GROBBLECH FÜR DEN PETROCHEMISCHEN REAKTORBAU RAFFINIERTES AUS CHROM-MOLYBDÄN-STAHL DILLINGER HÜTTE GTS

Transkript

1 GROBBLECH FÜR DEN PETROCHEMISCHEN REAKTORBAU RAFFINIERTES AUS CHROM-MOLYBDÄN-STAHL DILLINGER HÜTTE GTS

2 HOHE ANSPRÜCHE MIT ERFAHRUNG MEISTERN Der petrochemische Reaktorbau stellt enorm hohe Ansprüche an die verwendeten Stähle. Üblicherweise finden beim Bau von Wärmetauschern und Prozessreaktoren niedrig legierte Chrom-Molybdän- Stähle (1 bis 3% Cr und 0,5 bis 1% Mo) Verwendung. Reaktoren mit Anforderungen an die Druckwasserstoffbeständigkeit wie z.b. Hydrotreater, Hydrodesulphurizer und Hydrocracker werden aus Blechen mit zunehmend anspruchsvolleren Spezifikationen hergestellt. Dillinger Hütte GTS genießt weltweit einen guten Ruf als verlässlicher Partner im petrochemischen Reaktorbau. Nicht nur weil die Bleche den höchsten Ansprüchen gerecht werden, sondern auch weil hier Liefertreue, die in einer globalisierten Welt zunehmend an Bedeutung gewinnt, groß geschrieben wird. Druckbehälter aus SA Jahrzehntelange Erfahrung, besondere technologische Möglichkeiten und die Zusammenarbeit mit Konstrukteuren, Verarbeitern und Betreibern haben es ermöglicht, dass Dillinger Hütte GTS die Entwicklung und den Einsatz der Cr- Mo-Stähle für druckwasserstoffbeständige Reaktoren mitgestaltet. In vielen Raffinerien der Welt baut man deshalb auf Reaktoren aus Dillinger Stählen, die hervorragende Eigenschaften besitzen und auch schwierigsten Spezifikationen gerecht werden. Die Entwicklung immer leistungsfähigerer Reaktoren, die bei höheren Temperaturen und Drücken betrieben werden, ist ungebrochen und stellt damit immer neue Herausforderungen an die Stahlhersteller und deren Produkte. Auch bei der Weiterentwicklung der traditionellen Materialien zu Vanadium-modifizierten Stählen hat sich Dillinger Hütte GTS in Forschungsprojekten zusammen mit Betreibern und Verarbeitern einen Erfahrungsschatz erarbeitet. Die hieraus hervorgegangenen hochmodernen Stähle, die eine erhebliche Reduktion der Behältergewichte erlauben, sind bereits in zahlreichen Reaktoren weltweit im Einsatz. Dillinger Hütte GTS bietet schon seit einigen Jahren für den wachsenden Markt Stähle dieses Typs an, die mittlerweile Eingang in die gängigsten Regelwerke gefunden haben. 585 t schwerer Behälter aus SA 542-D-4A für ein Raffinerie-Projekt 2

3 DIE VORTEILE VON DILLINGER CR-MO-BLECHEN NÄHER BELEUCHTET Dillinger Hütte GTS produziert seine Grobbleche mit einer der leistungsfähigsten Walzstraßen weltweit, wodurch es möglich ist in Abmessungsbereiche vorzudringen, die sonst kaum zugänglich sind. Beispielsweise sind Nettobreiten bis Millimeter realisierbar. Ronden-Bleche sind auf Vereinbarung auch in größeren Breiten lieferbar. Die leistungsfähigen Quarto- Gerüste erlauben es zudem, dass z.b. gute Zähigkeitswerte auch in Blechmitte selbst bei dicken Blechen eingestellt werden können. Dazu kommt das High-Shape- Factor-Rolling zum Einsatz. Die drehmomentstarken Antriebe der Walzgerüste ermöglichen hohe Stichabnahmen, wodurch schon zu einem frühen Walzzeitpunkt eine vollständige Durchverformung des Blechkerns erreicht wird. Diese Vorteile bedeuten für den Reaktorhersteller, dass bei hohen Wanddicken Grobblech als kostengünstige Alternative zu Schmiedestücken eingesetzt werden kann. Außergewöhnliche Blechformate reduzieren den Umfang von Schweißarbeiten und ermöglichen das Formen nahtloser Behälterböden in großen Durchmessern. Damit erhält der Konstrukteur mehr Freiheit beim Behälterdesign. Weitere Vorteile sind eine erhöhte Bauteilsicherheit und eine Kostenreduktion durch verminderten Herstell- und Prüfaufwand. Dillinger Hütte GTS bietet Cr-Mo-Stähle nach den gängigsten Standards wie z.b. ASTM/ASME und EN Teil 2 an. Üblicherweise werden zusätzlich zahlreiche über die Norm hinausgehende Anforderungen seitens der Kunden spezifiziert, die sicher eingehalten werden. Prinzipielle Abmessungsmöglichkeiten für CrMo-Stähle in Abhängigkeit des Lieferzustandes. Für Blechbreiten ab 4.500mm sind Ebenheitsanforderungen gesondert zu vereinbaren; Breiten ab 5.100mm sind nur ungerichtet lieferbar. Die max. Blechdicke im Wärmebehandlungszustand N+A ist oft durch die Bestellspezifikation begrenzt.

4 KOOPERATION - DER SCHLÜSSEL ZUM GEWÜNSCHTEN EIGENSCHAFTSPROFIL Petrochemische Prozessreaktoren sind so ausgelegt, dass sie bei hohen Drücken, hohen Temperaturen und unter Druckwasserstoffbelastung eine möglichst lange Betriebsdauer sicher bewältigen. Dabei geben die einschlägigen Regelwerke die wesentlichen Eckdaten für das Stahldesign vor; so beispielsweise die mechanischtechnologischen Kennwerte wie Streckgrenze bei Raumtemperatur und bei erhöhter Temperatur sowie die Langzeitwarmfestigkeit. Auch die erforderliche Kerbschlagzähigkeit und die Einstufung im Nelson- Diagramm sind vorgegeben. Es gilt zu beachten, dass nicht nur die chemische Analyse und die Blechdicke die Werkstoffeigenschaften beeinflussen. Auch die Bedingungen der Wärmebehandlung (Normalisieren, Anlassen, Wasservergüten, Spannungsarmglühen) und gegebenenfalls die Warmumformung bei der Weiterverarbeitung spielen eine entscheidende Rolle. Zusätzlich können sich die Werkstoffeigenschaften im Langzeitbereich auch nach Beendigung der Behälterfertigung weiter verändern. In Absprache mit Verarbeitern, Konstrukteuren oder Betreibern Anfragehäufigkeit einiger zentraler Eigenschaften / Anfrageparameter für verschiedene CrMo-Güten. berücksichtigt Dillinger Hütte GTS solche Einflüsse von Anfang an im Stahldesign, um einen Stahl anbieten zu können, der die gestellten Anforderungen optimal erfüllt. Dabei ergibt sich je nach Stahltyp ein individuelles Anforderungsprofil, das es zu erfüllen gilt. Wie sich Wärmebehandlungen auf die technische Machbarkeit auswirken können, zeigen Untersuchungen von Dillinger Hütte GTS am Beispiel des Anlassens und Spannungsarmglühens von luftvergüteten Cr-Mo-Stählen und wasservergüteten Cr-Mo-Stählen. Um die Zusammenhänge übersichtlich darstellen zu können, werden Temperatur und Haltedauer bei der Wärmebehandlung im sogenannten Hollomon-Parameter zusammengefasst. Es wird deutlich, dass bei hohen Anforderungen an das Spannungsarmglühen (gleichbedeutend mit hohen Hollomon-Parametern) nur noch wasservergütete Cr-Mo- Stähle die erforderlichen Festigkeits- und Zähigkeitsanforderungen erfüllen können.

5 Beispiele für den Einfluss komplexer Anforderungen auf die Realisierbarkeit eines 1¼Cr ½Mo-Stahls (SA ) und eines 2¼Cr 1Mo-Stahls (SA ). Exemplarisch wird für je einen bestimmten Analysentyp gezeigt, wie sich Zusagbarkeitsgrenzen in Abhängigkeit von Lieferzustand, Hollomon-Parameter (Wärmebehandlung) und Blechdicke verändern. Den Diagrammen liegt eine Streckgrenzenanforderung R p0,2 311 MPa und eine Zugfestigkeitsanforderung 518 R m 689 MPa zugrunde. Das Zähigkeitsniveau für die unterschiedlichen Prüftemperaturen der einzelnen Bereiche beträgt 31 Joule im Mittelwert. Kerbschlagzähigkeit SA (1¼Cr ½Mo) Brinell-Härte Kerbschlagzähigkeit SA (2¼Cr 1Mo) Brinell-Härte

6 HOHES ZÄHIGKEITSNIVEAU AUCH IM LANGZEITBETRIEB Schon seit über einem halben Jahrhundert ist bekannt, dass warmfeste Cr-Mo-Stähle zur Langzeitversprödung neigen. Diese findet typischerweise im Temperaturbereich zwischen ca. 370 C und 580 C statt. Kennzeichen dieser Langzeitversprödung ist die Verschiebung der Kerbschlagarbeit-Übergangstemperatur zu höheren Temperaturen. In der Literatur wird dieses Phänomen auf den Einfluss der Spurenelemente P, Sb, As und Sn im Stahl zurückgeführt. Normale Produktion Mit Zusatzmaßnahmen P 0,011 % 0,006 bzw. 0,007 % * Sn 0,005 % 0,005 % As 0,007 % 0,007 % Sb 0,001 % 0,001 % * in Abhängigkeit vom Cr-Gehalt Maximale Gehalte an Spurenelementen Verschiedene, auf der chemischen Analyse beruhende, empirische Beziehungen werden zur Abschätzung der Versprödungsneigung von Stählen herangezogen. Die bekanntesten sind der J- oder Watanabe- Faktor und der für das Schweißgut entwickelte X- oder Bruscato- Faktor. Da Dillinger Hütte GTS Stahl ausschließlich auf Erzbasis über Hochofen und Sauerstoffaufblaskonverter produziert, ist der Gehalt an Spurenelementen sehr gering. Daraus resultieren sehr niedrige Werte von J- und X-Faktor. Untersuchungen von Dillinger Hütte GTS haben gezeigt, dass bei derart geringen Gehalten an Spurenelementen die Versprödungsneigung nicht unbedingt mit dem J- und X-Faktor oder dem P-Gehalt korreliert. Mit Hilfe der sogenannten Stufenglühung (Step Cooling) lässt sich die Versprödungsunempfindlichkeit eines Stahls nachweisen. Die nach der Stufenglühung gemessene Verschiebung der Kerbschlagarbeit-Übergangstemperatur multipliziert mit einem Faktor (üblicherweise 2,5) entspricht nach heutigem Kenntnisstand der Verschiebung nach langjährigem Betrieb. Zusagbare Werte für J- und X-Faktor Dillinger Hütte GTS empfiehlt daher den Step-Cooling-Test bei der Stahlbestellung mit vorzusehen. Nachweis der Versprödungsunempfindlichkeit: Verschiebung der Kerbschlagarbeit-Übergangstem-peratur nach Step-Cooling in Abhängigkeit vom Lieferzustand und der Übergangstemperatur vor Step-Cooling. Alle Punke, die unterhalb der eingezeichneten Gerade liegen, repräsentieren Wertepaare, die die Anforderungen erfüllen.

7 DILLINGER HÜTTE GTS BIETET MEHR AUS BLECH Bei der Reaktorfertigung muss das Blech eine Reihe von zum Teil aufwändigen Verarbeitungsschritten durchlaufen. Besonders bei großformatigen, dicken Blechen können Verarbeiter hier an die Grenzen ihrer technologischen Möglichkeiten stoßen. Die Kunden der Dillinger Hütte GTS werden hier nicht allein gelassen. Dort wo ihre Möglichkeiten erschöpft sind, bietet ihnen der Bereich Weiterverarbeitung in Dillingen mit seiner umfangreichen Anlagen- Ausstattung und Erfahrung in der Verarbeitung außergewöhnlicher Blechformate eine "verlängerte Werkbank". Seit vielen Jahren werden renommierte Kunden weltweit mit vorgefertigten Komponenten aus Dillinger Produktion beliefert. So zum Beispiel: Einteilige Böden und Pressteile: Aus einem Blech können, je nach Stahlsorte, bis zu einer maximalen Blechdicke von 200 mm sphärische Böden mit Außendurchmessern bis mm, Korbbogen- oder elliptische Böden bis zu mm und flache Böden bis zu mm gefertigt werden - auch in wasservergütetem Zustand. Für größere Durchmesser sind mehrteilige Böden aus montagefertigen Segmenten lieferbar. Längsnahtgeschweißte Mantelschüsse: Abhängig von der Stahlsorte lassen sich bis zu 300 mm dicke und mm lange Mantelschüsse kalt biegen. Eine Warmumformung ist ebenso durchführbar wie anschließend notwendige Wärmebehandlungen. Kantenbearbeitete Bleche: Mit Hilfe einer hochmodernen Kantenfräsmaschine werden Bleche mit Schweißkanten im Dickenbereich von 5 bis 120 mm hergestellt. Blechzuschnitte: Nach Vorgaben und Konstruktionszeichnungen der Kunden fertigt der Bereich Weiterverarbeitung in Dillingen auf NC-Koordinaten-Brennmaschinen hochpräzise Zuschnitte bis 350 mm Dicke. Die Komponenten können nach den einschlägigen Regelwerken wie z. B. DGRL 97/23/EG, EN 13445, ASME, AD2000, PD5500 geliefert werden. Zulassungen wie ASME Stamps S, U und U2 sind vorhanden. Weitere Angaben zu den Möglichkeiten sind in der Broschüre "Lieferprogramm Weiterverarbeitung Dillinger Hütte GTS" aufgeführt. Ein Beispiel für die Möglichkeiten der Weiterverarbeitung: Biegen eines Mantelschusses von 240 mm Dicke.

8 WIR MACHEN DEN STAHL Wenn Sie ein Angebot von Dillinger Hütte GTS anfordern möchten, wenden Sie sich bitte an unsere Vertriebsorganisationen. Weitere Informationen zu den Werkstoffen erhalten Sie auch über unser Servicetelefon +49 (0) Vertriebsorganisationen Deutschland Vertriebsgesellschaft Dillinger Hütte GTS Postfach Stuttgart Tel: Fax: Frankreich Dilling-GTS Ventes 5, rue Luigi Cherubini la Plaine Saint Denis Cédex Tel: Fax: Ihren Ansprechpartner in anderen Ländern erfahren Sie von unserem Koordinierungsbüro in Dillingen: Tel: Fax: AG der Dillinger Hüttenwerke Postfach Dillingen/Saar info@dillinger.biz Tel: Fax: mit freundlicher Genehmigung von Larsen & Toubro Ltd. 2 mit freundlicher Genehmigung von Kobe Steel Ltd., Energy Systems Division Ausgabe Februar 2006, Revision März 2007