Разработка метода оценки технического состояния труб змеевиков реакционных печей

• Автор: Рубцов, Алексей Вячеславович
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 174 с. : ил.

1 Литературный обзор

1.1 Особенности эксплуатации, классификация, конструкция и принцип работы трубчатых печей высокотемпературных процессов нефтепереработки и нефтехимии
1.2 Материальное оформление змеевика и его эксплуатация при высокотемпературных процессах

1.3 Основные дефекты и причины их возникновения

1.3.1 Сигматизация сталей труб

1.3.2 Хрупкое разрушение

1.3.3 Науглероживание металла

1.3.4 Ползучесть

1.4 Отложение кокса по внутренней поверхности печных труб

1.5 Старение основного металла и металла сварных соединений печных труб в процессе эксплуатации
1.5.1 Изменение физико-механических свойств основного металла и металла сварных соединений труб печей
1.5.2 Проявление магнитных свойств у аустенитной стали в процессе эксплуатации
1.6 Оценка технического состояния труб печных змеевиков и методы их отбраковки
1.7 Выводы
2 Материалы и методы исследований
2.1 Объект исследований
2.2 Испытания на растяжение (статические)
2.2.1 Условия эксперимента
2.2.2 Определение предела прочности (временного сопротивления)
2.2.3 Определение предела текучести
2.2.4 Определение относительного равномерного удлинения
2.2.5 Определение относительного сужения
2.3 Испытания на ударный изгиб (динамические)
2.4 Проведение качественного микроструктурного анализа

3 Проведение предварительных измерений и разрушающих испы-

таний
3.1 Проведение ультразвуковой толщинометрии и ее результаты
3.2 Проведение ультразвуковой твердометрии и ее результаты
3.3 Применение феррозондового метода контроля для измерения
магнитных характеристик и проведение разрушающих испытаний
3.3.1 Результаты измерения магнитных характеристик
3.3.2 Результаты разрушающих испытаний
3.4 Выводы
4 Результаты микроструктурного анализа, испытаний на статическое растяжение при температуре эксплуатации металла 950 °С и нормальных условиях, испытаний на ударный изгиб образцов при нормальных условиях, расчет механических характеристик по твердости и сравнение его со значениями, полученными при испытании на растяжение
4.1 Результаты микроструктурного анализа
4.2 Результаты испытаний на статическое растяжение при температуре эксплуатации металла 950 °С и нормальных условиях
4.3 Расчет механических характеристик по значениям твердости,
проведение статических испытаний на растяжение образцов и сравнение полученных результатов
4.4 Результаты испытаний на ударный изгиб при нормальных
условиях
4.5 Выводы
5 Разработка метода оценки технического состояния труб змеевиков реакционных печей
Общие выводы
Список литературы
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение А
Приложение Б

Актуальность работы. Углубление переработки нефти требует совершенствования работы реакционных печей для высокотемпературного разложения различных углеводородов и их композиций. Сложное термосиловое нагружение и активное воздействие среды на металл приводит к существенному снижению долговечности змеевиков реакционных печей. При этом наблюдается образование различных дефектов, основными из которых являются продольные и поперечные трещины в основном металле и сварных соединениях, потеря устойчивости формы, интенсивный износ толщины стенки. Как правило, наличие этих дефектов является основной причиной частых остановок печей на ремонт и повышения себестоимости изготавливаемой продукции.
Возникновение большого числа разнообразных дефектов указывает на то, что реализуются несколько механизмов накопления повреждений в металле труб. В предыдущих работах, касающихся проблем печных змеевиков, представлены результаты анализа влияния различных факторов на формирование и изменение напряженно-деформированного состояния (НДС) змеевиков как цельных конструкций, даны характеристики отдельных дефектов, показано изменение механических свойств высоколегированных сталей в процессе эксплуатации, изучено НДС в ремонтных сварных соединениях, отличающихся разнотолщинностью, в условиях различных стадий технологического процесса. Однако в настоящее время не сформулированы основные механизмы накопления повреждений в металле труб и возникновения дефектов нарушения сплошности, что делает настоящую работу актуальной.
Целью диссертационной работы является выявление особенностей разрушения труб змеевиков реакционных печей при испытании фрагментов труб с различной наработкой на действие внутреннего избыточного давления и разработка метода оценки технического состояния змеевиков путем измерения напряженности постоянного магнитного поля феррозондовым методом и определение механических характеристик по результатам ультразвуковой твердометрии.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1 Исследование влияния статического нагружения фрагментов труб, бывших в эксплуатации и изготовленных из аустенитной стали 10Х23Н18, на изменение их

Подача масла
а) сварной сосуд с фрагментом № 7(т=3000 ч); б) сварной сосуд с фрагментом № 6(т=5200 ч); в) сварной сосуд с фрагментом № 3 (т=5200 ч);
Рисунок 2.2 - Схемы и фотографии исследуемых сварных сосудов
Каждый сварной сосуд выполнен ручной электродуговой сваркой электродами ОЗЛ-6, ОЗЛ-9а, ГС-1. Катушка, вырезанная из змеевика трубчатой печи, соединена с помощью двух катушек из стали 10Х23Н18 в состоянии поставки с плоским днищем и фланцем из стали 20. Из этой же стали изготовлены плоская крышка и бобышка для подачи масла. Сосуд также снабжен металлической прокладкой.
В вышеперечисленных фрагментах труб, подготовленных для разрушающих испытаний, присутствовали следующие эксплуатационные дефекты:
- дефект в виде отдулины на фрагменте № 7;
- трещиноподобные дефекты и многочисленные отдулины на фрагменте № 6;
- искривление формы в виде изгиба у фрагмента № 3.
Фотографии дефектных мест исследуемых фрагментов труб, бывших в эксплуатации, приведены на рисунке 2