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腾宇钛业谈石化工业用钛热交换器钛容器等钛设备的选材及可靠性分析

发布时间:2024-04-27 17:05:59 浏览次数 :

随着石化工业的发展‚设备结构材料有向高级耐蚀金属发展的趋势‚而钛材是其中的佼佼者。虽然大部分钛设备使用良好‚但仍暴露了一些问题。这大多与设计有关‚也与制作、维护和管理等有关。早年我国由于缺少钛设备设计制造及检验标准‚需用时往往参考ASTMJIS等有关标准‚同时还借鉴了美国阿莫柯、德国鲁奇等公司有关企业标准。上世纪80年代国家大力倡议钛在民用工业推广应用‚我国自己的钛设备设计制造标准与规范也陆续产生。如全国化工设备设计技术中心站主编的《钛制设备设计技术规定》(CD130A8—87)、《钛制设备技术条件》(CD130A9—87)‚近年来还颁布布了JB/T4745—2002《钛制焊接容器》‚目前《钛制压力容器》国家标准也已问世。本文主要就石化钛设备设计制造中有关经济性与可靠性问题‚借助正反面实例进行讨论。

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1、选用钛材的经济性

石化企业选用钛材‚除考虑耐蚀性与使用可靠性外‚更应注重投资的经济性。因为石化企业决策者对采用钛设备一次性投资较高看法不尽一致。

(1)对石化生产较强的工艺环境‚只有用钛材才耐腐蚀‚当然没有争议。如全循环改良C法尿素合成塔(190~200℃‚24.5MPa‚72%转化率)只能用钛材‚因为316L(尿素级)只能用于CO2汽提法尿素生产(180~185℃14MPa‚58%转化率);又如PTA氧化反应器(190℃‚1MPa‚含B—r醋酸)唯有钛材能胜任‚316L、317L会产生严重点蚀无法应用;再如乙烯氧化制乙醛的换热器在含氯化铜氯化钯的盐酸中只有钛材可作结构材料;湿氯冷却器也只有用钛较佳。

(2)某些生产环境‚几种材料均可选用‚则要作经济分析。首先应考虑钛的耐蚀性好‚使用寿命长;其次钛的强度/比重高‚在设计制造同规格设备时与传统材料比‚费用相对较低;此外设计时一般不考虑腐蚀裕量(根据介质的腐蚀性有时应加<1mm的裕量)‚设备的壁厚可减簿;钛管不易结垢‚表面具有滴状冷凝特性‚又可采用较高流速‚且由于壁簿换热效率不低于铜管‚生产运用费用较低。另外考虑可减少维修与停车损失‚提高产品产量、质量等‚通过权衡利弊‚综合评估‚选用钛材是合理的。如海水冷却器‚可用钛也可用双相不锈钢‚上海石化(以下称SPC)30余台采用钛‚仅少数采用双相钢。又如PVA醋酸提浓塔‚原用脱氧铜‚SPC改用254SMO钢‚川维等维纶厂改用钛材‚这里如考虑254SMO需进口‚而钛材可用国产‚比起来选用钛较经济。SPC醋酸装置脱水塔原用316L后改用904L‚中段因高温甲乙混酸腐蚀严重多次更新。虽然有关单位根据该塔中段使用TA2‚TA10塔板很好‚多次建议改用钛材‚但厂方坚持用904L‚由于腐蚀率达1mm/A‚4~5年需更新‚为此被迫改变工艺‚从常压改负压‚以降低工艺温度来减缓腐蚀‚实际上得不偿失。又如仪征化纤PTA装置换热器引进时采用904L‚国产化应改用钛材‚钛耐蚀性与相对经济性均优于904L(钛比重相当于904L的57%)。

2、材质要求与品种适用性

钛与钛合金纳入GB的有20余种‚纳入ASTM的有30余种‚而实际能满足石化设备应用的仅有工业纯钛GBTA0、TA1、TA2、TA34种‚相当于ASTMGr1、Gr2、Gr3、Gr4‚耐蚀钛合金TA9或Gr7(Ti-0.15~0.2Pd)与TA10或Gr12(Ti-0.3MO-0.8Ni)2种。

高强钛合金TC4或Gr5(Ti-6Al-4V)、Gr9(Ti-3Al-2.5V)2种。这都要根据设备使用条件与加工要求来选择‚一般根据资料与同类设备使用经验作参比。

但对新工艺介质应通过实验室试验‚现场挂片与实物小试来确定。对用于石化压力容器钛材化学成分与机械性能应根据GB/T3620‚GB/T3625规定‚并应在退火态使用。

工业纯钛‚Ti99%以上‚耐氯化物及各类氧化性介质‚耐含氧化剂的还原性酸腐蚀‚不宜在还原性条件下使用‚最高使用温度为230℃‚其中TA0‚TA1用于要求较高塑性‚冲压、衬里的筒体‚封头与板式换热器;TA2综合机械性能好‚作换热器管板复层‚换热管‚整体容器;TA3‚较高强度‚塑性较差‚作耐摩擦部件、搅拌器、轴与紧固件。

TA9、TA10耐氧化性介质‚及用于弱还原性或波动于氧化性和还原性之间介质‚主要用于抗缝隙腐蚀场合。TA9最高使用温度230℃‚TA10强度较TA9高‚最高使用温度350℃。

TC4、Gr9‚可热处理强化‚耐蚀性稍次于工业纯钛‚可作承受较高应力或要求比强度高又需要一定耐蚀性零部件‚如阀、泵叶轮、紧固件、锻件。后者比前者强度低‚但塑性较高‚综合性能更优‚最高使用温度为400℃。

为保证钛设备安全运行‚对钛中特殊元素有一定限制‚对于在可能使钛从纯态转为活化的环境中‚即从抗焊缝选择性腐蚀与抗氢脆综合考虑‚所用钛材的铁含量应<0.05%;为防止氢脆、钛中氢含量应<0.015%‚对于有压力剧变、转动与摩擦的部件‚钛中氢含量应<0.01%;对于低温下使用的钛材‚要求其间隙元素总含量应<0.30%。

3、钛容器结构选择[1]

钛制化工容器可采用全钛‚钛钢复合与钛衬里三种结构。不同结构的经济比较‚应根据设计温度与压力‚在确定容器直径及最大容积所要求的壁厚以后‚才能估算最合理材料与制作费用‚并作出比较。

3.1全钛结构

从经济性考虑‚全钛结构容器较少采用。其最高设计温度为300℃‚但《压力容器安全技术监察规程》要求对工业纯钛不高于230℃‚而CD130A8-87要求不超过150℃。一般设计压力应<0.5MPa‚全钛结构容器壁厚应在3~12mm‚可承受真空与热循环。应保证焊缝正反面及热影响区受到惰性气体保护‚采用连续全焊透结构‚焊缝应避免处于受力最大处。采用外部环状加强承受压力设计‚常可减轻钛材费用。

如SPCPTA装置母液罐‚φ3700mm×2750mm‚容积38m3‚内装含醋酸的TA‚112℃‚大气压‚采用日本TP35(相当于TA1)钛板焊制。又如SPC涤纶厂1985年对脱水塔技改‚由于下塔体在125℃含CL—醋酸侵蚀下‚317L发生严重点蚀与焊缝腐蚀。为此由四联钛公司设计‚广重厂制作‚用11mm厚的TA2板制作了φ2400mm×1500mm的下塔体与上部316L塔体法兰连接。采用全钛结构‚虽然费用昂贵‚但比衬里更具有可靠性。

3.2钛钢复合结构

钛钢复合结构主要应用于较高压力、规格较大的反应器与塔器设计。一般如全钛设备计算壁厚>13mm时才可采用。如壁厚超过20mm时‚采用钛钢复合最为合理‚一般可降低50%成本。钛复层厚度常为2~4mm。最高设计温度达350℃‚比全钛与衬里结构不仅提高了使用温度‚而且具有更高的结合强度与承受压力能力‚所以复合结构从经济性与可靠性综合评价是最优选择。该结构可用作承受真空与要求良好热传导的容器。它要求绝对避免腐蚀介质泄漏至基层‚制造程序较复杂。以SPCPTA氧化反应器为例‚先把复合板冷卷成形‚焊接碳钢部分为单面焊、第一道采用TiG‚其余可用电弧焊‚全部碳钢焊完后经无损探伤合格在惰性气体保护下退火‚以消除残余应力‚然后对钛复层抛光‚把钛半圆管用TiG角焊于钛复层两侧(见图1)‚半圆管角焊刚性较好‚不易变形‚较加平盖板搭接焊好。正对钛半圆管的碳钢焊接接头部必须开检漏孔(φ6mm)。

其作用有三‚一是在钛半圆管角焊时背部通氩气保护‚二是焊后可对焊缝进行检漏‚三是设备运行时可及时发现泄漏部位。由于半圆管形成空间用挡块分隔成不同区域‚这样可由多个检漏孔通过管线导入观察瓶中监察。如瓶中液体变色可判断反应器运行时泄漏。该反应器曾因紧固件掉下底部‚造成搅拌器刮伤凸起的钛焊缝引起泄漏。通过上述办法监测到泄漏部位而及时安排停车检修。

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SPCPTA装置引进时共有8台钛容器‚其中6台采用钛钢复合。如氧化反应器‚φ4000mm/φ5300mm×24000mm‚505m3‚上部SB49(29mm)+TP28Pd复合(3mm)‚下部SB49(36mm)+TP28复合(3mm)‚搅拌器与轴SFA45+TP49包复。其它还有加氢反应器、蒸馏塔下部、浆料罐、溶解器与第二薄膜蒸发器均用钛钢复合。该装置1998年还采用SB265Gr2钛复合板取代严重腐蚀的304L制作了2台吸附塔‚规格为φ4200mm×9700mm‚由SPC机械制造公司制造。但至2005年检修发现B台底封头环焊缝开裂泄漏‚可能是焊接缺陷造成‚经修补投用。据悉燕山石化PTA钛反应器曾发生炸坏‚由宝鸡902厂新制了一台。

3.3钛衬里结构

钛衬里结构最高设计温度为250℃‚而CD130A8-87规定应低于205℃‚但实际常用于130℃以下‚一般设计压力应≤1.5MPa‚但也有例外。最好应用于不发生压力突降或温度剧变和载荷频变的场合‚无内外热交换及不承受真空的场合。钛衬层厚度约1~3mm。钛衬里比不锈钢衬里复杂‚由于钛与钢不能焊接‚两者固定只能采用爆炸焊、钎焊与机械法等‚其中机械法是采用钛螺钉将衬层紧固再用钛盖板焊死。对衬层钛与钛之间应采用全周焊接避免缝隙与死角。这种局部连接法衬里在温度较高时会在连接点产生过大的热应力‚有可能导致衬层破坏。钛衬里与复层结构一样‚焊接应确保焊缝完整性‚避免钛钢互溶‚应设检漏孔‚TiG焊接时可通入氩气从背部保护‚还可排除夹层中空气‚焊后可用液压或气密试验检漏。否则由于背部无法用氩气保护‚焊缝质量很难保证‚设备运行时造成焊缝泄漏‚使腐蚀介质侵入夹层‚引起穿孔。如早年岳阳化工涤纶钛衬里氧化塔失效就是教训。

SPCPTA循环醋酸罐‚φ5500mm×6270mm‚容积170m3‚用于170℃‚大气压条件下‚壳体采用SS41+TP35衬里‚头部采用SM41B+TP28复合‚由于焊接与制作质量很好‚从投产至今20余年一直使用良好。而宝钢煤气精制厂脱硫高压反应塔系内径为1.3m多层卷板衬钛压力容器、碳钢(12mm)+钛(3mm)‚工作温度273℃‚压力7.3MPa。投产多年‚多次泄漏穿孔‚介质外喷。据报道泄漏大多由焊缝缺陷引起‚由于塔内壁受冲刷‚使钛焊缝皮下缺陷露头而致含硫酸与硫氰酸介质渗入钛钢夹层‚引起钢电偶腐蚀与钛氢脆。四川化工厂与齐鲁石化第二化肥厂从日本引进的衬钛尿素合成塔‚操作条件为200℃、24.5MPa‚分别经4年与7年发生失效。主要是由于焊缝开裂导致尿素反应物渗入夹层‚也造成电偶腐蚀与钛氢脆。因此对钛衬里容器应确保钛焊接质量‚绝对避免腐蚀介质泄漏至钛钢夹层‚否则会造成灾难性事故。

4、钛热交换器管板结构选择[2]

钛最初用于滨海电厂凝汽器‚仅按清洁海水条件设计‚而石化用的钛换热器则应考虑可能最恶劣的工况与结污因素。结污对导热有重要影响‚设计时应考虑有一定的过剩换热面积‚以满足技术要求。如实际工况钛管表面能抗结污‚则并不需要增多钛管根数。钛实际上免于腐蚀、设计时应舍弃腐蚀裕量‚否则会造成浪费。如用于海水时可采用0.5~0.7mm薄壁钛管‚但对化工介质宜采用1.4~1.6mm壁厚钛管。由于焊接钛管质量保证‚比采用无缝钛管能节约投资。钛制管壳式换热器有异金属整体、全钛、钛钢复合与钛衬里4种管板结构‚在设计选用中有关经济性与可靠性还有异议‚分述如下。

4.1异金属整体管板

主要用于滨海电厂凝汽器技改‚以钛管取代原B30或铝黄铜管子‚其最大优点是保留设备的铜合金管板与钢壳体‚厂方仅用钛管自行胀接‚节约了投资。其缺点是铜管板与钛管会产生电偶腐蚀。如SPC热电厂4台凝汽器相继用钛管取代铜管‚在铜管板上虽采用环氧漆防腐‚但仍发生沿钛管口环状蚀沟‚后用高分子合金“冷焊”修补。此外钛与铜热胀系数不同‚会造成钛管在管孔处在热循环作用下松弛而导致泄漏。为保证胀接密封可靠‚应在管孔部开双槽较好。

4.2全钛管板

用全钛厚板作管板。既可在管程又可在壳程接触腐蚀介质‚如对炼厂可适用于壳程走H2S-HCL-H2O油气‚管程走海水的冷却器。对管板厚度不考虑腐蚀裕量‚而主要考虑在使用温度下钛能承受许用应力所必须的厚度。全钛管板与钛管连接允许比其他管板结构有较多选择。可以单用胀接或开槽胀接‚虽均能密封‚但易产生缝隙腐蚀‚如再在管口密封焊‚则能消除缝隙腐蚀‚也可用强度焊可防止在较大轴向应力下管子松弛。从可靠性观点来看‚全钛管板是最好选择‚它没有电偶腐蚀或由于热胀系数不同而引起的管子松弛‚可允许管板两侧有效的耐蚀性而有较长的使用寿命。但由于投资较高‚而且制造与提供大型厚板或锻件相对困难因此不常采用。

4.3钛复层管板

钛复层管板由基层钢板与薄层钛板经爆炸复合而成。钛复层厚度约为2~13mm。钛管与管板连接形式影响复层的厚度‚通常在管程面采用密封焊‚为防止基层金属稀释到密封焊缝中‚因而钛复层必须足够厚。但单用密封焊并不满足要求‚还应在基板管孔中开2个宽3mm深0.3mm环形槽再胀接‚以达到真正密封‚胀度控制在3%~5%‚欠胀不能保证密封‚过胀易使钛管开裂。钛复层管板给予材料最优选择‚以基层强度高的钢承受压力得到可靠性。且以钛复层提供耐蚀性。因此对用于化工介质且压力较高的工况宁可选用钛复合管板而不用钛衬里管板结构。如SPCPTA进料预热器‚φ850mm×8000mm‚工作温度196~280℃‚压力7MPa‚引进时均采用SF50+TP28复合管板。

钛复层通常同钛管密封焊‚而基层也可以同钢壳体焊接‚这样可以采用简单又可靠的固定管板设计。但由于管束与壳体热胀系数不一应设膨胀节补偿。复层管板采用胀焊与钛管连接‚不仅可获得真正的密封防止泄漏‚又防缝隙腐蚀‚又防止热循环松弛。由于设备的可靠性而避免重胀‚因而获得了较多应用。但是复层管板上如有少量缺陷会导致焊接返修‚较大缺陷如进入基层‚则不太容易修补。此外如密封焊缝有微细裂纹‚造成腐蚀介质渗入到夹层中‚将使设备损坏。但只要加强检验‚保证管板与密封焊质量‚一般不会有什么问题。当然仅采用胀接而未用密封焊‚也会造成失效。如秦山核电站一台由美引进的凝汽器‚钛复合管板曾有几个管口因海水渗入‚不仅引起缝隙腐蚀‚而且产生钛/钢电偶腐蚀及钛吸氢。

4.4钛衬里管板

钛衬里管板由薄的钛衬板与厚的钢基板组成‚基板厚度根据设计压力而定。由于衬里不象复层管板两者是分离的‚仅通过衬板与钛管密封焊及在基板管孔上开槽再胀接‚还有钛衬板通过银焊或钛螺丝压紧的方法与管板连接。为防止密封焊时基板金属稀释引起焊接污染‚应考虑衬板有一定厚度‚一般厚为5~6mm‚对大直径设备则应为10~13mm。

另外应考虑衬板的平整度‚以保证胀焊后设备运转时的耐用性。为保证钛衬里管板密封焊质量应在基板边缘开检漏孔‚通过基板表面铣出的小沟槽连接各管孔‚以便氩气从小孔通入保护密封焊根部。该小孔也可成为如胀焊不当引起泄漏的监测孔。从制作程序来讲‚钛衬里管板应先胀接再密封焊‚可避免因后胀接造成焊缝开裂‚但如先胀接采用的润滑剂会造成焊缝气孔。也有人推荐‚先定位胀‚再密封焊后再强度胀。

钛衬里管板结构由于提供比复层与全钛管板结构较低的成本‚因而被较多采用。尤其是用于压力<1MPa的换热器。例如SPCPTA钛换热器大多采用衬里管板‚多为SM50B+TP35衬或SF50+TP35衬‚计有氧化反应器冷凝器2台(φ2100mm×5750mm‚φ1400mm×6000mm)、预热器(φ700mm×3660mm)‚清洗用醋酸加热器(φ400mm×2440mm)‚蒸馏塔再沸器(φ1750mm×2440mm)等。钛衬里管板结构缺点是不宜用于真空‚否则衬层容易凸起。此外经胀接的钛管如松弛引起泄漏难于定位‚因而有必要在密封焊前作水压试验。这对大设备相当不利‚因为对上千根钛管为消除泄漏需重新胀接。另一个维修问题是当更换钛管和当现场重新密封焊时必须去除原有焊缝。SPCPTA反应器冷凝器曾发生过由于含Br—醋酸通过管板管口钛焊缝细裂纹渗入到壳程冷凝水或蒸汽中‚造成钢基层与钢壳体严重腐蚀减簿穿孔‚虽然钛管可利旧使用‚但不得不更新设备。

5、钛热交换器振动破坏及对策[3‚4]

对热交换器由于钛耐蚀性好‚故可用薄壁钛管‚但其刚性比铜管小‚往往产生振动。钛换热器有两种振动破坏形式:一是支承板处钛管振动疲劳切断;另一是钛管间振动碰撞破坏。经调研振动破坏主要发生在换热器壳程进料管附近‚大多由折流板管孔与管子偏差造成振动疲劳磨损引起。还发现支承板腐蚀使管孔扩大也会引起振动破坏。发生振动破坏实例很多。如日本石油公司常顶换热器钛管经7个月运行‚对应折流板下钛管有严重磨蚀‚发现折流板管孔与钛管外径相差0.3mm‚折流板径与壳体内径相差1.9mm‚从而造成塔顶油气流对管束引起共振。SPC热电厂凝汽器采用0.6mm厚无缝钛管代替1.25mm厚铝黄铜管‚仅经10个月使用有3根钛管在折流板处振损断裂。宝钢电厂也发生过类似破坏。SPC乙烯裂解气压缩机三段出口冷却器‚使用1年也有2根钛管在折流板处振动断裂。大庆石化醋酸冷却器因气体进口处未设挡板‚曾造成20余根钛管振动断裂。辽阳化纤硝酸蒸馏塔再沸器经4年运行‚有15根钛管泄漏‚是由于防冲档板振落‚撞击管束产生交变应力造成断裂。

为防止钛换热器振动破坏‚在设计时根据国外经验‚支承板间距应按ASME规定进行校核‚也可根据美西屋公司PeAke公式核算‚但过于复杂‚而且不一定正确。如SPC热电厂按PeAke公式核算认为安全没有问题‚但实际上仍发生振动破坏。根据日本实际使用经验‚认为减小支承板间距最为有效‚如对于外径24.4mm壁厚1.245mm的黄铜管凝汽器‚如用同样外径而壁厚为0.5mm的钛管改造‚则支承板间距约缩短20%可防止振动破坏。美TiMET公司也认为通过减小支承板间距以减少挠度比增加管子壁厚更有效。根据SPC经验‚对老设备可在钛管束间插竹片以防止管间碰撞而得以解决;对新设备可适当缩小支承板间距‚并在钛管与折流板管孔间装四氟环防振。

6、钛转动机械与部件疲劳损坏分析[5]

对搅拌器、离心机、鼓风机叶轮与轴等钛制机械及部件应考虑疲劳或其他循环载荷‚还应考虑缺口敏感性与应力集中。虽然目前工业纯钛及TA9‚TA10等均有强度与塑性数据‚但缺疲劳数据。设计时应考虑安全系数‚取决于设计精确性‚服役环境和疲劳的严重性等。

SPC涤纶厂钛复合的高温洗涤器‚曾发现在搅拌机机械密封法兰面拼接的钛焊缝受到松衬短管的纵向温升应力作用使焊缝疲劳开裂。主要是在开停车工况下钛焊缝与钢筒体热胀系数不一造成的。后采取加强性衬套法兰结构修理‚并对衬套加强法兰焊接作了移位设计才得补救。

钛转动机械破裂通常起因于应力集中‚它严重减少材料的抗疲劳性能‚其对策应采用较宽大的半径‚逐渐缩减的截面‚充分融合的焊接坡口‚完全焊透的焊缝。由于焊缝金属的设计应力在疲劳载荷下比基体金属小‚因此焊缝应远离临界应力区与截面变化部位‚但在某些设备中这不切实际。当焊缝必须用在截面变化时‚焊接坡口应仔细融合‚避免咬边‚使焊缝韧性不致减少。未完全焊透的焊缝在焊根上总会造成很严重的缺口条件‚以致产生应力集中‚会促进钛焊缝区域的脆断。因此对钛转动机械及部件在设计阶段应尽可能使焊接减至最小。通过减少焊接‚不仅可降低制作成本‚而且可减少疲劳破坏的可能性。在制作阶段焊接应保证完全焊透‚无论如何应能得到良好融合的表面外型‚这不仅有助于改进抗疲劳性能‚也有利于维修。未完全焊透的部件‚不仅在运行中会遭受开裂‚而且物料会渗入到焊根部‚以致在维修补焊时这些缺陷必须从焊根部彻底清除‚才能得到合格质量‚但有时简直不可能; 而完全焊透的焊缝‚只要研磨去除全部裂纹‚重焊修补‚质量可得到保证。

7、钛设备缝隙腐蚀‚氢脆与冲蚀对策

7.1钛缝隙腐蚀对策

对易产生缝隙腐蚀的部位如密封面‚换热器胀接管口‚塔盘与塔体接触部件与塔内紧固件应采用TA9、TA10等耐蚀合金。根据阿莫柯与鲁奇公司规范‚钛设备密封面均采用Ti-0.15~0.20Pd合金。如SPCPTA氧化反应器上塔体因接触塔板采用TP28Pd‚所有法兰密封面也采用TP28Pd‚该装置至今未发生钛缝隙腐蚀。SPC乙醛装置引进的催化剂再生器顶盖原用Ti-0.2Pd‚用了8年后设备更新‚顶盖及法兰面因TA9缺货‚用TA2衬层代替‚经1年后发生严重缝隙腐蚀‚后换成TA10衬层后良好。为节约也可局部涂镀Pd‚也可进行PdO/TiO2涂复。对法兰密封面在高温强腐蚀条件下‚如乙醛装置采用Ti-0.2Pd制的菱状垫‚PTA装置则采用钛/增强四氟乙烯缠绕垫‚两者一直使用很好。结构设计应避免出现缝隙与滞流区‚如换热器管板与管子采用胀接加密封焊结构较单纯胀接好。早在70年代国内氯碱厂钛制湿氯冷却器因采用胀接‚在氯气进口端管板多发生严重缝隙腐蚀‚后新制钛冷却器均用胀焊结合消除管口缝隙而解决问题。

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7.2钛氢脆对策

对处于氢分压环境‚至少要含有2%H2O‚且温度<315℃‚可选用含Fe量少的工业纯钛‚如PTA加氢反应器曾多年使用钛复合基本良好。最好经预氧化处理‚据报道日本尿素塔钛衬层经热氧化处理。

对临氢环境避免使用Ti-0.2Pd或Ti-0.3MO-0.8Ni合金。对高温还原性环境(如熔融尿素‚含醋酐醋酸)‚由全面腐蚀的阴极反应产生的H+会在钛表面积聚而吸氢‚如介质pH<3或>12‚以及温度>77℃‚应避免选用钛或采取加氧化剂等防护措施。

对钛制海水冷却器‚为保护铜管板与封头进行阴极保护‚应选择合适电位‚避免过保护而产生氢脆。

SPC钛海水冷却器由于采用锌基与铸钢作牺牲阳极‚曾引起多台设备钛管口焊缝开裂。为防止腐蚀反应产生的吸氢致脆‚虽可采用Ti-0.2Pd或Ti-0.3MO-0.8Ni合金防止腐蚀‚但一旦发生局部腐蚀‚则氢脆的破坏程度可能比工业纯钛还严重‚如SPC醋酸塔采用TA10的紧固件比TA2的腐蚀氢脆重。

7.3钛冲蚀对策

对某些高流速与流速突变的工况‚钛设备易产生冲蚀。腐蚀介质的流速应低于临界流速以避免冲蚀‚当流速超过6m/S时‚应设防冲档板。SPCPTA浆料罐(φ6500mm×5000mm)‚从1980至2003年使用正常‚但经增量改造产量从225kt/A扩大到400kt/A后‚因从反应器生成的TA浆料连续排放到该罐的流量大大增加‚2004年发现进料处防冲档板冲下罐底‚造成搅拌浆刮伤凸起的钛焊缝‚含醋酸的浆料(112℃)渗入夹层‚使钢壳多处穿孔泄漏‚经修复‚2006年档板又被冲下‚再次造成失效。因此应根据流量与流速‚对防冲档板采取特别加固设计。

根据大连某厂采用TC4泵叶轮长期用于海水的成功经验‚SPC也由沈阳某厂浇铸一只大型TC4泵叶轮用于金山卫海水‚却发现早期失效‚究其原因是因大量泥砂的海水比清洁海水对钛叶轮冲蚀严重。秦山核电站由于过滤器失效‚含贝壳的海水冲击某台凝汽器‚造成进口钛管端部涡流磨耗穿孔。根据中石化SH/T3096—2001要求常减压空冷器与换热器 入口管端为防止涡流冲蚀可设置300~600mm长钛衬管‚SPC在常顶油气换热器因冲蚀严重在新制设备时在08Cr2AlMO钢管口镶衬钛管套‚经使用1年发现有若干根管子穿孔‚腐蚀发生在钛管套与钢管结合部‚因有1~2mm落差造成涡流坑蚀‚此外钛/钢电偶腐蚀也是因素之一‚同时也应考虑钛钢两者热胀系数不一‚用于高温(>150℃)容易松动‚根据兄弟厂经验镶衬钛套管应采用耐温防腐胶与钢管粘结。

参考文献

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