ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Дефекты печных труб нефтехимических установок из "Трубчатые печи _1977" Процесс длительного воздействия жестких рабочих условий и агрессивных сред постепенно приводит к существенный структурным изменениям в стали печных труб, что сопровождается снижением ее Жаропрочности и пластичности, повышением хрупкости и склонности к образованию трещин. Причины разрушения печных труб нефтехимических установок тщательно исследуются. Анализ дефектов труб позволяет классифицировать их в зависимости от происхождения следующим образом 1) дефекты, образовавшиеся пр производстве труб 2) дефекты, появляющиеся при сварке трубчатого змеевика 3) дефекты, возникающие в процессе эксплуатации и при ремонте печи деформации и разрушения труб из-за ползучести стали охрупчивание и растрескивание металла труб и сварных соединений изменение прочностных характеристик вследствие воздействия азота, науглероживания, коррозии в средах, содержащих серу, и в топочных газах и др. [c.110] Дефекты, связанные с изготовлением печных труб, как отмечалось, встречаются редко благодаря постоянному улучшению технологического процесса и пооперационному методу контроля качества при их производстве на специализированных трубных заводах. Дефекты сварных соединений печных труб рассмотрены в разделах, посвященных изготовлению трубчатого змеевика и его эксплуатации. [c.110] Дефекты печных труб, появляющиеся в процессе их службы, встречаются наиболее часто. По данным обследования американских нефтехимических агрегатов [20—22], был сделан вывод о том, что на установках производства водорода методом конверсии природного газа число печных труб, вышедших из строя вследствие ползучести трубной стали, до 1967 г. составляло 80%, а в 1971 г. — 53% от общего числа труб, замененных по различным причинам. Средняя продолжительность службы печной трубы из центробежнолитой стали НК-40 в рабочих условиях [при температуре 900—950 °С и давлении 1,5—3,2 МПа (15—32 кгс/см )] составляла от двух до шести лет. [c.110] Согласно информации французской фирмы Селет , в результате ползучести стали разрушениям подвергаются 56% печных труб от общего числа полностью изношенных труб. [c.110] Высокая частота нарушений труб от ползучести стали вызвала необходимость проведения глубоких исследований используемых материалов и влияния на их свойства рабочего режима и агрессивных сред. Типичное разрушение печной трубы от ползучести металла, возникающее при эксплуатации в печи пиролиза, имеет вид местйых (локальных) трещин на участке трубы, который подвергся большому перегреву. [c.111] Сигматизация сталей труб и сварных швов. При работе материала в условиях ползучести определенную роль играет прочность границ зерен структуры стали. Все фазы, образующиеся у границ зерен, могут в значительной степени изменять прочность стали при работе ее под напряжением и высоких температурах. Так, длительный нагрев аустенитной стали 25—20 в диапазоне температур 650—875 °С вызывает появление новой структурной составляющей, именуемой а-фазой. Это условное название хрупкого, твердого немагнитного интерметаллида, имеющего переменный состав и сложную кристаллическую решетку. Он образуется в виде выпадающих мелкодисперсных карбидов по границам кристаллитов и внутри них, в местах дендритной неоднородности. Последующий длительный нагрев в интервале 800—875 С не вызывает растворения выпавших карбидов. [c.111] Развитие ст-фазы приводит к снижению ударной вязкости стали при комнатной температуре и уменьшению предела ползучести при высоких температурах. Особенно значительное ухудшение этих свойств наблюдается при обволакивании зерен аустенита образовавшейся ст-фазой, которая создает между ними сплошные прослойки. В данном случае ударная вязкость стали уменьшается в 10 раз и более по сравнению с ударной вязкостью такой же стали без ст-фазы. [c.111] Аустенитные стали, имеющие в качестве основы железо, с повышениел содержания хрома, марганца, никеля, кремния и ванадия обладают большой склонностью к образованию ст-фазы, и наоборот, при повышенном содержании углерода в стали 25—20 процесс сигматизации замедляется. [c.111] Наклеп (холодная деформация трубы или сварного шва аустенитной стали) оказывает чрезвычайно сильное ускоряющее действие на образование ст-фазы, если она выдерживается в диапазоне температур 650—875 °С. В сварном шве сигма-фаза выпадает преимущественно по границам столбчатых кристаллов, а в деформированных швах и внутри кристаллов — по линиям (плоскостям) сдвига и между ними. В результате появления ст-фазы прилегающие к ней участки аустенита содержат относительно меньшее количество хрома, кремния и других легирующих примесей. Вследствие этого в менее легированных участках аустенита растворимость углерода повышается и сигма-фаза не обнаруживается. [c.111] Резкое снижение пластических свойств аустенитных сварных швов, вызванное образованием а-фазы, явилось причиной выхода из строя трубчатого змеевика пиролизной печи на одном из отечественных заводов синтетического каучука [23]. Для змеевика были применены трубы из аустенитной стали 25—20. В сварных швах змеевика, подвергшихся в процессе изготовления наклепу, в результате нагрева до 800—875 °С появилось большое количество сигма-фазы. Из-за этого пластичность швов и особенно ударная вязкость резко снизились (в 8 раз), и после 3000 ч работы швы хрупко разрушились. Об аналогичных случаях разрушения сообщалось и в зарубежной технической литературе. [c.111] При сварке печных труб из аустенитных сталей большое внимание необходимо уделять удалению шлаковых включений из сварных швов, так как они играют роль центров кристаллизации для а-фазы. Чем больше неметаллических включений в шве, тем больше в нем образуется сигма-фазы. Сварные швы двухфазной стали также подвержены структурным превращениям с появлением ст-фазы, но в еще более широком интервале высоких температур (500—875 °С). [c.112] При сварке стали 25—20 сигма-фаза может образоваться и в процессе охлаждения даже однопроходного шва, если он содержит повышенное количество легирующих примесей (4—5% 51 и Мо) или концентрация хрома в нем достигает 28—30%. В аустенитно-ферритных швах ст-фаза появляется непосредственно Б феррите, чего обычно не бывает в аустените. [c.112] О степени сигматизации аустенитных сталей для печных труб и сварных швов проще всего судить по изменению ударной вязкости чем она ниже, тем при прочих равных условиях образовалось больше сигма-фазы. Нагрев стали до 1100— 1150°С и выдержка ее при этой температуре в течение нескольких часов устраняют ст-фазу. [c.112] Трещин, возникающих в стали горячие и холодные (рис. 1У-6 и 1У-7). [c.112] Горячие трещины могут возникать при высоких температурах в основиом металле труб и в сварных швах аустенитных сталей всех типов и марок. Они бывают поперечными и продольными, наружными и внутренними, макро- и микроскопическими. [c.112] Холодные трещины в отличие от горячих могут иметь внутрикристаллический характер. Наличие концентраторов напряжений в виде непроваров, несплавлений и шлаковых включений повышают вероятность появления в печных трубах холодных трещин. Очагами их зарождения могут быть горячие трещины в сварном шве. Холодные трещины, возникшие из горячих трещин, могут распространиться на околошовную зону и основной металл труб. Околошовные трещины создают значительно более серьезные затруднения при сварке аустенитных сталей для печных труб, чем трещины, появляющиеся в сварочном шве. [c.113] Горячие трещины, получившие условное название локальных разрушений в околошовной зоне, возникают чаще всего в крупнозернистых литых сталях при длительной эксплуатации труб. Они распространяются по окружности каждой трубы в непосредственной близости от сварного шва. [c.113] Причины образования термических околошовных трещин и физическая сущность локального разрушения сварных соединений в трубах из аустенитных сталей в околошовных зонах изучены пока недостаточно. Очевидно, они являются следствием исчерпания запаса длительной прочности и пластичности металла труб в околошовной зоне. [c.113] Для сварки печных труб из аустенитных сталей предложено [8] упрочнять их значительным количеством боридной фазы (более 0,3—0,4%). Получающийся сварной шов имеет двухфазную структуру, которая отличается повышенной межкристаллитной (межзеренной) прочностью и весьма устойчива к образованию горячих околошовных трещин. Однако ударная вязкость таких двухфазных сталей для трубчатых змеевиков при комнатной температуре невысока. [c.113] Вернуться к основной статье