ИЗМЕНЕНИЕ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ И УДАРНОЙ ВЯЗКОСТИ СТАЛИ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗМЕЕВИКОВ РЕАКЦИОННЫХ ПЕЧЕЙ

Д. Н. Шерматов, И. Р. Кузеев, Е. А. Наумкин

Аннотация


В процессе эксплуатации змеевиков реакционных печей происходят процессы науглероживания поверхности, вследствие чего изменя- ются физико-химические свойства металла. Это приводит к сниже- нию эксплуатационных характеристик материала труб и пластич- ности, появлению внутренних напряжений, деградации структуры, и, как следствие, преждевременному выходу из строя змеевиков. Анализ публикаций показал, что в аустенитных сталях змеевиков реакционных печей после длительной эксплуатации в условиях высоких температур и контакта с углеродсодержащей средой заре- гистрировано проявление ферромагнитных свойств. В связи с этим были проведены исследования особенностей распределения маг- нитных характеристик по поверхности фрагментов труб печей пиролиза, изготовленных из стали 20Х25Н20С2, которые отработа- ли 750, 1300, 8000, 10000 ч. Анализ результатов измерения показал, что в начальной стадии эксплуатации магнитные свойства проявля- ются лишь в локальных зонах. При более длительной работе данные проявления встречаются по всей поверхности труб, и локальных зон становится больше как по количеству, так и по значениям результи- рующей напряженности постоянного магнитного поля. Дальнейшее продолжение эксплуатации приводит к увеличению площади участ- ков с высокими значениями магнитных параметров. Анализ литературы показал, что проявление ферромагнетизма в аустенитных сталях, эксплуатируемых в условиях реакционных печей, может происходить по двум механизмам. С одной стороны, это связано с диффузией углерода в поверхностные слои металла из-за длительного воздействия богатой углеродом среды, при кото- ром образовавшиеся в результате науглероживания различные типы карбидов истощают легирующие элементы в поверхностной обла- сти стенки реакционных труб. Одновременно идет другой процесс, постепенный рост оксидов во внутреннем направлении растворяет в подповерхностной области исходные карбиды и приводит к более глубокому науглероживанию, а также дополнительному истощению легирующих элементов. Однако данное явление в змеевиках реак- ционных печей на сегодняшний день до конца не изучено, и этот вопрос остается актуальным. Данные исследования магнитных характеристик дополняются также рассмотрением ударной вязкости. Анализ результатов испытаний на ударный изгиб показал, что в зонах с высоким значением магнитно- го поля ударная вязкость снижается на 2 порядка по сравнению с состоянием поставки. При этом необходимо отметить, что наи- большее снижение ударной вязкости наблюдается в зонах с макси- мальным проявлением магнитных свойств. Данные результаты могут быть применены в качестве метода для определения потенци- ально опасных зон змеевиков реакционных печей, а также разработ- ки критерия отбраковки труб.

Ключевые слова


змеевики реакционных печей;науглероживание;карбидообразование;ударная вязкость;диффузия углерода;напряженность магнитного поля;reaction furnace coils;carburizing;carbide forming;impact strength;carbon diffusion;magnetic field strength;

Полный текст:

PDF

Литература


Borjali S., Allahkaram S.R., Khosravi H. Effects of Working Temperature and Carbon Diffusion on the Microstructure of High-Pressure Heat-Resistant Stainless- Steel Tubes used in Pyrolysis Furnaces during Service Condition // Materials & Design. 2012. No. 34. P. 65-73

Чиркова А.Г., Рубцов А.В., Наумкин Е.А., Гай- дукевич У.П. Испытание сварной оболочковой конструк- ции, выполненной из стали 10Х23Н18Т, эксплуатируе- мой в печи пиролиза // Мировое сообщество: проблемы и пути решения: сб. ст. Уфа: УГНТУ, 2007. С. 33-42

Махутов Н.А., Чиркова А.Г., Рубцов А.В., Наумкин Е.А., Гайдукевич У.П. Оценка прочности мате- риала трубы змеевика реакционной печи от действия внутреннего давления // Заводская лаборатория. Диаг- ностика материалов. 2008. Т. 74. № 1. C. 58-62

Otegui J. Luis, De Bona J., Fazzini P.G. Effect of Coking in Massive Failure of Tubes in an Ethylene Cracking Furnace // Eng. Fail. Anal. 2015. No. 48. P. 201-209

Кузеев И.Р., Наумкин Е.А., Сунгатуллина А.Г., Кучуков Т.М. Формирование очагов разрушения в тру- бах змеевиков реакционных печей // Нефтегазовое дело. 2015. Т. 13. № 3. С. 181-186

Ul-Hamid A., Tawancy H.M., Mohammed A.-R.I., Abbas N.M. Failure Analysis of Furnace Radiant Tubes Exposed to Excessive Temperature // Eng. Fail. Anal. 2006. No. 13 (6). P. 1005-1021

Stevens K.J., Parbhu A., Soltis J., Stewart D. Mag- netic Force Microscopy of a Carburized Ethylene Pyrolysis Tube // J. Phys. D (Appl. Phys.). 2003. No. 36(2). P. 164-168

Silva I.C., Rebello J.M.A., Bruno A.C., Jacques P.J., Nysten B., Dille J. Structural and Magnetic Characterization of a Carburized Cast Austenitic Steel // Scr. Mater. 2008. No. 59 (9). P. 1010-1013

Авдеева Л.Г. Изменение структуры и механиче- ских свойств аустенитной стали 20Х23Н18 в условиях пиролиза углеводородов: дис. канд. техн. наук. Уфа: УГНТУ, 2003. 108 c

Чиркова А.Г. Снижение повреждений в металле труб печей пиролиза в процессе паровоздушного вы- жига: дис. … канд. техн. наук. Уфа: УГНТУ, 1998. 165 c

Закирничная М.М., Чиркова А.Г., Кузеев И.Р. Изменение структуры и свойств металла труб змеевиков печей пиролиза в процессе эксплуатации // Тюмень, нефть и газ, 1998. № 2. С. 87-92

Сагарадзе В.В., Земцова Н.Д., Старченко Е.И. Влияние магнитного упорядочения на свойства аусте- нитных сплавов // Физика металлов и металловедение, 1983. Т. 55. № 1. С. 113-124

ГОСТ 9454-78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженной, комнатной и повышен- ной температурах. М.: Изд-во стандартов, 1979. 12 с




DOI: http://dx.doi.org/10.17122/ngdelo-2019-1-99-106

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


(c) 2019 Д. Н. Шерматов, И. Р. Кузеев, Е. А. Наумкин

Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

УФА, УГНТУ, 2017