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石油化工设备用材的基本要点分析

作者: 兴罡石化设备| 时间:2016-06-06 15:09:15 | 点击次数:

石油化工设备用材的基本要点分析

石油化工设备在生产时会遇到高温、高压、强腐蚀性等特点,为了保证化工设备的安全正常运转,全面了解石油化工设备在加工工艺时对材料的要求,熟悉金属材料的性能,研究它的耐腐蚀性、可焊接性以及常用金属的牌号及意义,对石油化工设备操作具有重大意义。


  [关键词]石油化工设备 高温 高压 钢材的各种性能


  石油化工设备操作具有多样性,使其用材种类繁多,既有金属材料又有非金属材料,掌握金属材料的性能是设计石油化工设备的重要环节,根据设备的具体操作条件,本文专门对石油化工设备用材中的金属材料做专门研究。
  1、石油化工设备用材的要求
  根据石油化工设备操作的特性,合理选用石油化工设备材料,一般选材的基本原则是,材质要具有足够的强度和硬度,一定的塑性和韧性,耐腐蚀,具备良好的加工制造性能和焊接性能;保证其使用寿命;经济合理;供货及时。对于特殊的设备还有特殊的要求,要具有较高的室温强度,足够的蠕变强度、持久强度;组织的稳定性、较低的敏感性、良好的加工工艺性能和焊接性能等。
  2、石油化工设备常用金属材料的种类及性能参数
  2.1常用金属材料的分类
  钢材做为石油化工设备常用的金属材料,按元素组成可分为两大类,碳素钢和合金钢。碳素钢又分为两类,一类是按含碳量多少分为低碳钢、中碳钢、高碳钢;另外一类按有害杂技含量分为普通碳素钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢。合金钢按照含合金量的多少分为低合金钢、中合金刚、高合金钢。
  2.2金属材料的性能参数
  常用金属材料的机械性能主要包括:弹性、塑性、韧性、强度、硬度等。以及了解伸长率(6)、断面收缩率(φ)、冲击韧性值(ak),硬度:布氏硬度(HB)、
  洛氏硬度(HRC)、维氏硬度(Hv)等。
  3、石油化工设备常用金属材料的耐蚀性分析
  常用金属材料的化学性能是指金属材料具有的耐腐蚀性、抗氧化性、物理性能、加工工艺性能等。耐腐蚀材料一般认为腐蚀速率在0.1mm/a以下的材料。
  金属被腐蚀破坏后的形态有均匀腐蚀和局部腐蚀。造成腐蚀的原因有两类,化学腐蚀和电化学腐蚀,例如金属的高温氧化、钢的脱碳、氢脆、氢腐蚀、腐蚀原电池、微电池等都是造成钢材腐蚀的原因。所以石油化工设备常用的金属材料要选用具有耐腐蚀性能的钢材。18―8钢具有良好的耐腐蚀性,对于浓度为65%以下,温度70℃以下的硝酸以及硫酸盐、硝酸盐、硫化氢等化学物质中,具有良好的耐腐蚀性,抗氢、氮的腐蚀。但在盐酸、稀硫酸、氯离子溶液中易受耐蚀。为了防止晶间腐蚀,采取的办法:对钢材重新进行淬火处理,以便于cr、c溶入奥氏体中,这样减少了钢中的含碳量,还可以加入Ti、Ni等元素。
  4、石油化工设备常用金属材料的热处理方式
  将固态钢、铁高温下加热,加热到一定温度使其保温,采用不同的冷却方式将其降温,从而改变金相组织,来满足石油仪器所要求的物理、化学与力学性能,被称为热处理。生产中的热处理主要有普通热处理和表面热处理。普通热处理包括退火、正火、淬火、回火;表面热处理包括表面淬火和化学热处理。下面具体介绍一下热处理的技术。
  退火:将金属材料缓慢加热,当加热到临界点以上的某一温度时,保温,过一段时间以后,缓慢冷却。这样可以提高力学性能;硬度降低,提高塑性,便于进行冷加工;同时还可以消除内应力,防止仪器变形。
  正火:将金属置于空气中进行冷却。使晶粒变细,提高金属韧性。锻件、铸件切削加工前都要进行退火或者正火。
  淬火:对金属加热至30℃―50℃时,为淬火温度,将其保温一段时间,然后投入淬火剂中使其冷却。得到马氏体,增加了家属的强度、硬度和耐磨性。空气、油、盐水、水都属于淬火剂,冷却能力在盐水中最强。
  回火:淬火后,进行的一种更低温度的加热和冷却热处理工艺。回火可有效降低零件在淬火后的内应力。在150℃―250℃范围内进行回火称为“低温回火”。低温回火可使马氏体提高硬度和耐磨性,降低内应力和脆性。量具、刃具要进行低温回火处理。在300℃―450℃范围内进行回火称为“中温回火”,轴类、轴套、刀杆等工具需进行中温回火。在500℃―680℃范围内进行回火称为“高温回火”,高温回火后综合性能较好。如果淬火和“高温回火”一起进行被称为“调质处理”。可用于轴类零件、齿轮、连杆、螺栓等的加工。
  表面淬火:对金属进行快速加热后立即进行淬火冷却,热量还未传至中心时,迅速予以冷却,表层被淬硬变为马氏体,而中心仍是未淬火的组织。
  化学热处理后,渗碳可提高零件的硬度;渗铝可提高金属的耐热、抗氧化性;渗硅可提高金属的耐酸性。
  5、石油化工设备以压力容器为例进行选材分析
  根据压力容器的特性选用不同的钢材,常温下压力容器要求其材料的冲击韧性值不得低于50J/cm;低温操作时,要求其材料的冲击值不得低于30J/cm。根据这一特性,压力容器选用的钢材有:09MnNiDR、15MnNiDR、16MnDR、09Mn2VDR等钢板;16Mn、09MnD、16MnD、20MnMo、09MnNiD等钢管。压力容器和多层高压容器一般选用16MnR钢材;低温压力容器选用16MnDR、
  15MnNiDR、09MnNiDR钢材;15MnMoR用于制造壁温不超过560℃的压力容器;20MnMo用于制造-40℃―470℃的重要锻件;09MnNiD用于制造-40℃―-60℃的低温容器;12CrMoV用于制造高压压力容器。
  压力容器选用高合金钢:压力容器和它的内件钢号有0Cr13、1Cr13、2Cr13、0Cr18Ni9、00Cr19Ni10、0Crl8Ni10Ti、0Cr17Ni12M02等。如制造轴、活塞杆、螺栓、阀件一般选用0Cr13、1Cr13、2Cr13等钢材;抗腐蚀性较强的设备一般选用0Cr18Ni9、00Cr19Ni10、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni12M02等钢材。
  6、小结
  根据石油化工设备操作时的多样性,结合材料的各种基本性能及其应用范围,合理选用化工设备材质,值得研究。低氮燃烧器

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