Влияние эксплуатационных факторов на структуру материала змеевиков технологических трубчатых печей

Рассмотрены вопросы влияния эксплуатационных факторов на структуру внутренней и наружной поверхностей труб печных змеевиков нефтеперерабатывающих предприятий из хромомолибденовых и хромоникелевых сталей. Отмечена неоднородность структуры в сечении змеевика. Помимо теплового старения металла труб из хромомолибденовых сталей в процессе эксплуатации при высоких температурах и давлении выявлены обезуглероживание внутренней и наружной поверхностей, межкристаллитная коррозия и в отдельных случаях - образование σ-фазы. Приведены результаты механических испытаний змеевиков из хромомолибденовых сталей после длительной эксплуатации, а также аварийных ситуаций. Рассмотрено влияние σ-фазы на ударную вязкость, межкристаллитную коррозию металла и остаточный ресурс змеевиков из аустенитных хромоникелевых сталей. Уточнено тонкое строение σ-фазы, изучена кинетика ее роста при температурах эксплуатации змеевиков. Полученные результаты показывают, что несмотря на удовлетворительные механические свойства вывод об остаточном ресурсе змеевиков и возможности их дальнейшей эксплуатации может быть сделан только при наличии данных о структуре металла по всему сечению труб. Оценка остаточного ресурса должна учитывать неравномерность фазового состава по сечению труб и наличие коррозионных повреждений поверхности. Особое внимание следует уделить выявлению σ-фазы в структуре, поскольку даже малые ее количества в случае расположения по границам зерен приводят к резкому охрупчиванию металла. Рекомендовано, помимо плановой технической диагностики печных змеевиков с использованием методов неразрушающего контроля и переносной металлографии, проводить лабораторные металлографические исследования поперечного сечения труб печных змеевиков.

petrochemical equipment, residual life, decarbonized layer, σ-phase structure, toughness, intergranular corrosion, нефтехимическое оборудование, остаточный ресурс, обезуглероженный слой, структура, σ-фаза, ударная вязкость, межкристаллитная коррозия

1. Добротворский А. М., Соколов В. Л., Копыльцов А. В., Шевякова Е. П., Масликова Е. И., Антонов М. И., Мансырев Э. И., Адамчук В. К., Ульянов П. Г., Пушко С. В. Повышение надежности прогнозирования технического состояния нефтезаводского оборудования, работающего при высоких температурах / Состояние и перспективы развития систем мониторинга технического состояния статического оборудования для обеспечения безопасной и надежной эксплуатации нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств. Материалы совещания. - М.: ООО «НТЦ при Совете главных механиков», 2011. С. 95 - 100.

2. Mueller F., Scholz A., Berger C. Crack Behaviour of 10Cr-steels under Creep and Creep-Fatigue Conditions Institute of Materials Technology. Darmstadt University of Technology. ECCC Creep Conference. 12-14 September 2005. London.

3. Аюян Г. А., Писаренко Т. А. О коррозии оборудования, стабилизации и вторичной ректификации бензинов / Коррозия: материалы, защита. 2006. № 10. С. 17-21.

4. ГОСТ Р 53682-2009. Установки нагревательные для нефтеперерабатывающих заводов. Общие технические требования.

5. Теплова Н. И. Исследование стабильности физико-механических свойств хромомолибденовой стали в процессе длительной эксплуатации в условиях каталитического риформинга. Методы и измерения / Тез. докл. Всероссийской науч.-техн. конф. - Нижний Новгород, 2000. - 17 с.

6. РД 38.14.006-66 РТ. Методика определения сроков эксплуатации змеевиков печей установок каталитического риформинга, отработавших проектный ресурс. - Волгоград: ВНИКТИнефтехимоборудование, 1986.

7. СТО - СА 03-004-2009 (Трубчатые печи, резервуары, сосуды и аппараты нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств. Требования к техническому надзору, ревизии и отбраковке). - Волгоград: изд-во ВГПУ «Перемена», 2010.

8. ГОСТ 9454-78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах.

9. ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение.

10. Заявка на изобретение №2012113780. Дата публикации: 20.10.2013.

11. Арчаков Ю. И. Водородная коррозия стали. - М.: Металлургия, 1985. - 192 с.

12. Палий Р. В., Прохоров H. H., Макаренко В. Д. Влияние водорода на механизм коррозионного разрушения промысловых трубопроводов / Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2002. № 5. С. 47 - 49.

13. Ватник Л. Е., Тришкина И. А., Трыков Ю. П., Гуревич Л. М. Структура хромомолибденовых сталей змеевиков технологических печей нефтеперерабатывающих установок / Ремонт, восстановление, модернизация. 2007. №5. С. 48-53.

14. Grabke H. J. Korrosionsschäden in petrochemischen Anlagen (Teil 2). Metal Dusting / Mater. Corrosion. 2003. Vol. 54. N 10. P. 736 - 740.

15. Reis G. S., Jorge A. M., Balancin O. Influence of the microstructure of duplex stainless steels on their failure characteristics during hot deformation / Mater. Res. 2000. Vol. 3. P. 31-35.

16. Young R. A. Introduction to the Rietveld Method. - Oxford: Oxford University Press, 1993. P. 1 - 39.

17. Медведева М. Л. Об основных причинах отказов печных змеевиков на установках висбрекинга и путях их устранения / Химия и технология топлив и масел. 1998. № 4. С. 26.

18. Hsieh C. C., Lin D. Y., Chang T. С. Microstructural evolution during the δ/σ/γ phase transformation of the SUS 309LSi stain less steel after aging under various nitrogen atmospheric ratios / Mater. Sci. Engin. 2008. Vol. 475. N 1 - 2. P. 128 - 135.

19. Ravindranath K., Malhotra S. N. Influence of aging on inter-granular corrosion of a 25 % chromium - 5 % nickel duplex stainless steel / Corrosion. 1994. Vol. 50. N 4. P. 318 - 328.

20. Barcik J. Mechanism of о-phase formation in Сг-Ni austenitic steels / Mater. Sci. Technol. 1988. Vol. 4. N 5. P. 15.

21. Sourmail T. Precipitates in creep resistant austenitic stainless steels / Mater. Sci. Technol. 2001. Vol. 17. N 1. P. 1 - 14.

22. Качанов H. H., Миркин Л. И. Рентгеноструктурный анализ (поликристаллов). Практическое руководство. - М., 1969.- 215 с.

23. Powder Diffraction File. JCPDS. International Center for Diffraction Data (ICDD). 2008.

24. Chih-Chun H., Weite W. Overview of intermetallic sigma (о) phase precipitation in stainless steels / Int. Schol. Res. Network. Metallurgy. 2012. - 16 p.