抗应力腐蚀的稀土合金钢管壳式换热器 本发明专利涉及石油化工装置中的热交换器领域。
在石油化工系统中普遍存在着H2S和Cl-的应力腐蚀现象，特别是被用作传热设备的换热器，一般金属材料很难解决H2S和Cl-的应力腐蚀问题，一些企业在碳钢(如10#、16MnR等)材料所不能解决的情况下而采用喷涂，而涂料在高温和冲刷的作用下容易脱落，其耐腐蚀效果并不明显，而不锈钢不仅价格高而且还不能解决应力腐蚀问题，因为溶液介质中的氯离子≥10PPm和H2S≥100PPm时便会产生应力腐蚀的敏感性。此外，不锈钢的导热性能较差，一般仅为碳钢和低合金钢的1/3，在选用不锈钢材料时，还必须对换热器的换热面积进行扩容，不仅效率低，而且还额外增加投资成本。
本发明的目的在于提供一种既耐应力腐蚀又耐均匀腐蚀，而价格又相对低廉的抗应力腐蚀的换热器产品。
本发明是通过如下技术方案实施的：
本人于98年9月29日中报了专利“抗硫腐蚀的特殊钢管”(申报号98121615.3)，其中的12Cr2AlMoV具有特殊的抗应力腐蚀性能，在此基础上又改进开发了08～09Cr2AlMoRE的稀土合金钢，并已申报发明专利。本发明专利地特点就是用08～09Cr2AlMoRE的冷拔无缝钢管和板材为主体的防腐材料制作换热器管束和壳体。具体方案为：凡在管程和壳程中走H2S和Cl-等腐蚀介质的条件下均可使用08～09Cr2AlMoRE冷拔钢管制作的换热器，一般浓度条件为Cl-≥10PPm、H2S≥100PPm。换热器管束的管板在腐蚀不太严重的情况下可选用16Mn锻，在腐蚀较重的情况下应选用与管材匹配的材质，或耐蚀成分相近的材质，如12Cr2Mol、12CrlAlMoV、15CrMoV、15CrMo等低合金铬钼钢系锻件，筒体用08～09Cr2AlMoRE钢板材。本技术方案所选钢种08～09Cr2AlMoRE的耐腐蚀性能如下：
1.几种钢的耐腐蚀性能对比：
表1 均匀腐蚀试验对比介质浓度、温度、浸泡时间08～09Cr2AlMoRE 12Cr2AlMoV 08Cr2AlMo3％HCl 80℃ 24h 5.17 7.68 12.750％H2SO4 70℃ 6h 17.0 25.0 37.0
注：腐蚀速率单位为：mg/cm2h
表2 H2S介质模拟工况的腐蚀试验对比(浸泡时间144h)催化系统塔顶油气H2S：979ppm温度：100℃08～09Cr2AlMoRE 12Cr2AlMoV 08Cr2AlMo 10#钢腐蚀速率：V10-2mg/cm2h 1.58 2.28 2.42 9.282.抗H2S应力腐蚀性能
表3 H2S 720h试验σth 标准σth 备注 08～09Cr2AlMoRE 0.75σs ≥0.45 按GB4157-84
08～09Cr2AlMoRE的抗应力腐蚀的恒负荷临界拉伸断裂应力值，远高于美国腐蚀工程师协会NACE MRO175-97中规定的σth≥0.45σs要求，完全适合在抗H2S应力腐蚀环境中应用。
下面结合图示作进一步说明：
图1：为浮头式弓形折流板换热器，其中件(1)为壳体，件(2)为短节，件(3)为封
头，件(4-0)为管束。件(4)中，(4-1)为管板，(4-2)为换热管，(4-3)为弓
形折流板。
图2：为浮头式折流杆换热器，其中件(1)为壳体，件(2)为短节，件(3)为封头，
件(4-0)为管束。件(4)中，(4-1)为管板，(4-2)为换热管，(4-3)为折流杆。
图3：为浮头式U型管换热器，其中件(1)为壳体，件(2)为短节，件(3)为封头，
件(4-0)为管束。件(4)中，(4-1)为管板，(4-2)为U型换热管，(4-3)为
折流板。
图4：为固定管板式换热器，其中件(1)为壳体，件(2)为短节，件(3)为封头，件
(4-0)为管束，件(4)中，(4-1)为管板，(4-2)为换热管，(4-3)为折流板。
用08～09Cr2AlMoRE制作的换热器管束有多种结构：1. 浮头式弓形折流板型管束，图1中(4-0)，它由管板(4-1)、换热管(4-2)、弓形折流
板(4-3)等构成，其所述的换热管(4-2)为08～09Cr2AlMoRE，管板(4-1)材质为
08～09Cr2AlMoRE，也可以为16Mn锻、12Cr2Mol、12CrlAlMoV、15CrMoV、15CrMo
等，折流板材质为08～09Cr2AlMoRE。2. 浮头式折流杆型换热器管束，图2中(4-0)，它由管板(4-1)、换热管(4-2)、折流杆
(4-3)等构成，其所述的换热管(4-2)为08～09Cr2AlMoRE，管板(4-1)材质为
08～09Cr2AlMoRE，也可以为16Mn锻、12Cr2Mol、12CrlAlMoV、15CrMoV、15CrMo
等，折流杆材质可以用Q235-A或0Cr13。3. 浮头式U型管换热器管束，图3中(4-0)，它由管板(4-1)、U型管(4-2)、折流板(4-3)
等构成，其所述的换热管(4-2)为08～09Cr2AlMoRE，管板(4-1)材质为08～09Cr2AlMoRE，
也可以为16Mn锻、12Cr2Mol、12Cr1AlMoV、15CrMoV、15CrMo等。4. 固定管板式换热器管束，图4中(4-0)，它由固定管板(4-1)、换热管(4-2)、折流板
(4-3)和筒体(1)所构成，管板(4-1)与筒体1焊接而成，换热管(4-2)为
08～09Cr2AlMoRE，管板(4-1)材质用08～09Cr2AlMoRE，也可以用12Cr2Mol、
12CrlAlMoV、15CrMoV、15CrMo等铬钼钢系。
当壳程操作介质中有腐蚀介质存在时，壳体(1)、短节(2)、封头(3)材料也应使用08～09Cr2AlMoRE，板材厚度参照GB151-89《钢制管壳式换热器》中16MnR的设计依据，焊后应进行整体回火热处理。08～09Cr2AlMoRE钢的筒体和管头焊在焊前应采用焊前预热，焊后消除应力的SR处理，预热温度为200～250℃，回火温度为680～730℃。
由于08～09Cr2AlMoRE具有良好的抗应力腐蚀性能，管板材质除可用与之匹配的材质外，还可用化学成分相近的铬钼钢系锻件材料，因此用08～09Cr2AlMoRE换热管为主体防腐材料的换热器，耐均匀腐蚀优于一般碳钢，抗应力腐蚀性能优于～般不锈钢，具有较高的价格性能比，其经济效益和社会效益明显，可广泛应用于石油化工装置中的腐蚀环境。