Alloy 31 in Oil Refining: Naphtha Hydrotreating Heat Exchanger Performance Data - Kunnskap

Legering 31 (UNS N08031)er en nitrogen-legert super-austenittisk legering med omtrent 27 % krom, 31 % nikkel og 6,5 % molybden, noe som gir en beregnet PREN på omtrent 52.Dens publiserte styrker er motstand mot kloridgroper, godkjenning for sur (H2S) service under NACE MR0175/ISO 15156, og god sveisbarhet uten etter-sveisevarmebehandling. Dens publiserte grense for saltsyre er under 5 % ved romtemperatur eller litt over.

Alloy 31 in Oil Refining

Vi fant ingen uavhengige, kvantifiserte feltdatasett for legering 31 i naftahydrobehandler (NHT)-vekslere, og ingen publiserte korrosjonshastigheter for ammoniumbisulfid (NH4HS) eller ammoniumklorid (NH4Cl).Behandle den som en sterk kandidat for klorid-drevne grop- og sprekkdannelsesproblemer, og bekreft den med testing før du bruker den i ammonium-salt-hot spots. På disse stedene har Alloy 825 og Alloy 625 den dypere bevisgrunnlaget.

Viktige takeaways

Hovedfiende:i en NHT kommer skaden hovedsakelig fra ammoniumsalter (NH4Cl i varmevekslerne, NH4HS i den kjøligere enden), ikke fra selve naftaen.

PREN er ikke hele historien:Alloy 31 scorer ca. 52 mot ca. 34 for Alloy 825, men PREN rangerer kun kloridpitting. Den rangerer ikke flyt-drevet NH4HS-angrep.

Ærlig gap:raffinering er navngitt som en Alloy 31-applikasjon av produsenten, men vi kunne ikke finne publiserte tjeneste-levetid eller korrosjons-hastighetsrekorder for NHT-vekslere.

Fabrikasjon er viktig:sveis med en interpass-temperatur på 120 grader (248 grader F) eller mindre, og løsning-gløding etter mer enn 15 % kaldt arbeid (relevant for U-bøyninger).

Alloy 31 er en nitrogen-legert jern-nikkel-krom-molybdenlegering som fyller gapet mellom "superrustfrie" kvaliteter som 254 SMO og dyre nikkellegeringer som Alloy 625.

Produsenten, VDM Metals, beskriver Alloy 31 som å lukke gapet mellom høy-legert austenittisk rustfritt stål og nikkellegeringer [1]. Dens 0,15 til 0,25 % nitrogen holder strukturen fullstendig austenittisk og bremser dannelsen av sprø sigmafase [1]. VDM lister opp "mineraloljeproduksjon og raffinerier" blant sine bruksområder [1], og et NACE-papir fra 1991 fikk tittelen Alloy 31 for raffineriindustrien [1]. Vi kunne bare lese den tittelen, ikke selve avisen.

Tabell 1 samler de egenskapene som betyr mest for et varmevekslerrør eller skall.

Eiendom	Legering 31 (UNS N08031)	Hvorfor det er viktig i en veksler
Nominell sammensetning (vekt%)	Ni 30,0-32,0; Cr 26,0-28,0; Mo 6,0-7,0; Cu 1,0-1,4; N 0,15-0,25; C 0,015 maks	Høy Cr og Mo motstår pitting; høy Ni motstår kloridsprekker
Tetthet	8,05 g/cm³	Brukes for vekt- og kostnad-per-volumanslag
Min. flyte-/strekkstyrke (plate, ark, strimmel i henhold til ASTM B625)	280 MPa (40,6 ksi) / 650 MPa (94,3 ksi); forlengelse 40 %	Setter veggtykkelse i trykkdesign
Typisk utbytte ved 300 grader / 400 grader	165 MPa (23,9 ksi) / 150 MPa (21,8 ksi)	Styrken faller med temperaturen, så sjekk designtemperaturen
Termisk ledningsevne	11,7 W/m·K ved 20 grader ; 15,0 ved 200 grader ; 18,5 ved 400 grader	Driver varmeoverføring over rørveggen
Slagfasthet (ISO V-hakk)	185 J/cm² min. ved romtemperatur; 140 J/cm² min. ved -196 grader	Holder seg seig ved lav temperatur
Godkjenninger oppgitt av produsent	VdTÜV 509 (-196 til 550 grader ); ASME-kar til 800 grader F (427 grader ); ISO 15156/NACE MR0175 opp til nivå VI	Dekker temperaturområdet og sur service for mange NHT-posisjoner

Kilde: VDM Metals, VDM Alloy 31 Material Data Sheet No. 4131, Revision 03, August 2024 [1]. Eiendomsverdier er typiske eller minimumsverdier fra databladet, ikke en garanti.

For det meste salter: ammoniumklorid (NH4Cl) i varmefôr/avløpsvekslerne og ammoniumbisulfid (NH4HS) i den kjøligere enden, pluss kloridsprekking av austenittiske stål. Varme-hydrogenskader er et eget metallurgisk problem som legeringsvalg for rørene ikke løser.

What damages a naphtha hydrotreater heat exchanger

I en naftahydrobehandler passerer nafta og hydrogen over en katalysator. Katalysatoren gjør svovel til hydrogensulfid (H2S) og nitrogen til ammoniakk. Når det varme reaktoravløpet avkjøles, kombineres ammoniakk med H2S for å danne NH4HS, og med klorider for å danne NH4Cl. Begge saltene er svært etsende for karbonstål når de er våte, og begge fungerer som tilsmussing når de er tørre.

Industrikilder plasserer de to saltene i forskjellige temperatursoner:

NH4Cl:så lite som 1 wppm klorid i fôret kan forårsake NH4Cl-avleiringer, avhengig av fôrnitrogen og enhetstrykk. Avsetningene dannes i den varmere delen av fôr-/avløpstoget, omtrent 350 til 400 grader F (omtrent 175 til 205 grader) [5]. En hydrocracker-luftkjøler-undersøkelse beregnet NH4Cl-krystallisering ved 175 til 210 grader.

NH4HS:vann kan kondensere ved NH4HS-avsetningstemperaturer på omtrent 80 til 150 grader F (omtrent 27 til 65 grader), nær avløpsluftkjøleren [5]. De første vanndråpene er rike på sur gass og svært etsende.

Kloridsprekking:standard 316-type rustfritt stål er utsatt for kloridspenningskorrosjon over ca. 60 grader (140 grader F) [2]. Tilsmussing eller høyt trykkfall over ca. 250 grader F (120 grader) på avløpssiden peker mot NH4Cl.

Varme-hydrogenskader:NHT fôr/avløpsvekslere er også designet for sulfidering og høytemperatur hydrogenangrep (HTHA). HTHA forårsaket en dødelig vekslerfeil ved en NHT i 2010.

Vekslersone	Ca. temperatur	Hovedtrussel	Vanlig kontroll
Varmfôr/avløpsbunter (avløpssiden)	~175-205 grader (350-400 grader F)	NH4Cl-avleiringer, under-avleiringer, kloridoppsprekking	Begrens fôrklorider; mellomliggende vannvask
Avkjølt avløp, luftkjøler og trimkjøler	~27–65 grader (80–150 grader F)	NH4HS korrosjon, verre ved høy strømningshastighet	Vask vann; holde hastighet og NH4HS-konsentrasjon innenfor grenser
Fôrside av fôr/avløpsvekslere	Stiger mot reaktorinnløp	Tilsmussing av tyggegummi og korrosjon-(et-varmeoverføringsproblem, ikke en metallurgisk løsning)	Oksygenkontroll i naftafôr [9]
Vannkjølte-vekslere	Avhenger av kjølevann	Kloridgroper og sprekkkorrosjon på vannsiden	Legering utvalg; vannkjemi

Kilder: AFPM Q&A (Spørsmål 19) [5]; Becht [6]; PTQ/Digital Refining Q&A [9]; Alleima/MTI CONNECT 2024 [2]; Engineering Failure Analysis 2013 [10]. Temperaturene er omtrentlige, og hver enhet er forskjellig med trykk, nitrogen og kloridinnhold.

Sterk på kloridgroper og sur-servicegodkjenning; begrenset av saltsyre; ingen publiserte NH4HS- eller NH4Cl-korrosjonshastigheter finnes i kildene vi har gjennomgått.

Tabell 2 viser alle Alloy 31-datapunkter vi kan knytte til NHT-skademoduser, og viser tydelig hvor data mangler. Etter EETA-praksis merker vi hull i stedet for å anslå dem.

Skademodus	Publisert Alloy 31 bevis	Hva det betyr
Kloridgroper og sprekker	Produsent rapporterer enestående motstand i sure og alkaliske halogenidmedier; CPT vist mot PREN i ASTM G48 (10 % FeCl3) [1]. Beregnet PREN ≈ 52.	Best-støttet styrke. Nøyaktige CPT-verdier er i produsentdiagrammet, ikke i teksten.
Saltsyre (HCl)	Passer kun der HCl holder seg under 5 %, ved romtemperatur eller lett forhøyet temperatur. Ved 10-30 % HCl ved romtemperatur nådde erosivt angrep opp til 0,5 mm/år (0,02 tommer/år) [1].	En reell grense. Surt dugg-punkt eller første-vann-dråpeforhold med sterk HCl trenger omsorg.
Kloridspenningskorrosjonssprekker	I en alvorlig 24-timers U-bøyningstest i kokende 45 % MgCl2 ved 155 grader, sprakk 3 av 3 legeringsprøver 31. 254 SMO og 6XN sprakk også 3 av 3; Legering 825 sprakk 2 av 3 [2].	Testen er ekstrem og ble drevet av en konkurrerende produsent. Den viser ingen Alloy 31-fordel i forhold til andre 6-Mo-karakterer i den testen.
Sur service (H2S)	Sertifisert i henhold til ISO 15156/NACE MR0175 opp til nivå VI [1].	Støtter bruk i våte H2S-miljøer. Bekreft utgaven og grensene for enheten din.
Intergranulær korrosjon	Blir sensibilisert først etter langvarig eksponering (ASTM G28 Metode A tids-temperaturdiagram) [1].	Lav risiko ved normal sveising når prosedyrer følges.
NH4HS (surt vann) korrosjonshastighet	Ingen data funnet i de gjennomgåtte kildene.	Ikke forutsett ytelse. Test eller skaff enhets-spesifikke data.
NH4Cl under-avleiringskorrosjon	Ingen data funnet i de gjennomgåtte kildene.	Samme som ovenfor.
Temperaturområde	ASME-kar til 800 grader F (427 grader ); VdTÜV til 550 grader [1]. En publisert NHT-prosessbeskrivelse plasserer reaktortemperaturer nær 250-300 grader [11].	Typiske NHT-vekslertemperaturer ligger innenfor det godkjente området.

Kilder: VDM Alloy 31 datablad [1]; Alleima/MTI CONNECT 2024 [2]; US patent 10 144 883 prosessbeskrivelse [11]. PREN beregnet av EETA som %Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N ved å bruke mellom{11}}komposisjon.

Alloy 31 har den høyeste klorid-pitting-indeksen blant de jern-baserte alternativene, men raffineriets ammonium-bevis er mye dypere for Alloy 825 og Alloy 625 enn for Alloy 31.

Det beste offentlige datasettet på NH4HS er industriens Sour Water Joint Industry Program. Den testet korrosjon som en funksjon av NH4HS-konsentrasjon og strømningshastighet. Resultatene omgjorde noen lang-oppfatninger:

Legering 825 holdt seg ved svært lav hastighet, men korrosjonshastigheten steg med NH4HS-konsentrasjon ved høyere hastigheter og passerte 10 mpy (0,25 mm/år) i noen tester.

Alloy 625 var betydelig bedre enn Alloy 825 på middels og høye NH4HS-nivåer.

Duplex 2205, antatt å være egnet, korroderte ved middels og høye NH4HS-konsentrasjoner, spesielt ved høy hastighet. Type 304 oppførte seg omtrent som 316.

Lærdommen er at en førsteklasses legering ikke automatisk er bedre. PREN forutsier kloridgroper, ikke strømnings-drevet NH4HS-angrep. Det er derfor Alloy 31 ikke kan rangeres over Alloy 825 i en REAC på PREN alene.

Legering	Cr / Ni / Mo (vekt%)	PREN (kalkulert)	Publisert bevis for NHT-ammonium-salttjeneste	Bevisnivå
316L	17.2 / 10.1 / 2.1	24	Ligner på 304; ikke motstandsdyktig mot NH4HS [3]. Klorid SCC risiko over ~60 grader [2].	Uavhengige JIP-data
Tosidig 2205	~22 / ~5 / ~3 (typisk)	~35	Korrodert ved middels/høy NH4HS, hovedsakelig ved høy hastighet [3].	Uavhengige JIP-data
Legering 825	23 / 39 / 3.2	34	Most common REAC material, advised by several licensors [7]; >10 mpy i noen høye-hastighetstester [3].	Uavhengige data + bred bruk
Super duplex 2507	25 / 7 / 4	43	Rapportert å virke under noen forhold, avhengig av hvilke salter som er tilstede [12]. Duplex header-bokssveiser har forårsaket problemer [7].	Utøver rapporterer
Legering 31	27 / 31 / 6.5	52	Ingen NH4HS- eller NH4Cl-data funnet. HCl-grense<5% [1]. Cracked 3/3 in boiling MgCl2 test [2].	Kun produsentdata
Legering 625	22 / bal. / 9	52*	Betydelig bedre enn 825 i NH4HS-tester [3]. Produsentlaboratoriedata behandler det også som benchmark for NH4Cl [2].	Uavhengige JIP-data
Sanicro 35 (N08935)	27 / 35 / 6.5	52 (produsent)	Produsenten rapporterer NH4Cl og NH4HS laboratorieresultater som kan sammenlignes med Alloy 625 [2].	Produsentlabdata

Kilder: Horvath, Cayard og Kane, CORROSION 2006 [3]; Bronswerk [7]; Alleima/MTI CONNECT 2024 (sammensetninger fra tabell 1) [2]; Salehi, LinkedIn Pulse 2020 [12]. PREN beregnet av EETA fra typiske sammensetninger. *PREN er en indeks i rustfritt{10}}stål; for nikkellegeringer som 625 er det bare en grov veiledning. 2205 verdier er typiske, ikke fra de siterte tabellene.

Ikke i de offentlige kildene vi kunne få tilgang til. Vi fant produsenterklæringer om at raffinerier er en applikasjon, men ingen kvantifiserte vegg-tapsrater, service-levetid eller inspeksjonsresultater for Alloy 31 i NHT-vekslere.

Is there field performance data for Alloy 31 in naphtha hydrotreater exchangers

Vi gjennomgikk produsentdataarket, konferanseabstraktene, lisensgiveren og industriens spørsmål og svar-materiale, og omfanget av API RP 932-B, hovedretningslinjen for reaktoravløpssystemer. Produsenten navngir raffinerier som et bruksområde, men ingen av disse kildene ga målte korrosjonshastigheter eller år i bruk for Alloy 31 i en NHT. Et gap i offentlige data betyr ikke dårlig ytelse. Det betyr at en kjøper bør be om bevis i stedet for å anta det.

DATATRANSPARENS

Eier-operatørposter og lisensgiverfiler kan inneholde Alloy 31-data som ikke er publisert. Denne anmeldelsen dekker kun åpen litteratur, og søk ble fullført i september 2026. NACE-artikkelen fra 1991 om Alloy 31 for raffinerier var ikke tilgjengelig for oss.

Hva en troverdig Alloy 31 ytelsesrekord bør inneholde

Når en leverandør eller et anlegg tilbyr en "NHT-referanse", spør etter disse elementene. En rekord som mangler de fleste av dem er et salgskrav, ikke ytelsesdata.

Service:mate-/avløpsveksler, luftkjøler, trimkjøler eller vann-kjølt enhet, og hvilken side er Alloy 31.

Prosessbetingelser:fôrklorid (wppm), fôrnitrogen, NH4HS-konsentrasjon (vekt%), strømningshastighet, temperatur, pH i den vandige fasen og vann-vaskepraksis.

Maskinvare:rørdiameter og vegg, om bøyninger er kald-formede, sveisefyll og varmebehandling.

Resultater:år i bruk, inspeksjonsmetode (ultralyd, virvelstrøm eller lignende), målt veggtap i mm/år, og eventuelle feil med sin årsak.

Den best-støttede passformen er klorid-drevet grop-, sprekker- og sprekkrisiko der 316L eller dupleks er marginal. Bruk den med verifikasjon, ikke ved antagelse, i ammonium-salt-hot spots og sterke-HCl-dugg-punktposisjoner.

Grunner i favør	Grunner til forsiktighet
Beregnet PREN på ca. 52 gir en stor klorid-pitting-margin over 316L (ca. 24) og Alloy 825 (ca. 34).	Produsenten begrenser HCl til under 5 % ved milde temperaturer [1]. Første-vann-surhetsgrad i et avløpstog kan kontrolleres av HCl [6].
Omtrent 31 % nikkel: stål av austenittisk 316-type sprekker fra ca. 60 grader i klorider, mens legeringer med høyere nikkel motstår bedre [2].	Sprukket 3 av 3 i den kokende 45 % MgCl2 U-bøytesten, som andre 6-Mo-grader [2]. Virkelig service er mildere, men resultatet fjerner enhver "immun mot SCC"-påstand.
NACE MR0175/ISO 15156 godkjenning opp til nivå VI [1].	Ingen publiserte NH4HS eller NH4Cl korrosjonshastigheter. Strømningshastighet er en nøkkeldriver for NH4HS-angrep [3].
Normalt kreves ingen varmebehandling før- eller etter-sveising [1].	Mye mindre driftshistorikk publisert enn Alloy 825 eller Alloy 625.

Kilder: VDM datablad [1]; Alleima/MTI CONNECT 2024 [2]; Becht [6]; Horvath et al. 2006 [3].

Sveis kaldt og rent, -løsningsglødd etter tungt kaldt arbeid, og unngå å bo i området 600 til 650 grader uten en plan.

Korrosjonsbestandighet avhenger av at legeringen er løsningsglødd, ren og blank. Produsenten gir disse reglene:

Fyllstoff:VDM FM 59 (ERNiCrMo-13, UNS N06059) eller VDM FM 31 (UNS N08031) for gassskjermet sveising.

Varmekontroll:interpass temperatur ikke høyere enn 120 grader (248 grader F); stringer-perleteknikk; varme-inngangskapper på 8 kJ/cm for manuell TIG og manuell GMAW, 6 kJ/cm for automatisk varm-tråd TIG og 10 kJ/cm for plasma.

Felles forberedelse:rotgap på 1 til 3 mm og en åpningsvinkel på 60 til 70 grader, fordi sveisemetallet er tyktflytende; ren argon rotbeskyttelse.

Varmebehandling:Det er normalt ikke nødvendig med varmebehandling før- eller etter-sveising. Løsningsgløding ved 1150 til 1180 grader, avkjøl deretter fra 1100 til 500 grader raskere enn 150 grader/min for best mulig korrosjonsbestandighet.

Kaldforming:Alloy 31 work-herder raskere enn vanlige austenittiske rustfrie stål. Kalddannelse over 15 % krever en endelig utgløding. For U-bøyerør, spør møllen hvordan bøyesonen varmebehandles.

Tjenesteeksponert-materiale:materiale som allerede har kjørt ved 600 til 650 grader bør få en stabiliserende gløding før reparasjonssveising og gå tilbake til det temperaturområdet.

Spesifiser legeringen etter UNS-nummer og produktstandard, krev løsning-glødet syltet tilstand og full sporbarhet, og oppgi det sure-servicekravet i innkjøpsordren.

What should a buyer specify when ordering Alloy 31 for an exchanger

Produsentens standardtabell viser plate, ark og stripe (ASTM B625/ASME SB-625), stang og stang (ASTM B649, B581), wire (B649) og smidninger (B564). Rør- og rørstandarder er ikke i den tabellen, så bekreft gjeldende ASTM/ASME-spesifikasjon og utgave med fabrikken skriftlig.

Kjøp-bestillingsvare	Hva skal oppgis	Hvorfor
Legeringsidentitet	UNS N08031; EN 1.4562; handelsnavn Nicrofer 3127 hMo eller VDM Alloy 31	Unngår substitusjon med lavere-legeringskvaliteter
Produktstandard	ASTM B625/SB-625 (plate), B649/SB-649 (stang), B564 (smiing); rør/rørspesifikasjon bekreftet med møllen	Setter kjemi og minimumsegenskaper
Betingelse	Løsning glødet, avkalket eller syltet, ren og lys	Nødvendig for full korrosjonsbestandighet
Sur service	Oppgi samsvar med ISO 15156/NACE MR0175 og den påkrevde utgaven	Sur service har sine egne hardhets- og tilstandsgrenser
Sertifisering	EN 10204 type 3.1 materialtestrapport; positiv materialidentifikasjon (PMI) ved mottak	Bekrefter Mo, Cr, Ni og N innhold
Sveisetilbehør	FM 59 (ERNiCrMo-13) eller FM 31; lav-varmeinngang WPS/PQR	Passer til produsentens sveiseveiledning
Kalde-formede deler	State bend radius and required post-bend heat treatment (>15 % belastning)	Gjenoppretter korrosjonsmotstanden

Kilder: VDM Alloy 31 datablad [1]. Ordlyden for kjøp-er er EETA-veiledning; tilpasse seg prosjektspesifikasjonen.

Q: Er Alloy 31 det samme som et 6-Mo rustfritt stål?

A: Nei. Den er ofte gruppert med 6-Mo-kvaliteter, men den bærer mer krom og nikkel: ca. 27 % Cr og 31 % Ni, mot ca. 20 % Cr og 18 % Ni for 254 SMO.

Q: Er Alloy 31 godkjent for sur service?

A: Produsenten oppgir sertifisering til ISO 15156/NACE MR0175 opp til nivå VI for syre-gassapplikasjoner. Bekreft alltid utgaven og grensene som kreves av prosjektet ditt.

Q: Hva er maksimumstemperaturen for Alloy 31 i trykkutstyr?

A: Produsenten viser ASME-godkjenning for trykkbeholdere opp til 800 grader F (427 grader) og VdTÜV-sertifisering fra -196 til 550 grader.

Q: Kan Alloy 31 håndtere saltsyre i overliggende kondensatorer?

A: Bare på lave nivåer. Produsenten begrenser det til HCl under 5 % ved romtemperatur eller lett forhøyet temperatur [1]. Sterkere eller varmere syreforhold krever nikkellegeringer.

Q: Er Alloy 31 bedre enn Alloy 825 for en reaktoravløpsluftkjøler?

A: Den har en høyere klorid-pitting-indeks (PREN ca. 52 versus ca. 34), men ingen NH4HS-korrosjonsdata for Alloy 31 ble funnet. NH4HS-angrep avhenger sterkt av strømningshastighet, og Alloy 825 er det mest brukte REAC-materialet. Bestem deg med enhetsspesifikke-data.

Q: Trenger Alloy 31 etter-sveisevarmebehandling?

A: Normalt nei. Produsenten opplyser at det vanligvis ikke kreves varmebehandling før- eller etter-sveising.