Источник информации: Эксплуатация, модернизация и ремонт оборудования в нефтепереабатывающей и нефтехимической промышленности. Реферативный сборник
Целью работы являлась оценка влияния отклонений в режимах эксплуатации (перегревов) на прочностные свойства стали 15Х5М. Материалом исследования служили участки труб диаметром 219 мм из стали 15Х5М печи П-1 установки ЛГ-35-П/300, эксплуатировавшейся в течение 70000 ч. Режим эксплуатации металла — температура 575°С, внутреннее давление — 34,0—39,0 ат, среда — и испытание на длительную прочность при 575°С. Все испытания выполнялись в соответствии с требованиями соответствующих ГОСТов.
Химический состав исследуемого металла и результаты кратковременных механических испытаний, а также требования ГОСТ 550—75 для стали 15Х5М и 15Х5МУ представлены в табл. 1 и 2.
Исследованию подвергались участки трубы: имевший возможность перегревов (до температуры 750—800°С) — металл Б и не имевший такой возможности — металл А. К моменту вырезки контрольных участков труб для исследования фактическая толщина труб А и Б составляла 13,6—13,9 мм и 12,6—13,9 мм соответственно.
Программа исследования включала определение кратковременных механических свойств металла при комнатной и рабочей температуре, оценку характеристик ползучести
Учитывая, что в эксплуатационных условиях металл работает при повышенной температуре и под действием внутреннего давления, т. е. в условиях ползучести, представлялось необходимым выяснить влияние перегревов на характеристики ползучести и длительной прочности, поскольку они определяют эксплуатационную надежность материала. С этой целью металл А и Б был испытан методом экспресс- анализа* — методом ступенчатого растяжения. По данным испытаний, строилась зависимость скорости деформации е 5 (установившейся кратковременной ползучести) от напряжения а . Использованный метод проверен на ряде сталей и дает хорошее совпадение с результатами прямых опытов на ползучесть в пределах 6—8 порядков скоростей.
Оценивая полученные результаты, можно сказать, что химический состав металлов имеет незначительное различие (в пределах разброса химического состава металла различных плавок, точности определения) и удовлетворяет требованиям на сталь 15Х5М. Кратковременные механические свойства улавливают различие металлов, которое сводится к тому, что металл имеет более низкие значения ударной вязкости при комнатной и при повышенной температуре. Однако необходимо отметить, что механические свойства металла А и Б не находятся на столь низком уровне, который требовал бы запретить его эксплуатацию из-за низких прочностных или пластических характеристик, так как механические свойства металла удовлетворяют требованиям на сталь 15Х5М.
Оценка установившейся скорости кратковременной ползучести показывает, что при напряжениях более 20 • 107 Па металл А имеет установившуюся скорость ползучести на порядок больше, чем у металла Б. Однако при напряжениях менее 20 • 107 металл А имеет установившуюся скорость ползучести меньшую, чем у металла Б. Это различие возрастает с уменьшением напряжения. Полагая, что в условиях эксплуатации в трубах под действием внутреннего давления возникают напряжения (3—4) • 107 Па и допуская возможность экстраполяции зависимости скорости ползучести от напряжения, определяем, что в металле А скорость ползучести 1 • 10-17 ч-1, в то время как у металла Б скорость установившейся ползучести 1*10-I ч-1. Полученные результаты согласуются с результатами испытаний на длительную прочность при 575°С, показывающих, что металл Б имеет более низкие значения длительной прочности, по-видимому, вследствие неблагоприятного влияния перегревов на структурные и субструктурные факторы, снижающие сопротивление ползучести.
Таким образом, перегрев металла труб змеевиков приводит к изменению кратковременных механических свойств стали 15Х5М, выражающихся в понижении ударной вязкости. Перегревы металла труб при отклонении от режимов эксплуатации приводят к повышению скорости установившейся ползучести и уменьшению длительной прочности при рабочих температурах и напряжениях. Возможные сроки эксплуатации труб с учетом допускаемого значения длительной прочности [аэ] > 4,2 / 107 Па составят для металла А и Б 60000 и 20000 ч соответственно.