Повышение стойкости металла печных труб к коксоотложению силицированием поверхности

• Автор: Хисаева, Земфира Фаниловна
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 114 с.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 Особенности эксплуатации трубчатых печей. Методы предотвращения коксоотложения и науглероживания
1.1 Трубчатые печи нефтепереработки и нефтехимии
1.2 Трубчатые змеевики конвекционной и радиантной камер
1.3 Основные дефекты трубчатых змеевиков и их причины
1.3.1 Коксоотложение на внутренней поверхности печных труб
1.3.2 Науглероживание металла
1.4 Современные методы повышения стойкости печных труб к коксоотложению и науглероживанию
1.4.1 Введение в сырье ингибиторов коксообразования
1.4.2 Механическая обработка внутренней поверхности труб
1.4.3 Совершенствование сплавов для изготовления печных змеевиков
1.4.4 Применение специальных защитных покрытий
1.4.5 Силицирование сталей
2 Материалы и методики исследования
2.1 Технология силицирования стали
2.1.1 Материалы исследования
2.1.2 Выбор компонентов реакционной смеси
2.1.3 Методика силицирования
2.2 Методики исследования
2.2.1 Микроструктурный анализ
2.2.2 Микрорентгеноспектральный анализ
2.2.3 Измерение микротвердости по толщине силицированного образца
2.2.4 Исследование прочности адгезионного сцепления нефтяного углерода с поверхностью металла
2.2.5 Испытания на малоцикловую усталость
2.2.6 Фрактографические исследования поверхности излома
3 Формирование и свойства защитного покрытия
3.1 Выбор режимов силицирования
3.2 Строение силицированных слоев
3.3 Свойства силицированных сталей
3.3.1 Влияние силицирования на адгезионную прочность сцепления нефтяного углерода с поверхностью металла
3.3.2 Влияние силицирования сталей на малоцикловую усталость
4 Практические результаты исследования
4.1 Толщина покрытия
4.2 Силицирование отбракованных участков змеевика
4.3 Силицирование труб в массовом производстве Общие выводы
Список использованных источников
ВВЕДЕНИЕ
Большинство трубчатых печей нефтепереработки и нефтехимии эксплуатируется в жестких условиях, характеризуемых высокими давлениями, температурой, а также агрессивностью технологической среды. Высокая температура и особенности нагреваемого сырья способствуют образованию и осаждению на поверхности печных труб кокса, который через адгезионные и диффузионные явления оказывает отрицательное воздействие и снижает эксплуатационную надежность всей печи.
Отложение кокса сокращает длительность пробега печи и приводит к увеличению расхода энергии, так как загрязнение труб ухудшает теплопередачу. Диффузия углерода из кокса снижает пластичность металла и делает трубы более подверженными разрушению из-за напряжений, появляющихся при циклических изменениях температуры или под действием изгиба. Когда науглероживание охватывает от 30 до 50% толщины стенки, оно становится наиболее частой причиной разрушения труб.
К сожалению, большинство известных методов борьбы с коксоотложением зачастую малоэффективны, а дорогостоящие зарубежные покрытия не всегда доступны. В связи с этим возникает необходимость разработки недорогого и действенного метода предотвращения отложения кокса на поверхности металла.
Одним из возможных решений данной проблемы является применение термодиффузионных покрытий на основе кремния. Обладая наименьшим химическим сродством к углероду, кремний является эффективным барьером на пути диффузии углерода в металл и должен подавлять коксоотложение на поверхности стали.
Сложность проблемы заключается в разработке режима насыщения, способствующего образованию равномерных диффузионных слоев на сталях, применяемых для изготовления змеевиков трубчатых печей, и незначительным образом изменяющего механические свойства материала.
окислов, образовавшихся после нагрева до 800 °С, имеет исключительно высокое содержание кремнекислоты — до 50 %. Этот богатый окисью кремния слой окалины создает устойчивость против окисления при высоких температурах и, кроме того, должен ингибировать каталитическое действие никеля и железа при образовании кокса.
В таблице 1.5 приведены данные о влиянии кремния на жаростойкость различных групп сталей [38]. Благоприятное влияние добавок кремния на повышение стойкости против окисления хромоникелевых аустенитных сталей отмечается в работе [52]. Максимальная жаростойкость сили-цированных углеродистых сталей наблюдается при насыщении в течение четырех часов порошковым методом, при этом жаростойкость в 2,5 раза больше, чем у наиболее окалиностойкой высококремнистой стали (14,7 % Б1) [51].
Таблица 1.5 - Влияние силицирования на жаростойкость различных групп сталей [38]
Тип образцов Увеличение веса образцов, мг/см
5 ч. 10 ч. 15 ч. 20 ч. 25 ч.
Железо Армко исходные 35,0 53,4 62,6 72,0 80,
силицированные 20,2 24,4 25,6 27,2 30,
Сталь 45 исходные 38,3 49,2 60,1 68,4 75,
силицированные 15,5 22,8 29,3 31,5 32,
Сталь 40Х исходные 37,5 41,3 43,5 48,4 52,
силицированные 13,1 19,0 21,0 22,0 22,
12Х18Н9Т исходные 4,1 5,8 6,2 7,3 8,
силицированные 0,7 0,9 1,2 1,6 2,
Химическая устойчивость кремниевых покрытий является наиболее высокой в ряду прочих термодиффузионных покрытий [34]. Известно, например, что только силицированные покрытия эффективно защищают коррозионностойкую сталь от коррозии в горячих газовых средах, содержащих золу, обогащенную пентаоксидом ванадия [40], а сопротивляемость кремниевых покрытий сульфидной коррозии особенно