Исследование причин преждевременного разрушения котельных труб при эксплуатации в котле-утилизаторе

Abstract

RU: Цель работы – установление причины преждевременного выхода из строя котельных труб из низколегированной стали, эксплуатирующихся в котле-утилизаторе в цехе синтеза аммиака. Методики. Выполнены: химический анализ стали на спектрометре «Spectromax» фирмы «Spectro», Германия; визуальный осмотр и исследование поверхностей труб с помощью растрового электронного микроскопа РЭМ 106 И; металлографические исследования структуры стали по сечению полностью разрушенной и неразрушенных труб; испытание механических свойств труб на растяжение. Результаты. На основании комплексных исследований установлена неудовлетворительная исходная структура котельных труб, характеризующаяся перлитной полосчатостью балла 4 и относительно мелким зерном № 7−8, а также существенное изменение структуры стали в процессе эксплуатации труб в котле-утилизаторе в среде окислительных печных газов при повышенных температуре и давлении. Научная новизна. Научно обосновано, что причиной преждевременного разрушения котельных труб является деградация структуры низколегированной стали, заключающаяся в ее обезуглероживании и внутреннем окислении в результате физико-химических процессов, происходящих в окислительной среде при высоких температуре и давлении. Практическое значение. На предприятии химической промышленности предотвращена авария, связанная со взрывом котла-утилизатора, с неблагоприятными экологическими последствиями и возможными человеческими жертвами. Даны рекомендации по повышению эксплуатационной надежности и долговечности котельных труб без капитальных затрат.

UK: Анотація. Мета дослідження – встановлення причини передчасного виходу з ладу котельних труб із низьколегованої сталі, які експлуатуються в котлі-утилізаторі в цеху синтезу аміаку. Методики. Виконано: хімічний аналіз сталі на спектрометрі «Spectromax» фірми «Spectro», Німеччина; візуальний огляд і дослідження поверхонь труб за допомогою растрового електронного мікроскопа РЕМ 106 И; металографічні дослідження структури сталі по перетину повністю зруйнованої і незруйнованих труб; випробування механічних властивостей труб на розтягнення. Результати. На основі комплексних досліджень установлено неприйнятну вихідну структуру котельних труб, яка характеризується перлітною смугастістю бала 4 і відносно дрібним зерном № 7−8, а також суттєве змінення структури сталі в процесі експлуатації труб у котлі-утилізаторі в середовищі окиснювальних пічних газів за високих температури і тиску. Наукова новизна. Науково обґрунтовано, що причиною передчасного руйнування котельних труб стає деградація структури сталі, яка полягає в її зневуглецюванні й внутрішньому окисненні в результаті фізико-хімічних процесів, що відбуваються в окиснювальному середовищі за високих температур і тиску. Практична значущість. На підприємстві хімічної промисловості відвернено аварію, пов'язану з вибухом котла-утилізатора, з несприятливими екологічними наслідками і можливими людськими жертвами. Дано рекомендації щодо підвищення експлуатаційної надійності і довговічності котельних труб без капітальних витрат.

EN: Purpose is to establish the reasons for the premature failure of low alloy steel boiler tubes operating in a waste heat boiler in the ammonia synthesis workshop. Methodologies. The work performed: chemical analysis of low-alloy pipe steel on a spectrometer "SPECTROMAX" company "SPECTRO", Germany; visual inspection and study of the surfaces of boiler pipes using a scanning electron microscope REM 106 I; metallographic studies of the structure of steel along the cross section of completely destroyed and non-destroyed pipes; tensile testing of pipe mechanical properties. Results. Based on comprehensive studies, an unsatisfactory initial structure of boiler pipes was established, characterized by pearlitic banding of score 4 and fine grain No. 7−8, as well as a significant change in the structure of steel during operation of pipes in a waste heat boiler in an oxidizing furnace gas environment at elevated temperature and pressure. Based on comprehensive studies, a significant change in the structure and properties of low-alloy pipe steel was established during the operation of boiler pipes in a waste heat boiler in the environment of furnace gases at elevated temperature and pressure. Scientific novelty. It is scientifically substantiated that the cause of the destruction of boiler pipes is the degradation of the structure of low alloy steel, which consists in its decarburization and internal oxidation as a result of physicochemical processes occurring in an oxidizing medium at high temperature and pressure. It is scientifically substantiated that the cause of the destruction of boiler pipes is the degradation of the structure of low alloy steel as a result of physicochemical processes occurring in the environment of furnace gases at high temperature and pressure. Practical relevance. An accident associated with the explosion of a waste heat boiler with unfavorable environmental consequences and possible human casualties was prevented at the chemical industry enterprise. Recommendations are given on improving the operational reliability and durability of boiler pipes without capital expenditures.