Введение к работе
Актуальность работы. Процесс кататитнческого риформировашш бензиновых фракций траст значительную роль в производстве высокооктановых автомобильных бсіпішов и в получении ароматических углеводородов - пенного нефтехимического сырья.
Проектный срок службы печных змеевиков установок каталитического риформинга іп стати 15Х5М - 100 тысяч часов, определялся па основании экстраполированных на 100 тысяч часов значений пределов длительной прочности и коэффициентов запаса прочности п = 1.5 по допускаемому напряжению. По. как показал опыт эксплуатации печных змеевиков, эта величина не является для них предельной и в настоящее время на многих установках достигнута их належная работа до 200 тысяч часов. Наблюдаемое расхождение между проектным и фактическим ресурсом службы печных змеевиков свидетельствует о том, что применяемые в настоящее время критерии оценки их работоспособности не достаючпо адекватно отражают характер изменений фніїїко-механических свойств хромомолибденовой стати в условиях длительной службы при температуре 550-600С и давлении 3-5МПа.
Несмотря на то, что хромомолибденовая стать типа 15Х5М является предметом постоянного изучения в связи со значительными масштабами применения ее в нефтехимическом машиностроении, практически отсутствуют данные, позволяющие оценить физический ресурс работоспособности трубчагыч змеевиков печей реакторного блока установок каталитического риформинга после длительной эксплуатации на. основании корректно проведенного дальнего прогнозирования жаропрочности.
Отдавая должное важности и сложности этого вопроса, в данной работе прежде всего значительное внимание-уделено обоснованию выбора метода нндивндуатьноіо дальнего прогнозирования длительной прочности и ползучести стати 15Х5М.
Процесс длительного воздействия жестких рабочих условий н агрессивных сред приводит к структурным изменениям, что в свою очередь может
сопровождаться снижением жаропрочности и длительной пластичности материала. Поэтому вопрос оценки работоспособности металла печных змеевиков по фактическому состоянию приобретает первостепенное значение, а обеспечение их надежной службы в течение длительного срока, включая и после проектный, становится актуальной технико-экономической задачей, поскольку преждевременная замена печных змеевиков (исходя из ах стоимости -4-6млн.ру6. в ценах 2000г.) повлечет значительные и необоснованные финансовые расходы.
Цель работы: увеличение сроков службы печных змеевиков установок каталитического риформинга с 200 - 250 до 350-400 тысяч часов на основании комплексного исследования изменений физико-механических свойств стали 15Х5М под воздействием эксплуатационных условий, обоснованного прогнозирования ее жаропрочности к разработка практических рекомендаций для определения остаточного ресурса работоспособности нефтеперерабатывающего оборудования.
На защиту выносится;
1.Исследование влияния длительности изотермических выдержек на деформируемость и повреждаемость стали 15Х5М;
2Лабораторное моделирование поведения металла в процессе эксплуатации;
З.Исследование влияния эксплуатационных параметров на физико-механические свойства стали 15Х5М;
4.Накопление информационного материала и создание банка данных но работоспособности стали 15Х5М на сроки эксплуатации свыше 250 тыс. часов;
5.Прогнозировапие кривых ползучести при напряжениях, близких к эксплуатационным, для оценки ресурса работоспособности металла печных змеевиков из стали 15Х5М как на стадии проектирования, так и после длительной службы;
б.Раіработка методики прогнозирования ресурса работоспособности стали 15Х5М на базе 300-400 тысяч часов.
7.Разработка инструкции по инспекционному контролю за фактическим состоянием эксплуатируемых змеевиков и выработать критерии оценки остаточного ресурса
Научная нотгзпа.
I.Установлено, что термомеханнческая стабильность стали І5Х5М зависит от термодеформашюниых условий старения и обусловлена диффузионными процессами, протекающими в металле и вызывающими его разупрочнение. Степень разупрочнения определяется скоростью протекания структурно-фазовых превращений, развивающихся в направлении роста карбидной фазы, коагуляции и сфероиднзании карбидов, а также характером их распределения.
2.Экспериментально подтверждена правомерность применения «энергетической» модели для пропюшрования работоспособности печных змеевиков из етапи 15Х5М как на стадии проектирования, так и для оценки их остаточного ресурса.
3.Доказано, что при рабочих напряжениях длительность третьей стадии ползучести стали 15Х5М составляет 40-50% от общего времени до разрушения.
4. Предложены критерии оценки предельного состояния стали 15Х5М, учитывающие допускаемые напряжения, соответствующие пределу ползучести при завершении второй стадии ползучести; допускаемую величину остаточной деформации; требуемый химический состав и механические свойства стали после длительной эксплуатации; отсутствие «опасных» неоднородностей.
Практическая значимость работы.
1.Предложена и апробирована расчетно-эксиеримент альная методика определения рес\рса работоспособности металла труб змеевиков печей реакторного блока установок каталитического рнформинга, основанная на научных представлениях энергетической модели индивидуального дальнего прогнозировать ресурса металлическігх материалов.
2. Разработаны и экспериментально обоснованы критерии и нормы предельных значений характеристик длительной прочности и ползучести металла труб из стали 15Х5М, эксплуатирующихся в условиях печей кататнтического риформировшшя углеводородов.
З.Раэработаны «Рекомендации но напору и опенке фактическою ресурса работоспособности металла элементов трубчатых змеевиков усіаповок кататнтического риформинга Л35-11/300/400-9511 И Л35-8/300Б ООО «ЛУКойл-Волгограгнефтеперсработка»
4.Разработана «Временная инструкция по контролю за состоянием металла элементов змеевиков печей реакторного блока установок каїатитического риформинга ООО «ЛУКойл - Волгогратнсфіепсрерабогка». Экономический годовой эффект составляет порядка 500 тысяч рублей в ценах 2000 года, доля автора - 20%.
Апробация работы. Магериаты диссері анионной работы доклатыватнсь и обсуждались на конференциях: «Повышение долговечности дсгаїей машин прогрессивными методами обработки» {Волгоград, 1987). «Передовой оныг производства стати, ее внепечной обработки, разливки в сліпки. отливки и получение кузнечных заготовок» (Волгоірад, 1988). на 1-ом Всесоюзном симпозиуме «Новые жаропрочные и жаростойкие металлические матернаш» (М., І989.), на 2-ом Всесоюзном симпозиуме по перспективным металлическим материатам. «Синергетика. Новые технологии получения и свойства металлических материатов» (М, 12-17 мая 1991), на симпозиуме «Синергешка. Структура и свойства магериаіов. Самоорганизующиеся технологии.» (М., 1996), на Всероссийской научно-технической конференции (Нижний Новгород, 2000) и 37-ой научно-технической конференции в Волгоірадскоч государственном - техническом университете 2000г.
Публикации. Основные результаты исследований но теме диссертационной опубликованы в восемнадцати печатных работах, одном авторском свидетельстве.
Объем рабоїьі. Диссертация состоит in введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего ПО наименований и приложений на 16 страницах. Основная часть работы содержит 176 страницы машинописного текста, 40 таблиц, 53 рисунка.
