专利名称：保护设备在高温下免受腐蚀的方法
技术领域：
本发明涉及一种保护将处于含有至少一种烃和/或一氧化碳的流体环境中在高温下工作的设备免受由于金属粉化(metal dusting)和/或渗碳引起的腐蚀的方法，其中，该设备的部件由含有镍、铁、铬和/或铝和/或铜的合金制成，并且所述设备的部件由保护涂层保护而免受所述腐蚀。
背景技术：
在说明书的其余部分，术语“高温”是指至少等于出现金属粉化和/或渗碳现象的温度。通常认为这些现象在大约450℃或更高的温度下出现，这取决于压力。
金属粉化和/或渗碳类型的腐蚀是在以下情况的工业过程中的主要问题，即用于制造设备部件和管道的合金处于烃和/或一氧化碳的环境中在高温下工作时。已经发现，工作较长时间后，腐蚀性侵蚀表现为合金的逐渐粉化和/或渗碳。
只要使用类似的流体成分和工作条件，各种过程都会导致这些问题。例如，在蒸汽转化的情况下，天然气或其它烃在镍催化剂的催化反应下转化为一氧化碳、氢气和二氧化碳。在蒸汽转化炉的下游，设备受到破坏构成该设备的合金的金属粉化引起的腐蚀。
为了减少这种现象，已经提出了各种解决方案，包括使用能够加强合金的抗腐蚀能力的表面涂层。对易于受到这种腐蚀的表面铝化(alumization)尤其用于限制这种现象。
为了优化这种保护，EP 0 903 424说明了一种用于提高保护含有铁、镍或铬的所谓的高温合金免受金属粉化的方法，一种包括沉积一层金属薄层到待保护的表面并在惰性气氛中对处理过的表面再次烘烤(rebake)的方法，其中，该薄层的厚度为0.01至10μm，该金属是从周期表的IV或V族中选出的。
然而，尽管合金涂层提供了令人满意的保护，但是仍然存在被保护的部件之间的连接问题。为了提供连续的保护，通过对被保护部件之间进行焊接而连接需要使用特别的连接。
目前，还没有令人满意的解决这种被保护部件之间连接的问题的方案。
这是由于，当在焊接前保护待连接的部件时，焊接破坏了焊接区域的保护，并且不利地影响相邻区域的保护。当在焊接后进行保护时，则在不同的成分和/或结构的填隙材料上形成保护；在这种情况下，各种化学元素的扩散速度受到影响，导致相对于不受焊接影响的基材，焊接区域的质量和厚度会不同并且通常会降低。此外，对于给定的焊接材料，对于小直径的管道而言，待焊接到支承件上的部件不能被固定。因此，不能在现场直接保护接头。
因此，无论如何提高对用于制造设备的合金类型、用于保护合金的表面涂层类型和使用设备的工业过程的工作条件的保护，仍然存在被保护的部件之间的连接处的腐蚀的特定问题。目前，这种腐蚀即便是局部腐蚀也会导致设备的部件在达到50巴的压力下工作时失效。
发明内容
本发明的目的是解决在被保护部件之间的连接处的局部腐蚀问题。
为此，根据本发明的一个特征，本发明涉及一种保护将处于含有至少一种烃和/或一氧化碳的流体环境中在高温下工作的设备(equipment)免受腐蚀的方法，其中，该设备的部件由含有镍、铁、铬和/或铝和/或铜的合金制成，并且所述设备的部件由保护涂层保护而免受所述腐蚀，其特征在于，以这种方式保护的所述设备的部件通过连接部件彼此连接在一起，预先对所述连接部件的将在高温下与所述流体接触的至少部分表面施加保护，并且每个将受到所述腐蚀的连接部由所述设备的部件与连接部件端部的外部焊接形成。
合金可以是例如铁(Fe)基合金、镍(Ni)基合金、铜(Cu)基合金或其它任何合适的合金。对于Fe、Ni、Cu基合金，必须清楚合金中的Fe或Ni或Cu分别为主要成分。其中，合金N 08 800是Fe基合金，合金N 06601是镍基合金，这两种合金都例如适于制造根据本发明的设备的部件(参照统一编号系统进行合金鉴定)。
根据连接部件使用的局部条件，不一定要用保护涂层对它们进行保护。由于这些部件的尺寸小，它们可以有利地由自身能在特定使用条件下足以抵抗腐蚀的合金制成。
然而，在许多情况下，有利地预先用保护涂层对连接部件进行保护，并且优选地预先通过铝化对它们进行保护。
根据本发明的特定方面，设备被保护免受金属粉化。
根据本发明的另一方面，本发明涉及一种用烃混合物生成合成气的整套设备(plant)，其特征在于，该整套设备包括用上述方法来保护的设备(equipment)。
根据本发明的第三方面，本发明涉及能使用上述方法的连接部件。
有利地，至少某些连接部件已经被保护以免受金属粉化。
有利地，用保护涂层-优选通过铝化对至少某些连接部件进行保护。
从下面参考附图对以非限制性示例给出的实施例的说明中，可以发现本发明的其它特征和优点，其中-图1是示出具有支承条的两种常规的连接类型的示意图；-图2是沿在管件的端部形成的根据本发明的连接处的纵向剖面示意图；-图3是用于实现本发明的连接件的纵向剖面示意图；-图4示出能够形成图2中所示连接类型的在最初位置的支承和连接部件；
-图5、6、7是用于实现本发明的各种连接部件的纵向剖面示意图；-图8示出根据本发明的常规焊接的照片；-图9示出根据本发明连接的管道内表面处的铝化层。
具体实施例方式
图1示出具有支承条的两种常规的连接类型。在这两种情况下，待连接的设备部件和支承条已经通过至少在将受到腐蚀的区域的铝化而被保护起来。
根据连接类型1，支承条位于设备的内表面上，并从该表面突出出来，该支承条在点A1处被焊接到设备的端部A上，设备的倒角端B设计成与自身倒角的设备的端部A接触；然后，在它们的外表面上焊接这两端。这种常规的解决方案尤其有两个缺陷-使用当前的手段在直径小于100mm的管件内难以形成焊接区域A1或者甚至是不可能形成；-在焊接区域A1中，尤其是在与不同材料和结构相关的区域中，保护层有缺陷，存在引起金属粉化现象的危险。
根据连接类型2，支承条位于设备的内表面上，但位于在设备端部A′和B′形成的空间内，这样支承条就不从表面突出出来，该支承条在点A′1处被焊接到设备的端部A上，设备的倒角端B′设计成与自身倒角的设备的端部A′接触，同时，槽的第二端在B′的内表面上的用于此目的的空间内滑动；在这种情况下，也可以在它们的外表面上焊接两端A′和B′。这种解决方案尤其有三个缺陷-使用当前的手段在直径小于100mm的管件内难以形成焊接区域A′1或甚至是不可能形成；-在焊接区域A′1中，保护层有缺陷，该保护缺陷存在引起金属粉化现象的危险；-由于在设备上形成凹槽，因此不可能调整这些部件的长度。
在图2中，示出管道1的两端1-A和1-B，管道1是构成设备的构件，其内表面已经经过铝化处理。在图1至图7中用与表示部件的表面的细线相邻的粗线示出铝化涂层2。
两种不同的连接部件3和4连接到管道1的端部；它们的几何形状与赋予它们的功能有关。
连接部件3连接在管道1的端部1-A上。该连接通过将连接部件的端部装配到管道1内而形成。然后，在用于后述焊接目的的空间内在以这种方式形成的装配件的外部将这两个部件焊接。连接部件3的内表面和被设计成装配到管道1内的该部件3的对应部分覆盖有铝化层。因此，表面精加工(surface finish)的质量具有连续性。焊缝5形成在部件的外表面上。因此，该焊接决不会影响将要受到腐蚀的部件的内表面的表面精加工。
类似地，连接部件4连接在管道1的端部1-B上。尽管它们的外表面的形状有细微的差别，但是部件3和4的端部都再现了本发明的主要特征。从而，部件4通过在至少将要受到腐蚀的表面部分上的表面处理而受到保护，在1-B处的部件1和部件4之间形成连接的焊接位于部件的外表面上。
图3示出根据本发明的连接部件，该部件具有至少一端与图2中连接部件3的端部相同。因此，所述部件是具有恒定内径的类型，同时在其端部其外径在长度l范围内具有给定的限制(restriction)，以便该部件能配合到必须连接到其上的部件的端部。此外，在外径限制处形成一倒角6，在连接过程中，倒角将布置成与待连接的另一部件相匹配的倒角相对，从而这两个在连接好的装配件的周向形成V形凹槽的倒角能够容纳用于形成焊缝的添加材料。当部件小时，易于完全对其铝化，如图3所示。
图4示出管道1和两个连接部件6、7。在这种情况下，部件6是直的连接部件，起到限制流体通道的功能，部件6的两端受到根据本发明的保护，并具有符合设备(此处未示出)要求的外部几何形状。部件7是弯曲的连接部件，内径有所变化，部件7的与管道1相对的端部受到根据本发明的保护。部件7的另一端不必处在暴露区域，不需要抵抗所述高温腐蚀。此外，应该指出，已经预先在小的部件6和7的整个表面上铝化。为了能够进行随后的焊接，除去倒角和紧靠倒角处的涂层。
图5至7示出根据设备的需求具有不同几何形状的根据本发明的连接部件的示例。
图5再现图4的部件7，该部件7完全铝化，部件7的其中一个端部在设备的温度小于金属粉化现象出现时的温度的区域处工作；由于不受到腐蚀的危险，因此在该端部处不需要符合本发明的特征。
图6再现图4的完全铝化的部件6，该部件的内径有限制(restriction)。该部件能够在整个长度上在金属粉化腐蚀条件下工作。
图7再现适合用作反应器的输入端的连接部件。
图8示出铝化的并在其两端处连接的管道-在端部8-A处，连接到具有相同直径的管道。用常规的焊接形成连接部；该图示出保护的非连续性；-在端部8-B处，连接到连接部件；焊接没有达到管道的内表面。
图9示出端部8-B处的连接。焊接金属9没有达到内表面。在示意图中铝化层10由粗线示出，而在照片上由沿管道内表面的深灰区域示出；这表明，焊接后在内表面上还存在铝化层。
从上可知，使用根据本发明的部件具有以下优点-形成连接部时不影响连接部件和设备上的保护区域，这非常有利于提高在设备工作过程中阻止在整个设备上的金属粉化腐蚀；-由于连接部件的几何形状，在待连接部件的外部进行焊接，因此焊接可以用于小直径。
-焊接区域和受到焊接影响的区域不直接暴露在腐蚀性空气中，因此不必用表面处理进行保护；-可以通过在每个点上的较好的厚度控制容易地将小连接件完全保护起来(内表面和外表面)；-所有焊接区域都可以现场形成；-形成设备的管道的长度可以调节，因为它们的端部没有任何特定形状。
虽然参照特定的连接部件模型对本发明进行了说明，但这不是限制性的，而是可以在不背离本发明的范围内进行修改和变型。
根据本发明的提高设备保护的方法尤其适用于在生成合成气过程所使用的设备部件的保护。
权利要求
1.一种保护将处于含有至少一种烃和/或一氧化碳的流体环境中至少部分在高温下工作的设备免受腐蚀的方法，其中，所述设备的部件由含有镍、铁、铬和/或铝的合金制成，并且所述设备的部件由保护涂层保护而免受所述腐蚀，其特征在于-以这种方式保护的所述设备的部件利用连接部件彼此连接在一起，预先对所述连接部件的将在高温下与所述流体接触的至少部分表面施加保护，-每个将经受所述腐蚀的连接部由所述设备的部件与连接部件端部的外部焊接形成。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设备被保护免受金属粉化。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，用保护涂层对至少一些被预先保护的所述连接部件进行保护。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，预先通过铝化对所述连接部件进行保护。
5.一种用于由烃混合物生成合成气的整套设备，其特征在于，所述整套设备包括由实施权利要求1至4中的任一项所限定的方法来保护的设备。
6.一种能够实施权利要求1中所限定的方法的连接部件。
7.根据权利要求6所述的连接部件，其特征在于，所述连接部件预先通过保护涂层来保护。
8.根据权利要求7所述的连接部件，其特征在于，所述保护涂层通过铝化来获得。
全文摘要
本发明涉及一种保护将处于含有至少一种烃和/或一氧化碳的流体环境中在高温下工作的设备免受金属粉化和/或渗碳腐蚀的方法，在该方法中，该设备的部件由含有镍、铁、铬和/或铝和/或铜的合金制成，并且所述设备的部件由保护涂层保护而免受所述腐蚀。该方法的特征在于，以这种方式保护的所述设备的部件通过连接部件彼此连接在一起，预先对所述连接部件的将在高温下与所述流体接触的至少部分表面上施加保护，并且每个将受到所述腐蚀的连接部由所述设备的部件与连接部件端部的外部焊接形成。
文档编号F16L13/02GK1761519SQ200480007462
公开日2006年4月19日 申请日期2004年3月4日 优先权日2003年3月17日
发明者S·维斯蒂奥克斯, M·波托 申请人:液体空气乔治洛德方法利用和研究的具有监督和管理委员会的有限公司