Введение. Как известно, в настоящее время значительно увеличивается производство продуктов переработки нефти

Как известно, в настоящее время значительно увеличивается производство продуктов переработки нефти. В связи с этим в нефтеперерабатывающей промышленности нашей страны шире стали использовать установки с повышенной интенсивностью процессов переработки нефти. На ряду со строительством новых нефтеперерабатывающих заводов и установок с этой целью все больше реконструируется существующее оборудование.

Оборудование и трубопроводы нефтяной промышленности эксплуатируются, как правило, в крайне тяжелых условиях и фактический срок их эксплуатации составляет более 20 лет, что представлено на листе 1.

Они подвергаются воздействию высоких и низких температур, статических, динамических и циклических нагрузок, коррозионно-активных сред, а зачастую и сочетанию указанных факторов. Это существенно повышает технологическую и экологическую опасность конструкции, и, как следствие, приводит к возрастанию требований по их надежности. Выбор материалов является первостепенным вопросом в решении проблемы повышения надежности сварных конструкций. Материалы, применяемые для изготовления оборудования в нефтяной промышленности представлены на листе 2.

Интенсификация процессов переработки нефти требует условий, которые усложняют работу сварных соединений оборудования. Поэтому как при изготовлении, так и при ремонте современного нефтеперерабатывающего оборудования с целью повышения надёжности его работы и увеличения эффективного времени эксплуатации необходимо применять достаточно совершенную технологию сварки. Важной частью нефтеперерабатывающих установок являются трубные элементы, которые изготавливаются из теплоустойчивых сталей. Основной особенностью этих сталей является склонность к закалке и образование трещин в зоне влияния термического цикла сварки. Сварка теплоустойчивых сталей осуществляется с высокотемпературным предварительным подогревом и термической обработкой сварных соединений.

Использование подогрева и термообработки в монтажных условиях существенно затрудняется, в результате чего в ряде случаев не удается получить сварные соединения без трещин, что сдерживает строительство нового и усложняет эксплуатацию действующего оборудования. Об этом свидетельствует, например, разрушение сварных соединений при эксплуатации технологического трубопровода на Мозырском НПЗ.

Для исключения требуемых подогрева и термообработки сварку этих сталей осуществляют аустенитными электродами с высоким содержанием никеля. Однако, несмотря на уже продолжительное время применения этой технологии, до сих пор нет еще данных по исследованию состояния получаемых соединений после длительной работы в нефтеперерабатывающем оборудовании. Кроме того, необходимо получить сведения о поведении при длительной эксплуатации сварных соединений, выполненных по указанной выше технологии, поскольку получаемый при этом металл шва существенно отличается содержанием никеля.

Целью данного дипломного проекта является исследование состояния соединений трубного элемента нефтеперерабатывающих установок из перлитной стали, выполненных аустенитными электродами, после их длительной эксплуатации и разработать технологию их ремонта, а также технологическое решение позволяющее повысить работоспособность сварных соединений.

Заключение

Металлографическими и механическими испытаниями установлено, что работоспособность разнородных сварных соединений, таких как перлитная сталь 15Х5М, выполненная аустенитными сварочными материалами типа Э-0,1Х25Н40М7Г2С, в процессе эксплуатации снижается ввиду взаимной диффузии атомов углерода и хрома, в результате чего со стороны перлитной стали образуется обезуглероженная прослойка с повышенным содержанием хрома, а со стороны аустенитного металла – хрупкая карбидная прослойка.

При испытании на ударный изгиб при температуре -40⁰С установлено, что минимальное значение энергии разрушения имеет зона сплавления со стороны сварного шва. Металл сварного шва существенно превосходит по энергии разрушения основной металл и зону сплавления, что подтверждает гипотезу возможности остановки трещины при ее образовании на линии сплавления, за счет «увода» трещины в зону металла с высокой энергией зарождения и развития трещины.

Металлографическими исследованиями установлено, что на линии сплавления со стороны аустенитного шва присутствует значительное количество карбидов хрома, что способствует охрупчиванию зоны сплавления, а со стороны перлитной стали выявлена обезуглероженная прослойка, которая обладает пониженной твердостью.

Экспериментальные исследования позволили разработать новую конструкцию разделки кромок сварного соединения, которая позволяет остановить развившуюся трещину за счет заполнения предложенной конструкции разделки сварочным материалом, имеющим энергию зарождения и развития трещины больше, чем на линии сплавления. Форма разделки и сварочные материалы заявлены, как патент на способ остановки трещины в сварных соединениях.

Выполненные исследования и предложенное техническое решение позволили разработать технологию ремонта разнородных сварных соединений, которая дает возможность выполнять работы на действующих технологических трубопроводах.