S - RSH - RCOOH (ácido cicloalcanoico) de alta temperatura 

El equipo que procesa crudos de alto contenido de azufre y alto contenido de ácido (valor ácido ≥ 0,5 mgKOH/g), como la parte inferior de la torre atmosférica, la torre al vacío, las torres de fraccionamiento catalítico y de coquización, las tuberías de crudo pesado (especialmente los codos), los tubos de horno, etc., se corroerá cuando la temperatura supere los 240. La velocidad de corrosión es la más alta entre 270 - 280, y disminuye significativamente por encima de 343. El compuesto Fe(RCOO)2 formado por la reacción de RCOOH y Fe es soluble y tiene un efecto de limpieza sobre la película de FeS superficial. La corrosión del ácido nafténico está principalmente relacionada con el valor ácido, la temperatura y la velocidad de flujo. Cuando el valor ácido es inferior a 0,5, no se considera la influencia. En el entorno de corrosión por ácido nafténico, la velocidad de corrosión del acero al carbono es de 7 - 9 mm/a, mientras que el acero inoxidable ferítico y el acero inoxidable dúplex generalmente exceden su rango de temperatura de servicio y no son adecuados para su uso. La mejor opción es el 316 y el 317 con un contenido de Mo mayor del 2% - 3%, y el acero inoxidable 304, aunque no tiene efecto sobre el azufre, aún causa un cierto grado de corrosión por ácido nafténico. Aunque las "Directrices de selección de materiales" de Sinopec permiten el uso del acero inoxidable 304, es mejor utilizar el acero inoxidable 316. Si aún se produce corrosión, se debe utilizar el acero inoxidable 317. Para el crudo de Liaohe con un alto contenido de ácido, las refinerías de Jinsi y otras utilizan ampliamente el 316 y el 317 para la renovación anticorrosiva. Si la torre al vacío utiliza una placa compuesta 20R + 316L, todos los accesorios internos están hechos de acero inoxidable 316L. 

Equipamiento petroquímico de acero inoxidable en un entorno de alta temperatura de H2 + H2S 

Tanto las unidades de hidrocraqueo como las de hidrorefinación operan en un entorno con un contenido de H2 + H2S superior a 240. Este entorno es más corrosivo que el de H2 y H2S puros por separado. Para los equipos y tuberías del sistema de reacción, se deben seleccionar materiales de acuerdo con la curva de Couper y la curva de Nelson en función de las condiciones de operación. Si el reactor y la carcasa del intercambiador de calor de efluente de reacción están hechos de acero 1.0-3.0Cr, 0.5-1.0Mo con una capa recubierta de 309S + 316L o 309S + 347, los componentes internos y los tubos están hechos de 0Cr18Ni10Ti. La función de la capa de recubrimiento de acero inoxidable en la pared interna es evitar que el acero inoxidable CrMo de base sufra corrosión por H2 + H2S a alta temperatura. Se utiliza un recubrimiento de doble capa, con acero inoxidable 309S como capa de transición y acero inoxidable 347 o acero inoxidable 316L como capa protectora. La resistencia a las grietas es mejor que la del recubrimiento de capa única. Utilizar acero inoxidable estabilizado es mejor que el acero de ultra bajo carbono porque tiene una mayor resistencia a alta temperatura. El acero inoxidable estabilizado es adecuado para temperaturas de hasta 450°C. Si se utiliza a temperaturas más altas, se debe utilizar acero 25-20. Los principales factores que afectan la corrosión son la temperatura y la concentración de H2S. Por lo tanto, se deben realizar operaciones con precaución para evitar la embritamiento por revenido del acero CrMo, el desprendimiento de la capa de recubrimiento y las grietas inducidas por hidrógeno. 

Equipamiento de procesamiento químico de acero inoxidable en un entorno de ácido sulfúrico múltiple 

El sulfato de diamonio se forma cuando los sulfuros que quedan del procesamiento de materias primas sulfuradas en componentes de acero inoxidable reaccionan con el agua y el oxígeno durante el apagado. Puede causar SCC en el acero inoxidable austenítico, especialmente cuando el material se sensibiliza durante mucho tiempo a 300-400 grados y luego se somete a fisuración por corrosión bajo tensión. Principalmente se produce en las capas de recubrimiento de acero inoxidable de reactores y piezas internas que contienen hidrógeno, separadores ciclón catalíticos, juntas de expansión de gases de combustión, etc. En el diseño de ingeniería, a menudo se selecciona acero inoxidable estable con una relación Ti/C de 7-8, pero el SCC todavía ocurre de vez en cuando. Generalmente, durante el apagado, se deben realizar neutralización y lavado alcalino de acuerdo con los requisitos y pasos especificados en NECE-RP-OI-75, seguidos de sellado con nitrógeno. Por ejemplo, las juntas de expansión de tubería corrugada de acero 321 utilizadas en las tuberías de gases de combustión catalíticos de alta temperatura a menudo sufren SCC. En el extranjero, comúnmente se utiliza la aleación Incoloy 800 para resolver este problema. El Instituto de Investigación de Metales de la Academia China de Ciencias desarrolló la aleación B315, que se basa en Cr20Ni25 y contiene elementos como Mo, N, Cu y Nb, y se ha aplicado con éxito en plantas petroquímicas en lugares como Maoming, Shanghái y Guangzhou.