換熱器(熱交換器)的材料及防腐
換熱器的可用材料牌號較多,選用換熱器的材料一般考慮的因素主要從結構、制造工藝、強度、壓力、介質、腐蝕、安全性能方面來考慮。材料選擇不當將會造成安全性能下降或失效,壽命降低。經濟、合理、安全將是設計者選用材料首要考慮的因素。近年來,大量研制成功的的新材料用于換熱器中。一些進口材料的使用使換熱器性能有顯著提高(如1.25Cr、0.5MoSi、2.25Cr-1Mo等),給使用者帶來了顯著的經濟效益。同時,在標準的更新中也淘汰了一些低性能,擴大了其使用場合。
(一)換熱器的材料
1、黑色金屬材料
(1)殼體用板材一般選用工藝性能良好、焊接性能好的鎮靜鋼,如:Q235-B、Q235-C、20R,目前國內標準已取消Q235-A和Q235-A.F沸騰鋼。
(2)鍛件一般選用20鍛件,35鍛件很少使用,原因是可焊性較差、易產生裂紋。
(3)管材一般選用10、20、20G
2、低合金鋼
一般低合金鋼分為碳鋼和CrMo鋼。CrMo鋼主要優點是高溫強度較好,并且具有高溫相愛耐氫腐蝕性能,機械性能較好,無氫脆現象,韌性較好,焊接性能也較好。
(1)殼體板材一般采用16MnR、16MnRH、15MnVR、15CrMoR、15CrMoRH、18MnMoNbR、1.25Cr0.5MoSi、2.25Cr-1Mo。
(2)換熱管一般選用16Mn、15MnV、12CrMo、15CrMo、12Cr2Mo、1Cr5Mo、12Cr1MoVG、09Cr2A1MoV、1.25Cr0.5MoSi、2.25Cr-1Mo。
(3)鍛件一般選用16Mn、20MnMo、15MnV、20MnMoNb、15CrMo、35CrMo、12Cr1Mo、12Cr2Mo1、1Cr5Mo、1.25Cr0.5MoSi、2.25Cr-1Mo。
3、低溫用鋼
低溫用鋼一般指設計溫度≤-20℃的鋼材。高合金鋼一般均可用于低溫狀態。低合金鋼在低溫狀態下使用應具有良好的韌性,且金屬組織穩定。
(1)殼體用板材一般選用16MnDR、09Mn2VDR、07MnNiCrMoVDR、09MnNiDR、15MoNiDR。
(2)傳熱管一般選用16Mn、09MnD。
(3)鍛件選用16MnD、09Mn2VD、09MnNiD、16MnMoD、20MnMoD、08MnNiCrMoD、10Ni3MoVD。
4、高合金鋼
高合金鋼又分為馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼。馬氏體不銹鋼對鐵離子、亞氣體、硫化氫和環烷酸具有抗腐蝕作用。但馬氏體組織熱處理有淬硬性、焊接性能較差、易產生裂紋。鐵素體不銹鋼對氧化性酸、硝酸、堿性溶液、無氯溫水、和洗滌劑有良好的耐蝕性,但焊接性能差、易產生裂紋。奧氏體不銹鋼有穩定的組織、有良好的耐蝕性,低溫性能好,一般使用于-50~-196℃范圍使用,用量較大。為此選用高合金鋼應根據不同介質和溫度,選用不同組織的不銹鋼,一般選用牌號如下。
(1)殼體板材選用0Cr13A1、0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni14Mo2、0Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr19Ni13Mo3、00Cr19Ni10、00Cr17Ni14Mo2、00Cr19Ni13Mo3、00Cr18Ni5Mo3Si2。
(2)傳熱管選用0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr19Ni13Mo3、00Cr19Ni10、00Cr17Ni14Mo2、00Cr19Ni13Mo3。
(3)鍛件選用0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni14Mo2、00Cr19Ni10、00Cr17Ni14Mo2、00Cr18Ni5Mo3Si2。
(二)換熱器的防腐
換熱器使用量大、包括在新建項目、改造項目、更新項目中的使用。而在更新項目中,主要是對損壞的換熱器進行更換。損壞的原因一般有腐蝕造成,據統計,大概占有90%以上。全國每年由于腐蝕更換的換熱器投資約20億美元,為此防腐成為技術發展的重點。近年來防腐研究經費投入很大,但技術發展緩慢,效果不明顯。由于石油工業中的原油開采已進入中后期,石油中含酸值逐年增加,腐蝕逐年加重。再則中東含酸原油進口量猛增,設備防腐的投資也越來越大。因此,抗腐蝕材料及防腐措施尤為重要。目前,換熱器防腐有如下幾種措施。
1、防腐涂層 一般采用非金屬涂層,常用的水冷器有防腐、防垢涂料847和901,還有Ni-P鍍,但在油氣系統使用較多的是涂陶瓷,現場證明效果較好。但由于換熱管一般可達6m長,在長度上涂均勻很難做到。如果有一個點狀缺陷沒涂到腐蝕將會加劇,所以涂均勻是控制質量的重要因素。
2、金屬涂層 一般有鍍Ni、鍍Ti、鍍銅等,工藝效果雖好,但造價昂貴是阻礙使用的障礙。
3、金屬堆焊 一般采用碳鋼、CrMo鋼堆焊不銹鋼較多,用來抗硫化氧和酸腐蝕。該方法造價較低,效果很好,一般化肥、乙烯、煉油中加氫、重整、預加氫使用很多。另外,還有復合板、雙向鋼管用量也較大,效果較好。
4、緩蝕劑 目前煉油裝置、化工裝置多采用一脫四注的方式較多,效果也較明顯。國外也有露點腐蝕處注水的方式,控制露點腐蝕。