304和碳钢焊接方案

第 47 卷 第 9 期2018 年 9 月Vol.47 No.9Sep. 2018化工技术与开发Technology & Development of Chemical Industry20#碳钢和304不锈钢在高温环烷酸中的腐蚀研究张战军，蔡沛家（广东石油化工学院化学工程学院，广东 茂名 525000）摘 要：采用高温高压反应釜进行高温环烷酸腐蚀试验，改变试验温度、介质浓度和流速等因素，研究了20#碳钢和304不锈钢在高温条件下的腐蚀行为。结果表明，温度、介质浓度和流速对环烷酸的腐蚀速率有显著的影响。两种材质在环烷酸中的腐蚀速率随温度升高，均呈现先增加后减小的规律，20#碳钢的腐蚀速率远大于304不锈钢。280℃时，20#碳钢的腐蚀速率与环烷酸浓度呈线性增加关系。同条件下，304不锈钢的腐蚀速率存在明显的拐点，酸值浓度为5~10 mgKOH·g-1时，其腐蚀速率呈高梯度的增加。碳钢的环烷酸腐蚀速率对流速的变化敏感，腐蚀梯度随介质流速增加而明显增大。304不锈钢的腐蚀速率较低，流速为3.40m·s-1时，其腐蚀速 率仅为0.0632mm·a-1。关键词：环烷酸；腐蚀 ；高温；碳钢；不锈钢中图分类号：TQ 050.9+1 文献标识码：A 文章编号：1671-9905(2018)09-0063-

03设备与自控

近年来，国际油价持续波动，为降低企业成本，加工进口高硫、高酸原油已成为我国原油加工行业的现状[1]。高硫、高酸原油具有高腐蚀性，在加工过程中会带来严重的设备腐蚀问题，其中环烷酸腐蚀问题尤为突出[2-4]。环烷酸腐蚀是一个非常复杂的问题，国内外学者对环烷酸腐蚀进行了大量研究，主要从温度、酸值、环烷酸种类、硫化物种类及含量、流速等方面进行研究。胡洋等[5]对20#碳钢进行高温环烷酸腐蚀试验，发现腐蚀速率随温度升高呈现先增加后减小的规律。刘句等[6]认为，低碳钢的环烷酸腐蚀速率与温度符合一定的线性规律，高温高流速下，环烷酸的腐蚀速率主要取决于腐蚀温度。陈碧凤等[7]对6种钢材进行了环烷酸腐蚀的动力学分析，认为在动态状态下，钼元素含量直接影响不锈钢的抗环烷酸腐蚀能力。由于涉及到的影响因素很多，到目前为止，环烷酸的腐蚀机理及影响因素还没有完全弄清[8-10]。因此，认识和掌握环烷酸的腐蚀规律，选择优质的耐蚀材料以控制环烷酸腐蚀，对解决实际生产中的高温环烷酸腐蚀具有重要意义。本研究采用特制的高温高压反应釜，模拟现场工况条件，通过改变试验温度、介质浓度和流速，研究了20#碳钢和304不锈钢两种材质在高温环烷酸介质中的腐蚀行为与规律，以期为安全生产提供理论依据。1　试验方法1.1　试验材料本试验选用的试验材质为20#碳钢和304不锈钢，试片的规格均为 50mm×25mm×2mm，两种材料的化学成分如表1 所示。表1　试验材料的化学成分材质CSiMnSPCrMoNi20#0.100.200.370.0120.019---3040.0680.8321.5880.0110.02617.86-8.1251.2　试验介质本试验采用的腐蚀介质是用350#高温导热油和酸值为160mgKOH·g-1的精制环烷酸配制而成的一系列酸值的混合液，采用自动电位滴定仪对混合液的酸值进行标定，酸值分别为1.1mgKOH·g-1、2.0mgKOH·g-1、2.9mgKOH·g-1、3.9mgKOH·g-1、5.0mgKOH·g-1、9.9mgKOH·g-1。1.3　试验方法将20#碳钢、304不锈钢试片表面用水砂纸打基金项目：茂名市石油化工腐蚀与安全工程技术研究开发中心开放基金项目作者简介：张战军（1986-），实验师，研究方向：石油炼制加工。E-mail：727187783@收稿日期：2018-07-0964化工技术与开发 第 47 卷 磨处理，并用丙酮、无水乙醇清洗后，放入干燥器中恒重24h，再用分析天平称重。采用特制的高温高压反应釜进行环烷酸挂片腐蚀试验，平行试片2件。加入配制好的试验介质，设定所需温度和流速，模拟炼厂实际生产装置发生的高温环烷酸腐蚀。达到规定试验时间后取出试件，除去腐蚀产物，清洗、干燥恒重后，用电子天平称量试件质量，根据试件前后失重计算腐蚀速率，计算公式如下：v=8.76×104————S×t×ρ×ΔmΔm=m1-m2式中：v为腐蚀速率，mm·g-1；ρ为试片材料的密度，g·cm-3；S为试片表面积，cm2；t为腐蚀时间，h；m1为试片腐蚀前的质量，g；m2为试片腐蚀后的质量，g。2　试验结果与讨论2.1　温度对环烷酸腐蚀速率的影响已有的研究表明[11-14]，温度低于200℃时，环烷酸对炼油设备几乎不会产生腐蚀，环烷酸腐蚀主要发生在200~400℃之间。酸值为5.0 mgKOH·g-1、介质流速为1.11m·s-1（转速325r·min-1）的条件下，考察温度为220℃、240℃、260℃、280℃、300℃、320℃时，20#碳钢和304不锈钢的环烷酸腐蚀速率的变化规律，试验结果见表2。表2　不同反应温度下碳钢和304不锈钢环烷酸腐蚀速率反应温度/℃反应时间/h腐蚀速率/mm·a-120#碳钢304220480.89980.0031240480.94530.0285260481.98310.0354280482.51820.0409300482.23400.0362320482.09350.0270由表2的试验结果可见，随着温度升高，碳钢和304不锈钢在环烷酸介质中的腐蚀呈现先增大后减小的趋势，20#碳钢的腐蚀速率远大于304不锈钢。温度为220℃时，碳钢已出现明显的腐蚀，腐蚀速率随温度的升高轻微增加，而304不锈钢由不腐蚀到开始发生轻微的腐蚀。温度超过240℃以后，碳钢的腐蚀速率明显加快，280℃时腐蚀速率达到最大，为2.5182mm·a-1，是240℃时的2.66倍。同样的反应条件下，304不锈钢的腐蚀速率变化较小，最大值为0.0409mm·a-1。温度大于280℃后，碳钢和304不锈钢的腐蚀速率呈下降趋势，但比较缓慢。因此，碳钢不适宜在温度超过240℃的操作环境中使用，否则将不利于炼油装置的安全生产。2.2　酸值对环烷酸腐蚀速率的影响酸值的高低是影响环烷酸腐蚀的重要因素[15]。一般认为，原油酸值大于0.5 mgKOH·g-1或馏分油的酸值大于1.5，为环烷酸腐蚀的临界酸值，超过临界值将会导致腐蚀发生[16-17]。设定反应温度为280℃，介质流速为1.11m·s-1（转速325r·min-1），考察酸值分别为1.1mg、2.0mg、2.9mg、3.9mg、5.0mg、9.9mg的条件下，20#碳钢和304不锈钢的环烷酸腐蚀速率的变化规律，试验结果见表3。表3　不同酸值条件下碳钢和304不锈钢环烷酸腐蚀速率酸值/mgKOH·g-1反应温度/℃流速/m·s-1反应时间/h腐蚀速率/mm·a-120#碳钢3041.12801.11240.06980.02162.02801.11240.81370.02313.92801.11241.45520.02315.02801.11242.50760.03899.92801.11244.37530.2250由试验数据可知，酸值在1.1~10mgKOH·g-1范围内，材料的腐蚀速率随酸值的升高而不断增加，酸值为1.1 mgKOH·g-1时，酸值对环烷酸腐蚀速率的影响较小，两种材料的腐蚀速率相差不大。酸值大于1.1mgKOH·g-1，碳钢的腐蚀速率明显升高，与酸值的浓度呈线性增加关系，受环烷酸腐蚀的情况最严重。304不锈钢在酸值低于5.0 mgKOH·g-1时，腐蚀速率轻微增加但增加梯度很小，酸值浓度为5~9.9 mgKOH·g-1时，304不锈钢的腐蚀速率出现一个明显高梯度的增加，酸值浓度为9.9mg KOH·g-1时，腐蚀速率达到0.225 mm·a-1。2.3　介质流速对环烷酸腐蚀速率的影响由文献可知[18-20]，冲刷腐蚀是造成原油加工装置高温重油部位事故多发的主要原因。设定反应温度为280℃，酸值为5mgKOH·g-1，考察介质流速为0.68m·s-1、1.36m·s-1、2.04m·s-1、2.72m·s-1、3.40m·s-1条件下，20#碳钢和304不锈钢的环烷酸腐蚀速率变化规律，试验结果见表4。试验结果表明，280℃时，碳钢和304不锈钢材65第 9 期 张战军等：20#碳钢和304不锈钢在高温环烷酸中的腐蚀研究

焊接工程施工方案

焊接工程专项施工方案

焊接施工方案

一工程概述

本工程为德源（江苏）功能性表面活性剂项目脂肪酸装置，其工艺管道部份主要工作量为管道配管，其中包含国外已经加工好仅需要组装和正常的管道预制与安装配管。工程管道材质种类较多，因未接到施工图纸，本方案管道材质按碳钢、304、304L、316L考虑。

二本工程采用施工规范

（1）GB -1997《工业金属管道工程施工及验收规范》

（2）GB -1998《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》

（3）GB/T 3323-2005《金属熔化焊焊接接头射线照相》

三焊接准备

（1）施工前根据该项目的材质，规格及焊接方法，提供合格的焊接工艺评定报告。（2）以合格的焊接工艺评定为依据，编制焊接作业指导书，指导焊工现场焊接作业。（3）凡参加现场施工的焊工，必须持有国家质量监督部门颁发的锅炉压力压力管道焊工合格证。 （4）持征合格焊工，在施焊过程中，应按规定的焊接工艺进行焊接。

（5）建立施工现场焊条二级库，二级库内包括焊条堆放架、焊条烘箱、焊条恒温箱、温度计、湿度计，焊条烘烤、领用、发放及回收按制度执行。二级库由专人负责工作。

（6）焊条、焊丝选用应吻合焊接功课指点书的规定，焊材应有吻合尺度规定的质量证明书,且外观合格。不合格焊材严禁使用。

（7）焊条在使用前应按规定进行烘干，并应在使用过程中保持干燥，焊丝使用前应清除其表面的油污、锈蚀等。焊条药皮不得脱落，不得有锈斑和明显的裂纹。

四焊条选用及管理

4.1常用焊条选用按下表，且应符合焊接作业指导书的要求：

页脚内容1

焊接工程专项施工方案4.2焊条

烘烤时间

及温度表

钢号

20# Q235-A、Q235-B

16Mn

304(0Cr18Ni9)

304L(00Cr19Ni10)

316L（00Cr17Ni14Mo2）

焊条类别

低氢型

钛钙型

手弧焊焊条商标

J422、J427

J422、J427

影响区小。因为焊速高，焊件自冷作用强，故高频　

焊的热影响区窄小且不易发生氧化，从而获得具有　

良好组织与性能的焊缝。③焊前无需清理。高频电　

流的电压很高，对焊件的表面氧化膜是能够导通　

的，且焊接时能把氧化膜和污物从接缝熔池中挤　

出去。　

缺点：①焊接时对装配质量要求较高。②电源　回路的高压部分对人身和设备的安全有威胁，要有　

特殊的保护措施。③回路中振荡管等元件的使用寿　命较短，而且维修费用较高。　

３．焊接材料　

（１）钎料由于铜和不锈钢的熔点较高，加热　

温度一般在６００—８５０％。选择硬钎料。硬钎料当中　选择银基钎料。银基钎料应用最广，且熔点不很高，　

能润湿多种金属，并且具有良好的强度、塑性、导　

热性、导电性和抗腐蚀性。常规钎焊铜接管和不锈　

钢管钎料是银铜合金焊条，采用气焊焊接，在填充　

钎料时比较麻烦，且效率很低，高频钎焊采用环状　

银铜合金的焊环，做成略大于纯铜接管的某种规格　

之后套在纯铜接管上，涂好焊剂，加热纯铜接管。　

熔化钎料填充纯铜接管和不锈钢波纹管之间的间隙　

形成焊缝。　

（２）钎剂钎剂的选择是由待焊材料和钎料决　

定的。由于感应钎焊加热温度为６００～８５０℃之间，　

应选用硬钎剂。这类钎剂主要是以硼砂、硼酸以及　它们的混合物为基体，以某些碱金属或碱金属氟化　

物、氟硼酸盐等为添加剂，具有合适的活性温度范　

围和去除氧化物能力的高熔点钎剂。所以钎剂选择　

ＱＪ１０２，其化学成分及配比为硼酐３５％、氟硼酸钾　

２３％、氟化钾４２％。以上三种物质均是粉末状或结　

晶状，配好后不能直接使用，使用前需要对其加水　

加热煮沸，煮到一定的浓度之后方可使用。　

４．感应钎焊中经常遇到的问题　

高频感应钎焊可以很好的焊接纯铜和不锈钢　

管。最重要的是获得美观、使用性能好的焊缝。而　

实际操作中，由于某些参数选择不当时经常会出现　

一些问题。这些问题与常规焊接方法出现的问题差　

不多。　

（１）未熔合边缘有时由于纯铜接管没有放置　

在感应环所形成磁场的中心位置，加热时受热不均，　

基于304不锈钢和20碳钢的工业电化学探针改进研究

对工业用柱状三电极电化学探针研究发现，柱状三电极电化学体系在测试动电位极化曲线时，线性极化区和弱极化区表现出严重的不稳定性，极化曲线表现出严重的“毛刺”现象。为数据分析工作带来了很大的困难。分析其原因主要是：探头与电极为分离式，通过螺纹相连接，这样复杂的工作体系使得电偶腐蚀和点蚀表现严重，进而影响了测试结果。改进后的片状三电极体系避免了因电偶腐蚀等局部腐蚀因素对测试结果的影响，获得了比较稳定的动电位极化曲线。相比柱状三电极体系动电位极化曲线弱极化区和线性极化区的稳定性有了很大的提高，并对开路电位的稳定性也有很大改善。

标签：柱状电极 片状电极 测试稳定性 动电位极化

为了减少资源的消耗，我国不少石油石化工业和电力工业都致力于采用海水或者工业污水作为冷却水。海水或者污水虽然具有温度相当稳定、便宜且可大规模利用等突出优点，但它也带来了一个金属腐蚀的严重问题。碳钢和合金钢冷却器是石化工厂电力企业最常见的一种冷却器，具有价格低易加工的优点，但相比耐蚀性较差。通常采用腐蚀监测技术来检测管道的腐蚀情况，避免不必要的停工和人员伤亡损失。目前，对循环冷却水这种电解液腐蚀的检测，工业电化学探针已成为主要的腐蚀检测技术并被广泛的运用。这种技术的优点是[1]，试管道的瞬时腐蚀速率，结果精确，测试时间短。对工业用柱状三电极探针长期研究发现，用柱状三电极电化学体系做动电位极化曲线时，在弱极化和线性极化区表现出严重的不稳定性，为数据分析工作带来了很大的困难。因此，改进工业用柱状电极电化学体系，使其具有较高稳定性且不影响测试准确性在工业生产和科学研究方面都具有很大的实际意义。

本文采用20碳钢、304不锈钢作为研究电极材质，对原始柱状电化学三电极体系和改进后片状三电极体系的测试稳定性做了对比分析。

1 实验

实验用电极材质为20钢和304不锈钢。柱状电极均为成品电极，电极工作面积分别为4cm2和1cm2，一端用螺纹与电化学探头相连接。电化学三电极探针采用与工作电极材质和特征参数都相同的电极作为辅助电极和参比电极。片状电化学探针为自制而成，采用三根材质相同直径为0.5cm的柱状电极呈等边三角型排列在聚四氟管中，环氧树脂密封，磨平截面作为工作面积，另一端焊接铜导线。片状电极工作面积为0.196cm2。电极表面均用防水砂纸研磨到1500#。电解质为3.5mass% NaCl去离子水溶液。PARSTAT 2273电化学工作站作为测试仪器。极化曲线扫描范围-0.25V～0.5V，扫描步长0.498mV/s。各实验均在室温下进行。扫描电子显微镜观察腐蚀后电极腐蚀形貌。