不锈钢在化工应用中的几个问题(1)

不锈钢在化工应用中的几个问题(1)

      农用化肥仍将有大发展，于近年工业及基础设置的大发展，我国的耕地面积有所减少，我国人均耕地面条相对很小，要以世界9%可耕地面积来养活23%的世界人口是一个是严重的问题，据最近资料介绍2006年化肥产量比上年同期增长23.6%。化肥中的N：P：K=1：0.4：0.3，氮肥将重点发展尿素。最近三个月中，国际尿素价格从220美元/吨涨到362美元/吨，可说明其紧缺状况，工程塑料中的聚碳酸酯生产装置为了不允许有铁离子的污染，整生产系统均采用316L不锈钢。

      下文将就不锈钢在尿素和工程塑料生产装置应用中存在的问题作进一步探讨：

     （1）尿素生产用不锈钢

      尿素是一种高效氮肥（含氮量为46.65%）。按含氮量来比，尿素是硝酸铵的1.3倍，硫酸铵的3.2倍，碳酸氢铵的2.6倍。

      从上世纪八十年代起我国引进了很多具有国际先进水来的大型合成氨和尿素生产装置，在掌握各种先进技术的基础上，再加上吸纳国内自行开发的技术，融汇成大型尿素生产装置的能耗水平赶上了国际同类装置的先进水平，但我国大量的中小型尿素装置的能耗水平为大型装置的4~5倍，如大型装置用电仅为30度/吨尿素，而小型装置达160度/吨尿素，因而在“十一五计划”期间均要对小型厂进行节能扩产改造，2010年前有400万吨/年尿素装置的扩建规模，同时一些引进的大型尿素装置在使用30年后也要进行设备的更新和技术改进。

      每新建一套大型尿素装置大约需要不锈钢~320吨，其中OOCr25Ni22Mo约60吨，其余为316L（尿素级）~260吨。

      由于尿素生产装置中的介质是尿素及其中间产物（氨基甲酸铵），在高温（100~200^oc）及高压（10~11MPa）下操作，其腐蚀性非常强烈，高压下操作更为危险，因而对尿素用不锈钢提出了如下严格的附加要求：

（a）对OOCr17Ni14MO2

（ⅰ）化学成份：C≤0.03%，Cr≥17%，Ni≥13%，Mo≥2.2%

（ⅱ）铁素体含量 ≤0.6%

（ⅲ）休氏（Huey）晶间腐蚀倾向检验，5个周期的平均腐蚀率≤3.3μm/48小时

（ⅳ）选择性腐蚀检验，选择性腐蚀深度，垂直于轧制或锻造方向的最大深度≤70μm，平行于轧制和锻造方向的最大深度≤200μm。

（b）OOCr25Ni22Mo2N 是尿素装置中用于CO₂或NH₃汽提塔的列管材质，是尿素装置中腐蚀最为严重的部位，由于设备在200^oc和16MPa条件下操作，因而在化学成份和机械性能上均有严格的附加要求：

（ⅰ）化学成份：C≤0.02%，Cr=24.5~25.5%，Ni=21.5~22.5%

               Mo=1.9~2.3%， N=0.10~0.14%，Mn=1.5~2.0%

                P≤0.020%，   S≤0.015%，   Si≤0.40%

（ⅱ）铁素体含量 ≤0.6%

（ⅲ）休氏（Huey）晶间腐蚀倾向检验，5个周期的平均腐蚀率≤1.5μm/48小时

（ⅳ）力学性能：20^oC时，δb≥530 N/mm²，δ0.2≥255 N/mm²，δ5≥30%

                230 ^oC时，δ0.2≥206 N/mm²

（ⅴ）选择性腐蚀检验  任何方向的最大选择性腐蚀深度≤100μm

（2）904L 不锈钢

      904L不锈钢是二十世纪70年代开发的一种超级奥氏体不锈钢，该钢的含C≤0.02%，对冶炼技术要求很高，因而只有在70年代初氩一氧脱碳精炼技术（AOD）得到应用和推广后才开发出来并在工程中得到应用。

      904L具有良好的抗点腐蚀和缝隙腐蚀的能力；有很高的抗应力腐蚀破裂的能力；良好的抗晶间腐蚀的能力；良好的可加工性和可焊性。该钢适用于稀硫酸，磷酸和多种混合酸。

      由于该钢的价格昂贵（~是316L的1.5倍），故在设计中如何正确选用相应的许用

      应力是一个很重要的问题，在GB150-1998表4-1~表4-3中没有推荐904L的许用应力值；而按GB150-1998表3-1的规定，对高合金钢的许用应用值取[δ]L=δb/3.0或[δ]. =δ0.2/1.5,取两值中的较小值。

      但对奥氏体高合金钢的受压元件，当设计温度力低于蠕变温度，且允许有微量的永久变形时，可适当提高许用应力值至0.9δ^t_0.2，但不超过δ_0.2/1.5，按此规定就得到了表4-1中所规定的高、低两种许用应力值，现就OCr18Ni12Mo2Ti（或OCr17Ni12Mo2）的许用应力值概述如下：

      904L（DIN 1.4539）

      结论：在一般设计温度为200 ^OC时，当压力容器的壁厚由强度计算控制时，可节约材料费用~34%，故采用高许用应力值有很高的经济价值。