1. Hỏi: Điểm khác biệt chính giữa Incoloy 800, 800H và 800HT về thành phần hóa học, xử lý nhiệt và độ bền nhiệt độ-cao là gì?
A:Incoloy 800 (UNS N08800), 800H (N08810) và 800HT (N08811) đều là hợp kim crom sắt-niken-với hàm lượng danh nghĩa là 30–35% Ni, 19–23% Cr và 39–42% Fe. Tuy nhiên, chúng khác nhau đáng kể ởhàm lượng carbon, hàm lượng nhôm + titan và xử lý nhiệt, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất cơ học ở nhiệt độ-cao.
Incoloy 800 (UNS N08800):
Cacbon: Tối đa 0,10% (thường là 0,05–0,07%)
Al + Ti: 0,3–1,2% (kết hợp)
Xử lý nhiệt: Dung dịch được ủ ở 980–1038 độ (1800–1900 độ F), sau đó được làm nguội bằng nước hoặc làm nguội nhanh
Kích thước hạt: ASTM 5 hoặc mịn hơn (thường là 20–50 μm)
Đặc điểm chính: Độ dẻo và khả năng chế tạo cao nhất nhưng độ bền rão thấp nhất. Chủ yếu được sử dụng cho các ứng dụng dưới 600 độ (1110 độ F) trong đó hiện tượng rão không phải là vấn đề đáng lo ngại.
Incoloy 800H (UNS N08810):
Cacbon: 0,05–0,10% (được kiểm soát ở phạm vi trên)
Al + Ti: 0.3–1.2%
Xử lý nhiệt: Dung dịch được ủ ở nhiệt độ 1121–1177 độ (2050–2150 độ F) - cao hơn đáng kể so với 800 - sau đó làm nguội nhanh
Kích thước hạt: ASTM 5 hoặc thô hơn (đường kính hạt trung bình tối thiểu 90 μm theo Mã ASME)
Đặc điểm chính: Kích thước hạt thô và hàm lượng carbon cao hơn giúp cải thiện độ bền đứt của rão trên 650 độ (1200 độ F). Các hạt thô làm giảm sự trượt ranh giới hạt ở nhiệt độ cao.
Incoloy 800HT (UNS N08811):
Cacbon: 0.06–0.10%
Al + Ti: 0,85–1,2% (được kiểm soát ở phạm vi trên, với mức kết hợp tối thiểu là 0,85%)
Xử lý nhiệt: Tương tự 800H: 1121–1177 độ (2050–2150 độ F), làm lạnh nhanh
Kích thước hạt: ASTM 5 hoặc thô hơn (tối thiểu 90 μm)
Đặc điểm chính: Hàm lượng Al + Ti cao hơn (tối thiểu 0,85%) thúc đẩy sự hình thành các kết tủa ' (Ni₃(Al,Ti)) mịn, kết dính trong quá trình sử dụng, giúp tăng cường lượng mưa. 800HT mang lại độ bền rão cao nhất trong số ba loại, với độ bền đứt 100.000 giờ cao hơn khoảng 20–30% so với 800H ở 750 độ .
Ý nghĩa thực tế của việc lựa chọn đường ống:
800 ống: Sử dụng cho các dịch vụ có nhiệt độ-thấp ( Nhỏ hơn hoặc bằng 600 độ ) hoặc các dịch vụ không-leo-hạn chế như đường nước cấp của máy tạo hơi nước, đường ống chuyển chất ăn da.
ống 800H: Lựa chọn tiêu chuẩn cho các ống lò hóa dầu, ống góp đầu ra của bộ cải cách và cuộn dây nứt ethylene hoạt động ở nhiệt độ 650–800 độ.
ống 800HT: Được ưu tiên cho các ứng dụng-áp suất cao, nhiệt độ-cao chẳng hạn như ống quá nhiệt, bím tóc cải cách amoniac và đường ống thoát khí cải cách hydro nơi yêu cầu tuổi thọ rão tối đa.
2. Hỏi: Tại sao ống Incoloy 800H/800HT được ưu tiên hơn thép không gỉ 310H cho các ứng dụng cải tạo hơi metan (SMR) và lò nứt ethylene?
A:Ống Incoloy 800H và 800HT là tiêu chuẩn công nghiệp choMáy cải tạo khí metan (SMR)trong các nhà máy hydro và amoniac, cũng nhưlò nhiệt phân ethylenetrong bánh quy giòn hóa dầu. Một số đặc tính cơ bản chứng minh sự ưa thích của họ đối với thép không gỉ 310H (UNS S31009, 25% Cr, 20% Ni):
a) Độ bền rão vượt trội ở 700–950 độ (1290–1740 độ F):
Ở 870 độ (1600 độ F), cường độ đứt gãy từ biến trong 100.000 giờ của 800HT là khoảng 20–25 MPa, so với 12–15 MPa đối với 310H. Điều này có nghĩa là thành ống dày hơn 40–60% để 310H đạt được tuổi thọ thiết kế tương tự (thường là 100.000 giờ đối với bộ cải cách).
b) Khả năng chống giòn pha sigma:
310H chứa 25% Cr và không làm giàu niken; nó tạo thành pha sigma giòn (FeCr intermetallic) sau khi-tiếp xúc lâu dài ở nhiệt độ 550–750 độ , làm giảm độ dẻo và độ bền va đập xuống gần bằng không. Incoloy 800H/HT, với hàm lượng niken cao hơn (30–35%), ngăn chặn hoàn toàn sự hình thành pha sigma. Điều này rất quan trọng đối với các ống Reformer trải qua chu trình nhiệt trong quá trình khởi động và ngừng hoạt động của nhà máy.
c) Độ giãn nở nhiệt thấp hơn:
Incoloy 800H/HT có hệ số giãn nở nhiệt (CTE) xấp xỉ 14,4 × 10⁻⁶/độ (20–800 độ), so với 17,5 × 10⁻⁶/độ đối với 310H. CTE thấp hơn làm giảm ứng suất nhiệt trong các ống có thành dày-và giảm thiểu sự biến dạng của cuộn dây lò.
d) Khả năng chống bám bụi kim loại (cacbon hóa thảm họa):
Trong môi trường khí tổng hợp (CO + H₂) ở nhiệt độ 450–750 độ, 310H chịu bụi kim loại - sự phân hủy kim loại thành các hạt giàu cacbon- mịn. Hàm lượng niken cao hơn của Incoloy 800H/HT (30–35%) tạo thành lớp bề mặt giàu niken{10}}có tính bảo vệ cao hơn, chống lại sự xâm nhập của cacbon. Đối với các điều kiện bụi kim loại khắc nghiệt, 800HT với Al + Ti được kiểm soát mang lại khả năng chống chịu tốt hơn nữa.
e) Khả năng hàn và sửa chữa:
Ống 310H dễ bị nứt nóng trong quá trình hàn và-xử lý nhiệt sau mối hàn do chế độ hóa rắn hoàn toàn bằng ferrit-austenit. Incoloy 800H/HT hàn đáng tin cậy với các kim loại phụ phù hợp (ERNiCr-3) và có thể được sửa chữa tại chỗ trong thời gian nhà máy ngừng hoạt động - một lợi thế quan trọng cho việc thay thế ống Reformer.
So sánh kinh tế:
| Tài sản | Incoloy 800H/HT | Thép không gỉ 310H |
|---|---|---|
| Chỉ số chi phí vật liệu | 1.6× | 1,0× (đường cơ sở) |
| Độ dày thành yêu cầu trong 100.000 giờ ở 900 độ | 8–10 mm | 14–16 mm |
| Tuổi thọ leo ở mức căng thẳng bằng nhau (20 MPa, 870 độ) | 100,000+ giờ | ~25.000 giờ |
| Rủi ro giai đoạn Sigma sau 10 năm | Không có | High (>50.000 giờ) |
Do đó, mặc dù 310H có chi phí vật liệu ban đầu thấp hơn nhưng yêu cầu thành dày hơn, tuổi thọ thiết kế ngắn hơn và nguy cơ giòn khiến Incoloy 800H/HT trở thànhsự lựa chọn vượt trội về mặt kỹ thuật và hợp lý về mặt kinh tếdành cho đường ống lò nung có nhiệt độ-cao tới mức quan trọng.
3. Hỏi: Ống Incoloy 800H/800HT cần có những phương pháp chế tạo và hàn nào để duy trì- đặc tính rão ở nhiệt độ cao?
A:Việc chế tạo và hàn ống Incoloy 800H/HT đúng cách là điều cần thiết để bảo toàn cấu trúc hạt thô và khả năng tăng cường-kết tủa mang lại-khả năng chống rão ở nhiệt độ cao. Thực hành không đúng có thể làm giảm tuổi thọ của dây leo từ 50–80%.
Quá trình hàn và kim loại phụ:
Quy trình ưu tiên: GTAW (TIG) cho thẻ gốc, GTAW hoặc GMAW (MIG) cho phần điền và giới hạn. SMAW (dính) có thể được chấp nhận khi hàn tại hiện trường nhưng yêu cầu kiểm soát chặt chẽ hơn.
Kim loại phụ: ERNiCr-3 (Inconel 82) hoặc ERNiCrFe-6. Không sử dụng chất độn 800H phù hợp - nó thiếu niobi cần thiết để ngăn ngừa nứt nóng. ERNiCr-3 chứa 2–3% Nb, có tác dụng liên kết các tạp chất lưu huỳnh và phốt pho.
-làm sạch trước: Loại bỏ tất cả các hợp chất đánh dấu có chứa dầu, mỡ, sơn và lưu huỳnh. Sử dụng axeton hoặc cồn để làm sạch, sau đó chải bằng dây thép không gỉ.
Kiểm soát hàn quan trọng:
Giới hạn đầu vào nhiệt: Duy trì nhiệt độ giữa các đường ống dưới 150 độ (300 độ F). Lượng nhiệt đầu vào tối đa: 25–35 kJ/in đối với độ dày thành 6–15 mm. Nhiệt độ quá cao sẽ hòa tan các ranh giới hạt thô, tạo ra vùng ảnh hưởng-nhiệt hạt mịn-(HAZ) có độ bền rão thấp hơn đáng kể.
Không có-xử lý nhiệt sau mối hàn (PWHT): Không giống như nhiều loại thép hợp kim, ống 800H/HT nênkhôngnhận PWHT. Xử lý nhiệt trên 1000 độ sẽ kết tinh lại cấu trúc hạt thô (tối thiểu 90 μm) thành hạt mịn (20–30 μm), phá hủy khả năng chống rão. Điều kiện hàn như-với chất độn ERNiCr-3 có thể chấp nhận được khi sử dụng ở nhiệt độ lên tới 950 độ.
Quay lại-thanh lọc: Đối với các thẻ gốc, hãy-làm sạch lại bằng argon (tối thiểu 99,995%) để ngăn chặn quá trình oxy hóa bên trong. Quá trình oxy hóa ở gốc mối hàn tạo ra các vùng nghèo crom-bị nứt khi chịu tải trọng từ biến.
Uốn và tạo hình:
Uốn nóng: Làm nóng đồng đều đến 1050–1150 độ (1920–2100 độ F). Không vượt quá 1170 độ (2140 độ F) để tránh làm tan chảy cacbua ranh giới hạt. Uốn cong, sau đó làm nguội nhanh (phun nước hoặc thổi khí cưỡng bức).Đừnglàm nguội chậm - điều này làm kết tủa các cacbua ranh giới hạt một cách không kiểm soát được.
Uốn lạnh: Đối với đường kính lên tới 200 mm và tỷ lệ độ dày (D/t) > 20, có thể uốn nguội với giới hạn độ giãn dài 15–20%. Tuy nhiên, uốn nguội gây ra ứng suất dư và làm giảm tuổi thọ của dây leo từ 10–20%. Giảm căng thẳng ở 870 độ (1600 độ F) trong 1 giờ sẽ khôi phục phần lớn khả năng chống leo.
Yêu cầu kiểm tra:
Kiểm tra chụp ảnh phóng xạ (RT) : 100% of girth welds in reformer service - reject any porosity >1,5 mm hoặc chỉ dẫn tuyến tính.
Thử nghiệm thẩm thấu chất lỏng (PT): Tất cả các mối hàn đã hoàn thiện, kể cả các khu vực đã được sửa chữa.
Kiểm tra độ cứng: Weld metal hardness should be within 10 HRC of base metal. Excessive hardness (>95 HRB) cho biết đầu vào nhiệt hoặc lựa chọn chất độn không đúng.
Những lỗi chế tạo thường gặp cần tránh:
Mài với bánh xe bị ô nhiễm: Không bao giờ sử dụng bánh xe trước đây được sử dụng trên thép cacbon - có các hạt sắt nhúng vào gây nứt nóng.
Quá-lão hóa trong quá trình uốn nóng: Holding at 1050–1150°C for >Sau 30 phút, các kết tủa sẽ trở nên thô hơn và giảm độ bền.
Sử dụng vòng đệm bằng thép carbon: Những chất này gây ô nhiễm lưu huỳnh và cacbon. Sử dụng lớp nền bằng hợp kim gốm hoặc niken.
Việc tuân thủ các biện pháp thực hành này đảm bảo rằng ống Incoloy 800H/HT hàn đạt được Lớn hơn hoặc bằng 90% tuổi thọ đứt gãy của kim loại cơ bản - cần thiết cho tuổi thọ thiết kế 100.000 giờ trong lò hóa dầu.
4. Hỏi: Những điểm cần cân nhắc trong thiết kế đối với ống Incoloy 800H/HT ở dịch vụ hydro áp suất-nhiệt độ cao- cao (ví dụ: nhà máy cải tạo hydro, nhà máy amoniac)?
A:Ống Incoloy 800H/HT được sử dụng rộng rãi trongdịch vụ hydro ở 700–950 độ và áp suất lên tới 35 bar (500 psi), đặc biệt là trong các nhà máy cải tạo khí metan (SMR) và nhà máy amoniac. Một số cân nhắc thiết kế độc đáo được áp dụng:
a) Tương tác gây mệt mỏi-:
Bộ cải cách trải qua các chu kỳ nhiệt hàng ngày (khởi động/tắt máy) cộng với sự thay đổi trạng thái-ổn định-lâu dài. Sự kết hợp làm giảm tuổi thọ nhiều hơn chỉ riêng một trong hai cơ chế. Mã thiết kế (ASME Phần VIII Phân khu 2, EN 13445) yêu cầuphân tích tương tác mệt mỏi-sử dụng quy tắc tổng thiệt hại tuyến tính:
∑(n/Nd)+∑(t/Tr) Nhỏ hơn hoặc bằng 1∑(n/Nd)+∑(t/Tr) Nhỏ hơn hoặc bằng 1
Trong đó n=số chu kỳ, N_d=chu kỳ cho phép chỉ riêng đối với hiện tượng mỏi, t=thời gian ở nhiệt độ, T_r=tuổi thọ đứt gãy của rão ở ứng suất/nhiệt độ đó.
Đối với dịch vụ SMR điển hình (10.000 chu kỳ, 80.000 giờ ở 870 độ), tổng thiệt hại do mỏi-từ từ phải là<0.8 to provide safety margin.
b) Độ giòn hydro ở nhiệt độ cao:
Trái ngược với suy nghĩ thông thường, tính giòn do hydro trong hợp kim sắt-niken lànghiêm trọng nhất ở 300–500 độ(572–932 độ F), không phải ở nhiệt độ vận hành của máy cải cách (800–900 độ). Ở 800 độ, hydro khuếch tán nhanh và không tích tụ ở ranh giới hạt. Tuy nhiên, trong thời giankhởi động và tắt máy(đi qua 400–500 độ), hydro được hấp thụ ở nhiệt độ cao có thể gây ra sự phân hủy.
Giảm nhẹ: Làm sạch lò bằng khí trơ (nitơ hoặc hơi nước) trong thời gian nguội dưới 500 độ để loại bỏ hydro. Thiết kế cho thời gian giữ tối thiểu trong phạm vi 400–500 độ.
c) Cacbon hóa và luyện cốc:
Trong hỗn hợp hơi nước-hydrocacbon, hoạt tính cacbon (aC) có thể vượt quá 1,0, dẫn đến quá trình cacbon hóa. Quá trình cacbon hóa làm tăng độ bền nhưng làm giảm độ dẻo và có thể gây ra "bụi kim loại" ở các vùng cục bộ.
Giới hạn thiết kế cho mỗi API 530: Đối với 800H/HT trong dịch vụ hydrocarbon, giới hạn nhiệt độ kim loại ở mức Nhỏ hơn hoặc bằng 900 độ (1650 độ F) và hoạt độ cacbon ở aC < 0,8. Nếu không thể tránh khỏi aC > 0,8, hãy chỉ định 800HT (Al+Ti cao hơn) và giới hạn ở 850 độ.
Phòng chống luyện cốc: Thiết kế dòng chảy rối (số Reynold > 10.000) để quét sạch tiền chất cacbon. Lỗ khoan nhẵn (Ra < 0,8 μm) làm giảm độ bám dính của than cốc.
d) Oxy hóa, nứt vỡ:
Thang đo Cr₂O₃ bảo vệ trên 800H/HT bị hỏng trong quá trình luân nhiệt, tiêu thụ crom từ kim loại cơ bản. Sau 50.000 giờ ở 870 độ, sự suy giảm crom có thể làm giảm Cr hiệu quả từ 20% xuống 12% ở bề mặt bên trong, đẩy nhanh quá trình oxy hóa hơn nữa.
Trợ cấp thiết kế: API 530 chỉ định mức cho phép ăn mòn là 1,5–2,5 mm cho tuổi thọ ống cải cách 100.000 giờ. Khoản trợ cấp này tính đến tổn thất kim loại do quá trình oxy hóa và cacbon hóa.
e) Vị trí và hướng mối hàn:
Các mối hàn chu vi trong dịch vụ hydro phải được đặt ở vị tríngoài vùng nhiệt độ cao nhất (typically >50 mm tính từ ngọn lửa của đầu đốt Reformer). Các mối hàn ở phần bức xạ (800–950 độ ) hỏng nhanh hơn 3–5× so với kim loại cơ bản do HAZ{6}}hạt mịn.
Thiết kế ưa thích: Sử dụng ống liền mạch cho tất cả các phần bức xạ; xác định vị trí mối hàn ở phần đối lưu (nhiệt độ < 650 độ).
Tóm tắt mã thiết kế cho đường ống cải cách hydro:
| Mã số | Cơ sở ứng suất cho phép | Cuộc sống thiết kế | Trợ cấp ăn mòn |
|---|---|---|---|
| ASME B31.3 (đường ống lọc dầu) | Cường độ đứt gãy 100.000 giờ / 1,5 | 20 năm điển hình | 1,5 mm |
| API 530 (ống cải cách) | Phương pháp tốc độ leo tối thiểu (0,01%/1000 giờ) | 100.000 giờ | 2,0–2,5 mm |
| EN 13445-3 Phụ lục B | Mô hình thiệt hại leo đẳng hướng | Người dùng-xác định | 1,5–3,0 mm |
Các kỹ sư chỉ định ống 800H/HT cho dịch vụ hydro phải xem xét độ mỏi-từ biến, quá trình cacbon hóa, lượng oxy hóa cho phép và vị trí hàn để đạt được tuổi thọ thiết kế 100.000 giờ an toàn, tiết kiệm.
5. Hỏi: Hạn chế ăn mòn của ống Incoloy 800H/HT là gì và khi nào nên chọn vật liệu thay thế (ví dụ: Inconel 625, Hợp kim 601)?
A:Mặc dù Incoloy 800H/HT mang lại hiệu suất tuyệt vời trong nhiều môi trường có nhiệt độ-cao nhưng nó có-các hạn chế ăn mòn được xác định rõ ràng. Việc nhận ra những ranh giới này sẽ ngăn ngừa được sự thất bại sớm.
a) Sunfua hóa (tấn công lưu huỳnh) ở nhiệt độ cao:
giới hạn: At >700°C (1290°F) in atmospheres containing >100 ppm H₂S hoặc SO₂, Incoloy 800H/HT tạo thành các eutectic niken sunfua điểm-nóng chảy-điểm niken-(Ni-Ni₃S₂, nóng chảy ở 645 độ ). Cái này








