Комплекс служебных характеристик теплоустойчивых сталей при контакте с водородсодержащими средами в задачах повышения ресурса аппаратов и трубопроводов нефтеперерабатывающих производств

• Автор: Седов, Владимир Михайлович
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 137 с. : ил.

Страница
Глава 1. Общая характеристика работы
1.1. Актуальность проблемы
1.2. Обзор состояния проблемы и обоснование цели исследования
1.3. Задачи исследований
1.4. Научная новизна
1.5. Практическая значимость работы
1.6 Апробация работы
1.7 Достоверность полученных результатов
Глава 2. Материалы и методики исследований
Глава 3. Исследование взаимодействия водорода с хромомолибденовыми сталями при высоких температурах и давлениях
3.1. Исследование процессов проникновения и растворения водорода в металлах при высоких давлениях и температурах
3.2. Влияние водорода высоких параметров на изменение механических свойств сталей
3.3. Исследование характера разрушения среднелегированных сталей методом растровой электронной микроскопии
3.4. Сопоставление результатов лабораторных исследований с данными по исследованию стойкости конструкционных материалов в условиях воздействия водородсодержащих сред на реально действующем нефтезаводском оборудовании
Глава 4. Исследование влияния длительной эксплуатации нефтехимического оборудования на характеристики кратковременной и длительной прочности сталей
Глава 5. Фазовые превращения в сталях в процессе длительной эксплуатации
Глава 6. Разработка методов диагностики оборудования с целью выдачи рекомендаций по оценке его эксплуатационного ресурса
Выводы
Список литературы

Современная нефтеперерабатывающая промышленность характеризуется использованием установок большой единичной мощности и технологических сред с высокой коррозионной агрессивностью. Выбор материала для конкретных областей применения определяется экономическими соображениями, включающими не только удельные затраты и стоимость, но и политику заводов в области капитального строительства и эксплуатации. Продление эксплуатационного ресурса оборудования позволяет наиболее полно использовать основные фонды предприятия и сэкономить средства на приобретение новой техники.
Серьезную опасность для оборудования высокого давления, эксплуатируемого в химической и нефтеперерабатывающей промышленности, представляют технологические среды, содержащие газообразный водород или его соединения и вызывающие водородную коррозию металла элементов сосудов и трубопроводов [1-тб]. Процессы, осуществляемые при высоких давлениях водорода, протекают, как правило, при повышенной температуре, при этом длительность температурного воздействия на металл оборудования на большинстве предприятий отрасли в два раза превышает расчетный срок службы. В этих условиях свойства и работоспособность материалов после длительной эксплуатации приобретают основное значение, поскольку по прочностным характеристикам сталей при рабочих параметрах определяют срок службы элементов конструкций.
Современное состояние теоретических исследований и большое количество опубликованного материала позволяют в настоящее время сформулировать основные требования к материалам, работающим длительное время при повышенных температурах и давлениях водорода. Но до сих пор еще полностью не исключены разрушения деталей и конструкций, обусловленные водородом, т. к. выбор водородостойких конструкционных сталей для изготовления оборудования производится на основе данных по кинетике и скорости водородной коррозии, т. е. внутреннему обезуглероживанию и растрескиванию металла. Однако, даже при отсутствии водородной коррозии материалы работают в напряженном состоянии при повышенной концентрации водорода в условиях ускоренной ползучести, а все прочностные расчеты выполняются на основании результатов по длительной прочности и ползучести, полученных без учета растворимости в стали водорода. Поэтому дальнейшие исследования в области высокотемпературной водородной хрупкости должны быть направлены на выяснение влияния повышенных концентраций водорода на длительную прочность, деформационную способность, кратковременные механические свойства конструкционных сталей и сплавов, предназначенных для работы в напряженном состоянии при повышенных температурах и давлениях, накопление и систематизацию опыта в области диагностики характера и причин разрушения узлов оборудования.

В рамках настоящей работы проведены систематические исследования хромомолибденовых сталей (отечественных и зарубежных аналогов 12ХМ, 12МХ, 10Х2М1, 15Х5М, 15Х5МУ) с целью определения степени деградации металла: определение химического и фазового состава исходных и после длительной эксплуатации сталей; идентификация карбидных фаз в исходных и после длительной эксплуатации сталей; определение механических свойств сталей при комнатной и высоких температурах; проведение лабораторных испытаний на длительную прочность сталей в исходном состоянии и после эксплуатации до 200 ООО ч при температурах 500+600 °С; совершенствование методов дальней экстраполяции длительной прочности и пластичности и методов прогнозирования степени изменения физико-механических характеристик сталей в процессе многолетней эксплуатации; определение расчетных характеристик длительной прочности и пластичности; статистическое и вероятностное обоснование необходимого уровня запасов прочности, пластичности и долговечности; разработка допускаемых напряжений сталей на ресурс до 200 000 ч.
Глава 1. Общая характеристика работы
1.1. Актуальность проблемы
Современные тенденции развития нефтеперерабатывающей промышленности предусматривают повышение эффективности переработки нефти, сокращение потерь нефтепродуктов, совершенствование технологии и оборудования. Решение этих задач возможно как путем создания новых технологических процессов и нового оборудования, так и путем сокращения сроков ремонта, продления сроков эксплуатации действующего оборудования. В случае, если замена эксплуатирующегося оборудования на новое не ведет к изменению технологического процесса и новое оборудование по своим параметрам аналогично действующему, продление срока эксплуатации оборудования, даже при необходимости его ремонта или конструктивного усиления, экономически выгодно, так как при минимальных затратах позволяет дальнейшую эксплуатацию установок и получение продукции.
Проблема оценки остаточного ресурса оборудования весьма актуальна для многих отраслей промышленности в связи с тем, что срок службы оборудования часто превышает нормативный. В настоящее время предприятия лишены возможности своевременно проводить замену устаревшего оборудования, реконструкцию действующих установок и строительство новых современных производств.
В нефтеперерабатывающей промышленности России и СНГ работает более 110 установок каталитического риформинга и гидроочистки. Подавляющее большинство из них эксплуатируется свыше 1,5+2 нормативных сроков. Однако в настоящее время отсутствуют прямые экспериментальные данные о пределах длительной прочности и ползучести на срок более 105 ч. Экстраполяция в случае работы металла при повышенных концентрациях водорода должна быть проверена состоянием и свойствами металла после эксплуатации свыше 105 ч.

Рисунок 3.16 Зависимость относительного удлинения от температуры испытания при постоянной скорости деформации 0,1 %/час стали 15Х5М
- растянутая часть; х - труба 2;
- труба 3; о - труба 4.