Какви са корозионните ограничения на тръбата Incoloy 800H/HT?

1. Въпрос: Какви са ключовите разлики между Incoloy 800, 800H и 800HT по отношение на химичния състав, термичната обработка и устойчивостта при висока -температура?

A:Incoloy 800 (UNS N08800), 800H (N08810) и 800HT (N08811) са сплави на желязо-никел-хром с номинално 30–35% Ni, 19–23% Cr и 39–42% Fe. Те обаче се различават значително посъдържание на въглерод, съдържание на алуминий + титан и топлинна обработка, които пряко влияят върху техните-високотемпературни механични характеристики.

Incoloy 800 (UNS N08800):

въглерод: максимум 0,10% (обикновено 0,05–0,07%)

Al + Ti: 0,3–1,2% (комбинирано)

Термична обработка: Разтворът се отгрява при 980–1038 градуса (1800–1900 градуса F), след което се охлажда с вода или бързо се охлажда

Размер на зърното: ASTM 5 или по-фин (обикновено 20–50 μm)

Ключова характеристика: Най-висока пластичност и изработваемост, но най-ниска якост на пълзене. Използва се предимно за приложения под 600 градуса (1110 градуса F), където пълзенето не е проблем.

Incoloy 800H (UNS N08810):

въглерод: 0,05–0,10% (контролиран до горния диапазон)

Al + Ti: 0.3–1.2%

Термична обработка: Разтвор, закален при 1121–1177 градуса (2050–2150 градуса F) - значително по-висок от 800 -, последван от бързо охлаждане

Размер на зърното: ASTM 5 или по-груб (минимум 90 μm среден диаметър на зърното по ASME Code)

Ключова характеристика: Едрият размер на зърното и по-високото съдържание на въглерод осигуряват подобрена якост на разкъсване при пълзене над 650 градуса (1200 градуса F). Грубите зърна намаляват плъзгането по границите на зърната при повишени температури.

Incoloy 800HT (UNS N08811):

въглерод: 0.06–0.10%

Al + Ti: 0,85–1,2% (контролиран до горния диапазон, с минимум 0,85% комбиниран)

Термична обработка: Същото като 800H: 1121–1177 градуса (2050–2150 градуса F), бързо охлаждане

Размер на зърното: ASTM 5 или по-груб (минимум 90 μm)

Ключова характеристика: По-високото съдържание на Al + Ti (минимум 0,85%) насърчава образуването на фини, кохерентни '(Ni₃(Al,Ti)) утайки по време на експлоатация, които осигуряват укрепване от утаяване. 800HT предлага най-високата якост на пълзене сред трите степени, с приблизително 20–30% по-висока якост на разрушаване при 100 000 часа от 800H при 750 градуса.

Практическо значение за избора на тръба:

800 тръба: Използва се за ниски-температури (По-малки или равни на 600 градуса) или услуги без-пълзене-ограничени, като линии за захранваща вода на парогенератор, тръбопроводи за пренос на каустик.

800H тръба: Стандартен избор за тръби на нефтохимически пещи, изходни колектори на риформинг и намотки за крекинг на етилен, работещи при 650–800 градуса.

800HT тръба: Предпочитан за високо-напрежение, високи-температурни приложения като прегревателни тръби, пигтейли на амонячен реформатор и изходни линии на водороден реформатор, където се изисква максимален живот при пълзене.

2. В: Защо тръбата от Incoloy 800H/800HT е предпочитана пред неръждаема стомана 310H за приложения в парен реформер на метан (SMR) и пещ за крекинг на етилен?

A:Тръбите Incoloy 800H и 800HT са индустриалните стандарти запарни реформатори на метан (SMR)във водородни и амонячни инсталации, както ипещи за пиролиза на етиленв нефтохимическите крекери. Няколко основни свойства оправдават предпочитанията им пред неръждаема стомана 310H (UNS S31009, 25% Cr, 20% Ni):

a) Превъзходна якост на пълзене при 700–950 градуса (1290–1740 градуса F):

При 870 градуса (1600 градуса F), 100 000-часовата якост на разкъсване при пълзене на 800HT е приблизително 20–25 MPa, в сравнение с 12–15 MPa за 310H. Това се изразява в 40–60% по-дебели стени на тръбата за 310H, за да се постигне същият проектен живот (обикновено 100 000 часа за реформатори).

б) Устойчивост на крехкост на сигма фаза:

310H съдържа 25% Cr и няма обогатяване с никел; той образува крехка сигма фаза (интерметален FeCr) след дългосрочно-трайно излагане при 550–750 градуса, което намалява пластичността и якостта на удар почти до нула. Incoloy 800H/HT, с по-високото си съдържание на никел (30–35%), напълно потиска образуването на сигма фаза. Това е критично за тръбите на реформатора, които изпитват термични цикли по време на стартиране и спиране на инсталацията.

в) По-ниско термично разширение:

Incoloy 800H/HT има коефициент на термично разширение (CTE) от приблизително 14,4 × 10⁻⁶ / градус (20–800 градуса), срещу 17,5 × 10⁻⁶ / градус за 310H. По-ниският CTE намалява термичните напрежения в дебелостенните тръби и минимизира изкривяването на намотките на пещта.

d) Устойчивост на метално прах (катастрофално карбуризиране):

В среда на синтетичен газ (CO + H₂) при 450–750 градуса, 310H претърпява метално разпрашаване - разграждането на метала на фини богати на въглерод -частици. По-високото съдържание на никел в Incoloy 800H/HT (30–35%) образува по-защитен-богат на никел повърхностен слой, който издържа на навлизането на въглерод. За тежки условия на метално прах, 800HT с контролиран Al + Ti осигурява още по-добра устойчивост.

д) Заваряемост и ремонт:

Тръбите 310H са предразположени към горещо напукване по време на заваряване и термична обработка след-заваряване поради напълно феритно-аустенитния режим на втвърдяване. Incoloy 800H/HT заварява надеждно със съвпадащи добавъчни метали (ERNiCr-3) и може да бъде ремонтиран на място по време на спиране на завода - критично предимство за подмяната на тръбата на реформатора.

Икономическо сравнение:

По този начин, докато 310H има по-ниски първоначални разходи за материали, необходимите по-дебели стени, по-кратък проектен живот и риск от крехкост правят Incoloy 800H/HTтехнически превъзходен и икономически оправдан изборза критични високотемпературни{0}}тръбопроводи на пещ.

3. В: Какви производствени и заваръчни практики са необходими за тръбата Incoloy 800H/800HT, за да запази свойствата си на пълзене при висока-температура?

A:Правилното производство и заваряване на тръба Incoloy 800H/HT е от съществено значение за запазване на структурата на едрото зърно и потенциала за -укрепване при утаяване, които осигуряват устойчивост на пълзене при висока-температура. Неправилните практики могат да намалят живота на пълзене с 50–80%.

Заваръчни процеси и добавъчни метали:

Предпочитани процеси: GTAW (TIG) за коренни проходи, GTAW или GMAW (MIG) за запълване и капачка. SMAW (стик) е приемлив за полево заваряване, но изисква по-строг контрол.

Допълнителен метал: ERNiCr-3 (Inconel 82) или ERNiCrFe-6. Не използвайте съвпадащ 800H пълнител - липсва ниобий, необходим за предотвратяване на горещо напукване. ERNiCr-3 съдържа 2–3% Nb, който свързва примесите от сяра и фосфор.

Предварително-почистване: Отстранете всички масла, греси, бои и-съдържащи сяра маркиращи съединения. Използвайте почистване с ацетон или алкохол, последвано от четкане с телена четка от неръждаема стомана.

Критичен контрол при заваряване:

Ограничение на входящата топлина: Поддържайте междинна температура под 150 градуса (300 градуса F). Максимална топлинна мощност: 25–35 kJ/in за дебелини на стените 6–15 mm. Прекомерната топлина разтваря едрите граници на зърната, създавайки фино{8}}зърнеста-засегната от топлина зона (HAZ), която има драматично по-ниска якост на пълзене.

Без термична обработка след{0}}заваряване (PWHT): За разлика от много легирани стомани, тръбите 800H/HT трябванеполучават PWHT. Термичната обработка над 1000 градуса би прекристализирала грубата зърнеста структура (минимум 90 μm) във фини зърна (20–30 μm), унищожавайки устойчивостта на пълзене. Състоянието на -заваряване с пълнител ERNiCr-3 е приемливо за обслужване до 950 градуса.

Обратно-прочистване: За коренови проходи, обратно-продухване с аргон (минимум 99,995%), за да предотвратите вътрешно окисление. Окисляването в основата на заварката създава зони с-обеднено съдържание на хром, които се напукват при натоварване при пълзене.

Огъване и формоване:

Горещо огъване: Загрейте равномерно до 1050–1150 градуса (1920–2100 градуса F). Не превишавайте 1170 градуса (2140 градуса F), за да избегнете топенето на граничните карбиди на зърната. Огънете, след това бързо охладете (воден спрей или принудителен въздух).недейбавно охлаждане - това утаява зърнограничните карбиди по неконтролиран начин.

Студено огъване: За диаметри до 200 mm и съотношения на дебелина (D/t) > 20, студеното огъване е възможно с 15–20% граници на удължение. Въпреки това, студеното огъване въвежда остатъчни напрежения и намалява живота на пълзене с 10–20%. Освобождаването на напрежението при 870 градуса (1600 градуса F) за 1 час възстановява по-голямата част от устойчивостта на пълзене.

Изисквания за проверка:

Радиографско изследване (RT) : 100% of girth welds in reformer service - reject any porosity >1,5 mm или линейни индикации.

Изпитване с течно проникване (PT): Всички готови заварки, включително ремонтирани участъци.

Изпитване на твърдост: Weld metal hardness should be within 10 HRC of base metal. Excessive hardness (>95 HRB) показва неправилно подаване на топлина или избор на пълнител.

Често срещани грешки при изработката, които трябва да избягвате:

Шлайфане със замърсени дискове: Никога не използвайте колела, използвани преди това върху въглеродна стомана - вградените железни частици причиняват горещо напукване.

Над-стареене по време на горещо огъване: Holding at 1050–1150°C for >30 минути загрубява утайката и намалява якостта.

Използване на опорни пръстени от въглеродна стомана: Те въвеждат замърсяване със сяра и въглерод. Използвайте подложка от керамика или никелова-сплав.

Следването на тези практики гарантира, че заварената тръба Incoloy 800H/HT постига по-голяма или равна на 90% от живота при пълзене при разрушаване на неблагородния метал -, който е от съществено значение за 100 000 часа проектен живот в нефтохимически пещи.

4. Въпрос: Какви са проектните съображения за тръба Incoloy 800H/HT при висока-температура, високо{3}}налягане с водород (напр. водородни реформатори, инсталации за амоняк)?

A:Тръбите Incoloy 800H/HT се използват широко вводородно обслужване при 700–950 градуса и налягане до 35 бара (500 psi), особено в парни реформатори на метан (SMRs) и инсталации за амоняк. Прилагат се няколко уникални дизайнерски съображения:

а) Взаимодействие при пълзене-умора:

Реформаторите преминават през ежедневни термични цикли (стартиране/изключване) плюс дългосрочно-стационарно-пълзене в състояние. Комбинацията намалява живота повече от двата механизма поотделно. Проектните кодове (ASME, раздел VIII, раздел 2, EN 13445) изискватпълзене{0}}анализ на взаимодействието на уморатаизползвайки правилото за линейно сумиране на щетите:

∑(n/Nd)+∑(t/Tr) По-малко или равно на 1∑(n/Nd​)+∑(t/Tr​) По-малко или равно на 1

Където n=брой цикли, N_d=допустими цикли само за умора, t=време при температура, T_r=живот на разкъсване при пълзене при това напрежение/температура.

За типична SMR услуга (10 000 цикъла, 80 000 часа при 870 градуса), сумата на щетите от пълзене-умора трябва да бъде<0.8 to provide safety margin.

b) Водородна крехкост при висока температура:

Противно на общоприетото схващане, водородната крехкост в сплавите на никел-желязо енай-тежки при 300–500 градуса(572–932 градуса F), не при работни температури на реформатора (800–900 градуса). При 800 градуса водородът дифундира бързо и не се натрупва по границите на зърната. Въпреки това по време настартиране и изключване(преминавайки през 400–500 градуса), водородът, абсорбиран при висока температура, може да причини декохезия.

Смекчаване: Продухвайте пещта с инертен газ (азот или пара) по време на охлаждане под 500 градуса, за да отстраните водорода. Дизайн за минимални времена на задържане в диапазона 400–500 градуса.

в) Карбуризация и коксуване:

Във въглеводородни -смеси с пара въглеродната активност (aC) може да надхвърли 1,0, което води до карбуризация. Карбуризацията увеличава якостта, но намалява пластичността и може да причини "метално разпрашаване" в локализирани зони.

Граници на дизайна според API 530: За 800H/HT при работа с въглеводороди ограничете температурата на метала до По-малко или равно на 900 градуса (1650 градуса F) и въглеродната активност до aC < 0,8. Ако aC > 0,8 е неизбежно, посочете 800HT (по-висок Al+Ti) и ограничете до 850 градуса.

Предотвратяване на коксуване: Дизайн за турбулентен поток (число на Рейнолдс > 10 000), за да помита въглеродните прекурсори. Гладкият отвор (Ra < 0,8 μm) намалява адхезията на кокса.

г) Окисляване и разцепване:

Защитният Cr₂O₃ мащаб на 800H/HT се разпада по време на топлинен цикъл, консумирайки хром от основния метал. След 50 000 часа при 870 градуса изчерпването на хром може да намали ефективния Cr от 20% до 12% на вътрешната повърхност, ускорявайки по-нататъшното окисление.

Надбавка за проектиране: API 530 определя допустима корозия от 1,5–2,5 mm за 100 000 часа живот на тръбата на реформатора. Тази надбавка отчита загубата на метал от окисляване и карбуризация.

д) Разположение и ориентация на заваръчните съединения:

Обиколните заварки при водородно обслужване трябва да бъдат локализираниизвън най-високата температурна зона (typically >50 mm от пламъка на реформаторската горелка). Заваръчните шевове в радиационната секция (800–950 градуса) се развалят 3–5 пъти по-бързо от основния метал поради фино-зърнестия HAZ.

Предпочитан дизайн: Използвайте безшевни тръби за всички лъчисти секции; намерете заварки в конвекционната секция (температура < 650 градуса).

Обобщение на проектния код за тръбопроводи за водороден реформатор:

Инженерите, които определят тръба 800H/HT за работа с водород, трябва да имат предвид умората при пълзене, карбуризацията, допустимото окисление и разположението на заварките, за да постигнат безопасен, икономичен проектен живот от 100 000 часа.

5. Въпрос: Какви са корозионните ограничения на тръбата Incoloy 800H/HT и кога трябва да се изберат алтернативни материали (напр. Inconel 625, Alloy 601)?

A:Въпреки че Incoloy 800H/HT предлага отлична производителност в много-температурни среди, той има добре-дефинирани ограничения за корозия. Разпознаването на тези граници предотвратява преждевременен провал.

а) Сулфидиране (серна атака) при висока температура:

Ограничение: At >700°C (1290°F) in atmospheres containing >100 ppm H₂S или SO₂, Incoloy 800H/HT образува ниска{2}}точка на{3}}топене на никел-никелови сулфидни евтектики (Ni-Ni3S₂, топящ се при 645 градуса). това