CC BY
20
УДК 539.422:621.818
A. А. Ларин, С. И. Валеев, Ф. Р. Зайнуллин,
B. А. Булкин
ДЕГРАДАЦИЯ СВОЙСТВ МЕТАЛЛА ОБОРУДОВАНИЯ УСТАНОВКИ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ ДЛИТЕЛЬНОЕ ВРЕМЯ НАХОДЯЩЕГОСЯ В ЭКСПЛУАТАЦИИ
Ключевые слова: микроструктура, трубопровод.
Приведены экспериментальные исследования микроструктуры металла трубопровода в месте повреждения и на удаленном от места повреждения участке.
Keywords: microstructure, pipeline.
Experimental studies of microstructures of metallic pipes at their areas or positions of damage, and their microstructures at areas or positions away from damages.
Диагностика промышленного оборудования предусматривает оценку его состояния прочностными расчетами [5, 6]. Однако такие расчеты могут считаться надежными лишь при условии достоверного знания марки стали, состояния ее микроструктуры, наличия и характера дефектов, уровень деградации металла в процессе эксплуатации объектов [1].
Даже в пределах норм ГОСТов возможен существенный разброс как химического состава, так и механических характеристик стали. Кроме того в ходе эксплуатации в металле происходят изменения, связанные с процессом старения,
интеркристаллитной коррозии, обезуглероживания, ростом зерен, фазовым наклепом и т.п. Все эти изменения сказываются на эксплуатационной надежности оборудования и могут быть учтены лищь при условии проведения металлографического анализа. Возникает необходимость вырезки образцов для исследования не только при анализе, работающего оборудования, но и оборудования подвергающегося воздействии в процессе эксплуатации факторов, превышающих расчетные параметры (температура, давление, внешние силовые нагрузки), в результате нарушения регламентированного режима работы, в том числе вследствие аварии, или иных техногенных или природных воздействий.
На контролируемом элементе выбирается интересующее исследователя место. В первую очередь исследуются наиболее опасные участки. При периодической диагностике имеет смысл выделить контрольные участки и при каждой проверке измерять на них микроструктуру и твердость металла.
Неопределенность поведения металла при длительной эксплуатации и отсутствия определения его механических свойств, кроме твердости, затрудняет принятие обоснованного решения по ресурсу работы оборудования.
Методы неразрушающего контроля, а в частности толщинометрия, позволяющая определить лишь остаточную толщину контролируемого изделия, не дает оценки
изменения механических свойств металла по толщине. Однако условия эксплуатации (давление, температура, свойства среды) могут приводить к изменению структуры и химического состава, что необходимо отслеживать для учета при расчете ресурса.
В данной работе проведен металлографический анализ микроструктуры металла трубопровода пара и горячей воды после местного разрушения участка трубопровода.
Были вырезаны образцы из мест повреждения и участков, удаленных от места повреждения трубопровода пара и горячей воды (диаметром 219х8, изготовленного из стали 20, находящегося более 40 в эксплуатации).
Металлографический анализ производился на микроскопе OLYMPUS GX41 при увеличении 100^500х на шлифах вырезанных из трубопровода.
Рис. 1 - Микроструктура в месте повреждения
Фактическая твердость измеренная снаружи и изнутри в местах повреждения и удаленных от места повреждения соответствует нормам твердости [2] для данного металла-сталь 20. Однако установлено, что средние значения твердости, полученные измерениями внутри на 5-15 % ниже средних значений твердости, полученных снаружи.
Микроструктура металла трубы в месте повреждения (см. фото 1) состоит из феррита и перлита. Величина зерна соответствует баллу 7^8 по стандартной шкале зернистости. Наблюдается полосчатость микроструктуры балл 3 по шкале 3 [3].
Микроструктура металла трубы на удаленном от места повреждения участке (рис. 2) состоит из феррита и перлита. Величина зерна соответствует баллу 7 по стандартной шкале зернистости. Наблюдается полосчатость микроструктуры балл 3 по шкале 3.
Рис. 2 - Микроструктура металла на удаленном от места повреждения участке
В микроструктуре металла труб из стали 20 полосчатость не должна превышать 3-ого балла [4]. Полученная микроструктура соответствует
структуре металла после длительного эксплуатационного старения.
В результате предварительных
исследований показано, что структура металла имеет тенденцию к изменению. В ней сохраняется полосчатость, но имеются включения зерен большего размера. Указанные явления обнаружены на трубопроводе после длительного воздействия рабочей среды и переменных эксплуатационных режимов (малоцикловые), что должно быть учтено при проведении прочностных расчетов.
Литература
1. Ларин А.А., Харламов И.Е., Валеев С.И., Булкин В.А., Поникаров С.И. Определение остаточного ресурса с учетом меняющейся структуры материала. депонированная рукопись, № 2083-В2004 30.12.2004;
2. СО 153-34.0-17.464-03 Инструкция по продлению срока службы трубопроводов II, III, IV категорий;
3. ГОСТ 5640-68 Сталь. Металлографический метод оценки микроструктуры листов и ленты.
4. ТУ 14-3Р-55-2001 Трубы стальные бесшовные для паровых котлов и трубопроводов. Технические условия.
5. Ю.И. Шакирова, С.И. Валеев, В.А. Булкин Эксплуатация технических устройств (сосудов и аппаратов) с дефектами типа расслоение. Вестник Казанского технологического университета, 2012, Т. 15, № 16, с. 157-158.
6. М.Х. Сабитов, С.И. Поникаров, С.И. Валеев Оценка ресурса безопасной эксплуатации газаосепараторов с дефектами угловых сварных швов приварки штуцеров. Вестник Казанского технологического университета, 2013, Т. 16, № 15, с. 118-120.
© А. А. Ларин - ассистент каф. МАХП, КНИТУ; С. И. Валеев - доцент каф. МАХП, КНИТУ; Ф. Р. Зайнуллин - к.т.н, гендиректор ЗАО «ИТЦ «Регионтехдиагаостика»; В. А. Булкин - д.т.н., профессор каф. МАХП, КНИТУ.
© A. Larin - assistant, dep. machinery and equipment of chemical plants, KNRTU; S. Valeev - Candidate of Technical Sciences, associate Professor, dep. machinery and equipment of chemical plants, KNRTU; F. Zainullin - Candidate of Technical Sciences, Director general ZAO « ITC«Regiontehdiagnostika»; V. Bulkin - Doctor of Technical Sciences, Professor, dep. machinery and equipment of chemical plants, KNRTU.
