Волгоградский государственный технический университет, Волгоград, Россия:

В. Ф. Петрова, доцент кафедры «Технология материалов», канд. техн. наук, эл. почта: tecmat@vstu.ru
Е. А. Пожилова, магистрант кафедры «Технология материалов», эл. почта: tecmat@vstu.ru

Волгоградский государственный технический университет, Волгоград, Россия¹ ; ООО «ЭКСПЕРТИЗА», Волгоград, Россия²:

С. О. Гевлич, доцент кафедры «Технология материалов»¹, технический директор², канд. техн. наук, эл. почта: sgevlich@mail.ru

Печи пиролиза работают в жестких температурно-силовых условиях. Радиантные змеевики являются наиболее уязвимой частью в их конструкции. Труба змеевика работает в двух режимах: эксплуатационном — при постоянном давлении и температуре не более 1050 ºC и режиме очистки, для которого характерны повышенное по сравнению с рабочим режимом давление и более высокая температура (около 1100 ºC), что приводит к термосиловому воздействию. Такие условия работы труб змеевиков вызывают изменения структуры и свойств материала. В связи с этим для изготовления змеевиков широко применяют хромоникелевые стали, а для работы при более высоких температурах (1000–1050 ºC) увеличивают содержание хрома и никеля, получая железосодержащие хромоникелевые сплавы, для обеспечения стабильной аустенитной структуры. Выявление доминирующего повреждающего механизма позволяет определять остаточный ресурс и вовремя выполнять замену змеевиков для предотвращения возможных аварийных ситуаций. Очевидно, что структурные изменения в металле труб будут оказывать решающее влияние на работоспособность конструкции в целом. В данной работе представлены результаты исследования влияния некоторых эксплуатационных факторов на состояние металла труб стандартного печного змеевика, изготовленного из жаропрочного железосодержащего хромоникелевого сплава. Было обнаружено изменение матричной микроструктуры в виде частичной гомогенизации аустенита. Установлен факт протекания карбидных реакций. Выявлено наличие зоны окисления преимущественно по границам дендритов, определены основные виды оксидов. Найден доминирующий механизм повреждения радиантных труб в процессе эксплуатации.

1. Эльманович В. И., Гевлич С. О. Механизмы повреждения технологического оборудования химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств. — М. : Металлургиздат, 2010. — 112 с.
2. Тухватуллина Р. А., Сулейманов И. Н. Диагностика технического состояния внутрипроизводственных трубопроводов // Развитие современной науки: теоретические и прикладные аспекты : cборник статей студентов, магистрантов, аспирантов, молодых ученых и преподавателей / под общ. редакцией Т. М. Сигитова. — Пермь : ИП Сигитов Т. М., 2018. С. 23, 24.
3. Ruokang Song, Sujun Wu. Microstructure evolution and residual life assessment of service exposed Cr35Ni45 radiant tube alloy // Engineering Failure Analysis. 2018. P. 63–72.
4. Jingfeng Guo, Congqian Cheng, Huifang Li, Jie Zhao, Xiaohua Min. Microstructural analysis of Cr35Ni45Nb heat-resistant steel after a five-year service in pyrolysis furnace // Engineering Failure Analysis. 2017. P. 625–633.
5. Centralloy^® G 4852 Micro material data sheet. Designation: GX45NiCrSiNb45-35. Data Sheet for information only. URL: https://www.schmidt-clemens.com/fileadmin/sc-downloads/werkstoffdatenblaetter/WST_4852_Micro_161109.pdf (дата обращения : 11.08.2022).
6. Химушин Ф. Ф. Жаропрочные стали и сплавы. — М. : Металлургия, 1969. — 752 с.
7. Толорайя В. Н., Буханова А. А., Рыкова Т. П., Вертоградский В. А. Жаропрочные и жаростойкие стали и сплавы на никелевой основе. — М. : Наука, 1984. — 244 с.
8. Беттеридж У. Жаропрочные сплавы / пер. с англ. — М. : Металлургиздат, 1961. — 381 с.
9. Орыщенко А. С., Кондратьев С. Ю., Анастасиади Г. П. и др. Особенности структурных изменений в жаропрочном сплаве 45Х26НЗЗС2Б2 при температурах эксплуатации. Сообщение 2. Влияние высокотемпературной выдержки // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. 2012. № 1. С. 217–228.
10. Jingfeng Guo, Tieshan Cao, Congqian Cheng, Xianming Meng, Jie Zhao. Effect of carburization (pyrolysis furnace tube main failure factor) on the microstructure and properties of HPNb alloy tube // Engineering Failure Analysis. 2020. Vol. 115. P. 104610.
11. Mobaraki M., Afshang B., Rahimpour M. R., Bahrololoom M. E., Bolhasani A. et al. Effect of cracking feedstock on carburization mechanism of cracking furnace tubes // Engineering Failure Analysis. 2020. Vol. 115. P. 104216.
12. Ebrahim Ebrahimi, Abbas Sanjabi. Report of reformer tube inspection by long range guided wave ultrasonic method (gw), metal magnetic memory (mmm), eddy currents (et), time-of-flight diffraction (tofd), magnetoscopy, hardness test and metallography // Indian Journal of Fundamental and Applied Life Sciences. 2016. Vol. 6. P. 370–380.

13. Добротворский А. М., Балутов А. В., Денисенко Е. П. и др. Змеевики технологических печей нефтеперерабатывающих производств. Основные особенности эксплуатации, технического диагностирования и анализа технического состояния // Химическая техника. 2016. № 1. С. 20.
14. Mueller F., Scholz A., Berger C. Crack behaviour of 10Cr steels under creep and creep-fatigue conditions institute of materials technology. — London : Darmstadt University of Technology. ECCC Creep Conference, 2005.
15. Добротворский М. А., Масликова Е. И., Андреева В. Д. Влияние эксплуатационных факторов на структуру материала змеевиков технологических трубчатых печей // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015. Т. 81. № 9. С. 32–40.
16. Анастасиади Г. П., Кондратьев С. Ю., Орыщенко А. С., Фукс М. Д. Влияние скорости охлаждения при технологическом термоциклировании на длительную прочность литого жаропрочного сплава 45Х26Н33С2Б2 // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. 2013. № 2. С. 109–119.
17. Рудской А. И., Анастасиади Г. П., Орыщенко А. С. и др. Особенности структурных изменений в жаропрочном сплаве 45Х26Н33С2Б2 при температурах эксплуатации. Сообщение 3. Механизм и кинетика фазовых превращений // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. 2012. № 3–2. С. 143–150.
18. Петрова В. Ф., Пожилова Е. А., Эльманович В. И. Исследование структурных изменений жаропрочного хромоникелевого сплава после длительной эксплуатации // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2022. № 2. С. 77–82.
19. ГОСТ 5639-82. Стали и сплавы. — Введ. 01.01.1983.
20. Анастасиади Г. П., Кокорина А. В., Кондратьев С. Ю. Исследование процесса окисления жаропрочного жаростойкого сплава Fe-25Cr-35Ni-0,45C-Si-Nb // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. 2014. № 3. С. 161–169.
21. Анастасиади Г. П., Кондратьев С. Ю., Фукс М. Д. Высокотемпературное окисление жаропрочного жаростойкого сплава 45Х26Н33С2Б2 // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. 2013. № 4-1. С. 199–209.
22. Кондратьев С. Ю., Петров С. Н., Анастасиади Г. П., Цеменко А. В. Структурные особенности высокотемпературного окисления литого жаропрочного сплава HP40NbTi. Часть I. Кинетика окисления // Металловедение и термическая обработка металлов. 2020. № 1. С. 35–46.
23. Tao Chen, Xuedong Chen, Chunjiao Liu, Zhichao Fan. Failure analyses of centrifugal casting ethylene pyrolysis furnace tubes from microporosity defects // Engineering Failure Analysis. 2019. Vol. 102. P. 318–326.