ИЗМЕНЕНИЕ ГЕОМЕТРИИ ЗМЕЕВИКОВ РЕАКЦИОННЫХ ПЕЧЕЙ И ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПО ИХ ПОВЕРХНОСТИ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

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

Аннотация


Особенностью большинства сталей аустенитного класса является то, что они относятся к парамагнитным материалам и слабо реагируют на внешнее воздействие магнитного поля. Одной из особенностей происходящих изменений в конструкционном материале является формирование магнитных свойств в поверхностных слоях стенок труб змеевиков, причем, чем длительнее эксплуатация, тем выше величина намагничивания. С одной стороны, этот факт позволяет интерпретировать происходящие изменения в стали, с другой, указывает на это явление как на диагностический метод, который может позволить идентифицировать структурные изменения неразрушающим методом и фиксировать наступление предельного состояния материала. Изменение свойств стали в процессе силового и температурного нагружения имеет сложный многопараметрический характер, в связи с этим и исследование данного явления включает в себя несколько стадий. На первом этапе были рассмотрены закономерности изменения геометрии труб и связанное с этим перераспределение магнитного поля в поверхностном слое в процессе эксплуатации. Анализ предшествующих исследований показывает, что в результате высокотемпературного крекинга углеводородов появляются активные центры, рекомбинация которых приводит к образованию высокомолекулярных парамагнитных соединений, а при взаимодействии с поверхностью трубы образуется кокс. Отложение кокса носит нерегулярный характер, ухудшает теплопередачу к движущемуся потоку через стенку труб и приводит к запуску автокаталитического процесса интенсивной диффузии углерода в глубь металла. Сформировавшийся науглероженный слой имеет физико-механические свойства, отличающиеся от основного металла труб змеевика. Это приводит к локальной концентрации напряжений на границе науглероженного слоя. С другой стороны, ухудшение теплообмена с парожидкостным потоком приводит к увеличению температуры на внешней поверхности. При этом интенсифицируются процессы обезуглероживания стали, окалинообразования с отслоением окалины. Отслоение продуктов коррозии приводит к утонению стенки трубы и локальному перегреву в местах утонения. Изложенное показывает, что с течением времени износ интенсифицируется, и при этом реализуются различные процессы потери устойчивости формы. Исследования, представленные в настоящей работе, показали, что наибольшее утонение стенки трубы сопряжено с максимальным проявлением магнетизма. Измерение наружного и внутреннего радиусов трубы до эксплуатации показало, что его значения находятся в пределах установленных нормативными документами. Однако после эксплуатации змеевиков формируется овальность, которая при сопоставлении с результатами напряженности постоянного магнитного поля показывает, что в зонах, где произошли наибольшие изменения радиуса труб, было зафиксировано наибольшее увеличение постоянного магнитного поля. При измерении распределения магнитного поля во всех исследуемых фрагментах труб как с внутренней, так и с наружной поверхностей, выявлено, что имеются зоны с экстремально высокими значениями. При этом, чем больше продолжительность эксплуатации, тем в большей степени значения постоянного магнитного поля с наружной и с внутренней поверхностей коррелируют. Таким образом, в процессе эксплуатации возникшие физико-химические изменения в змеевиках реакционных печей повлияли на формирование ферромагнитных свойств в поверхностных слоях труб. Основное влияние на распределение параметров магнитных характеристик в змеевиках оказали внедрение углерода и образование новых фаз, имеющих ферромагнитные свойства. Эти изменения вызвали увеличение напряжений в трубах, что ускорило процесс ползучести, привело к локальным утонениям и изменению радиуса труб.

Ключевые слова


змеевики реакционных печей;напряженность магнитного поля;науглероживание;деформация;ползучесть;толщина стенки;овальность трубы;reaction furnace coils;magnetic field strength;carburizing;deformation;creep;wall thickness;pipe ovality;

Полный текст:

PDF

Литература


Андреева М.М. Коксообразование при пиролизе угледоводородного сырья // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17. Вып. 2. С. 279-280.

Павлова И.В., Половняк В.К., Хабибрахманов А.Ф., Старков А.К., Чуклова М.Е. Ингибирование коксообразования в трубах пиролизных печей // Вестник Казанского технологического университета. 2009. № 1. С. 73-78.

Хисаева З.Ф. Повышение стойкости металла печных труб к коксоотложению силицированием поверхности: дис.. канд. техн. наук. Уфа: УГНТУ, 2003. 114 с.

Damage Mechanisms Affecting Fixed Equipment in the Refining Industry // American Petroleum Institute, First edition, 2003. P. 3-270.

Основы предвидения каталитического действия // Тр. IV Междунар. конгресса по катализу. М.: Наука, 1970. С. 245.

Майоров В.И. О каталитическом влиянии промышленных легированных сталей на термическое разложение углеводородов. Л.: ГХИ, 1958. С. 41-47.

Чиркова А.Г., Кузеев И.Р., Попова С.В., Васильев А.Н. Изменение напряженно-деформированного состояния змеевиков печей пиролиза в процессе эксплуатации // Башкирский химический журнал. 2011. Т. 18. № 1. С. 78-82.

Tawancy H.M. Degradation of Alloy 800H Used in Ethylene Furnace Tube Application by the Combined Effects of Carburization and Thermal Fatigue // Metallography, Microstructure, and Analysis. 2017. Vol. 6. Issue 4. P. 332-339.

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

Чиркова А.Г., Наумкин Е.А., Рубцов А.В., Гайдукевич У.П. Предельное состояние трубы змеевика реакционной печи // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. 2007. № 5. С. 100-105.

Власов В.Т., Дубов А.А. Физические основы метода магнитной памяти металла. М.: ТИССО, 2004. 424 с.

Silva I.C., Silva L.L., Silva R.S., Rebello J.M.A., Bruno A.C. Carburization of Ethylene Pyrolysis Tubes Determined by Magnetic Measurements and Genetic Algorithm // NDT&E International. 2006. No. 39. P. 569-577.

Grabke H.J, Wolf I. Carburization and Oxidation // Materials Science and Engineering. 1987. Vol. 87. P. 23-33.

Klumper-Wetkamp T., Mayr P., Reimche W., Feiste K., Bernard M., Bach F. Nondestructive Determination of the Carbon Content in Iron Foils - A Quality Assurance of The Gas Carburizing Process // Proceedings of the International Symposium on Nondestructive Testing in Civil Engineering. Berlin, 2003.

Spinosa C.C., Marengo J.A., Ruch M.C., Gar- cı´a J.O. Desarrollo de um Equipo para la Evaluacio´n de Variaciones de Conductividad por Reluta´ncia Magnetica // Proceedings of the Third Pan American Conference for Non- Destructive Testing. Rio de Janeiro, 2003.

Naumkin E.A., Shermatov J.N., Gaysina A.I. Distribution of Magnetic Field Parameters in the Surface Layer of the Material of Reaction Furnace Coils after Operation Period. Switzerland, Trans Tech Publications, 2017. Vol. 945. P. 653-659.

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

ГОСТ 9941-81. Трубы бесшовные холодно- и тепло-деформированные из коррозионно-стойкой стали. М.: Издательство стандартов, 1983.

Инструкция по техническому надзору, методам ревизии, отбраковке и ремонту печей установок пиролиза этилена. Волгоград, 1986. 66 c.




DOI: http://dx.doi.org/10.17122/ngdelo-2019-4-112-122

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