乙烯裝置中低溫材料的選用及特點

1、工業(yè)枚術(shù)乙 烯 工 業(yè), 一’、 五 件乙 烯裝置 中低溫 材料的選用及特點楊慶朝中國石化工程建設(shè)公司, 北京,摘 要 對 乙烯裝置 中的低溫 鋼材料的選 用及低 溫性 能進(jìn)行 分析, 以 達(dá) 到在石 油 化 工 裝置 設(shè) 計 中正確 選材的 目的‘關(guān)鍵詞 乙 烯 低溫 沖擊功在石油化 工裝置 中, 乙 烯裝置 具 有裝置 規(guī)模較大, 低溫工況管線 比較多, 溫度范圍跨度也較大一 一℃ 的特點, 其低溫材料的應(yīng)用也 同樣具有一定的代表性

2、。 下 面根據(jù) 乙烯裝置 中低溫材料的應(yīng)用, 對低溫材料 的選用及 特點作一 個概述。在 巧 。 一 《 鋼制壓 力容器 》 附錄 中,對低溫壓力容器的定義是低于或等于一 ℃一 《 鋼制低溫壓力容器技術(shù)規(guī)定 》 中規(guī)定的低溫是一 ℃至一 ℃ 在 規(guī)范中對低溫 管道并沒有 明確的劃分, 只是將一 ℃作為一 個控制指標(biāo), 并根據(jù)實際的低溫工 況, 選用的材質(zhì)及其壁厚等情況來決定其是否按低溫工 況來進(jìn)行設(shè)計、制造、 檢驗 和 驗 收。 而《

3、工 業(yè) 金 屬 管道 工 程 施 工 及 驗 收 規(guī) 范 》、一 《 石油化工 劇毒、可燃介質(zhì)管道 工 程施工及驗收規(guī)范 》 和一 《化工金屬管道工程施工及驗收規(guī)范 》 則將設(shè)計溫 度低于一 ℃的管道定為低溫管道。 通 常在 乙烯裝置 的管道設(shè)計中, 對 于 國標(biāo)材料, 設(shè)計溫度低于或等于一 ℃的管道 對于美標(biāo)材料, 設(shè)計溫度低于一 ℃的管道, 都稱為低溫 管道, 其管線 的設(shè)計、制造、施工、檢驗 和驗收均按低溫管道 的要求來執(zhí)行。在現(xiàn)

4、有大型 乙烯裝置 中較常采用低溫管道 的系統(tǒng)有 丙烯制冷 系統(tǒng)、 二 元 制冷系統(tǒng)、 三 元 制冷系統(tǒng)等。丙烯制冷 系統(tǒng)是一 個 閉環(huán) 四 段 系統(tǒng), 它使用蒸汽透 平 驅(qū) 動 離心 式 壓 縮 機(jī)。 系統(tǒng) 提 供 級 制冷一 ℃、 一 ℃、 一 ℃和 ℃, 冷卻水用來冷凝壓縮機(jī)排出氣體。二元 制冷 系統(tǒng) 是 一 個 二 組 分 的混 合冷劑 系統(tǒng), 是一個閉環(huán)、 三 段 系統(tǒng), 使用 蒸汽透 平驅(qū) 動離心式壓縮 機(jī), 它替代 了 乙

5、烯和 甲烷 制冷系統(tǒng)。 二元制冷劑被壓 縮到表壓 大約, 壓縮機(jī)排出氣體首先經(jīng) 冷卻水冷卻, 后 經(jīng) 丙烯制冷劑和 其自身的二元制冷冷劑進(jìn)一 步冷卻。 各級二 元 制冷冷劑流將裂解氣冷卻到一 ℃、 一 ℃和一℃, 并提供脫 甲烷塔和冷卻其 自身的冷量。三元制冷系統(tǒng)則是一 個三 組 分的混合冷劑系統(tǒng), 是一個使用蒸汽驅(qū) 動的離心 式壓 縮 機(jī) 的閉合回路系統(tǒng)。 裂解氣通 過 與工 藝物料 脫 乙 烷塔進(jìn)料, 脫 甲烷塔 中間、塔底再沸器物

6、料 和 三 元 冷劑換 熱 被 冷 卻 到一 ℃、 一 ℃、 一 犯 ℃ 和一 ℃。根據(jù)上 面 乙烯裝置 中的各個制冷 系統(tǒng), 其低溫 的分布情況 和 國 內(nèi)外低溫 材 料 的低 溫 適 用 范圍, 通 常將 乙 烯裝置 中低溫 工 況 分為一 一℃、 一 一 ℃和低于一 ℃三個溫度范圍,并根據(jù)低溫材料 的低溫性能分別選用低溫碳 鋼、鋼和奧氏體不銹鋼。低溫鋼的選 用, 很 重 要 的一 個技術(shù)指標(biāo)就是收稿 日期一 田一作者簡介 楊慶朝一

7、 , 男, 工 程 師, 年畢業(yè) 于 大連理工 大學(xué)化工設(shè)備與機(jī)械專業(yè), 獲工學(xué)學(xué) 士學(xué)位, 現(xiàn)從事石油化工 配管材料 的設(shè)計工 作© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net乙 烯 工 業(yè) 第 卷于一 ℃級至一 田 ℃級低溫壓 力容器管道 以及低溫?zé)峤粨Q器管

8、道用無 縫鋼管, 標(biāo)準(zhǔn)中的材料牌號見表。 雖 然此 標(biāo)準(zhǔn) 已經(jīng) 發(fā)布, 但在一《 鋼制壓力容器 》 及一 《 工業(yè)金屬管道設(shè)計規(guī)范 》 等中都還沒有推薦, 其設(shè)計許用應(yīng)力值也無從查找。 因此在實際的工 程設(shè)計中還沒有真正選用此標(biāo)準(zhǔn)的低溫?zé)o縫鋼管。表 低溫?zé)o縫鋼管適用范圍牌號 最低適用溫度℃油的的們腸 〕 弓抗拉強(qiáng)度任如〕喇叉〕執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)一一一一一一一一一 側(cè)《, 一對一 ℃級 的低溫碳鋼。 在 刃 年的燕 山以〕 乙烯裝置改造項 目中,

9、曾由國內(nèi)成都無縫鋼管廠 生 產(chǎn) 的 代用, 其使用 的溫度范圍是一 一 ℃。 從實際使用情況 看, 可滿足設(shè)計工況 的要求, 但由于采購的批量少, 鋼廠 少批量 的生產(chǎn)成本太高, 其價格并不 比國外進(jìn) 口 的低溫碳鋼管價格低, 而且現(xiàn)場追加材料也非常困難, 所 以在此后的乙烯裝置低溫管道設(shè)計中并沒有采用。在 目前的乙烯裝置 中, 對于一 ℃級 的低溫碳鋼管, 主要還是選用國外進(jìn) 口 的, 標(biāo)準(zhǔn)的低溫碳鋼管。 雖然國內(nèi)的少數(shù)鋼管廠 可 以

10、按 國外標(biāo)準(zhǔn)來生產(chǎn), 但在實際 的采購 中總存在如供貨周期長、生產(chǎn)規(guī)格受一 定 的限制、 產(chǎn) 品質(zhì)量 的穩(wěn)定性、后期現(xiàn)場少量的追加 困難 等問題, 從 而 影響 了低溫碳鋼管材的國產(chǎn)化。 而低溫碳鋼管件基本都已國產(chǎn), 低溫碳鋼 閥門則 由于低溫碳鋼鑄件的國產(chǎn)化已完全能滿足美標(biāo)要 求, 所 以完全可 以實現(xiàn) 國產(chǎn)化。焊制管件為 此 一、 另鑄件為。在燕山 乙烯裝置改造項 目中, 為了提高材料的國產(chǎn)化率, 節(jié)省項 目投資, 曾嘗試 由國內(nèi)鋼

11、管廠按照美標(biāo) 鋼 低溫鋼管的化學(xué)成分進(jìn)行冶煉, 并完全按照美標(biāo)的要求進(jìn)行制造和檢驗。 此種低溫鋼管在制造過程 中最重要的一個環(huán)節(jié), 是加工 過程 中的熱處理 工 藝是 否 過關(guān)。 如熱處理不合格, 鋼管的表面容易產(chǎn)生裂紋,鋼管機(jī)械性能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的要求, 而且在一 ℃低溫下的沖擊值也不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求。 在實際的低溫介質(zhì)中鋼管就會因韌性 不 足, 脆性太大, 在外力的沖擊下易發(fā)生脆性破 裂, 而釀成事故。 最終此次嘗試就是 因為熱處理 工

12、 藝不 過關(guān), 造成低溫沖擊值始終沒能達(dá) 到標(biāo)準(zhǔn)要求, 而 沒能最終生產(chǎn)出合格的 低溫鋼管。 最后 由于工程進(jìn)度的要求, 所有的 低溫鋼管全都由奧氏體不銹鋼替代。 雖 然此 次 國產(chǎn)化沒 能成功, 但也 為 以后低溫鋼管的國產(chǎn)化提供 了一 次有意義嘗試。對于進(jìn) 口 的 鋼, 同樣也存在一些 問題。由于此種材料的市場用量很 少, 國外鋼廠 也很 難形成大批量 的生產(chǎn), 而且 價格又 與奧氏體不銹鋼接近, 故此種材料在 國外市場也趨 于 淘

13、汰。 所 以對于設(shè)計溫度為一 一℃的低溫系統(tǒng), 在近些年的乙烯裝置設(shè)計中, 在選用材料時都把鋼改為奧氏體不銹鋼。鋼對于設(shè)計溫度為一 一℃的低溫 系統(tǒng),在以 往 的 乙 烯裝 置 中均 使 用 材 料, 對 于鋼 國內(nèi)沒有專業(yè) 的鋼 管生 產(chǎn)廠 進(jìn)行批 量 生產(chǎn), 以往都是 由國外進(jìn) 口。 其 標(biāo)準(zhǔn)的材料牌號有 無縫鋼管, 有縫鋼管一 ”鍛制管件為 召, 鋼管和奧氏體不銹鋼由于奧氏體不銹鋼具有面心 立 方晶格的金屬結(jié)構(gòu), 在低溫 下具 有

14、 良好 的沖擊韌性, 因此, 奧 氏體不銹鋼是低溫工況下理想的材料。 特別是對 于設(shè)計溫度低于一 ℃以下情況, 它是首選 的低溫材料。 在 巧 。一 材料篇 中規(guī)定 鋼材 的使用溫度低于或等于一 ℃ 時, 應(yīng)按 附錄 的規(guī)定進(jìn)行夏 比 型缺 口 低溫 沖擊試驗。 奧氏體鋼 的使用 溫 度高于或等于一 ℃時, 可 免做 沖擊試驗。 但是在 規(guī) 范 中, 對 奧 氏體不銹鋼 的低溫使用條件作 了限制, 其要 求 比一 要嚴(yán)格。 第 珊 卷第