• 310S (UNS S31008) yra pramonės-standartinis austenitinis nerūdijantis plienas, skirtas naftos chemijos krosnių vamzdžiams, skirtas nepertraukiamai eksploatuoti 1100 laipsnių kampu.
• Jo 25 % Cr / 20 % Ni sudėtis sudaro tankią, savaime-atsitaisončią Cr₂O₃ oksido apnašą, kuri blokuoja deguonies ir sieros patekimą.
• Sienelės storis turi būti skaičiuojamas pagal API 530 valkšnumo{1}}pratrūkimo taisykles, kai metalo temperatūra viršija 900 laipsnių.
• Jei norite atlikti techninę priežiūrą aukštesnėje nei 1050 laipsnių temperatūroje arba esant stipriai angliavandenių / sulfidavimo atmosferai, atnaujinkite į 310H, HK40 arba 601 lydinį.
• Visiems rafinavimo gamyklos eksploatuojamiems krosnių vamzdžiams reikia periodinės UT patikros pagal API RP 573 kas 2–4 metus.
310S pagrindiniai parametrai
| Rakto parametras | Vertė / specifikacija |
| Lydinio žymėjimas | UNS S31008 / AISI 310S / EN 1.4845 |
| Chromo turinys | 24,0–26,0 masės % |
| Nikelio turinys | 19,0–22,0 masės % |
| Maksimali nuolatinio aptarnavimo temp. | 1100 laipsnių (2012 laipsnių F) ore |
| Maksimali pertraukiamo aptarnavimo temp. | 1050 laipsnių (1922 laipsnių F) dviračių servise |
| Atsparumo oksidacijai riba | Iki 1150 laipsnių (švelniai oksiduojanti atmosfera) |
| Pirminis valdymo standartas | ASTM A213 / ASME SA-213 (besiūliai vamzdžiai) |
| Minimalus tempiamasis stipris (RT) | Didesnis arba lygus 515 MPa (74,8 ksi) |
| Minimalus derlingumo stiprumas (RT) | Didesnis arba lygus 205 MPa (29,7 ksi) |
| Min. Pailgėjimas (RT) | Didesnis arba lygus 35 proc. |
| Kambario{0}}kietumas temperatūroje | Mažesnė arba lygi 187 HBW |
| Tankis | 7,90 g/cm³ |
| Šilumos laidumas (20 laipsnių) | 15.9 W/(m·K) |
| Šiluminio plėtimosi koeficientas | 16,0 × 10⁻⁶ / laipsnis (20–1000 laipsnių) |
Šaltiniai: ASTM A213/ASME SA-213, ASTM A240; ASM vadovo tomas{3}} Savybės ir pasirinkimas: spalvotųjų metalų lydiniai ir specialios paskirties medžiagos; EN 10216-5; gamintojo sertifikuotos malūno bandymų ataskaitos.
Įvadas
Naftos chemijos krosnių vamzdžiai yra vieni iš labiausiai šilumą reikalaujančių komponentų bet kurioje gamybos įmonėje. Neapdorotos distiliacijos, pirminio benzino riformingo ir etileno krekingo kūrenamuose šildytuvuose vamzdžių metalas įprastai veikiamas 800–1100 laipsnių temperatūroje, o angliavandenilių skysčiai yra suslėgti. Pasirinkus netinkamą lydinį, paspartėja oksidacija, šliaužimas gedimas arba katastrofiški įvykiai, sukeliantys vamzdžio plyšimą, {4}. blogiausi atvejai, gaisrai ir sprogimai.
Pasirinkus per-nurodytą lydinį be reikalo švaistomas kapitalas. 310S yra palankioje vietoje šiam temperatūros diapazonui: jis pasižymi pakankamu atsparumu oksidacijai iki 1100 laipsnių, priimtiną valkšnumo stiprumą, puikų suvirinamumą, o medžiagos kaina yra daug mažesnė už nikelio{3}}bazinius superlydinius.
Šiame vadove paaiškinamakas yra 310S, kodėl jis veikia 1100 laipsnių kampu, kaip su juo kurti ir kada pasirinkti alternatyvą.Duomenų lentelės gaunamos iš tarptautiniu mastu pripažintų standartų ir recenzentų{0}}literatūrų, kurios padeda priimti inžinerinius sprendimus.
Kas yra nerūdijantis plienas 310S?
Cheminė sudėtis
310S yra labai-legiruotas austenitinis (kubinis paviršius-) nerūdijantis plienas. Jo išskirtinis bruožas yra neįprastai didelis chromo ir nikelio kiekis, palyginti su įprastomis rūšimis, tokiomis kaip 304 arba 316. 2.1 lentelėje pateikiamos sudėties ribos pagal ASTM A240 ir ASME SA-240.
| Elementas | C | Mn | Si | P | S | Kr | Ni |
| Maks / diapazonas (masės %) | Mažiau arba lygus 0,08 | Mažiau arba lygus 2,00 | Mažiau arba lygus 1,50 | Mažesnis arba lygus 0,045 | Mažiau arba lygus 0,030 | 24.0–26.0 | 19.0–22.0 |
Lentelė 2.1 - Cheminė 310S sudėtis (UNS S31008). Šaltinis: ASTM A240 / ASME SA-240, 1 lentelė; ASTM A213 / ASME SA-213, 1 lentelė.
Kodėl 25 % chromo ir 20 % nikelio?
Chromas (Cr):Kai koncentracija didesnė nei ~20 masės %, chromas pirmiausia reaguoja su deguonimi, sudarydamas ploną, prilipusią ir savaime{1}}atsitaisončią chromo oksido (Cr₂O₃) nuosėdą ant plieno paviršiaus. Ši skalė veikia kaip difuzijos barjeras, smarkiai sulėtindamas tolesnę oksidaciją. Su 24–26 % Cr, 310S sudaro tvirtą skalę, kuri išlieka apsaugota iki maždaug 1150 laipsnių švarioje oksiduojančioje atmosferoje.
Nikelis (Ni):Nikelis stabilizuoja paviršių{0}}centruotą kubinę (austenito) kristalų struktūrą bet kokioje temperatūroje iki kriogeninės. Tai apsaugo nuo trapios kūno -centruotos kubinės (martensito) transformacijos, kuri kitu atveju įvyktų aukšto-Cr feritinio plieno atveju. Nikelis taip pat pagerina atsparumą angliavandenilių susidarymui - – tai labai svarbu reformavimo ir krekingo krosnyse, kuriose yra angliavandenilių garų.
Mažas anglies dioksido kiekis (mažiau nei 0,08 %):„S“ žymėjimas 310S reiškia „mažai anglies dvideginio“. Apribojus anglies kiekį iki 0,08 masės %, suvirinimo metu slopinamas karbido nusodinimas (jautrinimas) karščio paveiktoje zonoje, išsaugomas atsparumas korozijai ir elastingumas. Tai ypač svarbu suvirintoms vamzdžių jungtims krosnies konstrukcijoje.
Aukštos{0}}temperatūros mechaninės savybės
Norint sukurti krosnies vamzdį, reikia suprasti, kaip tai padaryti310S plienaselgiasi aukštesnėje temperatūroje - ne tik kambario temperatūroje. Esant aukštesnei nei 800 laipsnių temperatūrai, vyrauja du gedimo režimai: (a) vamzdžio sienelės oksidacija / korozija ir (b) valkšnumo plyšimas esant nuolatinei slėgio apkrovai.
Tempimo ir šliaužimo duomenys aukštesnėje temperatūroje
3.1 lentelėje apibendrinami 310S padidintos-temperatūros mechaninės savybės ir šliaužimo{2}}plyšimo duomenys. Tempimo vertės yra tipiniai duomenys iš ASM vadovo ir gamintojo bandymų ataskaitų. Valkšnumo-plyšimo įtempiai reiškia įtempį, reikalingą tam, kad per nurodytą laikotarpį būtų plyšimas nurodytoje temperatūroje.
| Temperatūra | Tempiamasis stipris (MPa) | 0,2 % išeigos stiprumas (MPa) | pailgėjimas (%) | Valkšnumo plyšimo įtempis 100h (MPa) | Valkšnumo plyšimo įtempis 10 000 h (MPa) |
| Kambario temp. (20 laipsnių) | Didesnis arba lygus 515 | Didesnis arba lygus 205 | Didesnis arba lygus 35 | - | - |
| 600 laipsnių (1112 laipsnių F) | ~330 | ~175 | ~40 | - | - |
| 700 laipsnių (1292 laipsnių F) | ~270 | ~155 | ~42 | ~70 | ~40 |
| 800 laipsnių (1472 laipsnių F) | ~190 | ~120 | ~45 | ~38 | ~18 |
| 900 laipsnių (1652 laipsnių F) | ~110 | ~85 | ~50 | ~16 | ~6 |
| 1000 laipsnių (1832 laipsnių F) | ~60 | ~50 | ~55 | ~7 | ~2 |
| 1100 laipsnių (2012 m. F) | ~32 | ~28 | ~60 | ~2.5 | < 1 |
3.1 - Lentelė 310S (UNS S31008) padidintos-temperatūrinės mechaninės ir šliaužimo-plyšimo savybės. Šaltiniai: ASM Handbook Vol. 2 (2-asis leidimas); ASME BPVC II skyriaus D dalis (3 poskyris, 1 lentelė-100); gamintojas išleido aukštos temperatūros duomenų lapus. Vertybės yra reprezentatyvios; kodo skaičiavimams naudoti ASME leistinus įtempius.
Ką „šliaužimas“ reiškia krosnies vamzdžių inžinieriui?
Valkšnumas yra lėta nuolatinė metalo deformacija, esant nuolatiniam įtempimui aukštoje temperatūroje -, net kai įtempis yra gerokai mažesnis už įprastą takumo ribą. Krosnies vamzdžio valkšnumas pasireiškia kaip laipsniškas sienelės plonėjimas („išsipūtimas“) ir galiausiai plyšimas, jei viršijamas projektinis eksploatavimo laikas. Esant 1100 laipsnių temperatūrai 310S išlaiko tik apie 2–3 MPa šliaužimo įtempį per 10 000 valandų.
Tai reiškia, kad krosnies vamzdžiai, veikiantys 1100 laipsnių kampu, turi būti suprojektuoti su labai mažu vidiniu slėgiu, plonomis sienelėmis arba trumpais aptarnavimo intervalais. API 530 pateikia inžinerinę sistemą, leidžiančią apskaičiuoti leistiną vamzdžio storį šiuo režimu.
Atsparumas oksidacijai ir korozijai 1100 laipsnių temperatūroje
Atsparumo oksidacijai mechanizmas
Kai 310S pirmą kartą paveikiamas aukštos -temperatūrinės oksidacinės aplinkos, chromas pasklinda ant paviršiaus ir selektyviai oksiduojasi, sudarydamas ploną (1–5 μm) ir prilipusį Cr₂O₃ sluoksnį. Įsikūręs šis sluoksnis auga paraboliškai -, o tai reiškia, kad augimo greitis laikui bėgant mažėja, nes pats oksido sluoksnis tampa difuzijos barjeru. Rezultatas – medžiaga, kuri, esant pastovioms eksploatavimo sąlygoms, lėtai oksiduojasi daugelį metų.
Pagrindiniai oksidacijos duomenys (šaltinis: „Industeel ArcelorMittal SIRIUS 310S“ duomenų lapas; ASM vadovas, tomas{1}}C):
• Nuolatinis aptarnavimas sausame ore: iki 1100 laipsnių (kai kurie šaltiniai nurodo 1150 laipsnių švariai atmosferai).
• Pertraukiamas (ciklinis) aptarnavimas: apribokite iki 1050 laipsnių, nes pakartotinis terminis ciklas sukelia apsauginės oksido nuosėdos išsisluoksniavimą.
• Maksimali ciklinė temperatūra švelniomis važiavimo dviračiu sąlygomis: 1050 laipsnių, kai kontroliuojamas greitis mažesnis nei 200 laipsnių per valandą.
• Atmosferose, kuriose sieros kiekis > 2 g/m³: viršutinė riba nukrenta iki ~1000 laipsnių (Industeel SIRIUS 310S duomenų lapas).
Atsparumas karburizacijai ir sulfidacijai
Be paprastos oksidacijos, naftos chemijos krosnių aplinkoje dažnai yra anglies dujų (CO, CH₂, C₂H4) ir sieros junginių (H2S, SO₂). Jie atakuoja nerūdijantį plieną įvairiais mechanizmais:
Karburizacija:Carbon diffuses into the steel, forming chromium carbides that deplete the matrix of the chromium needed for oxidation protection. 310S offers moderate carburization resistance due to its high Cr and Ni content, but it is not immune - particularly in strongly reducing, high-carbon-activity environments such as steam reformer furnaces. In such service, HK40 or Alloy 601 (with >20 % Cr + aliuminio priedas) yra pageidautina.
Sulfidinimas:Sieros junginiai reaguoja su chromu ir nikeliu, sudarydami mažai -lydančios sulfido fazes, kurios gali prasiskverbti į oksidų nuosėdas. 310S susidoroja su mažai sieros{2}}turinčiomis aplinkomis (< 50 ppm H₂S) adequately up to about 1000 °C; in heavily sulfidizing service, higher-chromium cast alloys (HK40, HP-Modified) or alumina-forming alloys are specified.
Medžiagų palyginimas: 310S ir konkuruojančių lydinių
Ne kiekvienai krosnies vamzdžio programai reikia 310S. 5.1 lentelėje palyginamas 310S su penkiomis dažniausiai nurodytomis alternatyvomis pagal matmenis, kurie svarbūs naftos chemijos inžinieriams.
| Turtas | 310S (UNS S31008) | 310H (UNS S31009) | 321H (UNS S32109) | HK40 (UNS J94204) | 800H lydinys (UNS N08810) | 601 lydinys (UNS N06601) |
| Cr (masės %) | 24–26 | 24–26 | 17–19 | 26–30 | 19–23 | 21–25 |
| Ni (masės %) | 19–22 | 19–22 | 9–12 | 19–22 | 30–35 | 58–63 |
| C (maks., masės proc.) | 0.08 | 0.04–0.10 | 0.08 | 0.35–0.45 | 0.10 | 0.10 |
| Maks. Tęsinys Temp. ( laipsnis ) | 1100 | 1150 | 925 | 1150 | 1100 | 1200 |
| Atsparumas oksidacijai | ★★★★☆ | ★★★★☆ | ★★★☆☆ | ★★★★☆ | ★★★★☆ | ★★★★★ |
| Atsparus karburizacijai. | ★★★☆☆ | ★★★☆☆ | ★★★☆☆ | ★★★★☆ | ★★★★☆ | ★★★★★ |
| Valkšnumo stiprumas @ 1000 laipsnių | Vidutinis | Geras | Žemas | Aukštas | Geras | Puikiai |
| Suvirinamumas | Puikiai | Geras | Geras | Sunku | Geras | Geras |
| Santykinė medžiagų kaina | Žemas | Žemas | Vidutinis | Vidutinis | Aukštas | Labai Aukštas |
| Tipiškas taikymas | Krosnių vamzdžiai, spinduliavimo vamzdžiai | Šliaužiančios{0}}krosnies dalys | Katilo vamzdžiai ( mažesnis arba lygus 925 laipsnių ) | Garo riformingo vamzdeliai | Pirolizės/krekingo ritės | Ekstremalaus oksidavimo paslauga |
5.1 - Lentelė Lydinių palyginimas naftos chemijos krosnių vamzdžių aptarnavimui. ★ reitingai yra kokybiniai įvertinimai, pagrįsti paskelbtais oksidacijos ir korozijos duomenimis. Šaltiniai: ASM Handbook Vol. 13C - Corrosion: Environments and Industries; Specialiųjų metalų korporacija (Alloy 800H, Alloy 601 techniniai biuleteniai); ASTM tarptautiniai standartai; gamintojo techniniai duomenų lapai. Kainos įvertinimai yra santykiniai ir priklauso nuo rinkos-.
310S prieš. 310H: kada pasirinkti kurį?
Tai yra dažniausiai pasitaikantis klausimas krosnies vamzdžių specifikacijoje.Atsakymas aiškus: naudokite 310S, kai svarbiausia yra suvirinamumas ir atsparumas jautrinimui (pvz., vietoje -suvirintų vamzdžių keitimas); naudokite 310H, kai reikalingas maksimalus valkšnumo stiprumas ir suvirinimas atliekamas kontroliuojamomis cecho sąlygomis.
310H (UNS S31009) anglies kiekis yra 0,04–0,10 % - didesnis nei 310S. Ši papildoma anglis suteikia kietą -tirpą ir sustiprina karbidą, kuris 900–1000 laipsnių kampu padidina atsparumą valkšnėjimui maždaug 20–30 %. Kompromisas-yra didesnė karbido nuosėdų rizika karščio{14}}veikiamoje zonoje suvirinimo metu (jautrinimas). Dėl šios priežasties 310H suvirinimui paprastai reikalingas griežtesnis pašildymas ir PWHT valdymas.
Dažnai užduodami klausimai (DUK)
Šie klausimai yra paimti iš inžinerinių konsultacijų ir atspindi dažniausiai užduodamus klausimus apie 310S naftos chemijos krosnių vamzdžių servise.
1 klausimas: kokia yra maksimali 310S nerūdijančio plieno eksploatavimo temperatūra?
Maksimali nepertraukiamo eksploatavimo temperatūra 310S (UNS S31008) ore yra1100 laipsnių (2012 m. F). For intermittent (cyclic) service, the recommended limit is 1050 °C (1922 °F) due to the risk of oxide scale spallation during thermal cycling. In sulfur-containing atmospheres (>2 g/m³), riba nukrenta iki ~1000 laipsnių. Šios ribos pagrįstos oksidacijos bandymų duomenimis, paskelbtais „Industeel ArcelorMittal“ ir pramoninių lydinių gamintojų.
2 klausimas: Ar 310S galima naudoti aukštesnėje nei 1100 laipsnių temperatūroje?
Trumpas atsakymas: ne, ne dėl ilgalaikės paslaugos.Virš 1100 laipsnių, Cr₂O3 apsauginė skalė pradeda pereiti prie lakiojo CrO3 oksiduojančioje aplinkoje, greitai prarasdama apsauginę funkciją. Šliaužimo dažnis taip pat tampa nepraktiškai didelis (gyvenimas nutrūksta tūkstančiais valandų, o ne dešimtimis tūkstančių). Jei norite aptarnauti aukštesnėje nei 1100 laipsnių temperatūroje, nurodykite 601 lydinį (formuojantis aliuminio oksidą), 602CA lydinį arba keraminiu pamušalu.
3 klausimas: koks standartas reglamentuoja 310S krosnies vamzdžio storio konstrukciją naftos perdirbimo gamykloje?
API standartas 530(„Šildytuvo{0}}vamzdžio storio skaičiavimas naftos perdirbimo gamyklose“, 7-asis leidimas) yra pagrindinis standartas. Jis apibrėžia leistinus 310S įtempius tiek tamprumo, tiek šliaužimo -plyšimo režimais. Ribotomis valkšnumo sąlygomis (vamzdžio metalo temperatūra > 900 laipsnių), API 530 C priede pateikiamos reikiamos laiko{9}}temperatūrų plyšimo kreivės. ASME BPVC II skyriaus D dalyje pateikiamos pagrindinės leistinos įtempių vertės, naudojamos API 530 skaičiavimuose.
4 klausimas: kuo skiriasi 310S ir 310H krosnies vamzdžiams?
310S (UNS S31008):Anglies 0,08 % arba mažiau. Pageidautina, kai pirmenybė teikiama suvirinamumui, atsparumui jautrumui ir lauko suvirinimo paprastumui. Šiek tiek mažesnis valkšnumo stiprumas nei 310H.
310H (UNS S31009):Anglis 0,04–0,10 %. Pasirinkta, kai reikalingas didžiausias valkšnumo stiprumas (pvz., aukšto{5}}slėgio spinduliavimo vamzdžiai, ilgi tarpatramiai). Suvirinimas reikalauja griežtesnės kontrolės. Abiejų rūšių Cr ir Ni kiekis yra toks pat.
Galutinė išvada:Nurodykite 310S kaip numatytąjį; atnaujinkite iki 310H tik tada, kai valkšnumo trukmės skaičiavimas rodo, kad 310S nepakanka likusios atsargos.
5 klausimas: ar 310S reikalingas po-suvirinimo terminis apdorojimas (PWHT)?
Ne - PWHT paprastai nereikalingas 310S ir gali būti žalingas. Kaitinant 310S 600–900 laipsnių diapazone PWHT metu, gali nusodinti trapi sigma fazė ir chromo karbidai. Suvirinimo būklė paprastai yra priimtina daugeliui naftos chemijos paslaugų. Jei labai reikalingas liekamasis įtempis (pvz., didelė ciklinė šiluminė apkrova), prieš pradėdami terminį apdorojimą pasikonsultuokite su suvirinimo metalurgu.
6 klausimas: kokie yra ASTM standartai, taikomi perkant 310S krosnies vamzdžius?
Pagrindiniai ASTM standartai yra: ASTM A213 / ASME SA-213 (besiūliai vamzdžiai katilams ir šilumokaičiams), skirti TP310S klasei, ir ASTM A249 / ASME SA-249 (suvirinti vamzdžiai) TP310S klasei. Susietiems vamzdynams taikomas ASTM A312 / ASME SA-312 (TP310S klasė). Į visas medžiagas, įsigytas ASME kodekso statybai, turi būti pateikta malūno bandymo ataskaita (MTR) pagal ASTM A450 (bendrieji reikalavimai vamzdžiams) su visa chemine analize ir mechaninių bandymų rezultatais.
7 klausimas: kaip dažnai 310S krosnies vamzdžiai turėtų būti tikrinami naftos perdirbimo gamykloje?
API RP 573("kūrenamų katilų ir šildytuvų patikra") rekomenduoja išorinį vizualinį ir UT storio patikrinimą mažiausiai kas 2–4 metus arba kiekvieną planuojamą techninės priežiūros laikotarpį -, atsižvelgiant į tai, kas įvyksta anksčiau. Vamzdžiai, nuolat veikiantys virš 950 laipsnių arba korozinėje aplinkoje, turėtų būti tikrinami dažniau. Likę{6}}gyvenimo įvertinimai, naudojant API 530 Larson-Miller metodą, turėtų būti atnaujinami kiekvieno patikrinimo metu, remiantis faktine temperatūros istorija iš veiklos žurnalų ir duomenų istorikų.
