1、閥體材質的選擇
加氫反應裝置,一般可分為進料緩沖、進料加熱、反應分離、分餾、公用工程幾個部分。對于加氫裝置中進料緩沖、分餾和公用工程部分,這部分的介質或溫度不高,或壓力不高,且介質中未混氫或氫氣已從介質中分離,氫腐蝕和濕硫化氫腐蝕的條件不足,這些位置的閥門閥體可以使用碳鋼材質。閥門的壓力等級根據碳鋼材質的溫壓曲線確定即可。通常為了提高閥門使用壽命,閥門內件使用奧氏體不銹鋼,且因為閥門內件質量占閥門總體質量不高,閥門內件使用奧氏體不銹鋼并不會顯著增加閥門成本。
對于加氫裝置中的注水泵出口、貧胺液泵出口處的閥門,這兩處介質為水、貧胺液,不含氫或硫,溫度不高僅有高壓,為降低成本,可以使用碳鋼閥體,但閥內件可考慮改為馬氏體不銹鋼如416或440C且無需堆焊硬質合金。中壓蒸汽線處的閥門,由于溫度較高可達400℃以上,閥體材質適合使用合金鋼WC6或WC9。
在進料加熱和反應分離部分,原料油會混入氫氣,在開工加熱爐內加熱,進入加氫反應器后進行反應時還會放熱,此時介質溫度可達300℃以上。當介質溫度升高至200℃以上后,原料中的氫原子會進入金屬內部的空隙產生氫蝕。另外,當溫度大于260℃時,硫化氫腐蝕變得顯著,且隨溫度升高而迅速加強。鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼和雙相不銹鋼在這種位置難以承受氫腐蝕和硫化氫腐蝕,此時使用耐氫腐蝕和耐硫化氫腐蝕的奧氏體不銹鋼是較好的選擇。
對比常用的奧氏體不銹鋼304或316,304不銹鋼的牌號為06Cr19Ni10,平均含鎳10%;316不銹鋼的牌號為06Cr17Ni12Mo2,平均含鎳(Ni)12%,增加鎳含量提高了強度此外,316不銹鋼還含有304材質沒有的鉬(Mo)進一步增強了316不銹鋼的抗點蝕性能。總而言之,316不銹鋼的耐腐蝕性、耐高溫性和強度均優于304不銹鋼,可以在更嚴苛的條件下使用,但成本也比304不銹鋼高。在加氫裝置的反應部分,閥門制造商通常會使用316作為閥體材質,因為閥門材質的成本僅占閥門整體成本的小部分,使用316并不比304顯著提高成本,但耐腐蝕性能更優。
對于高壓分離器底部液體出口處的液位調節閥,是加氫裝置實現氣液分離最關鍵的閥門,該位置會伴有汽蝕發生,對閥門內件產生劇烈沖刷,縮短閥門使用壽命。此處選用的閥門材質通常選擇321或347以提高使用壽命,同時也會在閥門結構上考慮特殊的構型以減少汽蝕對閥門使用壽命的影響。
321不銹鋼是Ni-Cr型奧氏體不銹鋼,牌號為06Cr18Ni11Ti,321不銹鋼中的鈦不但作為穩定化元素存在,提高了其耐晶間腐蝕的能力;而且它在304基礎上通過添加鈦元素,在溫度范圍(425~815℃)內具有優異的高溫性能,耐氧化和耐蠕變能力,在耐高溫方面比316要好。
347不銹鋼的牌號為0Cr18Ni11Nb, TP347H(1Cr19Ni11Nb)屬于高碳含鈮Cr-Ni奧氏體不銹鋼,由于含穩定化元素Nb,其耐晶間腐蝕和耐多硫酸晶間應力腐蝕性能良好,由于Nb較Ti不易燒損,此鋼種比321具有更高的高溫強度和更好抗高溫氧化性能。
2、閥門內件材質的選擇
為了提高閥門的使用壽命,加氫裝置的閥門不論閥體材質為碳鋼還是不銹鋼,內件通常會使用耐蝕性和力學性能都較好奧氏體不銹鋼,通常以316為主。若閥體材質為321或347,則閥內件材質原則上也應使用321、347或等級更高的材質。
對于出入口差壓較大的調節閥,為了進一步提高閥門使用壽命,可使用在閥內件表面堆焊司泰萊材料,高壓切斷閥的閥內件可噴涂碳化鎢、碳化鉻。為了耐腐蝕,通常選用316。若閥體材質為321或347,則閥內件材質應不低于閥體材質。
切斷閥由于開關力矩大、需要快速動作,對閥桿材質的硬度、強度要求較高,切斷閥的閥桿材質通常使用硬度較高的沉淀硬化馬氏體不銹鋼17-4PH,當對耐腐蝕性能有要求時還可使用氮強化奧氏體不銹鋼XM-19(Nitronic50)。