HP40合金抗结焦氧化膜的性能

含有氧化膜 的试样结焦评 价实验在 图 】 所示 的实验 装置 中进 行， 结焦 气体 中 Ｃ Ｏ，Ｈ 和 Ｈ Ｏ的体积 比 ２ ２ 为 ７ ：３ ，流 量为 ５ ／ ｎ ５ ： ２２ ０ ｍＬｍｉ。将含 有氧化膜 的试样 和 白试样 同时放入 图 ｌ 的装置 中 ，在 ７ ０℃进行结 ５
焦实验 ，试 样每结焦 ５ 取出称量 ，＿ 复 ３次。 ｈ后 蕈
裂解 炉辐射段炉 管通常为 耐热镍铬合 金管，材质主要 由 Ｆ ，Ｃ 和 Ｎｉ ｅ ｒ 等金属元 素组成 ，其 中 Ｎ 和 Ｆ ｉ ｅ
元素 在高温下对石 油烃 在炉管 内表面的结焦 具有显著 的催化 作用 ，Ｆ 和 Ｎｉ ｅ 元素 的催 化结焦作用是造 成裂 解炉辐射段 炉管结焦 的主要 原因。合金炉 管在 裂解过程 中， 内表面会被 高温水蒸 气氧化 ，形 成 Ｃ ２ ， ｒ 氧化 Ｏ
第２ ７卷第 ２期 ２ １ 年 ４月 ０１
化 学反 应 工程 与 ．艺 Ｔ
Ｃｈ ｍｉ ａ Ｒｅ ｃｉ ｎＥ ｇ ｎ ｅ ｉｇ ａ ｄＴ ｃ ｎ ｌ ｇ ｅ ｃ ｌ ａｔ ｎ ｉｅ ｒ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｎ
、０ ７ Ｎ ｏ２ ，ｌ２ ． Ａ ｐ ． ０１ ｒ２ Ｉ
膜保护层 ，新炉管 或刚清焦 的炉管在投用 初期 ，该保护层 能有效地将 Ｆ ｅ和 Ｎｉ元素覆盖 ，防止其催 化结
焦 ，但 随着炉管运 行时间的 延长 ，Ｃ ２ ３ ｒ 保护层逐渐变 为脆性 的 ｃ Ｃ 碳化物 ，同时 Ｆ 和 Ｎｉ 素逐渐 扩散 Ｏ ｅ 元 至表层 ，产 生严重 的催 化结焦 。 本工作 利用一种低 氧分压气体 对裂解炉 管合 金 Ｈ ４ Ｐ ０在高温 下进 行预处理 ［ ，ＨＰ ０合金表面形 成了 ４
烃类 管式炉 裂解 技术 为主 。管式 裂解炉 辐射段 炉管 结焦 是长期 困扰 乙烯生 产 的一大技 术难 题 。结焦 会增
加炉管 热阻 ，导致炉 管表面温度 升高 ，燃料 消耗 增加 ，结焦还会 导致 炉管渗炭 ，使炉管 寿命缩短 ，从而缩
短裂解炉 的运行周期 ，减 少有 效生 产时间 ，同时消耗大量 能量 于烧焦 ，￣ ＃ ，结焦 层会使裂解气流体 压 ｝ 丰 Ｉ ＬＩ － 降增加 ，烯 烃收率 降低 。
散诺 （ Ｄ Ｅ Ｓ）、ｘ 射 线 衍射 （ ＸＲＤ）、ｘ 射 线 光 电子 能 谱 （ Ｐ ）和扫 描 电 了 显微 镜 （ Ｅ ） 分析 氧 化膜 的 元 素成 ＸＳ ＳＭ 分 、物 辑Ｉ 构 、表 面和 截 面形 貌 ，刖 热 重 天 平分 析 氧化 膜 的增 重 规律 ，用 结焦 实 验 评 价氧 化 膜 的抗 结 焦 性 能 。结果 结 表 明 ： 低 氧 分 压处 理 后 ，在金 属 表而 形 成 的 氧化 膜 由表 及晕 分 为 ３层 ， 别 为 Ｍｎ ｒ 尖 品石 层 、 ｒ ＿Ｉ ｉ 经 分 Ｃ： Ｏ ｃ： 层 羽 Ｏ Ｏ Ｓ 层 ，氧 化膜 的 厚 度约 为 ２ｌ ｍ，氧 化 温 度 为 ９ ０℃时 氧 化膜 的结 焦抑 制 率 可达 到 ９ ％，氧 化 膜 可彳 效 抑 制丝 状 催化 ａ ０ ０ Ｔ
第２ 卷第 ２ ７ 期
袁 霞光 ． Ｐ ０ Ｈ ４ 合金 抗 结焦 氧 化膜 的性 能
１７ ６
１ ． ２试样低氧 分压处理 氧化膜在低 氧分压 气氛 中的氧化增 重实验在 热重天平 中进行 ，天平 的型号是 ＶｅｓＴ ｅｍ ｒａ ｈｒ ＨＭ，精度
是 １ ｇ ． ｐ 。首先将挂 片悬挂在 热重 天平室 内，将热重天平 室 以及相关 管路抽至真 空 ，然后在 热重天平 中通 ０． 入 ５ ／ ｎ的低氧分 压气体 ，热重天平开始 升温 ，升温速 率设为 ｌ ￣／ ｎ ０ ｍＬｍｉ ０ Ｃ ｍｉ，当温度达到预 定温度 后 ， 恒温一定 时间 ，最后 以 ５￣ ｍｉ Ｃ／ ｎ的速 率降温 ，降温 过程 中一真通 入低氧分 压气体 。 １ ． ３试样结焦 实验
焦 炭 的产 牛
关键词 ：合金 低氯分压 氯化膜 结焦 中图分类号：Ｔ ７ ． ＧＩ４４ 文献标识码 ：Ａ
乙烯装 置生产 的 “ 三烯 ”乙烯 、丙烯 、丁 二烯 ）和 “ 三苯 ” （ 、甲苯 、二甲苯 ）是石油 化学工业的 苯 基础 原料 。 乙烯 的产 量 、生 产规 模和技 术标 志着 一 个 国家石油化 工 的发展 水平 。 目前 生产 乙烯 的方法 以 ‘
文章编号 ：ｌ０ 一７ ３ （ ０ １ ０ ＿ ０ ６—０ ０ ｌ ６ｌ ２１ ）２＿ｌ６ ６ ＿
ＨＰ ０ ４ 油化 工股 份 有 限公 司科 技 开 发部 ，北 京 １ ０ ２ ） 中 ０７ ８
摘要 ：在低氧 分压气氛‘ 氧化 ＨＰ ０合金，在合命表 形成具有抑制催化结焦能力的氧化膜，并采用 Ｘ射线能最色 卜 ４
长 ２ ０ｍｍ，宽 ｌ ０ｍｍ，高 ２ｍｍ，并用 ＳＣ砂纸 打磨，使每个 试样 表面粗糙度 基本 一致。实验前用 丙酮清 ｉ
洗 ，再用蒸馏 水清洗 ，最后吹干待 用 。
收稿 日期 ：２ １．３Ｉ：修 订 日期 ：２ １．４２ ０ １ ．Ｏ ０ ０ １ ．０ ０
作者简介：袁霞光 （ｑ２） ，硕士．高级工程师。Ｅｍ ｉｙ ｇ ｉｏｅ． ｌ Ｉ －． ７ －ａ ｘ ＠ｓ ｐｃ ｏｎ ｈ ｎ ｃ＇
一
种 致密 的铬锰尖 晶 石保护 层 ，该尖 晶石保护 层在 防止金 属表面 催化结 焦 和渗炭 的效 果要远 好于高温 水
蒸气氧 化生 成的 ｃ ２ ３ ｒ 氧化膜 。 Ｏ
ｌ实验部分
Ｉ ． 样制备 Ｉ试
实验所 用材料 为 ＨＰ ０离心铸造合金 炉管 ，其元素含 量见表 ｌ ４ 。从炉 管上切取矩 形试样进行 实验 ，其
Ｈ２
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图 Ｉ氧化 堤置示意
Ｆｉ ＩＳｃ ｅ ｔ ｉｇ ａ ｏ ｘｄａｉ ｐ ａａｕ ｇ． ｈ ｍａｉ ｄａ ｒｍ ｆｏ ｉ ｔ ｃ ｏｎａ ｐ ｒｔｓ １２・ ｓ ｏ ｍｅｅ ｏ ｉｕｄ： － ｔｒ４－ｉｃ ｌｔ ｔｒｔｍｐ ｒ ｔｒ ｅ ｕａｉ ｇｄ ｖｃ ； －ａ ， ｍａ ｓｆ ｗ ｔｒｆｒｌ ｉ ３ ｗａｅ： ｃｒ ｕａｉ ｗａｅ ｌ ｑ ｎｇ ｅ ｅ ａｕ ｅｒ ｇ ｌｔｎ ｅ ｉｅ ５ ｓ ｍｐｌ ６ ｈ ａｉｇｆ ｎ ｃ ｅ； － ｅ ｔｎ ｕｒａ ｅ