CN107236925A - 一种提高乙烯裂解炉管抗渗碳腐蚀的固体粉末铝硅共渗工艺 - Google Patents

一种提高乙烯裂解炉管抗渗碳腐蚀的固体粉末铝硅共渗工艺 Download PDF

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胡静
唐磊
张民之
谢飞
魏伟
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Abstract

本发明涉及一种提高乙烯裂解炉管抗渗碳腐蚀的固体粉末铝硅共渗工艺，包括以下步骤：将原始态乙烯裂解炉管用渗剂包埋于渗箱中，置于箱式加热炉中进行固体粉末法铝硅共渗处理；将经过粉末渗处理后的炉管进行渗后处理。本发明的有益效果是：铝硅共渗处理后乙烯裂解炉管表层形成了与基体结合良好、由NiAl和FeAl金属间化合物构成的表面渗层；表面渗层具有良好抗渗碳性能，能够保护基体材料免遭渗碳腐蚀；铝硅共渗表面改性可明显提高乙烯裂解炉管的抗渗碳腐蚀能力，从而显著提高其服役寿命。

Description

一种提高乙烯裂解炉管抗渗碳腐蚀的固体粉末铝硅共渗工艺
技术领域
本发明涉及一种提高乙烯裂解炉管抗渗碳腐蚀的固体粉末铝硅共渗工艺。
背景技术
乙烯裂解炉管是石油化工工业中乙烯生产装置的核心部件，一般是由奥氏体耐热钢制成。但是由于其在高温含碳环境下工作，在服役过程中炉管内壁会出现渗碳腐蚀，导致炉管变形甚至断裂，降低使用寿命，影响生产效率，增加生产成本。通过采用表面改性技术使合金表面形成保护层，阻止碳与基体接触，从而保护基体，提高其抗渗碳性能，可大幅度延长其使用寿命。
乙烯裂解炉管的防渗碳腐蚀是提高其使用寿命的有效措施，目前也有防渗碳腐蚀方面的技术公开，但是效果不明显。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：基于上述乙烯裂解炉管由于渗碳腐蚀降低使用寿命的问题。
本发明通过固体粉末法铝硅共渗处理在不改变材料基体的性能同时，使炉管表面形成稳定的、致密的、连续的金属间化合物保护膜，碳在该保护膜中溶解度很低，从而有效阻止碳的渗入，防止炉管出现渗碳腐蚀。本发明通过对乙烯裂解炉管进行铝硅共渗处理可有效提高炉管的抗渗碳性能，延长其使用寿命。
本发明提供一种提高乙烯裂解炉管抗渗碳腐蚀的固体粉末铝硅共渗工艺，通过固体粉末法铝硅共渗处理在炉管表面形成稳定致密的保护膜，从而有效阻止碳的渗入，防止炉管出现渗碳腐蚀。
本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是：一种提高乙烯裂解炉管抗渗碳腐蚀的固体粉末铝硅共渗工艺，包括以下步骤：
(1)将一定比例的铝粉、硅粉、Al2O3粉末、NH4Cl和AlCl3复合活化剂均匀混合后组成渗剂，用所述渗剂将原始态乙烯裂解炉管包埋于渗箱中，以耐火泥密封渗箱并干燥；
(2)将渗箱放进箱式加热炉中，当炉温达到900～1100℃后保温8～10h，然后随炉冷却至室温；
(3)将粉末渗后的炉管表面进行渗后处理，用毛刷刷净。
步骤(1)中，所述的渗剂中，所述铝粉为供铝剂，纯度为99.99％；所述硅粉为供硅剂，纯度为99.99％；所述NH4Cl和AlCl3复合活化剂，纯度为化学纯；所述Al2O3粉末为填充剂。
步骤(1)中，所述渗剂中各物质的质量百分比为：铝粉5％～20％、硅粉5％～20％、NH4Cl和AlCl3复合活化剂2.5％～5％、Al2O3粉末55％～87.5％。
所述NH4Cl和AlCl3复合活化剂中，NH4Cl和AlCl3的质量比为4：1。
步骤(1)中，所述的原始态乙烯裂解炉管的材料为耐热钢中的一种，优选HP-40耐热钢。
步骤(3)中，所述的渗后处理是将其表面的粘结物和残余氯化物清除掉，以防止在潮湿的空气中由氯离子引起腐蚀，处理后进行渗层组织分析以及抗渗碳腐蚀测试。
本发明的有益效果是：
(1)通过固体粉末法铝硅共渗处理对乙烯裂解炉管进行表面改性，在其表面形成了与基体结合良好的铝硅共渗层，该共渗层主要由NiAl、FeAl等金属间化合物相组成，碳在这些物质中溶解度很低，可从根本上阻止碳的渗入，从而防止渗碳腐蚀；
(2)通过表面处理技术，可以在不改变炉管基体的性能同时，提高炉管表面的抗渗碳性能；
(3)与单一渗铝相比，通过铝硅共渗处理在炉管表面形成共渗层，不仅能提高炉管的抗渗碳性能，还能提高渗层在高温下的稳定性；
(4)采用NH4Cl和AlCl3复合活化剂，提高固体粉末法铝硅共渗效率。
附图说明
下面结合说明书附图以及具体实施例对本发明进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
图1是实施例1得到的铝硅共渗层的显微组织图；
图2是实施例2得到的铝硅共渗层的显微组织图；
图3是实施例3得到的铝硅共渗层的显微组织图；
图4是原始态炉管渗碳腐蚀后的截面显微组织图；
图5是实施例1得到的铝硅共渗样渗碳腐蚀后的显微组织图；
图6是实施例2得到的铝硅共渗样渗碳腐蚀后的显微组织图；
图7是实施例3得到的铝硅共渗样渗碳腐蚀后的显微组织图；
具体实施方式
现在结合具体实施例对本发明作进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
实施例1
(1)将5％铝粉、5％硅粉、87.5％Al2O3粉末、2.5％NH4Cl+AlCl3复合活化剂均匀混合后，用渗剂将乙烯裂解炉管包埋于渗箱中，以耐火泥密封渗箱并干燥；
(2)将渗箱放进箱式加热炉中，在900℃保温10h，随炉冷却至室温；
(3)将粉末渗后的炉管表面用毛刷进行渗后处理，将其表面的粘结物和残余氯化物清除掉，以防止在潮湿的空气中由氯离子引起腐蚀，处理后进行渗层组织分析以及抗渗碳腐蚀测试。
实验结果：采用固体粉末铝硅共渗处理获得的铝硅共渗层由表面渗层和互扩散层组成，表面渗层和互扩散层的界线清晰、整齐，见图1；进行渗碳腐蚀实验后，基体和互扩散层结合处没有明显的碳化物颗粒析出，渗层阻止了碳原子渗入，防止了渗碳腐蚀的发生，见图5。
实施例2
(1)将5％铝粉、20％硅粉、71％Al2O3粉末、4％NH4Cl+AlCl3复合活化剂均匀混合后，用渗剂将乙烯裂解炉管包埋于渗箱中，以耐火泥密封渗箱并干燥；
(2)将渗箱放进箱式加热炉中，在1000℃保温10h，随炉冷却至室温；
(3)将粉末渗后的炉管表面用毛刷进行渗后处理，将其表面的粘结物和残余氯化物清除掉，以防止在潮湿的空气中由氯离子引起腐蚀，处理后进行渗层组织分析以及抗渗碳腐蚀测试。
实验结果：采用固体粉末铝硅共渗处理获得的铝硅共渗层由表面渗层和互扩散层组成，渗层组织致密，见图2；进行渗碳腐蚀实验后，基体和互扩散层结合处有少量碳化物存在，但在基体中没有明显碳化物析出，与实施例1相比，渗剂中硅含量的增加虽然会导致渗层的抗渗碳性能微弱降低，有少量碳扩散渗入，但还没有进入基体，然而硅含量的增加却显著提高了渗层的稳定性，见图6。
实施例3
(1)将20％铝粉、20％硅粉、55％Al2O3粉末、5％NH4Cl+AlCl3复合活化剂均匀混合后，用渗剂将乙烯裂解炉管包埋于渗箱中，以耐火泥密封渗箱并干燥；
(2)将渗箱放进箱式加热炉中，在1100℃保温8h，随炉冷却至室温；
(3)将粉末渗后的炉管表面用毛刷进行渗后处理，将其表面的粘结物和残余氯化物清除掉，以防止在潮湿的空气中由氯离子引起腐蚀，处理后进行渗层组织分析以及抗渗碳腐蚀测试。
实验结果：采用固体粉末铝硅共渗处理获得的铝硅共渗层由表面渗层和互扩散层组成，与实施例1和2相比，渗剂中铝含量的增加导致渗层厚度微量增加，见图3；进行渗碳腐蚀实验后，基体和互扩散层结合处没有明显的碳化物颗粒析出，增厚的渗层更有效地阻止了碳的渗入，见图7。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种提高乙烯裂解炉管抗渗碳腐蚀的固体粉末铝硅共渗工艺，其特征是：包括以下步骤：
(1)将一定比例的铝粉、硅粉、Al2O3粉末、NH4Cl和AlCl3复合活化剂均匀混合后组成渗剂，用所述渗剂将原始态乙烯裂解炉管包埋于渗箱中，以耐火泥密封渗箱并干燥；
(2)将渗箱放进箱式加热炉中，当炉温达到900～1100℃后保温8～10h，然后随炉冷却至室温；
(3)将粉末渗后的炉管表面进行渗后处理，用毛刷刷净。
2.根据权利要求1所述的一种提高乙烯裂解炉管抗渗碳腐蚀的固体粉末铝硅共渗工艺，其特征是：步骤(1)中，所述的渗剂中，
所述铝粉为供铝剂，纯度为99.99％；
所述硅粉为供硅剂，纯度为99.99％；
所述NH4Cl和AlCl3复合活化剂，纯度为化学纯；
所述Al2O3粉末为填充剂。
3.根据权利要求1或2所述的一种提高乙烯裂解炉管抗渗碳腐蚀的固体粉末铝硅共渗工艺，其特征是：步骤(1)中，所述渗剂中各物质的质量百分比为：铝粉5％～20％、硅粉5％～20％、NH4Cl和AlCl3复合活化剂2.5％～5％、Al2O3粉末55％～87.5％。
4.根据权利要求1或2所述的一种提高乙烯裂解炉管抗渗碳腐蚀的固体粉末铝硅共渗工艺，其特征是：所述NH4Cl和AlCl3复合活化剂中，NH4Cl和AlCl3的质量比为4：1。
5.根据权利要求1所述的一种提高乙烯裂解炉管抗渗碳腐蚀的固体粉末铝硅共渗工艺，其特征是：步骤(1)中，所述的原始态乙烯裂解炉管的材料为耐热钢中的一种，优选HP-40耐热钢。
6.根据权利要求1所述的一种提高乙烯裂解炉管抗渗碳腐蚀的固体粉末铝硅共渗工艺，其特征是：步骤(3)中，所述的渗后处理是将其表面的粘结物和残余氯化物清除掉，以防止在潮湿的空气中由氯离子引起腐蚀，处理后进行渗层组织分析以及抗渗碳腐蚀测试。
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