CC BY
12КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ МЕТАЛЛА, РАБОТАЮЩЕГО В СРЕДАХ, ВЫЗЫВАЮЩИХ СЕРОВОДОРОДНОЕ РАСТРЕСКИВАНИЕ
Габельченко Н.И.
Кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный технический университет»,
Россия, Волгоград Худзик Е.В. Студент, магистрант
ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный технический университет»,
Россия, Волгоград
MONITORING THE STATE OF METAL WORKING IN ENVIRONMENTS THAT CAUSE
HYDROGEN SULFIDE CRACKING
Gabelchenko N.
Candidate of technical Sciences, associate Professor Volgograd State Technical University Khudzik E. Student, master's degree Volgograd State Technical University
Аннотация
В данной статье описывается методика контроля за состоянием металла действующего оборудования, работающего в средах, вызывающих сероводородное растрескивание и представлены результаты исследований металла колоны газового блока нефтеперерабатывающего завода.
Abstract
This article describes a method for monitoring the metal condition of existing equipment operating in environments that cause hydrogen sulfide cracking and presents the results of research on the metal columns of the gas block of an oil refinery.
Ключевые слова: сталь, коррозия, сероводородное растрескивание, коррозия под напряжением
Keywords: steel, corrosion, hydrogen sulfide cracking, stress corrosion cracking
В настоящее время наиболее применимым методом контроля металла, работающего в средах, вызывающих сероводородное растрескивание, является метод NACE TM0177 2005, эффективный для сравнительных испытаний материалов. Однако оценка состояния металла реальной конструкции этим методом весьма проблематична из-за различной схемы напряженного состояния, а также различной природы процесса при испытаниях и в процессе эксплуатации конструкции [1-3].
Нами был предложен вариант мониторинга состояния металла в процессе эксплуатации в средах, вызывающих сероводородное растрескивание при растягивающих напряжениях. После проведенных исследований был проведен анализ полученных результатов.
Смысл предлагаемого метода контроля заключается в создании в контрольном элементе стенки реальной конструкции дополнительных напряжений и фиксировании времени до появления дефектов, аналогично построению коррозионной кривой. Таким образом, на контрольном элементе стенки становится возможным фиксировать наперёд заданное изменение состояния металла и, сопоставляя отношение напряжений в металле конструкции и металле контрольного элемента со временем появления дефектов на контрольном элементе, прогнозировать состояние металла конструкции, т.е. достаточно объективно оценивать срок эксплуатации реального объекта. Кроме того, в предлагаемой
конструкции контрольного прибора возможно через элемент стенки, находящийся в дополнительно напряженном состоянии, улавливать диффузионно подвижный водород непрерывно или периодически, оценивая дополнительно эффективность процесса наводороживания металла.
Наличие торообразного выступа на корпусе вместе с прижимным кольцом и нагружающим устройством позволяют создать в рабочем образце сложнонапряженное состояние, при котором имеется участок с напряжениями сжатия и участок с напряжениями растяжения, причем схема напряженного состояния растянутого участка соответствует схеме напряженного состояния стенки контролируемой конструкции, значения же напряжений превышают действующие напряжения металла стенки на величину заданного во времени опережающего разрушения. Это позволяет оценить надежность металла контролируемой конструкции и вовремя приостановить ее эксплуатацию, если следы коррозионного разрушения на образце появляется при значениях напряжений близких к действующим в металле конструкции.
Наличие в корпусе устройства внутренней герметичной перегородки позволяет отделить участок образца, имеющего напряжения, от участка с напряжениями растяжения и разделить полость на две изолированные части каждая из которых сообщается с измерителем объема водорода. Это позволяет определить количество продифундировавшего
водорода через участок рабочего образца и судить о наводороживающей способности среды в зависимости от наряженного состояния контролируемой конструкции и, как следствие, увеличивает надежность контроля степени коррозионного разрушения металла конструкции. Напряжения растяжения может быть установлено до 0,9 предела текучести.
Установку и проверку напряжений проводили тензометрированием. В стенке контролируемой конструкции устанавливали корпус устройства таким образом, что нагруженная поверхность его дна, являющаяся рабочим образцом устройства, находилась на уровне внутренней поверхности в тех же условиях, что и поверхность стенки контролируемой конструкции.
Опытное устройство было установлено на одной из колон газового блока нефтеперерабатывающего завода. Место установки устройства для контроля было выбрано с учетом того, что в этой зоне во время эксплуатации наибольшее содержание влаги в сыром продукте, т.е. наиболее жесткие условия коррозионного воздействия среды.
Исследованию подвергались пластины, находящиеся в аппарате 1500 ч (рис. 1а) и 3000 ч (рис. 1б). Химический анализ продуктов с поверхности пластин, показал наличие серы до 6%. Это свидетельствует о том, что в рабочей среде содержится сероводород, стимулирующий процесс наводоро-живания металла.
а б
а- образец, находившийся в среде 1500 часов; б- образец, находившийся в среде 3000 часов. Рисунок 1. Внешний вид поверхности пластины
Проведенные металлографические исследования не выявили изменений в макро- и микрострук-
туре по сравнению с образцом-свидетеле. Микроструктура феррито-пертитная, балл зерна 8 по ГОСТ 56-39-82 (рис.2).
Рисунок 2. Микроструктура образца свидетеля, х 200
На рисунках 3 а и б- микроструктура образцов после 1500 и 3000 ч эксплуатации. Твердость определяли по ГОСТ 9013-59 и она составила 145-150 НВ. Изучение поверхности на нетравленых микрошлифах не выявило, каких-либо признаков начала коррозионного растрескивания (микротрещин и
т.д.). Остаточное содержание водорода, т.е. содержание водорода, который не выделился при вылеживании металла в течении 72 ч в образце-свидетеле составило 1,4 см3/100 г, в образце, находившемся в аппарате 1500 ч - в среднем 3,8 см3/100 г, в образце, находившемся в аппарате 3000 ч в среднем 6,5 см3/100 г.
а б
а- микроструктура образцов после 3000 ч б- микроструктура образцов после 1500 ч Рисунок 3. Микроструктура контрольных образцов, х 200
Проведенные исследования показали, что качественных изменений в макро- и микроструктуре исследованных пластин не произошло и дефекты коррозионного охрупчивания не появились. Однако повышение содержания водорода в зависимости от времени нахождения пластины в рабочей среде указывает на непрерывный процесс наводо-роживания металла стенки аппарата. Известно, что время до коррозионного растрескивания при наво-дороживании, как в прочем и при других видах коррозии под напряжением, однозначно определяется при данной активности среды уровнем действующих в металле остаточных напряжений.
Аппроксимирование полученных данных на рабочее напряжение стенки аппарата (б<0,6бт) позволяет предположить возможность наводоро-живания до предела 10 см3/100 г за период 5000055000 ч непрерывной эксплуатации. Учитывая результаты исследования свойств металла аппарата и контроль пластин, состояния их поверхности (в том числе до и после наводороживания) очевидно, что
в рабочих условиях процесс наводороживания реализуется непрерывно, но достаточно медленно.
Таким образом, можно отметить, что с помощью данного устройства можно проводить постоянный мониторинг качества металла работающих аппаратов в средах, вызывающих сероводородное растрескивание.
Список литературы
1. Романив, О.Н. Механика коррозийного разрушения конструкционных сплавов: О.Н. Романив, Г.Н. Никифорчин. - Москва. Металлургия. 1986. - 294 с.
2. Рубенчик, Ю.И. Повышение надежности сварной нефтехимической аппаратуры в средах вызывающих наводороживание, учебник / Ю.И. Рубенчик, Е.А. Афанасенко, Н.Л. Легкоступ. -Москва. ЦИНТИхимнефтемаш. 1980. - 64 с.
3. Шпарбер, И.С. Коррозия и наводороживание стали в сероводородных растворах / И.С. Шпарбер, А.В. Шрейдер, Н.П. Жук // Зашита металлов. 1967. Т 3 № 5. 545—551 с.
