Incoloy 800 срещу 310S неръждаема стомана: цена и производителност в пещи за крекинг на етилен

Пещите за крекиране на етилен работят в някои от най-суровите металургични среди в преработващата промишленост: температури на метала над 900 градуса, богата на въглерод-атмосфера от крекирани въглеводороди и кокс и години на непрекъснат термичен цикъл между работа и отстраняване на кокс. Изборът на грешна сплав за компонент на пещта не само съкращава живота й -, но може да предизвика непланирано спиране, което струва на оператора на крекинг много повече, отколкото самият материал някога би струвал.

Инколой 800(UNS N08800)и310S неръждаема стомана(UNS S31008) са двете сплави, които най-често се сравняват за не-хардуер на лъчиста пещ - тръбни опори, закачалки, прегради и части за обмен на-трансферна линия. Това ръководство отговаря на въпросите, които инженерите всъщност задават, когато уточняват помежду си, с ясен отговор първо и техническата обосновка зад него.

Какво представляват неръждаемата стомана Incoloy 800 и 310S?

Incoloy 800 е сплав от никел-желязо-хром, изградена около високо съдържание на никел за устойчивост на корозия при високи-температури; 310S е високо-хромна аустенитна неръждаема стомана, създадена за устойчивост на окисление при по-ниска цена на материала.

Инколой 800(и нейните варианти с по-висок-въглерод 800H и 800HT) е твърд{3}}разтвор-подсилена никелова-желязо-хромова сплав, разработена специално за продължителна работа при високи-температури, въглерод- и-съдържащи атмосфери. Неговото съдържание на никел - приблизително двойно по-голямо от това на 310S - е единствената конструктивна характеристика, която определя как се държи в крекинг пещ.

310S е ниско{0}}въглеродният вариант на фамилията 25-20 аустенитна неръждаема стомана (тип 310). Той разчита на високо съдържание на хром, за да образува стабилна, защитна скала от хромен оксид и се използва широко в цялата преработваща промишленост, където е необходима устойчивост на окисление при висока температура без цената на никелова сплав.

Каква е ключовата разлика в състава между двете сплави?

Съдържанието на никел е решаващата разлика: приблизително 30–35% в Incoloy 800 срещу приблизително 19–22% в 310S - и тази разлика е това, което движи всяка разлика в производителността и цената, обсъждана в тази статия.

Таблица 1 - Диапазони на номиналния състав според ASTM B408 / ASTM A240.

Две характеристики се открояват. Първо, по-високото съдържание на никел в Incoloy 800 понижава разтворимостта и скоростта на дифузия на въглерода в металната матрица, което е основната причина той да издържа на карбуризация по-добре от 310S (обсъдено по-долу). Второ, добавките от алуминий и титан на 800 образуват фини интерметални утайки, които поддържат устойчивост при повишена-температура - предимство, което 310S няма.

Коя сплав издържа на по-високи температури в пещта?

310S има малко по-висок номинален таван за чиста устойчивост на окисление (до приблизително 1150 градуса спрямо приблизително 1100 градуса за Incoloy 800), но Incoloy 800 поддържа своята механична якост и структурна стабилност по-добре в температурния диапазон, в който действително работи крекинг пещта.

Устойчивостта на окисляване и структурните характеристики са две различни свойства и това е мястото, където двете сплави най-често се бъркат. 310Високото съдържание на хром в S му придава отлична стабилност на котлен камък в чисти, окислителни атмосфери, поради което е често срещано в облицовките на пещи, хардуера на пещите и кошовете за топлинна-обработка. Но крекинг пещта не е чиста окислителна атмосфера - тя съчетава висока температура с редуциращ, богат на въглерод-граничен слой на металната повърхност плюс продължително механично натоварване от собственото тегло на тръбата и термичния цикъл. При тези комбинирани условия Incoloy 800 -, особено класовете 800H и 800HT - запазва по-висока якост на пълзене и стабилност на размерите, поради което е изборът по подразбиране за-носещи натоварване вътрешни части на пещ, а не 310S.

Коя сплав издържа по-добре на карбуризация?

Incoloy 800 се съпротивлява на карбуризацията значително по-добре от 310S, тъй като по-високото му съдържание на никел намалява както разтворимостта, така и скоростта на дифузия навътре на въглерода при температури на пещта - и карбуризацията, а не простото окисление, е доминиращият режим на повреда при крекинг на хардуера на пещта.

Карбуризацията възниква, когато въглеродът от крекирани въглеводороди или полепнал кокс дифундира в металната повърхност, образувайки крехки карбиди по границите на зърната. Карбуризираният слой губи пластичност и става податлив на напукване под термичните и механични натоварвания на нормалните цикли на пещта. Тъй като никелът има ниска въглеродна разтворимост, сплавите, по-богати на никел, се съпротивляват на тази атака много по-добре от желязото-хром. 310S, само с 19–22% никел, е значително по-податлив на карбуризационна крехкост от Incoloy 800 при същата кокс-замърсена услуга.

Документиран анализ на повреда на изходяща трансферна линия на пещ за етилен прави това добре: тръба Incoloy 800H - вече е една от наличните по-устойчиви на карбуризация-сплави - се спука през цялата си дебелина на стената след пет години експлоатация, след като отлаганията на кокс повишиха температурата на стената и изложиха вътрешната повърхност на атмосфера, богата на въглерод-достатъчно дълго, за да стане крехка то. Случаят илюстрира две неща наведнъж: карбуризацията е механизмът, който инженерите на пещта трябва да проектират преди всичко, и дори Incoloy 800H не е -устойчив на карбуризация, ако коксуването и контролът на температурата не се управляват -, което прави много по-податливия на въглерод-310S лош избор за всяка зона на пещ с продължителен контакт с кокс.

Коя сплав има по-добра устойчивост на-продължително пълзене и-натоварване?

Incoloy 800 - особено класовете 800H и 800HT - предлага значително по-висока якост на пълзене-разрушаване за-носещи компоненти; 310S е подходящ само за леко натоварен, не-критичен хардуер на пещта.

Тръбните опори на пещта, закачалките и тръбните листове на обменника на преносната -линия носят продължително механично натоварване при висока температура в продължение на години между отделните цикли, така че устойчивостта на пълзене (бавната, постоянна деформация, която възниква при натоварване при висока температура) е толкова важна, колкото устойчивостта на корозия. Incoloy 800H и 800HT използват контролирано съдържание на въглерод и по-груб размер на зърната, специално за да удължат живота при пълзене-разкъсване. 310S не е проектиран с тази цел и, въпреки че може да се използва за слабо натоварени скоби, прегради и вътрешни елементи без-налягане, не е предпочитаната спецификация за всеки компонент, който трябва да носи структурно натоварване при пикова температура на пещта над много{7}}годишна дължина.

Коя сплав струва по-малко за покупка?

310S струва по-малко на-килограм база от Incoloy 800, тъй като никелът е най-скъпият легиращ елемент и в двата, а 310S съдържа приблизително 30–40% по-малко от него.

Ценообразуването на основния метал и за двете сплави се движи с цената на никела на Лондонската метална борса, но ефектът е пропорционален на съдържанието на никел. Тъй като Incoloy 800 съдържа приблизително 30–35% никел спрямо приблизително 19–22% за 310S, неговата мелнична цена за килограм е постоянно по-висока и тази разлика се разширява, когато цените на никела скочат. За проекти или компоненти с ограничен-бюджет извън най-тежките зони на пещта, тази разлика в-цената на закупуване е законна причина да посочите 310S.

Коя сплав осигурява по-ниска обща цена на притежание?

Няма универсален победител: Incoloy 800 обикновено печели от общата цена на притежание в зони с висока-карбонизация,-носещи натоварване, защото избягва преждевременна повреда и непланиран престой; 310S обикновено печели от общата цена на притежание в по-ниски-зони на сериозност, където по-ниската му покупна цена не се компенсира от никаква материална полза.

Покупната цена е само един ред в уравнението на разходите. Производствената стойност на една етиленова крекинг машина достига милиони долари на ден, така че непланирано прекъсване, причинено от спукана тръбна закачалка или карбуризиран тръбен лист на-тръбна линия, може да струва много повече от целия бюджет за материали за този компонент - многократно, след като са включени загуба на производство, спешен ремонтен труд и бърза подмяна на части.

В зони с продължителен контакт с кокс, голямо механично натоварване или ограничен достъп за инспекция, по-високата покупна цена на Incoloy 800 обикновено се възстановява няколко пъти при удължен експлоатационен живот и се избягва престой. В зони с по-ниска-температура, ниско{3}}натоварване с лесен достъп за рутинна проверка и подмяна, същата премия купува малко практическа полза и 310S е по-рационалната спецификация.

Къде трябва да се използва всяка сплав в пещ за крекинг на етилен?

Резервирайте Incoloy 800/800H за-податливи на карбуризация,-носещи компоненти - лъчисти-тръбни опори и закачалки, и преносни{6}}тръби и тръбни листове за обмен на линии - и използвайте 310S за по-ниска-конвекция-хардуер на секции, прегради, и вътрешни елементи без{11}}налягане.

Също така си струва да бъдете прецизни за какво не се използва нито една от двете сплави: самата лъчиста намотка - първичната крекинг тръба, изложена директно на температури на горивната камера над 1000 градуса - обикновено е центробежно отлята HK-40, HP или модифицирана HP сплав, а не Incoloy 800 или 310S. Incoloy 800 и 310S се конкурират за поддържащия хардуер на пещта и оборудването за оползотворяване на топлината, а не за лъчистата намотка.

Таблица 2 - Примерен избор на сплав по зона на пещ. Винаги потвърждавайте спрямо основата на механичния проект на лицензодателя на пещта и действителната температура на-метала и профил на коксуване на завода.

Как да изберете между Incoloy 800 и 310S за вашия проект?

Базирайте решението си на четири въпроса - пикова температура на метала, излагане на въглерод/кокс, механично натоварване и интервал на изпълнение -, а не само на покупната цена.

• Пикова температура на метала: компонентът надвишава ли редовно приблизително 815 градуса, при което пълзенето и карбуризацията се ускоряват?
• Излагане на въглерод: дали повърхността е в продължителен контакт с крекирани въглеводороди или коксови отлагания, или е изолирана от технологичния газ?
• Механично натоварване: компонентът носи ли структурно или натиск-гранично натоварване, или е слабо натоварена скоба, преграда или щит?
• Интервал на изпълнение и достъп: колко време трябва да издържи компонентът между проверките и колко разрушителна е непланираната подмяна?

Ако отговорът на първите три въпроса клони към тежко обслужване, Incoloy 800 (или 800H/800HT за най-взискателните, носещи -позиции) е технически и икономически разумният избор въпреки по-високата си покупна цена. Ако компонентът се намира в по-хладна, с по-ниско-натоварване, лесно инспектируема зона, 310S осигурява адекватна производителност на значително по-ниска цена.

Резюме

Често задавани въпроси

Incoloy 800 същото ли е като 310 неръждаема стомана?

Не. Incoloy 800 е сплав от никел-желязо-хром с приблизително 30–35% никел, докато 310S е желязо-хром-никелова неръждаема стомана с приблизително 19–22% никел. Те са свързани по приложение, но принадлежат към различни семейства сплави с различни управляващи свойства.

Могат ли Incoloy 800 и 310S да бъдат заварени един към друг?

Да, различни{0}}метални заварки между Incoloy 800 и 310S са често срещани при производството на пещи и обикновено се правят с допълнителен метал на основата на никел, за да се приспособи разликата в топлинното разширение и състава между двете сплави.

Каква сплав се използва за самата лъчиста бобина (крекинг тръба)?

Нито Incoloy 800, нито 310S. Лъчистите намотки обикновено използват центробежно отлети HK-40, HP или модифицирани HP сплави, които са проектирани за екстремни изисквания за пълзене и температура на горивната камера. Incoloy 800 и 310S са определени за поддържащ хардуер, а не за самата намотка.

310S издържа ли изобщо на карбуризация?

310S предлага известна устойчивост на карбуризация поради съдържанието на хром, но значително по-малка от Incoloy 800, тъй като устойчивостта на карбуризация се мащабира предимно със съдържание на никел, а 310S има приблизително половината от никела от Incoloy 800.

Incoloy 800 винаги ли е по-добрият избор, независимо от цената?

Не. При по-ниски-температури, ниско-натоварване, лесно инспектируеми зони на пещта, 310S осигурява адекватна производителност на по-ниска покупна цена и определянето на Incoloy 800 там добавя разходи без съответна{5}}експлоатационна полза.