Оценка сопротивляемости элементов технологического оборудования коррозионно-механическому разрушению

• Автор: Готовко, Сергей Алексеевич
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 167 с. : ил.

1 Механизмы и механика коррозионно-механического разрушения
1.1 Влияние напряженно-деформированного состояния, коррозионной среды и металлургических факторов на процессы коррозионномеханического разрушения
1.2 Модели коррозионно-механических процессов на базе критериев механики разрушения
1.3 Особенности испытаний на трещиностойкость и металлографические исследования в условиях коррозионного растрескивания
2 Комплексный анализ коррозионно-механических разрушений элементов технологического оборудования
2.1 Разрушение элементов теплообменника технологической линии крекинга на нефтеперерабатывающем заводе
2.2. Разрушение гиба паропровода теплоэнергетического оборудования
2.3 Разрушение труб технологического газопровода
2.4 Исследование коррозионного растрескивания адсорбера на стадии технического освидетельствования
2.5 Обобщение результатов анализа коррозионно-механических разрушений
3 Оценка стойкости сталей к коррозионно-механическим разрушениям
3.1 Сопротивление разрушению коррозионно-стойких сталей
3.2 Оценка склонности к коррозионному разрушению под напряжением мартенситно-стареющей стали
4 Оценка прочности и ресурса элементов технологического оборудования в условиях коррозионно-механического воздействия
4.1 Критерий разрушения и схематизация коррозионных дефектов
4.2 Поверочные расчеты на прочность трубопровода острого пара на стадии экспертизы причин аварии
4.3 Расчеты на прочность и оценка ресурса рубашки адсорбера с коррозионными повреждениями
Выводы
Список принятых сокращений
Список использованных источников
Приложение А
Приложение Б

Актуальность работы обусловлена проблемой безопасной эксплуатации технологического оборудования при значительных коррозионно-механических повреждениях в условиях исчерпания проектного ресурса. Коррозионные процессы сопровождаются существенным снижением характеристик механических свойств, связанным с накоплением повреждений структуры сталей и сплавов. Воздействию коррозионно-механического разрушения и ее опаснейшего вида - коррозионного растрескивания - подвергаются трубопроводы и сосуды давления ТЭЦ, АЭС, ГРЭС, нефтеперерабатывающие агрегаты, аппараты химического производства и т. д.
Конструкционная прочность и безопасность промышленных объектов во многом обеспечивается путем предотвращения или замедления коррозионного разрушения элементов при эксплуатации. Применение специальных сталей, термической обработки и средств антикоррозионной защиты не всегда решает указанные задачи в полном объеме. Существующие расчетные методики оценки коррозионной стойкости элементов эксплуатируемых конструкций и оборудования не полностью учитывают кинетику коррозионных повреждений.
Данные обстоятельства, а также высокий уровень отказов, значительные экономические потери, сложность ремонта и восстановления элементов технологического оборудования (паропроводов, теплообменников, пучков труб, сосудов высокого давления и т. д.), требуют проведения дополнительных научных исследований кинетики повреждений, механизмов коррозионного разрушения, причин отказов. Последующая комплексная оценка параметров предельных состояний и критических размеров дефектов на базе методов механики разрушения дает новые возможности для расчетного обоснования проектного и остаточного ресурсов указанных элементов.
Основанием для выполнения работы послужили:
- Федеральная целевая научно-техническая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники
гражданского назначения»; подпрограмма 08.02 «Безопасность населения и народнохозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф (проект 1.5.2 «Создание научных основ безопасности по критериям механики разрушения для проектных, запроектных и гипотетических аварий» 1991-2000 г.г.);
- план НИР Научного совета РАН по комплексной программе «Машиностроение» (1998-2002 г.г.).
Исследования выполнялись при непосредственном участии автора на кафедрах «Диагностика и безопасность технических систем», «Оборудование и технология сварочного производства» Красноярского государственного технического университета, в Институте вычислительного моделирования СО РАН, Научно-производственном предприятии «СибЭРА» и на ФГУП «Красмаш».
Целью работы является развитие методов расчета на прочность и оценки остаточного ресурса элементов технологического оборудования для обеспечения его безаварийной эксплуатации при накопленных коррозионномеханических повреждениях.
Задачи исследования.
1 Установить закономерности коррозионно-механического разрушения на примерах элементов технологического оборудования.
2 Установить закономерности коррозионного растрескивания на изделиях, изготавливаемых из мартенситно-стареющей стали, подвергнутых термической обработке разного уровня.
3 Определить уровни максимальных напряжений в локальных точках элементов технологического оборудования, приводящие к возникновению и критическому развитию коррозионного растрескивания.
4 Разработать методики оценки остаточного ресурса технологического оборудования при накопленных повреждениях.
Методы исследования: механики разрушения (МР), механических испытаний, ускоренных испытаний на коррозионное растрескивание,

2.2 Разрушение гиба паропровода теплоэнергетического оборудования
Характеристика паропровода и условия аварии. На Красноярской ГРЭС-2 (г. Зеленогорск) 5 апреля 2004 г. произошло разрушение гиба № 4 трубопровода острого пара 0273x32 котла ПК-38 № 6А (рис. 2.13). Паропровод, регистрационный № 368-П, диаметром 273 мм и толщиной стенки 32 мм изготовлен 26.12.1974 Белгородским котлостроительным заводом из стали 12Х1МФ. Авария произошла после 20 полных лет эксплуатации при температуре острого пара 545 °С и давлении 14,0 МПа с наработкой котла и паропровода 160800 часов при парковом ресурсе 220000 час.
Проблема надежности гибов паропроводов стала предметом многочисленных исследований /117-125/. Их итогом явился ряд нормативных документов, регламентирующих методы расчета гибов на прочность, усталость, ползучесть и длительную прочность /120, 122, 124, 126-128/. В данной работе представлены результаты комплексного анализа изменения характеристик механических свойств металла, фрактографических и металлографических исследований структуры, расчетной оценки напряженно-деформированного состояния и ресурсных показателей поврежденного паропровода, аналогично подходам в /118, 119, 123-125/.
Общий вид повреждения гиба № 4 приведен на рисунке 2.14. Очевидно, что разрушение произошло в растянутой зоне. Развитию магистральной трещины предшествовало появление по обе стороны от вершинной части гиба множества, порядка двадцати, зародышевых микротрещин, ориентированных вдоль направления волокон и лежащих в параллельных плоскостях в 2ч-4 мм друг от друга. По мере роста микродефектов вглубь и вдоль образующей стенки гиба увеличивалось раскрытие трещин со слиянием их в магистральную при порывах перемычек между плоскостями разрушения. ' Этим объясняется прерывистый характер магистральной трещины (рисунок 2.15). Траектория отдельных несквозных трещин наружной поверхности пересекает волокно под углом —30°, предполагая наличие скручивающих усилий в материале гиба.