5.4 Материалы, применяемые для изготовления технологического оборудования с пожаровзрывоопасными средами

Для изготовления технологического оборудования широко применяются следующие конструкционные материалы: черные металлы и сплавы (стали, чугуны); цветные металлы и сплавы (медь, титан, латуни, дюралюмины и другие металлы и сплавы); неметаллические материалы (пластмассы, керамика, фторопласт, паранит, углеграфиты, силикаты и другие материалы). Неметаллические изделия применяются для изготовления уплотнений, прокладок, футеровки и других деталей.

Выбор материалов для изготовления технологического оборудования определяется:

• факторами, зависящими от рабочих условий эксплуатации;

• факторами, непосредственно характеризующими свойства конструкционного материала.

К первому типу факторов, зависящих от рабочих условий эксплуатации, относятся: температура, давление и свойства среды. Ко второму типу факторов, характеризующих свойства конструкционных мате­риалов, относятся физико-механические и технологические свойства материалов (технологичность материалов). Наиболее важными технологическими свойствами материалов являются свариваемость, обрабатываемость давлением и резанием.

Наряду с перечисленными факторами при выборе того или иного материала для изготовления технологического оборудования принимают во внимание экономические соображения.

С точки зрения обеспечения пожаровзрывобезопасности технологического оборудования конструкционные материалы должны обладать:

• высокой механической прочностью при заданных рабочих давлениях и температурах, при допускаемых отклонениях от них, а также при испытании оборудования;

• высокой химической стойкостью в рабочих средах при заданных технологических параметрах протекающих в аппаратах процессов и допускаемых отклонениях от них.

Оборудование газоперерабатывающих заводов в процессе эксплуатации подвергается воздействию различных факторов – давление, вакуум, температура, коррозия. В целях предотвращения разрушения оборудования для его изготовления применяют различные металлы и неметаллические материалы.

Металлы. При изготовлении оборудования для газоперерабатывающих заводов применяют стали: углеродистые, легированные, нержавеющие, чугун и цветные металлы.

Сталь – это сплав железа с углеродом с применением отдельных элементов, попадающих из руды или специаль­но добавляемых при выплавке. В зависимости от способа производства стали получили название: мартеновская (основная и кислая), конверторная и электросталь.

Сталь, содержащая углерода меньше 0,25%, называется низкоуглеродистой, 0,25...0,6% - среднеуглеродистой и 0,6...2,0%-высокоуглеродистой.

Сера, фосфор, мышьяк, попадающие в сталь из руды и кокса, ухудшают качество стали, их предельное содержание лимитируется техническими требованиями различными надзорными органами. Добавление в сталь никеля, марганца, хрома, кремния, молибдена, титана, ванадия повышает качество стали. В зависимости от сочетания добавляемых элементов и их количества сталь приобретает необходимые свойства – пластичность, высокую ударную вязкость, жаропрочность и т.д. Подразделение сталей на типы и классы приведено в табл. 5.4.1.

При изготовлении аппаратов применяются различные марки сталей: Ст.2, 3, 4, 5, 10, 15, 20 без термообработки для неответственных аппаратов и с термообработкой для аппаратов, работающих под повышенным давлением или в среде, способствующей охрупчиванию, растрескиванию, точечной коррозии или перекристаллизации металла. Для изготовления аппаратов, в которых рабочая среда – нефтепродукты, углеводородные газы, а также химические продукты, применяются только спокойные стали.

Легированные стали. Для повышения качества стали и придания ей заданных свойств при переплавке чугуна добавляют легирующие элементы – никель, хром, марганец и др. (табл. 5.4.2.). В зависимости от общего содержания легирующего элемента стали делятся на низколегированные (до 5% легирующих элементов), среднелегированные (5... 10%) и высоколегированные (выше 10%).

Таблица 5.4.1.

Подразделение сталей на типы, классы (Приложение 3 к ПБ 03-576-03)

Тип, класс стали	Марка стали
Углеродистый	Ст3, 10, 20, 15К, 16К, 18К, 20К, 22К, 20ЮЧ
Низколегированный марганцовистый, марганцово-кремнистый	16ГС, 17ГС, 17Г1С, 09Г2С, 10Г2СФ, 09Г2, 10Г2С1, 10Г2, 10Г2С1Д, 09Г2СЮЧ, 16ГМЮЧ, 09Г2СФБ
Мартенситный <**>	15X5, 15Х5М, 15Х5ВФ, 12Х8ВФ, 20X13, Х9М, 12X13
Ферритный	08X13,08X1 7Т, 15Х25Т
Аустенитно-ферритный	08Х22Н6Т, 12Х21Н5Т, 08Х18Г8Н2Т, 15Х18Н12С4ТЮ
Аустенитный	10Х14Г14Н4Т, 08Х18Н10Т, 08Х18Н12Б, 10Х17Н13М2Т, 08Х17Н15МЗТ, 037Н14МЗ, 12Х18Н12Т, 02Х18Н11, 02Х8Н22С6, 039АГЗН10Т, 07ХГЗАГ20, 12Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, ОЗХ21Н21М4ГБ
Сплавы на железоникелевой и никелевой основе	06Х28МДТ, 03МДТ, ХН32Т

<*> Стали указанного типа и класса склонны к подкалке.

Таблица 5.4.2.

Обозначение химических элементов сталей

Элемент	Символ элемента	Обозначения, принятые в стандартах для маркировки стали	Элемент	Символ элемента	Обозначения, принятые в стандартах для маркировки стали
Углерод	С	—	Молибден	Мо	М
Марганец	Мn	Г	Вольфрам	W	В
Кремний	Si	С	Ванадий	V	Ф
Фосфор	Р	—	Алюминий	Аl	Ю
Хром	Сг	X	Титан	Тi	Т
Сера	s	—	Медь	Сu	Д
Никель	Ni	Н	Бор	В	Р

Маркировка сталей расшифровывается следующим образом: сталь Х18Н12М2Г содержит 18% хрома, 12% никеля, 2% молибдена и до 1% марганца.

Хром. Введение в сталь хрома снижает склонность молибденовой стали к графитизации. Например, сталь марки 12ХМ, содержащая до 0,5% хрома, может применяться в аппаратах, работающих при температуре 450-.480°С. Добавление в сталь 5-12% хрома повышает сопротивление стали коррозии. Присадка хрома выше 15% делает сталь нержавеющей.

Молибден повышает жаропрочность и предел ползуче­сти сталей, снижает склонность к тепловой хрупкости.

Вольфрам и ванадий повышают предел прочности и жаропрочность легированных сталей.

Применение сталей для изготовления аппаратов приведены в табл. 5.4.3.

Стальное литье. Для изготовления деталей повышенной прочности и сложной конфигурации применяются центро­бежное литье, литье по выплавляемым моделям, отливки в земляную или металлическую форму. Литьем изготавливаются корпуса насосов, компрессоров, арматура, а также фланцы, фитинги, поршни и рабочие колеса насосов и ком­прессоров, штоки, валы и др. В зависимости от рабочих условий для литья деталей применяются углеродистые, легиро­ванные и нержавеющие стали, чугун и цветные металлы.

Коррозия металлов. Присутствующие в газе и нефти, а также в продуктах их переработки агрессивные примеси, такие как сероводород, двуокись углерода, сера, сернистые соединения, органические кислоты, хлористые соли, в присутствии воды или воздуха активно разрушают металл. Как правило, при повышении температуры коррозионная активность агрессивных компонентов увеличивается.

Таблица 5.4.3.

Пределы допускаемых параметров в аппаратах, изготовляемых из различных сталей

Марка сталей	Температура стенки, °С	Давление, МПа
Ст.Зкп	До +200	До 1,6
Ст.З (спокойная)	-30... +425	До 5,0
15К, 20К, 25К	-40. ..+475	Не ограничено
09Г2ДТ (м)	-70... +450	То же
16ГТ	-40... +450	" - "
12МХ	-40... +540	" - "
1Х18Н9Т	-196.. .+600	" - "
1Х18Н12М2Т	-196... +700	" - "

Наиболее распространенными агрессивными компонентами в процессе переработки газа и нефти являются сероводород, хлористый водород, сера и ее производные – меркаптаны, сульфиды, дисульфиды, двуокись серы.

59