Эксплуатационные дефекты змеевиков печей нефтеперерабатывающих установок

Факторы, влияющие на дефекты змеевиков в трубчатых печах Образование различных типов дефектов в змеевиках трубчатых печей в процессе эксплуатации в значительной степени зависит от множества факторов, таких как технологические условия внутри печи, включая тип рабочей среды, рабочее давление и температуру. Кроме того, конструкция змеевика и материал, из которого он изготовлен, играют важную роль. В зависимости от области применения технологические установки могут иметь различный характер дефектов: змеевики печей нефтеперерабатывающих заводов и змеевики печей нефтехимических заводов, работающие в тяжелых условиях воздействия агрессивных сред.

Классификация и типы дефектов рулонов Дефекты змеевиков в трубчатых печах можно разделить на несколько характерных типов: износ внутренней поверхности, особенно на торцах; хрупкое разрушение; локальные деформации труб из-за перегрева; внешнее горение или высокотемпературная коррозия, приводящая к сквозным отверстиям в стенках или прогарам; внешняя коррозия от продуктов сгорания, поражающая как змеевики, так и дымовые трубы.

Внутренний износ или низкотемпературная коррозия печных труб часто происходит в установках первичной переработки сырой нефти и установках вторичной переработки углеводородов. Интенсивность этого износа в значительной степени зависит от агрессивности обрабатываемого сырья, температуры нагрева, давления, скорости потока и коррозионной стойкости материалов труб. Высокие температуры в присутствии хлоридов и соединений серы могут привести к разложению на агрессивные компоненты.

Хлористоводородная коррозия среды хлористоводородная коррозия наблюдается главным образом в печах первичной переработки при недостаточной очистке нефти от пластовой воды с растворенными в ней минеральными солями даже небольшое количество образовавшегося хлористого водорода при наличии сероводорода, который содержит хлорид натрия. появляется при переработке сернистого материала, который резко интенсифицирует коррозию и разрушение металла печных труб, хлористово-дорнадная коррозия наблюдается при температуре 250 градусов цельсия.

Высокотемпературная сероводородная коррозия в конвекционных секциях змеевиковых труб В печах, перерабатывающих серосодержащее сырье, сероводород является наиболее агрессивным агентом, вызывающим высокотемпературную коррозию. Этот процесс резко усиливается при повышении температуры выше 260°C и парциальном давлении сероводорода, превышающем 0,006 кПа. Реакция окисления протекает без присутствия электролита на поверхности, что приводит к значительному разрушению металла при повышении температуры выше 500°C; при каждом дополнительном повышении температуры на 100°C в диапазоне от 260 до 650°C скорость коррозии может увеличиваться до двадцати четырех раз из-за повреждения защитных пленок на металлах.

Влияние каталитических процессов на образование сероводорода Во время типичных процессов дистилляции и термического крекинга соединения серы в значительной степени переходят в продукты переработки. Однако каталитическая гидроочистка (гидродесульфурация), риформинг и гидрокрекинг преобразуют почти все соединения серы в менее агрессивные формы, такие как сульфиды или тиофены, в условиях, богатых водородом, но также выделяют значительное количество газообразного сероводорода, обладающего высокой коррозионной активностью.

Точечная коррозия - это тяжелая форма локального разрушения металла, особенно поражающая змеевики печного оборудования, используемые при первичной переработке нефти. Этот тип коррозии проявляется в виде отдельных глубоких ямок или язв на поверхности металла и является одной из наиболее опасных форм из-за своего необратимого характера. Это происходит в результате химического взаимодействия между серосодержащим сырьем и металлом, что со временем приводит к значительному износу.

Змеевики, особенно те, которые используются при первичной переработке нефти, подвержены язвенной коррозии. Этот тип локализованной коррозии характеризуется появлением на поверхности отдельных или множественных пористых повреждений, глубина и размеры поперечного сечения которых варьируются от долей миллиметра до нескольких миллиметров. При переработке сернистых масел внутреннее повреждение змеевика происходит со скоростью около 0,4 мм в год; внешние нагревательные газы также могут вызывать коррозию, если в них содержится избыток воздуха в периоды простоя.

Сульфидная коррозия электромеханического механизма по аналогичному автокаталитическому механизму развивается сульфидная коррозия, вызываемая химическим взаимодействием металла с серу содержащими компонентами, серийными, так как вид коррозии наиболее характерен для печного оборудования, эксплуатирующего ся на установках

Эрозионный износ при первичной переработке масла является существенной причиной разрушения труб печи, особенно на концах, где поток жидкости меняет направление. Ускоренный износ происходит из-за кинетических воздействий жидкости или парожидкостных смесей, содержащих взвешенные твердые частицы. Это явление наиболее заметно в печах термического крекинга с высоким содержанием частиц кокса. Длительное воздействие агрессивных сред, высоких температур и давлений изменяет микроструктуру стали, снижая ее прочность и пластичность, что приводит к термической хрупкости. Существует два типа хрупкости: обратимая хрупкость первого порядка, которая может быть восстановлена с помощью термообработки, и необратимая хрупкость второго порядка, характеризующаяся образованием микротрещин.

Печные трубы, используемые в установках каталитического риформинга, перерабатывающих углеводороды и водород при температурах от 530 до 600 градусов Цельсия и давлении от двух до пяти мегапаскалей, подвержены хрупкому разрушению. Науглероживание поверхности происходит из—за условий эксплуатации, что со временем приводит к структурным изменениям, которые снижают механические свойства, такие как прочность и пластичность - явление, известное как водородное охрупчивание или коррозия. Молекулярный водород при температуре выше 260 градусов Цельсия распадается на атомы, которые проникают в сталь, ослабляя ее зернистую структуру за счет образования метана в полостях; это внутреннее давление значительно снижает прочность материала, вызывая возможные трещины или расслоение. Насыщение водородом обратимо благодаря термической обработке, удаляющей поглощенный водород, но воздействие высоких концентраций кислого газа (сероводорода) может вызвать необратимые коррозионные повреждения.

При водородной коррозии второго типа происходит межкристаллитная коррозия по границам зерен. Этот тип разрушения стали опасен, поскольку может привести к внезапным разрушениям.

Механизмы и причины межкристаллитной коррозии нержавеющих сталей Межкристаллитная коррозия характеризуется избирательным разрушением по границам зерен металлических кристаллов. Этот тип коррозии особенно поражает аустенитные нержавеющие стали, такие как те, которые используются в трубчатых печах для нагрева продуктов каталитического крекинга при высоких температурах до 1200°C. Присутствие диоксида серы, который образует серную кислоту при соединении с водяным паром во время циклов запуска и остановки печи, в значительной степени способствует этому явлению.

Факторы, влияющие на подверженность межкристаллитной коррозии Основная причина связана с выделениями карбидов, богатых хромом, которые образуются на границах зерен при высоких температурах. Аустенитные нержавеющие стали, содержащие 18% хрома и 9% никеля, способны растворять значительное количество углерода и азота, однако при температуре ниже 900°C их растворимость резко снижается. В сварных швах из ферритно-мартенситной нержавеющей стали с высоким содержанием хрома локальные искажения из-за несовершенства структуры кристаллической решетки приводят к напряжениям третьего типа, которые усугубляют межкристаллитную коррозию.

Коррозионное растрескивание под напряжением в змеевиках печи Змеевики печей, например, используемые в установках для производства водорода, могут подвергаться коррозионному растрескиванию под напряжением (КРН). КРН - это разрушение материала при статических растягивающих нагрузках и в определенных агрессивных средах. Это явление возникает, только когда растягивающие напряжения превышают критический уровень. Наличие сварных соединений вблизи зоны растрескивания создает дополнительное напряжение, которое способствует развитию СКК.

Влияние отложений и перегрева на целостность трубки В процессе эксплуатации внутри печных труб оседают кокс и различные соли, снижая эффективность теплопередачи из-за их низкой теплопроводности. Высокое внутреннее давление в сочетании с локальным перегревом приводит к пластической деформации стенок труб в слабых местах, что приводит к образованию выпуклостей или утончений, которые могут разорваться, если их своевременно не отремонтировать. Эти проблемы часто приводят к пожарам внутри печей, если своевременно не обнаружить и не заменить изношенные трубы.

Причины и следствия внешней коррозии труб в печах для удаления кокса Внешний прогар печных труб происходит при повышенной тепловой нагрузке, особенно при нарушении работы горелки. Пламя вблизи поверхности трубы может вызвать локальный перегрев и образование слоев накипи с продольными трещинами. Такие дефекты наблюдаются в таких установках, как установки термического крекинга и системы селективной очистки масла.

Влияние высоких температур на долговечность металла при обжиге кокса Сжигание кокса при температуре выше 680°C значительно превышает допустимую температуру стенок, что снижает прочность и функциональность трубы. Газовая коррозия происходит из-за агрессивных веществ, таких как оксид натрия, которые даже в небольших количествах присутствуют в высокотемпературных дымовых газах, содержащих сероводород или оксиды серы. Защитные пленки на жаропрочных сталях в таких условиях разрушаются, что снижает эксплуатационный срок службы.

При сжигании серосодержащего топлива выделяется значительное количество диоксида серы, сероводорода, углекислого газа, водяного пара, кислорода и других компонентов, которые вызывают интенсивную низкотемпературную коррозию трубчатых змеевиков. Сернистый ангидрид особенно агрессивен; его образование зависит от избытка воздуха, используемого для сжигания. Коррозионное воздействие сернистого ангидрида значительно возрастает из-за каталитического действия пятиокиси ванадия в присутствии пара, вводимого при распылении топлива и образующегося при сгорании. Оксиды железа и сульфиды, а также огнеупорная пыль и зола оседают на внешних поверхностях труб конвекционной секции.