Incoloy 800 vs 310S rozsdamentes acél: Költség és teljesítmény az etilén krakkoló kemencékben

Az etilén krakkoló kemencék a feldolgozóipar legkeményebb kohászati ​​környezetei közé tartoznak: 900 fok feletti fémhőmérséklet, szén{1}}gazdag légkör a repedt szénhidrogénekből és kokszból, valamint évekig tartó folyamatos hőciklus a működés és a kokszmentesítés között. A nem megfelelő ötvözet kiválasztása egy kemence alkatrészéhez nem csak lerövidíti annak élettartamát -, hanem egy nem tervezett leállást is előidézhet, ami sokkal többe kerül a krakkoló kezelőjének, mint maga az anyag.

Incoloy 800(UNS N08800)és310S rozsdamentes acél(UNS S31008) a két ötvözet, amelyet leggyakrabban hasonlítanak össze a nem -sugárzó kemence vasalat - csőtartók, függesztők, terelőlapok és az átadó-vezeték-cserélő alkatrészek esetében. Ez az útmutató választ ad azokra a kérdésekre, amelyeket a mérnökök ténylegesen feltesznek, amikor különbséget tesznek közöttük, először egyértelmű választ és a mögötte meghúzódó műszaki érvelést.

Mi az Incoloy 800 és 310S rozsdamentes acél?

Az Incoloy 800 egy nikkel-vas-krómötvözet, amely magas nikkeltartalom köré épül a magas hőmérsékleti korrózióállóság érdekében; A 310S egy magas-krómtartalmú ausztenites rozsdamentes acél, amely oxidációállóságra készült, alacsonyabb anyagköltséggel.

Incoloy 800(és magasabb széntartalmú változatai, a 800H és 800HT) egy szilárd-oldat-erősített nikkel-vas-krómötvözet, amelyet kifejezetten a magas-hőmérsékletű, szén{8}} és kénes- légkörben történő tartós használatra fejlesztettek ki. Nikkeltartalma - nagyjából kétszerese a 310S - nikkeltartalmának az egyetlen tervezési jellemző, amely meghatározza, hogyan viselkedik a krakkoló kemencében.

310S a 25-20-as ausztenites rozsdamentes acélcsalád (310-es típus) alacsony-széndioxid-kibocsátású változata. Magas krómtartalomra támaszkodik, hogy stabil, védő króm-oxid-réteget képezzen, és széles körben használják a feldolgozóiparban mindenhol, ahol magas hőmérsékleten oxidációval szembeni ellenállásra van szükség nikkelötvözet költsége nélkül.

Mi a legfontosabb összetételbeli különbség a két ötvözet között?

A nikkeltartalom a döntő különbség: körülbelül 30–35% az Incoloy 800-ban, szemben a 19–22%-kal a 310S-ben -, és ez a különbség az, ami a jelen cikkben tárgyalt minden teljesítmény- és költségkülönbséget okoz.

táblázat: 1 - Névleges összetételi tartományok az ASTM B408 / ASTM A240 szerint.

Két tulajdonsága kiemelkedik. Először is, az Incoloy 800 magasabb nikkeltartalma csökkenti a szén oldhatóságát és diffúziós sebességét a fémmátrixban, ami a fő oka annak, hogy jobban ellenáll a karburációnak, mint a 310S (lásd alább). Másodszor, a 800-as alumínium- és titán-adalékai finom intermetallikus csapadékot képeznek, amelyek támogatják a megemelt -hőmérséklet-szilárdságot -, amivel a 310S nem rendelkezik.

Melyik ötvözet ellenáll a magasabb kemencehőmérsékletnek?

A 310S névleges mennyezete valamivel magasabb a tiszta oxidációval szembeni ellenállás érdekében (nagyjából 1150 fokig, szemben az Incoloy 800 durván 1100 fokkal), de az Incoloy 800 jobban megőrzi mechanikai szilárdságát és szerkezeti stabilitását abban a hőmérsékleti tartományban, amelyben a krakkoló kemence ténylegesen működik.

Az oxidációállóság és a szerkezeti teljesítmény két különböző tulajdonság, és ez az, ahol a két ötvözetet leggyakrabban összekeverik. 310Az S magas krómtartalma kiváló vízkőstabilitást biztosít tiszta, oxidáló atmoszférában, ezért gyakori a kemencék bélésében, a kemence vasalatában és a hőkezelő kosarakban. A krakkoló kemence azonban nem tiszta oxidáló atmoszféra -, hanem a magas hőmérsékletet kombinálja egy redukáló, szénben-dús határréteggel a fém felületén, valamint a cső saját súlyából és a hőciklusból származó tartós mechanikai terheléssel. Ilyen kombinált körülmények között az Incoloy 800 -, különösen a 800H és 800HT fokozatok - megőrzi a nagyobb kúszási szilárdságot és a méretstabilitást, ezért ez az alapértelmezett választás a teherhordó kemence belső részeihez a 310S helyett.

Melyik ötvözet ellenáll jobban a karburálásnak?

Az Incoloy 800 lényegesen jobban ellenáll a karburálásnak, mint a 310S, mivel magasabb nikkeltartalma csökkenti a szén oldhatóságát és befelé irányuló diffúziós sebességét a kemence hőmérsékletén -, és a karburálás, nem pedig az egyszerű oxidáció, a domináns meghibásodási mód a krakkoló kemence hardverében.

Karburizáció akkor következik be, amikor a repedt szénhidrogénekből vagy a megtapadt kokszból származó szén a fémfelületbe diffundál, és rideg karbidokat képez a szemcsehatárok mentén. A karburált réteg elveszti rugalmasságát, és hajlamossá válik a repedésre a normál kemenceciklusok hő- és mechanikai igénybevétele során. Mivel a nikkelnek alacsony a szénoldékonysága, a nikkelben gazdag ötvözetek sokkal jobban ellenállnak ennek a támadásnak, mint a vas-króm. 310S, amelyek csak 19–22% nikkelt tartalmaznak, és lényegesen érzékenyebbek a karburációs ridegségre, mint az Incoloy 800 ugyanabban a kokszolt{7}}szolgáltatásban.

Az etilén kemence kimeneti átviteli vezetékének dokumentált meghibásodási elemzése jól mutatja: az Incoloy 800H cső - már egyike a legszélesebbé váló-ötvözeteknek, - öt évnyi üzemelés után teljes falvastagságában megrepedt, miután a kokszlerakódások megemelték a fal hőmérsékletét, és a belső felületet szénben dús atmoszférának tette ki{4}. Az eset két dolgot szemléltet egyszerre: a karburálás az a mechanizmus, amelyet a kemencemérnököknek mindenekelőtt meg kell tervezniük, és még az Incoloy 800H sem karburálás-biztos, ha a kokszolás és a hőmérséklet-szabályozás nem kezelhető -, ami miatt a sokkal érzékenyebb szén--310S rossz választás minden olyan kemencezónához, ahol tartós kokszolással érintkezik.

Melyik ötvözetnek jobb a hosszú távú-kúszási és-teherhordási szilárdsága?

Az Incoloy 800 -, különösen a 800H és 800HT fokozatok - lényegesen nagyobb kúszási-szakadási szilárdságot biztosítanak a teherhordó alkatrészeknél; A 310S csak enyhén terhelt, nem{7}}kritikus kemencehardverekhez megfelelő.

A kemencecsövek tartói, függesztői és átadó{0}}vezeték-cserélő csövek tartós mechanikai terhelést viselnek magas hőmérsékleten évekig az átfutások között, így a kúszásállóság (a lassú, maradandó alakváltozás, amely terhelés hatására magas hőmérsékleten lép fel) ugyanolyan fontos, mint a korrózióállóság. Az Incoloy 800H és 800HT szabályozott széntartalmat és durvább szemcseméretet használ kifejezetten a kúszási-szakadási élettartam. 310S növelésére, és bár használható enyhén terhelt konzolokhoz, terelőlemezekhez és nem-nyomásos belső alkatrészekhez, nem az előnyben részesített specifikáció egyetlen olyan alkatrész esetében sem, amelynek szerkezeti terhelést több éven át kell tartania.

Melyik ötvözet beszerzése olcsóbb?

A 310S kevesebbe kerül kilogrammonként, mint az Incoloy 800, mivel a nikkel mindkettőben a legdrágább ötvözőelem, a 310S pedig nagyjából 30–40%-kal kevesebbet tartalmaz belőle.

Az alapfém ára mindkét ötvözet esetében a londoni fémtőzsdei nikkelárral mozog, de a hatás arányos a nikkeltartalommal. Mivel az Incoloy 800 nagyjából 30–35% nikkelt tartalmaz, szemben a 310S durván 19–22%-ával, a malom kilogrammonkénti ára folyamatosan magasabb, és ez a különbség a nikkel árának emelkedésével nő. Költségvetésű-projektek vagy a kemence legsúlyosabb zónáin kívül eső alkatrészek esetében ez a vásárlási-árkülönbség jogos indok a 310S megadására.

Melyik ötvözet biztosítja az alacsonyabb teljes fenntartási költséget?

Nincs univerzális nyertes: az Incoloy 800 általában nyer a teljes birtoklási költségen a magas-karbonizációs, teherviselő-zónákban, mert elkerüli az idő előtti meghibásodást és a nem tervezett leállást; A 310S általában nyer a teljes birtoklási költségen az alacsonyabb-súlyú zónákban, ahol az alacsonyabb vételárat semmilyen anyagi haszon nem ellensúlyozza.

A beszerzési ár csak egy sor a költségegyenletben. Egy etilén krakkoló gyártási értéke több millió dollárt tesz ki naponta, így egy repedt csőakasztó vagy egy elpárologtatott cső{1}}vezeték okozta nem tervezett kiesés sokkal többe kerülhet, mint az adott alkatrész teljes anyagköltsége - a többszöröse, ha a termelés kiesése, a sürgősségi javítási munka és a gyorsított cserealkatrészek is beleszámítanak.

Azokban a zónákban, ahol tartós kokszérintkezés van, nagy mechanikai terhelés vagy korlátozott az átfutási idő az ellenőrzéshez, az Incoloy 800 magasabb vételára általában többszörösen megtérül a hosszabb élettartam és az állásidő elkerülése során. Alacsonyabb-hőmérsékletű, alacsony-terhelésű zónákban, ahol könnyű hozzáférést biztosítanak a rutin ellenőrzéshez és cseréhez, ugyanez a prémium kevés gyakorlati hasznot hoz, és a 310S a racionálisabb specifikáció.

Hol kell az egyes ötvözeteket használni egy etilén krakkoló kemencében?

Tartsa az Incoloy 800/800H-t a karburizálódásra-hajlamos, teher-hordó alkatrészek - sugárzó-szelvénycsövek támaszaihoz és akasztóihoz, valamint átviteli-vezetékes hőcserélő csövekhez és csőlapokhoz -, és használja a 310S-t az alacsonyabb{{9}keménység{10}keménység{10}keménység{10}{9}{101}{100}{101} nem{11}}nyomásos belső elemek.

Érdemes pontosnak lenni abban is, hogy mire nem használják egyik ötvözetet sem: maga a sugárzó tekercs - az elsődleges repesztőcső, amely közvetlenül a tűztér 1000 fok feletti hőmérsékletének van kitéve -, általában centrifugálisan öntött HK-40, HP vagy módosított HP ötvözet, nem Incoloy 800 vagy 310S. Az Incoloy 800 és 310S a kemence támogató hardveréért és hővisszanyerő berendezéséért versenyez, nem a sugárzó tekercsért.

2 - táblázat Indikatív ötvözetválasztás kemencezóna szerint. Mindig ellenőrizze a kemence engedélyezőjének mechanikai tervezési alapjait, valamint az üzem tényleges fém-hőmérsékletét és kokszolási profilját.

Hogyan válasszon Incoloy 800 és 310S között projektjéhez?

A döntést négy kérdésre alapozza - a fém csúcshőmérséklete, a szén/koksznak való kitettség, a mechanikai terhelés és az átfutási idő -, ne csak a vételárra.

• Fém csúcshőmérséklet: az alkatrész rendszeresen meghaladja-e a nagyjából 815 fokot, ahol a kúszás és a karburálás egyaránt felgyorsul?
• Szénexpozíció: a felület tartósan érintkezik-e repedt szénhidrogénekkel vagy kokszlerakódásokkal, vagy el van szigetelve a technológiai gáztól?
• Mechanikai feladat: visel-e az alkatrész szerkezeti vagy nyomású-határterhelést, vagy enyhén terhelt konzol, terelőlap vagy pajzs?
• Átfutási idő és hozzáférés: mennyi ideig kell kitartania az alkatrésznek az ellenőrzések között, és mennyire zavaró a nem tervezett csere?

Ha az első három kérdésre adott válasz a szigorú szervizelés felé hajlik, akkor az Incoloy 800 (vagy a legigényesebb, teherbíró helyekhez 800H/800HT) a magasabb vételár ellenére műszakilag és gazdaságilag is megfelelő választás. Ha az alkatrész hűvösebb, alacsonyabb terhelésű, könnyen ellenőrizhető zónában található, a 310S megfelelő teljesítményt nyújt lényegesen alacsonyabb költségek mellett.

Összegzés

Gyakran Ismételt Kérdések

Az Incoloy 800 ugyanaz, mint a 310 rozsdamentes acél?

Az Incoloy 800 egy nikkel-vas-krómötvözet nagyjából 30–35% nikkellel, míg a 310S egy vas-króm-nikkel rozsdamentes acél, körülbelül 19–22% nikkellel. Alkalmazásukban rokonok, de különböző ötvözetcsaládokhoz tartoznak, eltérő irányító tulajdonságokkal.

Az Incoloy 800 és 310S egymáshoz hegeszthető?

Igen, az Incoloy 800 és 310S közötti eltérő -fémhegesztések gyakoriak a kemencegyártásban, és jellemzően nikkel-alapú töltőanyaggal készülnek, hogy alkalmazkodjanak a két ötvözet közötti hőtágulási és összetételbeli különbséghez.

Milyen ötvözetet használnak magához a sugárzó tekercshez (repedőcsőhöz)?

Sem Incoloy 800, sem 310S. A sugárzó tekercsek általában centrifugálisan öntött HK-40, HP vagy módosított HP ötvözeteket használnak, amelyeket a tűztér szélsőséges kúszási és hőmérsékleti igényeihez terveztek. Az Incoloy 800 és 310S hardver támogatására van megadva, nem maga a tekercs.

Egyáltalán a 310S ellenáll a karburálásnak?

A 310S krómtartalmából adódóan némi karburációs ellenállást biztosít, de lényegesen kisebb, mint az Incoloy 800, mivel a karburálási ellenállás elsősorban nikkeltartalommal skálázódik, a 310S pedig nagyjából fele annyi nikkelt tartalmaz, mint az Incoloy 800.

Mindig az Incoloy 800 a jobb választás a költségektől függetlenül?

Nem. Alacsonyabb-hőmérsékletű, alacsony terhelésű, könnyen ellenőrizhető kemencezónákban a 310S megfelelő teljesítményt biztosít alacsonyabb vételár mellett, és az Incoloy 800 megadása költségnövekedést jelent a megfelelő szolgáltatási-élettartam nélkül.