Оценка напряженного состояния, несущей способности и долговечности конструктивных элементов нефтегазохимического оборудования. Обоснование технологического процесса термообработки крупногабаритных змеевиков из стали 15Х5М печей после аварийного пожара.
Аннотация к работе
Нефтегазовая отрасль, в особенности нефтепереработка и нефтехимия, имеет широкую потребность в оборудовании из жаропрочных хромистых сталей, дополнительно легированных стойкими карбидообразующими элементами, имеющих относительно высокую коррозионную стойкость. Однако неблагоприятная реакция на термодеформационный цикл сварки, выражающаяся в образовании хрупких участков металла с закалочной неравновесной структурой, влияет на технологическую прочность и эксплуатационную надежность сварного оборудования, снижая трещиностойкость, ограничивая деформационную способность и повышая склонность к непредсказуемым аварийным хрупким разрушениям. При термической резке и сварке этих сталей возникают хрупкие участки, металл которых обладает твердостью, превышающей верхний предел допустимых нормативных значений. Образование закалочных неравновесных структур в металле шва и околошовных зонах при использовании сварочной проволоки, однородной по химическому составу с основным металлом, или в околошовных зонах термического влияния (ЗТВ) при сварке аустенитными сварочными материалами влияет на технологическую прочность и эксплуатационную надежность сварных конструкций. Разнородность конструктивных элементов, заключающаяся в различии свойств характерных зон сварного соединения, является, с одной стороны, следствием неоднородности термодеформационных полей при сварке в структурно-неравновесных сталях, с другой, применения технологий сварки с отличающимися по свойствам сварочными материалами для обеспечения технологической прочности.В процессе длительной эксплуатации в металле конструктивных элементов оборудования происходит постепенное накопление необратимых повреждений в местах концентраций деформаций и напряжений и по истечении определенного срока эксплуатации возможны преждевременные отказы или аварийные разрушения. В работе рассмотрены основные виды разнородности конструктивных элементов нефтегазохимического оборудования из жаропрочных хромистых сталей. Этот факт в ряде случаев дает неадекватную оценку распределения компонент тензора напряжений в объеме твердых и мягких прослоек как в качественном, так и количественном отношениях. Когда средние (номинальные) напряжения , модель будет работать при упругих деформациях в условиях однородного напряженного состояния. Базируясь на экспериментальных данных, полученных на моделях с мягкими и твердыми прослойками методом муаровых полос, нами предлагается следующая формула для оценки касательных напряжений вдоль линии сплавления: ,(1) где , - номинальное напряжение в мягком металле вне зоны контакта, - временное сопротивление мягкого металла; , - предел текучести мягкого металла; , - высота слоя со сложным (объемным) напряженным состоянием.Разнородность конструктивных элементов нефтегазохимического оборудования из жаропрочных хромистых сталей создает особые трудности для обеспечения безопасности их эксплуатации, обусловленные реализацией определенных зон с пониженной трещиностойкостью и различиями в напряженно-деформированных состояниях, что особенно актуально при воздействии водородсодержащих рабочих сред и механохимической коррозии, циклических нагрузок и высоких температур. Базируясь на установленных закономерностях распределения касательных напряжений на линиях сплавления разнородных металлов, впервые решена задача о напряженном состоянии двухкомпонентной разнородной модели при плоской и осесимметричной деформациях применительно к различным конструктивным элементам нефтегазохимического оборудования оболочкового типа различной формы. Показано, что с уменьшением относительной толщины мягких и твердых прослоек происходит значительное снижение краевых сил и моментов, следовательно, повышаются характеристики работоспособности конструктивных элементов нефтегазохимического оборудования. Получены расчетные зависимости по оценке допускаемых геометрических и механических характеристик диффузионно-мягких и твердых прослоек, обеспечивающих безопасность эксплуатации разнородных соединений жаропрочных хромистых сталей с высоколегированными нержавеющими сталями. Разработан и научно обоснован технологический процесс объемной термообработки крупногабаритных змеевиков из стали 15Х5М печей после аварийного пожара, в результате чего происходит полное восстановление характеристики безопасности их эксплуатации.