浸鋁技術在煉油裝置的應用前景

趙寅 代旭 南海

(中國石油遼陽石化分公司,遼寧 遼陽 111003)

浸鋁技術在煉油裝置的應用前景

趙寅 代旭 南海

(中國石油遼陽石化分公司,遼寧 遼陽 111003)

本文介紹了浸鋁鋼的性能特點和碳鋼浸鋁技術及在煉油廠的應用，以期為同行提供參考。

浸鋁;碳鋼;管束

1 概述

隨著高含硫原油加工量的不斷增大，石油化工設備的硫腐蝕問題日益突出，嚴重威脅設備正常運行和安全生產。硫腐蝕主要有高溫硫腐蝕、濕H2S腐蝕，造成設備腐蝕十分嚴重。為此，有關單位和科研院所做了大量工作，尋求有效控制硫腐蝕的方法，以延長設備運行周期，提高企業的經濟效益，其意義十分重大。

據相關資料介紹，我國早在20世紀60年代就有一些煉油廠開始試用浸鋁鋼，70年代末起，面臨含酸原油加工，浸鋁技術有了較快的發展，到90年代初，已陸續開發了多種工藝方法的浸鋁技術，專家的研究和實驗發現浸鋁鋼無論是在含硫的氧化性氣氛中還是在高溫H2S介質中均有良好的耐蝕性，耐蝕性可提高幾十倍。因此，采用廉價的浸鋁鋼取代高檔材質成為共識，在煉油裝置上得到廣泛應用。

2 浸鋁鋼性能

2.1 機械性能

浸鋁鋼的特點是要求浸鋁后母材的機械性能與原材料基本相當或有所提高，如果母材的性能下降就失去了浸鋁的意義。鋼材浸鋁的溫度在950-1000℃，鋼材處于奧氏體區，由于冷卻速度的不同，母材可能出現各種不同的組織，對中、高合金鋼這個過程易產生相變引起機械性能變化。目前合金鋼浸鋁應用不廣，低碳鋼浸鋁后不產生相變，只有晶粒大小變化，如果浸鋁工藝得當，晶粒還可細化，改善其性能，所以低碳鋼浸鋁應用最廣。

2.2 良好的抗高溫氧化性能

浸鋁鋼比不浸鋁鋼的抗氧化性能一般提高使用溫度250-350℃，20#鋼只能在500℃以下使用，浸鋁后可在800℃使用，18-8不銹鋼在800℃使用，浸鋁后可在1000-1200℃工作。

2.3 良好的抗高溫硫腐蝕性能

很多實驗均表明，浸鋁鋼抗高溫硫腐蝕性能，遠遠超過321鋼和18-8鋼，石化研究部門有關試驗數據見下表：

抗高溫硫腐蝕試驗

2.4 耐磨性能

碳鋼浸鋁層是Fe-Al金屬間化合物，從外表往里依次生成FeAl3→ Fe2Al5→ FeAl2→FeAl →Fe3Al。這些化合物硬而脆，HRC=60左右，耐磨性很好，下表是鋼材磨損試驗數據：

180 2.18馬氏體Cr8CuMo 180 1.59材料 試驗條件 試驗機轉速r/min 耐磨指數20#鋼 自來水、室溫 180 11 20#鋼浸鋁10-20目石英砂

3 碳鋼滲(浸)鋁技術簡介

熱浸法：熱浸鋁是將經過預處理的碳鋼構件浸入熔觸的鋁液糟中，工件表面形成一層鋁膜，取出后在爐中加熱至900-950℃進行鋁擴散，保溫一定時間后鋁擴散入工件形成鋁鐵合金層。

噴涂法：噴涂滲鋁是在經過表面處理的工件表面噴涂一層鋁膜，然后在爐溫700℃時放進爐內升溫至950℃擴散退火而得到鋁鐵合金層。

包埋法：包埋滲鋁是以鋁鐵合金粉為主要滲劑，和催滲劑填料攪拌均勻。滲鋁工件表面只須做簡單的凈化處理，放在一個鋼制的滲鋁箱內，用滲劑將構件包埋，然后移入電爐內加熱至900～1050℃，在高溫下進行擴散滲鋁，基材表面經這樣處理后產生一層鋁鐵合金層。

料漿感應法：料漿感應滲鋁是把滲劑配成料漿，涂在經過表面處理的構件表面，烘干后連續通過中頻感應器，進行擴散滲鋁，在基體材料表層產生一層鋁鐵合金層。

4 浸鋁技術在煉油廠的應用

我廠浸鋁技術主要應用于換熱器管束制作中，自2004年以來煉油廠使用熱浸鋁管束90余臺，其中一些管束防腐效果明顯，例如E1125、E1119、E4219AB等可延長使用壽命1個周期，有些管束經過一個大修周期打開后發現浸鋁層已破壞。

煉油廠常減壓550裝置E1513減一線及減頂回流水冷器，大修期間發現設備的表面浸鋁層已經被破壞，如圖1所示。

圖1 浸鋁后的換熱器管束

焦化裝置分餾塔后冷器E4205A/B/C/D，管板及管內結有較厚的硬質垢層，部分管束被垢物堵死，嚴重影響換熱效率，管板有較明顯垢下腐蝕。圖3、圖4為E4205A/C的腐蝕結垢形貌，對所結垢物進行取樣分析，結果在下表中可見。

腐蝕產物、垢物分析結果 單位：%

從E4205A垢樣分析結果可見，垢物的組成有43%為氧化鋁，這說明該設備在生產運行過程中浸鋁層在循環水側的環境中會導致浸鋁層腐蝕，形成的腐蝕產物氧化鋁附著在管板及管內，影響換熱效果，故不提倡在換熱器的循環水側進行滲鋁(浸鋁)處理。

圖2 煉油550裝置E1513

圖3 焦化E4205A

圖4 焦化E4205C

5 結語

盡管浸鋁鋼具有抗高溫氧化、抗硫腐蝕等諸多良好性能，但在實際應用仍存在一定的限制條件，因此浸鋁技術應根據介質及操作條件合理應用，同時加強施工過程中的質量把控以及加強我廠的水質管理，才能使該技術起到提高設備使用壽命的作用。