Incoloy 800 vs 310S nerūsējošais tērauds: izmaksas un veiktspēja etilēna krekinga krāsnīs

Etilēna krekinga krāsnis darbojas dažās no skarbākajām metalurģijas vidēm apstrādes rūpniecībā: metāla temperatūra pārsniedz 900 grādus, ar oglekli -bagātu atmosfēru, ko rada krekinga ogļūdeņraži un kokss, un gadiem ilga nepārtraukta termiskā cikla starp darbību un koksa atdalīšanu. Nepareiza sakausējuma izvēle krāsns sastāvdaļai ne tikai saīsina tās kalpošanas laiku -, bet arī var izraisīt neplānotu izslēgšanu, kas krekinga operatoram izmaksā daudz vairāk nekā pats materiāls.

Incoloy 800(UNS N08800)un310S nerūsējošais tērauds(UNS S31008) ir divi sakausējumi, kurus visbiežāk salīdzina ne-starojuma krāsns aparatūras - cauruļu balstiem, pakaramajiem, deflektoriem un pārvades-līnijas apmaiņas detaļām. Šajā rokasgrāmatā ir sniegtas atbildes uz jautājumiem, ko inženieri uzdod, precizējot tos, vispirms sniedzot skaidru atbildi un tās tehnisko pamatojumu.

Kas ir Incoloy 800 un 310S nerūsējošais tērauds?

Incoloy 800 ir niķeļa-dzelzs-hroma sakausējums, kas veidots, pamatojoties uz augstu niķeļa saturu, lai nodrošinātu izturību pret koroziju augstā-temperatūrā; 310S ir augstas-hroma austenīta nerūsējošais tērauds, kas izgatavots tā, lai nodrošinātu izturību pret oksidēšanu par zemākām materiālu izmaksām.

Incoloy 800(un tā augstākās-oglekļa varianti 800H un 800HT) ir ciets-šķīdums-stiprināts niķelis-dzelzs-hroma sakausējums, kas īpaši izstrādāts ilgstošai darbībai augstā-temperatūras, oglekli{8}} un sēru saturošā- atmosfērā. Tā niķeļa saturs - aptuveni divreiz pārsniedz 310S - ir vienīgā dizaina iezīme, kas nosaka, kā tas darbojas krekinga krāsnī.

310S ir 25-20 austenīta nerūsējošā tērauda saimes variants ar zemu-oglekļa saturu (310. tips). Tas balstās uz augstu hroma saturu, lai veidotu stabilu, aizsargājošu hroma oksīda skalu, un to plaši izmanto visā apstrādes rūpniecībā, kur nepieciešama oksidācijas izturība augstā temperatūrā bez niķeļa sakausējuma izmaksām.

Kāda ir galvenā sastāva atšķirība starp diviem sakausējumiem?

Niķeļa saturs ir izšķirošā atšķirība: aptuveni 30–35% Incoloy 800 versijā pret aptuveni 19–22% 310S -, un šī atšķirība nosaka visas šajā rakstā aplūkotās veiktspējas un izmaksu atšķirības.

Tabula 1 - Nominālie sastāva diapazoni atbilstoši ASTM B408/ASTM A240.

Izceļas divas iezīmes. Pirmkārt, Incoloy 800 augstākais niķeļa saturs samazina oglekļa šķīdību un difūzijas ātrumu metāla matricā, kas ir galvenais iemesls, kāpēc tā iztur karburizāciju labāk nekā 310S (apskatīts tālāk). Otrkārt, 800. gadsimta alumīnija un titāna piedevas veido smalkas intermetāliskas nogulsnes, kas atbalsta paaugstinātu -temperatūras izturību -, kas nav 310S priekšrocības.

Kurš sakausējums iztur augstāku krāsns temperatūru?

310S ir nedaudz augstāki nominālie griesti tīrai oksidācijas izturībai (līdz aptuveni 1150 grādiem, salīdzinot ar aptuveni 1100 grādiem Incoloy 800), taču Incoloy 800 saglabā savu mehānisko izturību un strukturālo stabilitāti labāk visā temperatūras diapazonā, kurā faktiski darbojas krekinga krāsns.

Oksidācijas pretestība un struktūras veiktspēja ir divas dažādas īpašības, un tieši šeit abus sakausējumus visbiežāk sajauc.. 310S augstais hroma saturs nodrošina izcilu nogulšņu stabilitāti tīrā, oksidējošā atmosfērā, tāpēc tas ir izplatīts krāsns oderēs, krāsns aparatūrā un termiskās apstrādes grozos. Taču krekinga krāsns nav tīra oksidējoša atmosfēra - tā apvieno augstu temperatūru ar reducējošu, ar oglekli -bagātu robežslāni uz metāla virsmas, kā arī ilgstošu mehānisko slodzi no pašas caurules svara un termiskās cikla. Šajos kombinētajos apstākļos Incoloy 800 -, jo īpaši 800H un 800HT klases - saglabā augstāku šļūdes izturību un izmēru stabilitāti, tāpēc tā ir noklusējuma izvēle nesošo krāsns iekšpusei, nevis 310S.

Kurš sakausējums ir labāk izturīgs pret karburāciju?

Incoloy 800 iztur karburizāciju ievērojami labāk nekā 310S, jo tā augstākais niķeļa saturs samazina gan oglekļa šķīdību, gan iekšējās difūzijas ātrumu krāsns temperatūrā -, un karburizācija, nevis vienkārša oksidēšana, ir dominējošais plaisāšanas krāsns aparatūras bojājuma veids.

Karburizācija notiek, kad ogleklis no saplaisājušiem ogļūdeņražiem vai pielipušam koksam izkliedējas metāla virsmā, veidojot trauslus karbīdus gar graudu robežām. Karburizētais slānis zaudē elastību un kļūst pakļauts plaisāšanai termiskās un mehāniskās spriedzes apstākļos, kas rodas parastas krāsns cikla darbības laikā. Tā kā niķelim ir zema šķīdība ar oglekli, sakausējumi, kas ir bagāti ar niķeli, iztur šo uzbrukumu daudz labāk nekā dzelzs-hroma pakāpes. 310S, kuros ir tikai 19–22% niķeļa, ir ievērojami jutīgāki pret karburācijas trauslumu nekā Incoloy 800 tajā pašā koksa-netīrībā.

Etilēna krāsns izplūdes pārvades līnijas dokumentēta kļūmju analīze labi parāda: Incoloy 800H caurule - jau ir viens no visizturīgākajiem sakausējumiem, kas ir -noturīgākie pieejamie -, pēc piecu gadu ekspluatācijas saplaisāja cauri tās sienas biezumam, kad koksa nogulsnes paaugstināja sienas temperatūru un pakļāva iekšējo virsmu oglekli piesātinātai atmosfērai{4}. Šis gadījums parāda divas lietas uzreiz: karburizācija ir mehānisms, kas krāsns inženieriem ir jāveido pret visiem citiem, un pat Incoloy 800H nav pārkaršanas droša, ja netiek pārvaldīta koksēšana un temperatūras kontrole -, kas padara daudz jutīgāko 310S 310S par sliktu izvēli jebkurai krāsns zonai ar ilgstošu koksa kontaktu.

Kuram sakausējumam ir labāka ilgtermiņa{0}}šļūde un slodzes-nestspēja?

Incoloy 800 -, jo īpaši 800H un 800HT kategorijas -, nodrošina ievērojami lielāku šļūdes-pārrāvumu izturību nesošajām detaļām-; 310S ir piemērots tikai maz noslogotai, ne{7}}kritiskai krāsns aparatūrai.

Krāšņu cauruļu balsti, pakaramie un pārvades{0}}līniju siltummaiņa loksnes iztur ilgstošu mehānisku slodzi augstā temperatūrā gadiem ilgi starp apgriezieniem, tāpēc pretestība šļūdei (lēna, paliekoša deformācija, kas notiek slodzes apstākļos augstā temperatūrā) ir tikpat svarīga kā izturība pret koroziju. Incoloy 800H un 800HT izmanto kontrolētu oglekļa saturu un rupjāku graudu izmēru, lai īpaši palielinātu šļūdes -pārrāvuma ilgumu. 310S, un tas, lai gan tas ir izmantojams viegli noslogotiem kronšteiniem, deflektoriem un iekšējiem elementiem, kas nav -spiediena, nav ieteicamā specifikācija nevienam komponentam, kam jāiztur konstrukcijas slodze vairāk nekā 7 gadu garumā.

Kura sakausējuma iegāde maksā lētāk?

310S maksā mazāk par -kilogramu nekā Incoloy 800, jo niķelis ir visdārgākais leģējošais elements abos, un 310S satur par aptuveni 30–40% mazāk.

Parasto metālu cenas abiem sakausējumiem mainās līdz ar Londonas metālu biržas niķeļa cenu, bet efekts ir proporcionāls niķeļa saturam. Tā kā Incoloy 800 satur aptuveni 30–35% niķeļa, salīdzinot ar aptuveni 19–22% 310S, tā dzirnavu cena par kilogramu vienmēr ir augstāka, un šī atšķirība palielinās, kad niķeļa cenas pieaug. Projektiem ar ierobežotu budžetu-vai komponentiem ārpus krāsns vissmagākajām zonām šī pirkuma-cenas atšķirība ir likumīgs iemesls, lai norādītu 310S.

Kurš sakausējums nodrošina zemākas kopējās īpašuma izmaksas?

Nav universāla uzvarētāja: Incoloy 800 parasti uzvar no kopējām īpašumtiesību izmaksām augstas-oglēšanas, slodzes-nesošajās zonās, jo tas novērš priekšlaicīgas atteices un neplānotas dīkstāves; 310S parasti uzvar no kopējām īpašuma izmaksām zemākas-nopietnības zonās, kur tā zemāko pirkuma cenu nekompensē nekādi materiālie ieguvumi.

Pirkuma cena ir tikai viena rinda izmaksu vienādojumā. Etilēna krekinga iekārtas ražošanas vērtība sasniedz miljoniem dolāru dienā, tāpēc neplānots darbības pārtraukums, ko izraisa saplaisājis cauruļu pakaramais vai pārkarsētas līnijas loksne, var izmaksāt daudz vairāk par visu šīs sastāvdaļas materiālu budžetu - daudzkārt, ja tiek iekļauta produkcijas zudums, ārkārtas remonta darbs un ātras rezerves daļas.

Zonās ar ilgstošu kontaktu ar koksu, lielu mehānisko slodzi vai ierobežotu piekļuvi pārbaudei, Incoloy 800 augstākā pirkuma cena parasti tiek atgūta vairākas reizes, pagarinot kalpošanas laiku un izvairoties no dīkstāves. Zemākas-temperatūras, zemas-slodzes zonās ar vieglu piekļuvi kārtējai pārbaudei un nomaiņai šī augstākā līmeņa praktiskā priekšrocība ir maza, un 310S ir racionālāka specifikācija.

Kur katrs sakausējums jāizmanto etilēna krekinga krāsnī?

Rezervējiet Incoloy 800/800H, kas paredzēts karburācijai-, slodzi-nesošajiem komponentiem - izstarojošo-sekciju cauruļu balstiem un pakaramajiem, kā arī pārnesiet-līnijas apmaiņas caurules un cauruļu loksnes - un izmantojiet 310S, lai samazinātu{{9}{10}{10}{101}{101}nepieciešamību bezspiediena iekšējie elementi.

Ir arī vērts precīzi noteikt, kam neviens sakausējums netiek izmantots: pati izstarojošā spole - primārā krekinga caurule, kas ir tieši pakļauta kurtuves temperatūrai virs 1000 grādiem -, parasti ir centrbēdzes veidā HK-40, HP vai modificēts HP sakausējums, nevis Incoloy 800 vai 310S. Incoloy 800 un 310S sacenšas par krāsns atbalsta aparatūru un siltuma atgūšanas aprīkojumu, nevis izstarojošo spoli.

Tabula 2 - Indikatīvā sakausējuma izvēle pēc krāsns zonas. Vienmēr pārbaudiet, vai krāsns licences devēja ir izstrādāta mehāniskā konstrukcija, kā arī iekārtas faktiskā metāla -temperatūra un koksēšanas profils.

Kā savam projektam izvēlēties starp Incoloy 800 un 310S?

Pamatojiet lēmumu ar četriem jautājumiem - maksimālā metāla temperatūra, oglekļa/koksa iedarbība, mehāniskā slodze un aprites intervāls -, nevis tikai uz pirkuma cenu.

• Maksimālā metāla temperatūra: vai komponents regulāri pārsniedz aptuveni 815 grādus, kur gan šļūde, gan karburizācija paātrina?
• Oglekļa iedarbība: vai virsma ir ilgstoši saskarē ar krekinga ogļūdeņražiem vai koksa nogulsnēm, vai arī tā ir izolēta no procesa gāzes?
• Mehāniskais darbs: vai sastāvdaļai ir konstrukcijas vai spiediena{0}}robežslodze, vai arī tas ir viegli noslogots kronšteins, deflektors vai vairogs?
• Apgrozījuma intervāls un piekļuve: cik ilgi komponentam ir jādarbojas starp pārbaudēm, un cik traucējoša ir neplānota nomaiņa?

Ja atbilde uz pirmajiem trim jautājumiem ir saistīta ar rūpīgu apkalpošanu, Incoloy 800 (vai 800H/800HT visprasīgākajām, nesošajām pozīcijām) ir tehniski un ekonomiski pamatota izvēle, neskatoties uz augstāko pirkuma cenu. Ja komponents atrodas vēsākā,-noslodzes un viegli pārbaudāmā zonā, 310S nodrošina atbilstošu veiktspēju par ievērojami zemākām izmaksām.

Kopsavilkums

Bieži uzdotie jautājumi

Vai Incoloy 800 ir tas pats, kas 310 nerūsējošais tērauds?

Nē. Incoloy 800 ir niķeļa-dzelzs-hroma sakausējums ar aptuveni 30–35% niķeļa, savukārt 310S ir dzelzs-hroma-niķeļa nerūsējošais tērauds ar aptuveni 19–22% niķeļa. Tie ir saistīti ar lietojumu, bet pieder pie dažādām sakausējumu ģimenēm ar atšķirīgām vadības īpašībām.

Vai Incoloy 800 un 310S var sametināt viens ar otru?

Jā, dažādas{0}}metāla šuves starp Incoloy 800 un 310S ir izplatītas krāsns ražošanā, un tās parasti tiek izgatavotas ar niķeļa-bāzes pildvielu, lai pielāgotos termiskās izplešanās un sastāva atšķirībām starp diviem sakausējumiem.

Kāds sakausējums tiek izmantots pašai starojuma spolei (plaisāšanas caurulei)?

Ne Incoloy 800, ne 310S. Izstarojošās spoles parasti izmanto centrbēdzes veidā lietus HK-40, HP vai modificētus HP sakausējumus, kas ir paredzēti kurtuves ārkārtējām šļūdes un temperatūras prasībām. Incoloy 800 un 310S ir paredzēti aparatūras atbalstam, nevis pašai spolei.

Vai 310S vispār iztur karburizāciju?

310S piedāvā zināmu karburācijas pretestību, pateicoties tā hroma saturam, bet ievērojami mazāk nekā Incoloy 800, jo karburizācijas pretestība galvenokārt ir saistīta ar niķeļa saturu, un 310S ir aptuveni uz pusi mazāks niķelis nekā Incoloy 800.

Vai Incoloy 800 vienmēr ir labāka izvēle neatkarīgi no izmaksām?

Nē. Zemākas-temperatūras, zemas-slodzes, viegli pārbaudāmās krāsns zonās 310S nodrošina atbilstošu veiktspēju par zemāku pirkuma cenu, un, norādot Incoloy 800, tiek palielinātas izmaksas bez atbilstoša pakalpojuma-dzīves laika.