Оценка остаточного ресурса длительно эксплуатируемого реакционного оборудования из углеродистой стали с учетом охрупчивания Кириллова Наталья Юрьевна

Содержание к диссертации

Введение 5

Литературный обзор 8

Технологические факторы охрупчивания 11

Эксплуатационные факторы охрупчивания 13

Проведение диагностирования технического состояния и опре
деления остаточного строка службы сосудов и аппаратов 18

1 Прогнозирование ресурса аппаратов, подвергающихся коррозии

и изнашиванию (эрозии). 22

1. Прогнозирование ресурса аппаратов по изменению механических характеристик металла 24

2. Прогнозирование ресурса сосудов по критерию хрупкого разрушения 25 Проблемы определения остаточного ресурса физически изношенного оборудования 29 Оценка склонности материала к хрупкому разрушению 31

1. Оценка склонности материала к хрупкому разрушению по данным ударных испытаний 31

2. Оценка склонности материала к хрупкому разрушению по данным измерения твердости 33

3. Оценка склонности материала к хрупкому разрушению с использованием микропроб 33

4. Полная диаграмма деформирования как источник информации об охрупчивании материала 34 Определение критических температур хрупкости 36

5. Определение температуры хрупкости по данным испытаний на ударный изгиб 37

6. Определение температуры хрупкости по коэффициенту интенсивности напряжений 38

7. Определение критических температур хрупкости по показателю жесткости и перенапряжения 39

1.7 Учет охрупчивания в прочностных расчетах и при оценке оста
точного ресурса оборудования 40

1. Определение коэффициента учета охрупчивания по коэффициенту интенсивности напряжений 41

2. Подобие кривых вязкости разрушения и ударной вязкости 43

2 Описание объекта исследования 46
2Л Описание исследуемого материала 46

2. Описание реакционной колонны 57

3. Расчет реакционной колонны 60

3 Методики и результаты исследований 62

1. Подготовка опытных образцов 62

2. Проведение качественного и количественного микроструктурного анализа 65

3. Определение химического состава 70

4. Измерение твердости 74

5. Измерение микротвердости 76

6. Испытания на растяжение (статические) 81

61. Определение предела прочности (временного сопротивления) 83

62. Определение предела текучести 84

63. Определение относительного равномерного удлинения 85

64. Определение относительного сужения 86

7. Испытания на ударный изгиб (динамические) 91

8. Качественные и количественные фрактографические исследования 95

4 Оценка напряженно-деформированного состояния реакционной
колонны методом конечных элементов 99

1. Исходные данные 101

2. Модель реакционной колонны и граничные условия 102

3. Оценка влияния конструктивных особенностей и собственного

веса на напряженно-деформированное состояние аппарата 107

4.4 Оценка влияния изменения механических свойств материала на
напряженно-деформированное состояние аппарата 111

Оценка остаточного ресурса с учетом охрупчивания 119

1. Методика построения температурных зависимостей ударной вязкости 119

2. Построение зависимостей ударной вязкости от температуры 122

3. Определение поправочного коэффициента допускаемых напряжений 124

4. Применение поправочного коэффициента допускаемых напряжений при оценке остаточного рес

ГУП «БашНИИнефтемаш» 149

Приложение В Справка о внедрении методики в

ССП УГНТУ ХНИЛ КК МАХП 150

Введение к работе

Актуальность работы. Современные нефтеперерабатывающие предприятия представляют собой комплекс сложных технологических установок, относящихся к опасным производственным объектам. Обеспечение их надежной и безопасной работы с каждым годом становится все более актуальным, так как большое количество оборудования достигло значительного физического и морального износа, отработав нормативный срок службы. Дальнейшая эксплуатация такого оборудования возможна только после тщательного обследования технического состояния, установления работоспособности и определения остаточного ресурса.

Известно, что в процессе длительной эксплуатации сосудов, изготовленных из углеродистых сталей, происходит изменение структуры, фазового состава, прочностных и пластических свойств металла, приводящее к его охруп-чиванию. Протекание процессов охрупчивания и, как следствие, повышенное трещинообразование могут привести к возникновению аварий или инцидентов при эксплуатации ответственных конструкций.

Однако согласно РД 03-421-01 «Методические указания по проведению диагностирования технического состояния и определению остаточного срока службы сосудов и аппаратов» определение остаточного ресурса по критерию хрупкого разрушения проводится в редких случаях, в дополнение к основным работам при технической необходимости и не носит обязательный характер. Поэтому в настоящее время большинство специализированных организаций определяют остаточный ресурс оборудования по скорости общей коррозии. При этом значение допускаемых напряжений, принимаемое по нормативно-технической документации, остается тем же, что и при определении нормативного срока службы, а изменение прочностных свойств металла в процессе эксплуатации оценивается косвенно, чаще всего по результатам измерений твердости. В связи с этим работа, направленная на изучение изменения структуры и механических свойств металла оборудования нефтеперерабатывающих предприятий и учет этих изменений при проверке их работоспособности и оценке остаточного ресурса является актуальной.

Цель работы - разработка научно-методологического подхода к оценке остаточного ресурса оборудования из углеродистой стали 20 с учетом изменения механических свойств в процессе длительной эксплуатации.

Дня достижения поставленной цели решались следующие задачи:

Теоретическое обоснование изменения механических характеристик, приводящего к охрупчиванию углеродистых сталей в процессе длительной эксплуатации.

Анализ изменения механических характеристик, приводящего к охрупчиванию углеродистых сталей на примере стали 20 после длительной эксплуатации по результатам проведенных исследований. Определение температуры хрупко-вязкого перехода, а также поправочного коэффициента допускаемых напряжений для углеродистой стали 20 после длительной эксплуатации.

Оценка напряженно-деформированного состояния реакционной колонны методом конечных элементов с учетом изменения механических характеристик металла после длительной эксплуатации.

Разработка методики прогнозирования остаточного ресурса сосудов и аппаратов по критерию хрупкого разрушения с применением поправочного коэффициента допускаемых напряжений.

Научная новизна

Установлено, что структура, фазовый состав и механические характеристики углеродистой стали 20 изменяются в процессе длительной эксплуатации реакционной колонны. При этом наибольшая деградация свойств материала происходит на внутренней поверхности и приводит к повышению степени ее охрупчивания.

Установлено, что температура хрупко-вязкого перехода стали 20 после длительной эксплуатации смещается в область положительных температур.

Определено, что при оценке напряженно-деформированного состояния реакционной колонны учет ее конструктивных особенностей и изменения свойств материала по толщине стенки в процессе длительной эксплуатации приводит к повышению расчетных напряжений в конструкции.

4 Получен поправочный коэффициент допускаемых напряжений для углеродистой стали 20, учитывающий степень охрупчивания металла при оценке работоспособности и определении сверхнормативного срока службы. Применение его в прочностных расчетах приводит к увеличению отбраковочной толщины стенки аппарата, и соответственно, снижению срока безопасной эксплуатации оборудования.

Практическая ценность

Методика «Оценка остаточного ресурса длительно эксплуатируемого реакционного оборудования из углеродистой стали с учетом охрупчивания» внедрена и используется в ГУП «БашНИИнефтемаш», ССП УГНТУ ХНИЛ КК МАХП для расчетов на прочность и определения остаточного ресурса длительно эксплуатируемого оборудования из углеродистых сталей в процессе проведения экспертизы промышленной безопасности.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались на 55-57-й научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (г. Уфа, 2004-2006 гг.); Российской научно-технической конференции «Мавлю-товские чтения» 20-22 марта 2006 г,; IV конгрессе нефтегазо- промышленников России «Газ. Нефть, Технологии - 2006».

Публикации

Содержание работы опубликовано в 8 научных трудах, из которых 2 включены в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, выпускаемых в Российской Федерации в соответствии с требованиями ВАК Минобразования и науки РФ.

Похожие диссертации на Оценка остаточного ресурса длительно эксплуатируемого реакционного оборудования из углеродистой стали с учетом охрупчивания

Оценка ресурса элементов трубопроводной обвязки насосно-компрессорных агрегатов с учетом вибрационного воздействияБаширов, Ильдус Вазифович

Методология построения и использования базы данных для оценки ресурса металлургического оборудования : на примере машин ОМДХаликова Ольга Рашидовна

Оценка долговечности технологических трубопроводов с учетом вынужденных колебанийГаббасова Айгуль Хайриваровна

Оценка степени поврежденности оборудования, эксплуатируемого в условиях малоцикловой усталости, с учетом параметров поверхностной энергии Прохоров Андрей Евгеньевич

Оценка ресурса секционных плит опорно-передвижных устройств по критерию изнашивания рабочей поверхности Вайс Дмитрий Александрович

Совершенствование методов оценки остаточного ресурса гибких труб колтюбинговых установокИльиных, Виталий Николаевич

Прогнозирование остаточного ресурса газотурбинного двигателя газоперекачивающего агрегата на основе оценки технического состояния лимитирующего его ресурс подшипникового узлаБурлий, Владимир Васильевич

Разработка аналитического метода оценки износостойкости и способа продления ресурса опорных валков листовых становАнцупов Алексей Викторович

Разработка и исследование методов повышения ресурса оборудования тепловых сетей городского хозяйстваКазанов Юрий Николаевич

Продление ресурса сменного оборудования метизных агрегатов на основе моделирования процесса изнашивания и применения плакирования рабочих поверхностейДема Роман Рафаэлевич