第４４卷第６期
２０１５年１１月
石油化工设备
ＰＥＴＲ（）－ＣＨＥＭＩＣＡＩ．ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ
Ｖ０１．４４Ｎｏ．６
ＮＯＶ．２０１５
文章编号：１０００—７４６６（２０１５）０６—００７５—０４
Ａｌｌｏｙ
２０在烟气洗涤塔中的应用
张新国，邱明涛，罗从仁
２６６０７１）
（中国石油工程建设公司华东设计分公司。山东青岛
摘要：催化裂化装置烟气洗涤塔入口段存在干湿界面，对选材提出了较高要求。Ａｌｌｏｙ２０具有较好的耐酸腐蚀、抗磨损性能及相对低廉的价格，在催化裂化装置烟气洗涤塔中被广泛应用。给出了
Ａｌｌｏｙ
２０的化学成分、力学性能、物理与工艺性能。Ａｌｌｏｙ２０中镍质量分数较高，焊接过程中容易
出现焊接热裂纹、晶间腐蚀、应力腐蚀裂纹等现象，介绍了Ａｌｌｏｙ２０的具体焊接工艺及应采取的预防措施。
关键词：烟气洗涤塔；Ａｌｌｏｙ２０；可焊性；焊接工艺；应用
中图分类号：ＴＱ０５３．５０４；ＴＥ９６２
文献标志码：Ｂｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｒｕ
１０００—７４６６．２０１５．０６．０１７
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＡｌｌｏｙ２０ｉｎＦｌｕｅＧａｓＳｃｒｕｂｂｅｒＺＨＡＮＧＸｉｎ。ｇｕｏ，ＱＩＵＭｉｎｇ－ｔａｏ，ＬＵＯＣｏｎｇ－ｒｅｎ
（ＣＰＥＣＣＥａｓｔ—ＣｈｉｎａＤｅｓｉｇｎＢｒａｎｃｈ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６０７１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｅ
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ｅｘ～
ａｎｄａｂｒａｓｉｖｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ａｌｌｏｙ２０ｉｓｗｉｄｅｌｙａｐｐｌｉｅｄｉｎＲＦＣＣＵｆｌｕｅｇａｓｓｃｒｕｂｂｅｒｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓ
ｃｅｌｌｅｎｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｌｏｗｐｒｉｃｅ．Ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｐｈｙｓ—ｉｃａｌａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＡｌｌｏｙ２０ｈｏｔｃｒａｃｋｉｎｇ，ｉｎｔｅｒｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎａｎｄ
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ｓｃｒｕｂｂｅｒ；Ａｌｌｏｙ２０；ｗｅｌｄａｂｉｌｉｔｙ；ｗｅｌｄｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
炼油厂催化裂化装置产生的再生烟气包含大量的催化剂粉尘、硫氧化物（ＳＯ，）及氮氧化物（ＮＯ，）。美国杜邦贝尔格公司的ＥＤＶ湿法洗涤系统和罗塔斯低温氧化脱硝工艺是比较先进的烟气净化技术，
Ｈ２０、Ｃ０２、Ｓ０２、Ｓ０３、ＮＯ，
等，烟气在进入洗涤塔前
的温度一般为２００‘Ｃ左右，出洗涤塔的温度一般为
６２～５６℃。
ＥＤＶ湿法洗涤系统和罗塔斯低温氧化脱硝工艺过程为，首先进入洗涤塔入口段的烟气被急冷水喷头喷出的雾化水急冷到饱和温度，ＳＯ，结合烟气中的水蒸气形成硫酸或亚硫酸。臭氧注入喷头安装在急冷水喷头后，臭氧优先将烟气中的ＮＯ。（ＮＯ和ＮＯ。）转化为Ｎ：（）ｊ，Ｎ。（）ｊ结合烟气中的水蒸气形成ＨＮＯ。，因此洗涤塔的入口段及烟气分配器挡板最容易出现酸腐蚀的干湿界面，会产生严重的结露。这些部位所用材料除了要具有耐均匀腐蚀性能外，还要具有耐晶间腐蚀、应力腐蚀的性能。Ａｌｌｏｙ
２０
它既可以脱除烟气中大部分Ｓｑ和Ｎ眈，同时也可
以脱除粉尘。该技术的工艺过程主要在一个烟气洗涤塔内完成，塔体一般采用复合板（￥３１６０３＋Ｃ．Ｓ）制造，塔体上烟气入口段和烟气分配器挡板则主要采用耐蚀合金Ａｌｌｏｙ２０。文中主要介绍Ａｌｌｏｙ２０在烟气洗涤塔上的应用及其焊接技术。
１
烟气洗涤塔入口段腐蚀环境Ⅲ
催化裂化装置再生烟气成分主要有Ｎ：、（）。、
收稿日期：２０１５—０６—２０
作者简介：张新国（１９６４一），男，山东滨州人．高级工程师，学士，长期从事石油化工设备的设计工作。
万方数据
石油化工设备
２０１５年第４４卷
Ｎ０８０２０，ＵＮＳ
合金性能满足以上腐蚀环境且价格相对低廉，是合理的选择。烟气洗涤塔局部结构见图１，其上积液槽、烟气人口段及烟气分配器挡板均使用Ａｌｌｏｙ材料。
２０
标准为ＡＳＴＭＢ４６３－－２０１０《ＵＮＳ
Ｎ０８０２６和ＵＮＳ
Ｎ０８０２４合金板材、薄板和带
Ｂ７２９—０５（２０１４）《ＵＮＳ
材》【２］，管材标准为ＡＳＴＭ
Ｎ０８０２０，ＵＮＳＮ０８０２６和ＵＮＳＮ０８０２４镍合金公
Ｂ４７３—０７（２０１３）
称管和管子》∞］，棒材标准为ＡＳＴＭ
《ＵＮＳＮ０８０２０，ＵＮＳＮ０８０２６和ＵＮＳ
Ｎ０８０２４镍合
金棒材和线材》…。
Ａｌｌｏｙ
２０属于铁镍基耐蚀合金，其中Ｎｉ质量分
数为３２．００％～３８．００％，Ｎｉ＋Ｆｅ质量分数不小于６０％，添加适量的Ｃｕ和Ｍｏ。它在硫酸环境及含有卤族离子、金属离子的硫酸溶液环境中有着非凡的耐腐蚀性能，又具有优异的抗应力腐蚀能力，因此在酸类环境中得到了广泛应用。
Ａｌｌｏｙ
２０的化学成分见表１，其抗拉强度不小
于５５０ＭＰａ，屈服强度不小于２４０ＭＰａ，５０．８ｍｍ
标距伸长率不小于３０％，布氏硬度为２１７ＨＢ，洛氏
图１烟气洗涤塔局部结构示图
２
ＡｌｌｏｙＡｌｌｏｙ
硬度为９５ＨＲＣ。Ａｌｌｏｙ２０室温相对密度８．０５，大致熔化温度１３９９～１４２７℃，热成型温度８７０～
１
２０化学成分及基本物化性能
２０是美国的材料牌号，在ＵＮＳ系统中的
１５０℃，固溶（或退火）热处理温度９２７～１
０１０℃，
泊松比０．３１，１００℃时的比热容５０２Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）。
Ａｌｌｏｙ
编号为Ｎ０８０２０，又称作２０Ｃｂ一３合金，相当于我国的
ＮＳｌ４３（ＯＣｒ２０Ｎｉ３５Ｍ０３Ｃｕ４Ｎｂ）。
Ａｌｌｏｙ
２０以稳定化退火状态供货，使用温度不大于
２０的板材
Ａｌｌｏｙ
４００℃［ｓ・６｜。
％
表１２０化学成分（质量分数）
３
Ａｌｌｏｙ
Ａｌｌｏｙ
２０焊接性能分析
２０虽然具有良好的耐腐蚀性能，但其热
缩应力。
３．２
晶间腐蚀
晶间腐蚀是指腐蚀沿着金属或者合金的晶粒边
裂纹敏感性较高，熔融区的显微偏析以及碳化铬在热影响区的析出敏化严重，焊接性较差，在焊接过程中容易出现焊接热裂纹、晶间腐蚀和应力腐蚀裂纹等问题【７Ｊ。
３．１焊接热裂纹
在焊接Ａｌｌｏｙ２０时，Ｎｉ和Ｓ、Ｐ等都能形成低熔点共晶，Ｎｉ合金凝固时常形成粗大的树枝状奥氏体结晶，低熔点杂质更易集中于晶界，在晶粒凝固收缩应力和焊接应力的作用下，未完全凝固的晶界低熔点物很容易被拉裂形成热裂纹［８］。
焊接时需要严格控制焊接接头中Ｓ、Ｐ等有害杂质元素的质量分数，改善焊缝结晶形态，选用的焊接材料中应当含有微量的细化晶粒元素Ｍｏ，以提高其抗裂性能。在焊接工艺上采用小电流、短电弧不摆动或者小摆动的多层多道焊，严格控制热量输入，以降低接头的刚度和拘束度，减小结晶过程的收
界或者它的邻近区域发展，会使晶粒间的结合力大为削弱，严重时可以使机械强度完全丧失。晶间腐蚀发生以后金属和合金的表面仍然保持一定的金属光泽，看不出被破坏的迹象，因此很危险。晶间腐蚀可以分别产生在焊接接头的热影响区、焊缝或熔合
线上。
焊接时要严格控制焊接材料的碳质量分数，减少和避免形成铬的碳化物，从而降低形成晶界腐蚀的倾向。应当选用含有Ｎｂ或者Ｔｉ等稳定化元素的奥氏体焊接材料。在工艺方面，焊接时要尽量减少过热，采用小焊接热输入，避免形成交叉焊缝，增大焊后冷却速度，同时严格控制焊接过程中焊缝区的渗碳。
３．３应力腐蚀裂纹
Ａｌｌｏｙ
２０合金质量分数高，与碳素钢、普通奥氏
体不锈钢相比，其密度较大、比热容小、热导率低、线
万方数据
第６期张新国，等：Ａｌｌｏｙ２０在烟气洗涤塔中的应用
胀系数大且焊后存在较大的焊接残余应力。此外，焊接热量可导致接头碳化物析出敏化，促进应力腐
手工电弧焊焊条按ＡＷＳＡ５．１１－－２００５４手工电弧焊镍和镍合金焊条标准》Ｌｌ２１选用ＥＮｉＣｒＭｏ一３，焊
蚀裂纹的发生。应力腐蚀裂纹先在金属的腐蚀敏感
部位形成微小凹坑，然后生成细长的裂纹，且裂纹扩展很快，能在短时间内发生严重破坏。
进行设备结构设计时要力求合理，尽量减少应力集中。应采用合理的焊接顺序，焊接中尽量减小接头拘束度并采用管道无应力组对，以缓解或防止焊缝金属产生应力腐蚀裂纹。
丝按照ＡＷＳＡ５．１４—２０１１《镍和镍合金光填充丝和
焊丝标准》ｕ胡选用ＥＲＮｉＣｒＭｏ一３。也可按照ＧＢ／Ｔ１３８１４—２００８《镍及镍合金焊条》ｒ１“、ＧＢ／Ｔ１５６２０一２００８４镍及镍合金焊丝》［１朝选取焊材。４．３焊接准备
（１）焊接坡口制备
采用机械加工方法进行焊
接坡口加工，以保证加工表面的形状、尺寸和粗糙度符合图样要求或焊接工艺规程的规定。坡口不应有分层、折叠、裂纹及撕裂等缺陷。若采用等离子等热切割方法，则应在焊接前去除表面氧化物和熔渣，应使用细晶砂带和细晶砂轮进行打磨。为保证熔合良好且有一定的熔深，坡Ｅｌ角度及根部圆弧半径均应稍大。
（２）焊前清理
焊件组对和施焊前，应对坡口及
４焊接工艺方案制定
４．１
焊接工艺评定
施焊前按照ＮＢ／Ｔ４７０１４－－２０１１４承压设备焊
接工艺评定》［９１进行焊接工艺评定。工艺评定要满
足ＮＢ／Ｔ４７０１５—２０１１４压力容器焊接规程》¨…、ＳＨ／Ｔ３５２３－－２００９４石油化工铬镍不锈钢、铁镍合金
和镍合金焊接规程》ｆ１¨及设备技术条件中的要求，根据焊接工艺评定报告编制焊接工艺规程。
由于使用部位母材厚度一般不大于１０ｍｍ，考虑焊接接头的实际结构，一般选用钨极氩弧焊（ＧＴＡＷ）打底、焊条电弧焊（ＳＭＡＷ）盖面的焊接工艺。钨极氩弧焊焊接线能量小、过热区小、冷却速度快且高温区间停留时间短，可防止Ａｌｌｏｙ２０焊接过程中易出现的焊接热裂纹、晶间腐蚀及应力腐蚀裂纹等现象。４．２焊接材料
选用的焊丝或焊条应使在正常焊接工艺下焊缝的抗拉强度不低于母材退火状态下的标准下限值
（５５０
其两侧各２５ｍｍ宽度的金属表面上修磨去除氧化色，并用丙酮或乙醇等溶剂清洗去除油脂、水分与其他污染物，特别是含硫和铅的杂物，以防止Ａｌｌｏｙ被硫和铅脆化，导致焊缝沿晶界开裂产生裂纹。
（３）焊前预热Ａｌｌｏｙ２０的焊接一般不需预热，因为预热将延缓焊缝冷却速度，而过慢的冷却速度将使焊缝产生硬化。但当母材温度低于１５℃时，应将接头两侧各３００ｍｍ范围内加热到１５～２０℃，并加热透彻，以避免湿气冷凝形成焊缝气孔。
４．４
２０
施焊
钨极氩弧焊时需用氩气保护好焊缝背面，并用
左焊法施焊。采用焊条电弧焊焊接时，宜短弧焊，小线能量，焊条不摆动，层间温度通常控制在低于１００℃，按照编制好的焊接工艺规程施焊。Ａｌｌｏｙ焊接工艺参数见表２［８］。
２０
ＭＰａ），焊缝的塑性和耐腐蚀性能不低于母材
或与母材相当，焊接性能良好，能满足容器制造和使用的要求。
表２
Ａｌｌｏｙ
２０焊接工艺参数
５
焊后检验
焊接完成后，将焊缝表面清理干净，依据设计图
将焊缝表面酸洗后，按ＪＢ／Ｔ
４７３０
２００５４承压
设备无损检测》¨”对焊接接头进行渗透检测和射线检测。合格指标为，进行１００％着色检查，Ｉ级为合格；对Ａｌｌｏｙ２０同种钢之间的Ａ、Ｂ类焊接接头进行２０％的射线检查，不低于ＩＩＩ级为合格；对Ａｌｌｏｙ
２０
样要求及ＧＢ５０２３６－－２０１１《现场设备、工业管道焊接工程施工规范》［】６］的规定对焊缝进行检查。外观检查焊缝和热影响区表面应无裂纹、气孔、夹渣、凹陷、咬边及未熔合等缺陷。
与异种钢之间的Ａ、Ｂ类焊接接头进行１００％的射线检查，不低于ＩＩ级为合格。
万方数据
‘７８‘
石油化工设备
２０１５年第４４卷
６
结语
Ａｌｌｏｙ
２０具有较好的耐酸腐蚀、抗磨损性能及
相对低廉的价格，在烟气洗涤塔中得到了很好的使用。通过对Ａｌｌｏｙ２０的不断了解，制定出适宜的焊接工艺，加强焊接过程的工艺控制和过程检验，对于
Ａｌｌｏｙ
２０在同类工程类似项目中的应用具有一定的
参考价值。
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［１２］ＡＷＳＡ５。１】一２００５．手工电弧焊镍和镍合金焊条标准
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ｅｌ—ＡｌｌｏｙＢａｒｅＷｅｌｄｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｄｅｓａｎｄ
Ｒｏｄｓ［Ｓ］．）
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［１５２ＧＢ／Ｔ１５６２０－－２００８，镍及镍合金焊丝［ｓ］．
（ＧＢ／Ｔ
１
５６２０－－２００８，ＮｉｅｋｅｌａｎｄＮｉｃｋｅｌＡｌｌｏｙＷｉｒｅｓ
ａｎｄ
Ｒｏｄｅｓ［Ｓ］．）
［１６］ＧＢ５０２３６－－２０１１，现场设备、Ｔ业管道焊接工程施工规
范［ｓ］．
（ＧＢ５０２３６
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ｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＰｉｐｅＷｅｌｄｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｓ］．）
［１７１ＪＢ／Ｔ４７３０－－２００５，承压设备无损检测［ｓ］．
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Ｔｅｓｔｉｎｇ
ｏｆＰｒｅｓ—
ｓｕｒｅ
Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ［Ｓ］．）
（张编）
Alloy 20在烟气洗涤塔中的应用
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
张新国， 邱明涛， 罗从仁， ZHANG Xin-guo， QIU Ming-tao， LUO Cong-ren中国石油工程建设公司华东设计分公司,山东青岛,266071石油化工设备
Petro-Chemical Equipment2015,44(6)
石油化工设备 2015(6)
引用本文格式：张新国.邱明涛.罗从仁.ZHANG Xin-guo.QIU Ming-tao.LUO Cong-ren Alloy 20在烟气洗涤塔中的应用[期刊论文]-
第４４卷第６期
２０１５年１１月
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ＮＯＶ．２０１５
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２６６０７１）
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摘要：催化裂化装置烟气洗涤塔入口段存在干湿界面，对选材提出了较高要求。Ａｌｌｏｙ２０具有较好的耐酸腐蚀、抗磨损性能及相对低廉的价格，在催化裂化装置烟气洗涤塔中被广泛应用。给出了
Ａｌｌｏｙ
２０的化学成分、力学性能、物理与工艺性能。Ａｌｌｏｙ２０中镍质量分数较高，焊接过程中容易
出现焊接热裂纹、晶间腐蚀、应力腐蚀裂纹等现象，介绍了Ａｌｌｏｙ２０的具体焊接工艺及应采取的预防措施。
关键词：烟气洗涤塔；Ａｌｌｏｙ２０；可焊性；焊接工艺；应用
中图分类号：ＴＱ０５３．５０４；ＴＥ９６２
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１０００—７４６６．２０１５．０６．０１７
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＡｌｌｏｙ２０ｉｎＦｌｕｅＧａｓＳｃｒｕｂｂｅｒＺＨＡＮＧＸｉｎ。ｇｕｏ，ＱＩＵＭｉｎｇ－ｔａｏ，ＬＵＯＣｏｎｇ－ｒｅｎ
（ＣＰＥＣＣＥａｓｔ—ＣｈｉｎａＤｅｓｉｇｎＢｒａｎｃｈ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６０７１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｅ
ｔＯ
ｔｈｅｄｒｙ—ｗｅｔｉｎｔｅｒｆａｃｅ
ａｔ
ｔｈｅ
ｅｎｔｒａｎｃｅ
ｔｏ
ｓｅｇｍｅｎｔ０ｆｒｅｓｉｄｕｅｆｌｕｉｄｃａｔａｌｙｔｉｃｃｒａｃｋｉｎｇ
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ｕｎｉｔ（ＲＦＣＣＵ）ｆｌｕｅｇａｓｓｃｒｕｂｂｅｒ，ｉｔｉＳｉｍｐｏｒｔａｎｔ
ｓｅｌｅｃｔｓｕｉｔａｂｌｅｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｓｕｃｈｃｏｒｒｏｓｉｖｅ
ｅｘ～
ａｎｄａｂｒａｓｉｖｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ａｌｌｏｙ２０ｉｓｗｉｄｅｌｙａｐｐｌｉｅｄｉｎＲＦＣＣＵｆｌｕｅｇａｓｓｃｒｕｂｂｅｒｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓ
ｃｅｌｌｅｎｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｌｏｗｐｒｉｃｅ．Ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｐｈｙｓ—ｉｃａｌａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＡｌｌｏｙ２０ｈｏｔｃｒａｃｋｉｎｇ，ｉｎｔｅｒｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎａｎｄ
ａｒｅ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｗｅｌｄｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ
ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｃｒａｃｋｉｎｇ
ａｒｅ
ｔｏ
ｒｅｄｕｃｅ
ｓｔｒｅｓｓ
ａｌｓｏｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｌｕｅ
ｇａｓ
ｓｃｒｕｂｂｅｒ；Ａｌｌｏｙ２０；ｗｅｌｄａｂｉｌｉｔｙ；ｗｅｌｄｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
炼油厂催化裂化装置产生的再生烟气包含大量的催化剂粉尘、硫氧化物（ＳＯ，）及氮氧化物（ＮＯ，）。美国杜邦贝尔格公司的ＥＤＶ湿法洗涤系统和罗塔斯低温氧化脱硝工艺是比较先进的烟气净化技术，
Ｈ２０、Ｃ０２、Ｓ０２、Ｓ０３、ＮＯ，
等，烟气在进入洗涤塔前
的温度一般为２００‘Ｃ左右，出洗涤塔的温度一般为
６２～５６℃。
ＥＤＶ湿法洗涤系统和罗塔斯低温氧化脱硝工艺过程为，首先进入洗涤塔入口段的烟气被急冷水喷头喷出的雾化水急冷到饱和温度，ＳＯ，结合烟气中的水蒸气形成硫酸或亚硫酸。臭氧注入喷头安装在急冷水喷头后，臭氧优先将烟气中的ＮＯ。（ＮＯ和ＮＯ。）转化为Ｎ：（）ｊ，Ｎ。（）ｊ结合烟气中的水蒸气形成ＨＮＯ。，因此洗涤塔的入口段及烟气分配器挡板最容易出现酸腐蚀的干湿界面，会产生严重的结露。这些部位所用材料除了要具有耐均匀腐蚀性能外，还要具有耐晶间腐蚀、应力腐蚀的性能。Ａｌｌｏｙ
２０
它既可以脱除烟气中大部分Ｓｑ和Ｎ眈，同时也可
以脱除粉尘。该技术的工艺过程主要在一个烟气洗涤塔内完成，塔体一般采用复合板（￥３１６０３＋Ｃ．Ｓ）制造，塔体上烟气入口段和烟气分配器挡板则主要采用耐蚀合金Ａｌｌｏｙ２０。文中主要介绍Ａｌｌｏｙ２０在烟气洗涤塔上的应用及其焊接技术。
１
烟气洗涤塔入口段腐蚀环境Ⅲ
催化裂化装置再生烟气成分主要有Ｎ：、（）。、
收稿日期：２０１５—０６—２０
作者简介：张新国（１９６４一），男，山东滨州人．高级工程师，学士，长期从事石油化工设备的设计工作。
万方数据
石油化工设备
２０１５年第４４卷
Ｎ０８０２０，ＵＮＳ
合金性能满足以上腐蚀环境且价格相对低廉，是合理的选择。烟气洗涤塔局部结构见图１，其上积液槽、烟气人口段及烟气分配器挡板均使用Ａｌｌｏｙ材料。
２０
标准为ＡＳＴＭＢ４６３－－２０１０《ＵＮＳ
Ｎ０８０２６和ＵＮＳ
Ｎ０８０２４合金板材、薄板和带
Ｂ７２９—０５（２０１４）《ＵＮＳ
材》【２］，管材标准为ＡＳＴＭ
Ｎ０８０２０，ＵＮＳＮ０８０２６和ＵＮＳＮ０８０２４镍合金公
Ｂ４７３—０７（２０１３）
称管和管子》∞］，棒材标准为ＡＳＴＭ
《ＵＮＳＮ０８０２０，ＵＮＳＮ０８０２６和ＵＮＳ
Ｎ０８０２４镍合
金棒材和线材》…。
Ａｌｌｏｙ
２０属于铁镍基耐蚀合金，其中Ｎｉ质量分
数为３２．００％～３８．００％，Ｎｉ＋Ｆｅ质量分数不小于６０％，添加适量的Ｃｕ和Ｍｏ。它在硫酸环境及含有卤族离子、金属离子的硫酸溶液环境中有着非凡的耐腐蚀性能，又具有优异的抗应力腐蚀能力，因此在酸类环境中得到了广泛应用。
Ａｌｌｏｙ
２０的化学成分见表１，其抗拉强度不小
于５５０ＭＰａ，屈服强度不小于２４０ＭＰａ，５０．８ｍｍ
标距伸长率不小于３０％，布氏硬度为２１７ＨＢ，洛氏
图１烟气洗涤塔局部结构示图
２
ＡｌｌｏｙＡｌｌｏｙ
硬度为９５ＨＲＣ。Ａｌｌｏｙ２０室温相对密度８．０５，大致熔化温度１３９９～１４２７℃，热成型温度８７０～
１
２０化学成分及基本物化性能
２０是美国的材料牌号，在ＵＮＳ系统中的
１５０℃，固溶（或退火）热处理温度９２７～１
０１０℃，
泊松比０．３１，１００℃时的比热容５０２Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）。
Ａｌｌｏｙ
编号为Ｎ０８０２０，又称作２０Ｃｂ一３合金，相当于我国的
ＮＳｌ４３（ＯＣｒ２０Ｎｉ３５Ｍ０３Ｃｕ４Ｎｂ）。
Ａｌｌｏｙ
２０以稳定化退火状态供货，使用温度不大于
２０的板材
Ａｌｌｏｙ
４００℃［ｓ・６｜。
％
表１２０化学成分（质量分数）
３
Ａｌｌｏｙ
Ａｌｌｏｙ
２０焊接性能分析
２０虽然具有良好的耐腐蚀性能，但其热
缩应力。
３．２
晶间腐蚀
晶间腐蚀是指腐蚀沿着金属或者合金的晶粒边
裂纹敏感性较高，熔融区的显微偏析以及碳化铬在热影响区的析出敏化严重，焊接性较差，在焊接过程中容易出现焊接热裂纹、晶间腐蚀和应力腐蚀裂纹等问题【７Ｊ。
３．１焊接热裂纹
在焊接Ａｌｌｏｙ２０时，Ｎｉ和Ｓ、Ｐ等都能形成低熔点共晶，Ｎｉ合金凝固时常形成粗大的树枝状奥氏体结晶，低熔点杂质更易集中于晶界，在晶粒凝固收缩应力和焊接应力的作用下，未完全凝固的晶界低熔点物很容易被拉裂形成热裂纹［８］。
焊接时需要严格控制焊接接头中Ｓ、Ｐ等有害杂质元素的质量分数，改善焊缝结晶形态，选用的焊接材料中应当含有微量的细化晶粒元素Ｍｏ，以提高其抗裂性能。在焊接工艺上采用小电流、短电弧不摆动或者小摆动的多层多道焊，严格控制热量输入，以降低接头的刚度和拘束度，减小结晶过程的收
界或者它的邻近区域发展，会使晶粒间的结合力大为削弱，严重时可以使机械强度完全丧失。晶间腐蚀发生以后金属和合金的表面仍然保持一定的金属光泽，看不出被破坏的迹象，因此很危险。晶间腐蚀可以分别产生在焊接接头的热影响区、焊缝或熔合
线上。
焊接时要严格控制焊接材料的碳质量分数，减少和避免形成铬的碳化物，从而降低形成晶界腐蚀的倾向。应当选用含有Ｎｂ或者Ｔｉ等稳定化元素的奥氏体焊接材料。在工艺方面，焊接时要尽量减少过热，采用小焊接热输入，避免形成交叉焊缝，增大焊后冷却速度，同时严格控制焊接过程中焊缝区的渗碳。
３．３应力腐蚀裂纹
Ａｌｌｏｙ
２０合金质量分数高，与碳素钢、普通奥氏
体不锈钢相比，其密度较大、比热容小、热导率低、线
万方数据
第６期张新国，等：Ａｌｌｏｙ２０在烟气洗涤塔中的应用
胀系数大且焊后存在较大的焊接残余应力。此外，焊接热量可导致接头碳化物析出敏化，促进应力腐
手工电弧焊焊条按ＡＷＳＡ５．１１－－２００５４手工电弧焊镍和镍合金焊条标准》Ｌｌ２１选用ＥＮｉＣｒＭｏ一３，焊
蚀裂纹的发生。应力腐蚀裂纹先在金属的腐蚀敏感
部位形成微小凹坑，然后生成细长的裂纹，且裂纹扩展很快，能在短时间内发生严重破坏。
进行设备结构设计时要力求合理，尽量减少应力集中。应采用合理的焊接顺序，焊接中尽量减小接头拘束度并采用管道无应力组对，以缓解或防止焊缝金属产生应力腐蚀裂纹。
丝按照ＡＷＳＡ５．１４—２０１１《镍和镍合金光填充丝和
焊丝标准》ｕ胡选用ＥＲＮｉＣｒＭｏ一３。也可按照ＧＢ／Ｔ１３８１４—２００８《镍及镍合金焊条》ｒ１“、ＧＢ／Ｔ１５６２０一２００８４镍及镍合金焊丝》［１朝选取焊材。４．３焊接准备
（１）焊接坡口制备
采用机械加工方法进行焊
接坡口加工，以保证加工表面的形状、尺寸和粗糙度符合图样要求或焊接工艺规程的规定。坡口不应有分层、折叠、裂纹及撕裂等缺陷。若采用等离子等热切割方法，则应在焊接前去除表面氧化物和熔渣，应使用细晶砂带和细晶砂轮进行打磨。为保证熔合良好且有一定的熔深，坡Ｅｌ角度及根部圆弧半径均应稍大。
（２）焊前清理
焊件组对和施焊前，应对坡口及
４焊接工艺方案制定
４．１
焊接工艺评定
施焊前按照ＮＢ／Ｔ４７０１４－－２０１１４承压设备焊
接工艺评定》［９１进行焊接工艺评定。工艺评定要满
足ＮＢ／Ｔ４７０１５—２０１１４压力容器焊接规程》¨…、ＳＨ／Ｔ３５２３－－２００９４石油化工铬镍不锈钢、铁镍合金
和镍合金焊接规程》ｆ１¨及设备技术条件中的要求，根据焊接工艺评定报告编制焊接工艺规程。
由于使用部位母材厚度一般不大于１０ｍｍ，考虑焊接接头的实际结构，一般选用钨极氩弧焊（ＧＴＡＷ）打底、焊条电弧焊（ＳＭＡＷ）盖面的焊接工艺。钨极氩弧焊焊接线能量小、过热区小、冷却速度快且高温区间停留时间短，可防止Ａｌｌｏｙ２０焊接过程中易出现的焊接热裂纹、晶间腐蚀及应力腐蚀裂纹等现象。４．２焊接材料
选用的焊丝或焊条应使在正常焊接工艺下焊缝的抗拉强度不低于母材退火状态下的标准下限值
（５５０
其两侧各２５ｍｍ宽度的金属表面上修磨去除氧化色，并用丙酮或乙醇等溶剂清洗去除油脂、水分与其他污染物，特别是含硫和铅的杂物，以防止Ａｌｌｏｙ被硫和铅脆化，导致焊缝沿晶界开裂产生裂纹。
（３）焊前预热Ａｌｌｏｙ２０的焊接一般不需预热，因为预热将延缓焊缝冷却速度，而过慢的冷却速度将使焊缝产生硬化。但当母材温度低于１５℃时，应将接头两侧各３００ｍｍ范围内加热到１５～２０℃，并加热透彻，以避免湿气冷凝形成焊缝气孔。
４．４
２０
施焊
钨极氩弧焊时需用氩气保护好焊缝背面，并用
左焊法施焊。采用焊条电弧焊焊接时，宜短弧焊，小线能量，焊条不摆动，层间温度通常控制在低于１００℃，按照编制好的焊接工艺规程施焊。Ａｌｌｏｙ焊接工艺参数见表２［８］。
２０
ＭＰａ），焊缝的塑性和耐腐蚀性能不低于母材
或与母材相当，焊接性能良好，能满足容器制造和使用的要求。
表２
Ａｌｌｏｙ
２０焊接工艺参数
５
焊后检验
焊接完成后，将焊缝表面清理干净，依据设计图
将焊缝表面酸洗后，按ＪＢ／Ｔ
４７３０
２００５４承压
设备无损检测》¨”对焊接接头进行渗透检测和射线检测。合格指标为，进行１００％着色检查，Ｉ级为合格；对Ａｌｌｏｙ２０同种钢之间的Ａ、Ｂ类焊接接头进行２０％的射线检查，不低于ＩＩＩ级为合格；对Ａｌｌｏｙ
２０
样要求及ＧＢ５０２３６－－２０１１《现场设备、工业管道焊接工程施工规范》［】６］的规定对焊缝进行检查。外观检查焊缝和热影响区表面应无裂纹、气孔、夹渣、凹陷、咬边及未熔合等缺陷。
与异种钢之间的Ａ、Ｂ类焊接接头进行１００％的射线检查，不低于ＩＩ级为合格。
万方数据
‘７８‘
石油化工设备
２０１５年第４４卷
６
结语
Ａｌｌｏｙ
２０具有较好的耐酸腐蚀、抗磨损性能及
相对低廉的价格，在烟气洗涤塔中得到了很好的使用。通过对Ａｌｌｏｙ２０的不断了解，制定出适宜的焊接工艺，加强焊接过程的工艺控制和过程检验，对于
Ａｌｌｏｙ
２０在同类工程类似项目中的应用具有一定的
参考价值。
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ＭｅｔａｌＡｒｃ
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１
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ａｎｄ
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ｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＰｉｐｅＷｅｌｄｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｓ］．）
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（ＪＢ／Ｔ４７３０－－２００５，Ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ
Ｔｅｓｔｉｎｇ
ｏｆＰｒｅｓ—
ｓｕｒｅ
Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ［Ｓ］．）
（张编）
Alloy 20在烟气洗涤塔中的应用
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
张新国， 邱明涛， 罗从仁， ZHANG Xin-guo， QIU Ming-tao， LUO Cong-ren中国石油工程建设公司华东设计分公司,山东青岛,266071石油化工设备
Petro-Chemical Equipment2015,44(6)
石油化工设备 2015(6)
引用本文格式：张新国.邱明涛.罗从仁.ZHANG Xin-guo.QIU Ming-tao.LUO Cong-ren Alloy 20在烟气洗涤塔中的应用[期刊论文]-