ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Дефекты печных труб нефтеперерабатывающих установок из "Трубчатые печи _1977" Износ печных труб по внутренней поверхности наиболее часто возникает в змеевиках печей установок АТ, АВТ, ВТ (первичная переработка нефти), а также установок термокрекинга, гидроочистки, риформинга и др. (вторичная переработка углеводородного сырья). По заводским данным, из-за износа внутренней поверхности печных труб за год заменяется около 25—40% от общего числа замененных труб. [c.101] Интенсивность износа внутренней поверхности трубчатого змеевика в основном зависит от агрессивности перерабатываемого сырья. Кроме того, большое значение имеют температура нагрева и давление сырья, скорость движения потоков, а также коррозионная стойкость материала печных труб. При наличии в сырье хлоридов, сернистых соединений и серы нагрев его до высоких температур приводит к распаду указанных компонентов и образованию агрессивной среды. [c.101] Так называемая хлоридная коррозия наблюдается, главным образом, в печах первичной переработки при недостаточной очистке нефти от пластовой воды с растворенными в ней минеральными солями. [c.101] Аналогично, но при более высоких температурах гидролизуются соли кальция и натрия. [c.102] Хлоридная коррозия наблюдается при.205°С в конвекционных секциях трубчатых змеевиков. Из-за трудного доступа к трубам при ревизии их состояния не всегда удается определить степень износа стенок, вследствие чего известны случаи сквозной коррозии труб. Этот дефект печных труб можно предотвратить лучшей подготовкой сырья, т. е. снижением содержания хлоридов в сырье до минимума. [c.102] В печах установок, перерабатывающих сернистое сырье, не содержащее хлоридов, наиболее агрессивным агентом является сероводород, который с повышением температуры резко увеличивает коррозионную активность (рис. 1У-1). [c.102] Коррозия развивается за счет диффузии ионов железа к газовой -среде через поверхностную пленку, обогащая ее серой, где образуется вначале нестойкое соединение FeSj, которое при повышении температуры распадается с выделением элементарной серы и значительно более термостойкого FeS. Сульфид железа, покрывая поверхность металла, защищает ее от быстрого разрушения. Термодинамическая возможность существования сульфида железа (а следовательно, и сероводородная коррозия железа) определяется температурой и парциальным давлением сероводорода в газовой среде. [c.102] Коррозионная активность сероводорода резко повышается с увеличением концентрации и возрастанием температуры свыше 500 °С при температурах ниже 260—270 °С газовые смеси, содержащие любые концентрации сероводорода, малоагрессивны. Установлено, что в интервале 260—650 °С с увеличением температуры на 100 °С скорость коррозии возрастает в 2—4 раза. Это объясняется тем, что поверхностная пленка металла FeS становится несплошной и рыхлой, вследствие чего сероводород более свободно проникает в металл, реагируя с железом. [c.102] Коррозионные процессы неразрывно связаны с технологическими процессами переработки сырья. Если в обычных процессах перегонки и термического крекинга нефтяного сырья сера и сернистые соединения в значительных количествах переходят в продукты переработки, то в каталитических процессах гидроочистки и риформинга почти вся сера и сернистые соединения в виде сульфидов, дисульфидов, тиофенов и других менее агрессивных соединений при наличии водородсодержащего газа превращается в сероводород. Поэтому на установках гидроочистки дизельных топлив и каталитического риформинга имеется опасность возникновения интенсивной коррозии. [c.103] Многие материалы печных труб оказываются нестойкими в средах, содержащих сероводород. Это особенно относится к углеродистым среднелегированным сталям, работающим в условиях температур свыше 400 °С. Так, на установках термического крекинга в печах легкого сырья скорость коррозии печных труб из стали Х5М составляет до 5—6 мм/год, т. е. трубы эксплуатируются менее одного года. Наиболее интенсивный износ печных труб на этих установках наблюдается при 440—490 °С, когда начинается образование сероводорода из сероорганических соединений в нагревательной части печи. Затем, при более высокой температуре, вследствие крекинга сырья и отложения слоя кокса на поверхности труб скорость коррозии снижается. Для такого режима эксплуатации труб более стойкой оказывается сталь Х9М. Применение труб из сталей с большим содержанием хрома обеспечивает довольно продолжительный срок их службы. [c.103] Коррозионный процесс разрушения стали замедляется благодаря образованию при высоких температурах стойких поверхностных пленок. Наружный слой пленок, состоящий из FeS и FeSs, не содержит хрома, имеет рыхлое строение и способен отслаиваться. Зато внутренний слой, обладая повышенной адгезионной способностью, соединен с основным металлом, имеет шпинельную структуру, состоит из смешанных сульфидов хрома и железа и зачастую содержит больше хрома, чем основной металл. Такой слой надежно-защищает металл от коррозии, интенсивность которой обратно пропорциональна толщине пленки и особенно велика в начальный период эксплуатации труб. Затем скорость коррозии уменьшается. Прочность и плотность пленок на металле зависит от цикличности процессов. Теплосмены —нагревы и охлаждения приводят к разрыхлению и отслаиванию пленок под влиянием термических напряжений, что прежде всего заметно при частых процессах регенерации. [c.103] О возможных областях использования углеродистых и легированных сталей в средах, содержащих водород, можно судить по рис. IV-2. [c.103] Внутренней коррозии в большой степени подвержены участки сварных швов и сами швы печных труб. Для ревизии на внутреннюю коррозию трубы, наиболее длительно эксплуатирующиеся и работающие в более жестких условиях, в период капитальных ремонтов нужно выборочно вырезать и исследовать по всей длине. Отдельные образцы печных труб необходимо подвергать испытаниям на межкристаллитную коррозию. [c.103] Различают тепловую хрупкость первого и второго рода. Тепловая хрупкость первого рода заключается в обратимом снижении ударной вязкости стали, которая может быть восстановлена термообработкой. Тепловая хрупкость второго рода характеризуется необратимым процессом, т. е. сталь не может получить первоначальные ударную вязкость и пластичность с помощью термообработки вследствие образования в материале микротрещин. Естественно, что изменения свойств стали, обуславливающие ее тепловую хрупкость, крайне нежелательны и опасны, так как могут привести к авариям во время эксплуатации печей. [c.104] Хрупкое разрушение печных труб возможно на установках каталитического риформинга. Перерабатываемое углеводородное сырье и водород при 530—600 °С и избыточном давлении 2—5 МПа (20—50 кгс/см ), воздействуя на печные трубы, вызывают поверхностное науглероживание. Глубина науглероживания труб из стали Х5М в этих условиях достигает 3,5—5,0 мм за 7—8 лет эксплуатации. Кроме того, при длительной работе в установленном режиме в сталях происходят структурные изменения. Эти изменения, при-водяш,ие к снижению механических характеристик прочности и пластичности, получили название водородной хрупкости или водородной коррозии. [c.104] Внутриполостное давление метана, скопляющегося по границам зерен, при высоких температурах нагрева сырья очень большое, что создает значительные внутренние напряжения в стали, снижает ее прочностные характеристики и может вызвать разрушения в результате растрескивания или образования расслоений. [c.105] Этот вид разрушения стали опасен тем, что может привести к внезапному выпадению пораженных коррозией участков металла. [c.105] Основной путь повышения водородоустойчивости стали заключается в выборе таких ее марок, которые содержат легирующие компоненты (хром, молибден, ванадий, титан, вольфрам, ниобий, цирконий) и образуют более стойкие карбиды, чем РезС. Длительное воздействие высокой температуры, давления и среды нарушает стабильность структуры металла Х5М. Так, по техническим условиям сталь Х5М, из которой изготовляют трубы, должна иметь структуру, содержащую феррит, пластинчатый перлит и небольшое количество структурно свободных зернистых карбидов в виде отдельных включений. При длительном действии напряжения и температуры происходят сфероидизация цементита перлита и образование по границам зерен сплошной карбидной сетки, что проявляется в существенном снижении ударной вязкости, прочности и сопротивляемости материала ползучести. [c.105] На рис. 1У-3,а представлена труба из стали Х5М, находившаяся в прямогонной печи более 10 лет. Длительная эксплуатация при высоких температуре и давлении привела к повышению хрупкости металла и разрушению трубы. Структура металла данной трубы изображена на рис. 1У-3, б. По границам ферритных зерен видна карбидная сетка. Интересно, что труба разрушилась после остановки печи на ремонт, когда из-за охлаждения возникли напряжения выше критических. [c.105] НЫ почти сошлись. ра металла трубы (б). [c.105] Вернуться к основной статье