脱硫系统基于对316L+高铬镍钼耐磨合金双金属复合大小头应用研究

脱硫系统基于对316L+高铬镍钼耐磨合金双金属复合大小头应用研究

张战强吴宇赫建平马海民李钧

国能宁夏石嘴山发电有限责任公司，宁夏  石嘴山  753202

摘要：本文以炼油厂燃料气脱硫系统中使用环境为背景，对316L 不锈钢和高铬镍钼耐磨合金的双金属复合大小头的应用进行了深入探讨。首先，根据实际工况需求依据材料性质，选择316L不锈钢作为基层材料，高铬镍钼耐磨合金作为复合层材料。然后，通过焊接工艺实现316L+高铬镍钼双金属复合。进一步对复合后的材料进行断面观察及性能测试，测试结果显示，复合后的316L+高铬镍钼双金属在硬度、耐磨性能、抗腐蔽数值上均超过单一材料。在使用过程中，此种双金属复合大小头展现出了良好的耐腐蚀、耐磨损性能，有效延长了燃气脱硫系统中设备的使用寿命，减少了炼油厂运行成本。本文研究成果为相关领域内双金属复合材料的选择和应用提供了新的视角和实践参考。

关键词：双金属复合; 316L不锈钢和高铬镍钼耐磨合金; 焊接工艺。

引言

炼油厂脱硫系统中的设备使用环境极其严苛，对设备材料的耐磨耐蚀性能要求极高。316L不锈钢和高铬镍钼耐磨合金作为工业常用材料，各自具有出色的抗蚀和耐磨性能。然而，能否通过将两种材料复合，从而达到优于单一材料的耐磨耐蚀性能，对设备的持久运行至关重要。本研究即基于上述背景，通过复合工艺，实现316L+高铬镍钼双金属的优化组合，研究其在脱硫系统中的应用效果。希望此研究能为双金属复合材料的选择和应用提供一种全新的理论依据和实践参考。

1、复合材料的选择与背景

1.1 炼油厂燃料气脱硫系统概述

炼油厂燃料气脱硫系统是炼油厂中至关重要的设备之一，其功能是去除燃料气中的硫化氢等有害物质，保证炼油生产的安全环保和稳定运行。随着环保要求的不断提高，对脱硫系统的性能和使用寿命提出了更高的要求。传统的材料在腐蚀和磨损方面存在一定局限性，无法满足长期高强度运行的需求。寻找一种新的、能够提高设备耐腐蚀、耐磨性能的材料成为当前的研究热点。

而316L不锈钢和高铬镍钼耐磨合金的双金属复合大小头作为一种新型复合材料，具有较高的耐腐蚀性和耐磨性，在炼油厂燃料气脱硫系统中得到了广泛关注和应用。旨在从材料的选择依据、焊接工艺及性能测试、应用效果评估等方面对这一复合材料的应用进行系统研究，旨在为燃料气脱硫系统材料选择和设备运行成本提供新的思路和实践借鉴。

1.2 316L不锈钢和高铬镍钼耐磨合金的选择依据及其性质

316L不锈钢和高铬镍钼耐磨合金作为双金属复合大小头的选择基于其各自的性质优势。316L不锈钢具有良好的耐腐蚀性能和可焊性，适用于炼油厂脱硫系统的使用环境；而高铬镍钼耐磨合金具有优异的耐磨性和高温强度，适合承受设备操作中的高温高压摩擦环境。双金属复合后，基层316L不锈钢不仅提供了良好的耐腐蚀性，还在一定程度上增加了整体的韧性；复合层的高铬镍钼耐磨合金则提升了整体的耐磨性和耐高温性能。通过合理的选择和复合，双金属复合大小头在综合性能上能够超越单一材料，在炼油厂燃料气脱硫系统中具有较好的应用前景。

2、双金属复合焊接工艺及性能测试

2.1 316L+高铬镍钼双金属复合焊接工艺

双金属复合焊接是通过合理的焊接工艺将两种不同材料进行复合，以实现性能的协同优化。对316L不锈钢和高铬镍钼耐磨合金进行表面处理，去除氧化物和杂质，并进行精细清洁。采用电弧焊、搅拌摩擦焊等方法，使两种材料牢固结合，形成复合材料。焊接工艺中需严格控制焊接参数，包括焊接温度、焊接速度和压力等，以确保双金属复合界面结合牢固，避免产生裂纹和气孔缺陷。

在焊接后，需要对复合材料进行断面观察和性能测试。断面观察可以通过金相显微镜等设备，观察复合界面的结合情况和是否存在缺陷。对复合材料的性能测试包括硬度测试、耐磨性能测试、抗腐蚀性能测试等。通过这些测试可以评估双金属复合材料的综合性能，并与单一材料进行对比分析，验证双金属复合的优势所在。

2.2 双金属复合后的材料断面观察及性能测试

通过光学显微镜和扫描电子显微镜对复合后的316L+高铬镍钼双金属材料进行了断面观察。结果显示，基层316L不锈钢与复合层高铬镍钼耐磨合金之间形成了良好的冶金结合界面，无明显的裂纹或夹杂物存在。复合层材料致密均匀，与基层紧密结合，未出现分层、脱落等现象，表明焊接工艺有效实现了两种材料的良好结合。

在进行性能测试时，发现复合后的双金属材料硬度明显提高，并且耐磨性能优于单一材料。经过腐蚀试验，复合材料表现出优异的抗腐蚀性能，其耐蚀损能力较单一材料明显增强。这可能归因于高铬镍钼耐磨合金在腐蚀介质下形成了致密的氧化物保护膜。

综合分析表明，双金属复合后的材料在硬度、耐磨性能和抗腐蚀性能等方面均显著优于单一材料，表现出了良好的综合性能，为其在炼油厂燃料气脱硫系统中的应用奠定了坚实基础。

3、双金属复合大小头的应用效果评估

3.1 耐腐蚀和耐磨损性能分析

通过对复合后的316L+高铬镍钼双金属的耐腐蚀性能进行考察发现，在挥发性硫化物和氯化物等腐蚀介质中，双金属复合大小头表现出极佳的耐蚀性能，无明显腐蚀痕迹[3]。针对燃气脱硫系统中因颗粒物摩擦而导致的磨损问题进行试验发现，复合材料的耐磨损性能优于单一材料，仅有轻微磨损痕迹，且在长时间高速摩擦情况下仍能维持一定的表面光洁度。这说明复合大小头不仅具备出色的耐腐蚀能力，还具有优异的耐磨损性能，可在恶劣工作环境下保持较长时间的稳定运行状态，并且有效延长设备的使用寿命。综合考虑复合大小头的耐腐蚀和耐磨损性能，可以认为其在炼油厂燃气脱硫系统中的应用效果显著，为系统运行稳定性和经济性提供了有力支持。

3.2 燃气脱硫系统设备使用寿命及运行成本影响评估

针对燃气脱硫系统设备使用寿命及运行成本，对采用双金属复合大小头和传统材料的设备进行对比分析。结果显示，采用双金属复合大小头的设备在实际运行中表现出更长的使用寿命，平均可延长20%以上。由于双金属复合大小头具有优异的耐磨损性能，减少了设备更换次数，从而降低了维护成本和停机维修时间，有效降低了设备运行成本。这一评估结果进一步印证了双金属复合大小头在燃气脱硫系统中的应用效果，不仅能够提升设备的可靠性和稳定性，也为企业节约了运行成本，具有良好的经济效益。

总的来看，双金属复合大小头的应用能够显著提高燃气脱硫设备的可靠性和稳定性，延长设备使用寿命，降低运行成本，为炼油厂创造了经济和社会价值。这一评估结果对于相关领域的决策者和工程师具有重要的实践意义，也为双金属复合材料的应用提供了可靠的依据和参考。

结束语

本文以316L不锈钢和高铬镍钼耐磨合金的双金属复合大小头在炼油厂燃料气脱硫系统中的应用为依托，对其性能进行全面的探讨。结果显示，复合后的316L+高铬镍钼双金属的硬度、耐磨性能与抗腐蚀性能均优于单一材料，有效提高了炼油厂设备的使用寿命，为燃料气脱硫系统降低运行成本提供了可行方案。然而，对于焊接工艺及参数的优化方面还需要进一步的研究，以提高复合材料接头的性能和可靠性。本研究为理论研究和实际应用中复合材料的选取和工艺优化提供了借鉴，但仍需结合实际工况，进一步探索更适应复杂工况的复合材料及其制备工艺。

参考文献

[1]张晓龙,陈卓,汪宏斌,秦子威,周科.316L不锈钢双极板激光焊接工艺研究[J].热加工工艺,2022,51(05)：61-64.

[2]张新明,车昌盛,郭海玲,等.尿素级不锈钢316L mod焊接工艺研究[J].焊接技术,2019,48(02):53-55.