Введение к работе
Одним из приоритетных направлений исследований машин и аппаратов, как указано в пункте 7 паспорта специальности 05 02 13, является разработка и повышение эффективности методов диагностики в целях обеспечения надежной и безопасной эксплуатации и продления ресурса
Значительная часть машин и агрегатов нефтеперерабатывающих предприятий при эксплуатации подвергается комплексному воздействию различных факторов, таких как постоянные и переменные механические и тепловые нагрузки, а также влияние рабочей среды, что отрицательно сказывается на их надежности Характерным примером аппаратов, испытывающих подобные воздействия, являются биметаллические реакторы установок замедленного коксования Для такого оборудования одной из причин разрушения металла является малоцикловая усталость, особенность которой связана с тем, что этот вид воздействия реализуется длительное время без макроскопической деформации и высоких скоростей распространения трещин Чтобы обеспечить его безопасную эксплуатацию, необходимо проводить комплекс мероприятий по оценке технического состояния оборудования, которые в основном базируются на результатах не-разрушающих методов контроля
В настоящее время в области обеспечения безопасной эксплуатации оборудования, работающего при знакопеременных нагрузках, актуальной является задача по оценке степени поврежденности биметаллических аппаратов Одним из путей решения этой проблемы является выполнение сравнительного анализа параметров, характеризующих структурные изменения, происходящие в биметаллах (например, акустических характеристик материала), в сочетании с информацией об изменениях, происходящих на поверхности и в приповерхностных слоях Однако существующие методы оценки технического состояния оборудования не учитывают специфики накопления повреждений и особенностей поведения биметаллов при циклическом нагружении, что обусловлено их структурно-механической неоднородностью
Необходимо также учитывать, что для физически изношенного оборудования наиболее опасным является состояние металла, когда на уровне структуры могут произойти необратимые изменения, которые определяют не только степень накоплена
повреждений в материале, но и дальнейший механизм разрушения конструкции Для достоверной оценки изменения свойств металла в процессе эксплуатации требуется применение методов и средств, позволяющих контролировать текущее состояние оборудования Перспективными в этом отношении являются ультразвуковые методы не-разрушающего контроля, чувствительность которых позволяет осуществлять раннюю диагностику исследуемых объектов
Исследования, проведенные ранее, позволяют предположить возможность применения метода газоразрядного фотографирования для регистрации изменения свойств металлов в зоне зарождения трещины Известно также, что в большинстве случаев зарождение трещин начинается в поверхностных и приповерхностных слоях металла Поэтому при оценке степени поврежденности биметаллических аппаратов необходимо использовать параметры, в которых содержится информация об изменениях, происходящих на поверхности
Все это свидетельствует о необходимости разработки научно обоснованного подхода к оценке степени поврежденности биметаллических аппаратов, с учетом реальных изменений, происходящих в материале и на его поверхности. В связи с этим исследования, направленные на решение данной проблемы, являются актуальными
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: определение степени поврежденности аппаратов, изготовленных из двухслойных сталей, на основе сравнительного анализа параметров поверхностной энергии, скорости ультразвука и характера газоразрядного свечения при накоплении усталостных повреждений, применительно к оборудованию нефтеперерабатывающей промышленности
-
исследовать влияние циклического нагружения биметалла 09Г2С+12Х18Н10Т и отдельно его компонентов на изменение скорости ультразвука для установления критерия выявления потенциальных зон разрушения материала оборудования,
-
построить зависимость поверхностной энергии от уровня накопления усталостных повреждений в образцах из биметалла 09Г2С+12Х18Н10Т и в образцах отдельно из основного металла и плакирующего слоя и выполнить сравнительный анализ полученных результатов для установления критерия выявления потенциальных зон разрушения материала оборудования,
-
определить фактический уровень поврежденности металла оборудования по изменению его акустических характеристик и характеристик поверхности, на примере двухслойной стали 09Г2С+12Х18Н10Т,
-
разработать, спроектировать и изготовить экспериментальную установку, позволяющую регистрировать на фотопленку газоразрядное свечение образцов, подверженных малоцикловой усталости с разной степенью поврежденности, для выявления поверхностных дефектов на ранних стадиях развития,
-
исследовать влияние малоцикловой усталости на характер газоразрядного свечения,
-
разработать метод оценки степени поврежденности аппаратов, изготовленных из плакированных металлов, на основе сравнительного анализа характеристик поверхности и скорости ультразвука
-
Впервые установлено, что скорость распространения продольных ультразвуковых волн в биметалле 09Г2С+12Х18Н10Т с увеличением уровня накопления усталостных повреждений на начальных стадиях испытаний снижается, а поверхностная энергия основного и плакирующего слоев - возрастает Установлено, что до уровня поврежденности N/Np = 0,2 0,4 данная закономерность прослеживается во всех областях рабочей зоны образца, а затем выявляется одна область, в которой тенденция снижения скорости ультразвука и возрастания поверхностной энергии сохраняется в течение всего периода испытаний Доказано, что именно в этой области в дальнейшем и происходит разрушение
-
Установлена зависимость скорости распространения продольных ультразвуковых волн от уровня накопления усталостных повреждений, которая позволяет оценивать фактический уровень поврежденности металла оборудования
-
Показана возможность обнаружения возникновения локальных трещин на ранних стадиях развития в зонах концентраторов напряжений при помощи метода газоразрядного фотографирования
1 Разработанная «Методика определения степени поврежденности двухслойной стали при помощи ультразвукового метода контроля» используется в учебном процессе УГНТУ
2 Разработанные рекомендации по оценке степени поврежденности аппаратов, изготовленных из двухслойных сталей, приняты в ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» для использования при оценке технического состояния оборудования нефтеперерабатывающих и химических производств, выполненного из двухслойных коррозионно-стойких сталей
Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка и нефтехи-мия-2005», проходившей в рамках VI Конгресса нефтегазопромышленников России (г Уфа, 2005 г), III Международной научно-технической конференции «Материалы и технологии XXI века» (г Пенза, 2005 г ), Межвузовской научно-методической конференции «Образование Наука. Технология Производство», посвященной 50-летию Филиала УГНТУ в г Салавате (г Салават, 2006 г), Международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка и нефтехимия-2007», проходившей в рамках VII Конгресса нефтегазопромышленников России (г Уфа, 2007 г), научно-технической конференции «Образование Наука Технология Производство», посвященной 450-летию добровольного вхождения Башкирии в состав России (г Салават, 2007 г)
По материалам диссертации опубликовано 7 работ
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ
