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问题
某项目中换热器壳程工作压力为1.1MPa，工作温度进出口为57/216°C，为了防止换热管破裂的后壳程压力温度升高，工艺将设计压力定为10.69MPa，设计温度为402°C。
壳侧最高氢分压为1000KPaA，最高H2S分压为4.04 KPaA，液相中最高H2S浓度为0.081%mol，17.5mg/L。
壳程需要同时考虑H2S应力腐蚀和氢腐蚀工况，应该如何选择壳程材料呢？
设备有湿H2S工况，选择低应力的钢材效果较好。
HG20581-2011中，对于氢腐蚀，描述是采用设计温度。
本台设备的设计温度是402°C，所以查氢腐蚀曲线时，应用的设计温度。
得到设备应该用1Cr0.5Mo的材料。但是如果选用CrMo钢，材料硬度大，强度高，又容易发生湿H2S应力腐蚀。
这个矛盾如何解决呢？
是否应该用设计温度？
保守考虑时，很多时候我们都采用设计温度来选择材料及其许用应力。
但是这台比较特殊，壳程设计温度和设计压力都是考虑了管程换热管破裂的事故工况而人为提高上去的。此工况并不常见，出现时的次数也会极其有限。
所以应当首先考虑长周期的操作工况，即主要失效风险来自于湿H2S的应力腐蚀，再考虑高温氢腐蚀。
纳尔逊曲线在API941-2016版本中增加了一条碳钢焊后热处理的曲线，比HG20582-2011要更准确。
所以按照正常操作工况查询API941-2016,看看本台设备的实际氢腐蚀是一个什么状态。
打开VCAD的数据查询，纳尔逊曲线工具，可以查询得到交点坐落区域。
生成的交点如下图，本操作工况坐落在所有材料的下方，也就是采用普通碳钢即可，无需考虑氢腐蚀。
高清放大：
即使加上适量的温度或者氢分压裕量，也只需要采用普通碳钢或者普通碳钢加焊后热处理。
注：高清放大图可以参考文章：
解决方案
结合工艺操作过程，校审最终讨论结果为采用Q345R材料，不考虑氢腐蚀。
主要技术要点为控制母材以及焊接接头（含焊缝，热影响区，熔合区）硬度≤200HBW。设备制作完成后焊后消应热处理。
材料的许用应力及强度计算仍然按照设计工况进行。
对于设备选材应该综合考虑各种工况。如果操作工况和设计工况很难同时满足，应当优先考虑实际的失效模式，选择合适的材料。
启示
很多时候，有些设计由于种种原因，无法做到所有的都兼顾，必须要做一些取舍。
这种事情在设计中是很多的。
1.换热管的腐蚀，肯定是有，但是为了换热效果和强度之间的平衡，一般是不考虑换热管的腐蚀的。
2.浮头换热器的浮动端螺栓，如果考虑腐蚀的话，必然导致需要更大的螺栓直径，更大的法兰，使得换热管的区域进一步减少，影响传热效果。而内部浮头螺栓可以通过定期检修更换降低不考虑腐蚀的风险，综合而言是合适的。
3.通过分析反应器的实际操作过程中的失效模式，为解决超过蠕变线温度的B值提供依据。
亲爱的朋友，您遇到过吗？
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发表于 2020-11-3 10:47:55
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发表于 2020-11-3 10:47:55
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