碳化塔吹扫蒸汽管阀门材质的选择

赵丽丽，刘德斌，高 坤

（大化集团大连化工股份有限公司，辽宁 大连 116308）

我厂碳化塔第一圈出口的清洗氨Ⅱ管平时结晶时用蒸汽吹扫，连接处的阀门按设计是选用碳钢截止阀，但经常出现问题，表现在阀门使用不长时间就会出现内漏现象。

1 现状分析

截止阀的主要特点是流线型，明杆带支架，中法兰螺栓连接，活套连接阀瓣，升降阀杆与手轮、支架与阀盖一体式。

截止阀的使用只供全开、全关各类管路或设备上的介质运行之用，不允许节流用。碳化塔吹扫蒸汽管上安装的碳钢截止阀的阀体及阀盖的材质为WCB，阀瓣材质WCB，阀杆材质2Cr13，填料为柔性石墨，垫片选择18－8柔性石墨，螺栓选择35CrMo。根据该阀门产品说明书，它适用介质为水、油品、蒸汽，吹扫用蒸汽管路的阀门用碳钢材质的截止阀门是合理的。但是现场使用碳钢阀门的更换频率太高，有时不足一个星期就出现内漏现象，给日常生产及检修带来很多麻烦。

2 原因分析

单一阀门的损坏可能是质量问题，但经常性的损坏可能有其他的原因：

1）阀门的工作压力不够。

2）阀门的工作温度不够。

3）介质成分复杂，例如内部带有杂质，从而吹扫时杂质进入阀门，使密封面磨损，造成内部渗漏。

吹扫管线使用的是来自电厂的0.8MPa蒸汽，所以采用压力1.6MPa的阀门没有问题。对应《饱和蒸汽温度与压力对照表》可以查得1.0MPa饱和蒸汽的温度约为179.04℃。而1.6MPa WCB阀门的工作温度为－29～427℃，温度也没有问题。

出现问题的地方应该在于输送介质。经过检验部门的取样分析，电厂输送来的蒸汽成分单一，没有问题。但是和吹扫管线连接的清洗氨II管中的介质比较复杂，具体成分如表1所示。

表1 清洗氨Ⅱ取样分析表

出现S2－是由于其中加入H2S作为抗氧化剂，而S2－的腐蚀性非常强。

表2 金属和合金在含硫气体中的抗腐蚀能力［1］

根据表2金属和合金在含硫气体中的抗腐蚀能力中可以看出，低碳钢的耐硫腐蚀能力很弱。

表3 材料在含硫介质中的抗腐蚀能力（部分）［2］

根据表4阀门材料在腐蚀性介质中的抗腐蚀性可知当碳钢与之接触时，腐蚀率极大，并且材料易发生应力腐蚀。

材料在静应力和腐蚀介质共同作用下发生的脆性开裂现象称为应力腐蚀开裂，简称应力腐蚀，英文缩写SCC。结构和零件的受力状态是多种多样的，如拉伸应力、交变应力、冲击力、振动力等。不同应力状态与介质协同作用所造成的环境敏感断裂形式各不相同。应力腐蚀应是电化学腐蚀和应力机械破坏相互促进裂纹的生成和扩展的过程。敏感的合金、特定介质和一定的静应力是发生应力腐蚀的三个必要条件。对于一定的材料，其应力腐蚀只发生在特定的介质中。这种材料与敏感介质的组合关系，称为应力腐蚀体系。控制方法：正确选材，避免构成应力腐蚀体系，减轻应力腐蚀的敏感性；合理设计、改进制造工艺，尽量减小应力集中效应；改善环境介质；消除或减少介质中促进应力腐蚀的有害物质，加入适当的缓蚀剂；电化学保护，外加电流极化，使金属的电位远离应力腐蚀敏感区。

3 解决办法

根据以上情况，考虑使用一些抗硫腐蚀的材料。对比现场使用不同材质阀门的时间，如表4所示。

表4 在我厂情况下阀门使用时间比较

如表3说明所示，316L和哈斯特罗依合金的材质能够用于阀门的受压零部件，腐蚀率＜0.8mm／a，材料适合使用，但是316L材质接触硫时易发生应力腐蚀，所以选择哈斯特罗依合金作为阀口等受压零部件的材质，阀体材质选择316L不锈钢。

4 效果与效益

在试验阶段，先在环境最严峻的位置安装两台这种材质的阀门，使用达到六个月未出现阀体渗漏、内漏等现象。经分析比较，使用时间大于普通白钢阀门的两倍，是普通碳钢阀门的十几倍，至今没有出现问题。

5 总 结

在化工生产中，设备材质的选择至关重要。在化工生产中，存在着一些特殊的介质，例如海水介质、含氨介质、高温蒸汽介质等等，对于不同的介质在不同的温度、压力的下，耐用的情况是不同的。试验及研究可能使用的材质在真实的情况下的使用情况，可以比较和总结出哪种材质更适合此时的生产情况，可以节省设备维修维护费用。

本次对于新材质的阀门选择，解决了渗漏等关键问题，实现工序、岗位综合管理最优化，取得节能降耗的显著的经济与社会效益。

［1］ 成大先.机械设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2009

［2］ 陆培文.阀门设计手册［M］.北京：机械工业出版社，2007