Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ
ловия работы : 8
1.2, Технология изготовления сильфонных компенсаторов 13
1.3, Состояние металла сильфона, расчет срока службы 15
1.4, Классификация повреждений деталей сильфонного компен сатора 22
1.5- Причины механических повреждений 24
1,6. Особенности коррозионных повреждений сильфонных компен саторов 26
1,7- Выбор объекта исследований 29
1.8. Цель и задачи исследования 30
ГЛАВА П. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ СИЛЬФОННЫХ КОМПЕНСАТОРОВ.
2.1, Анализ основных параметров надежности сильфонных компен саторов - 32
2.2, Безотказность сильфонных компенсаторов 34
2.3, Долговечность сильфонных компенсаторов 36
2-4, Эффективность конструктивных методов повышения надежности 40
2.5, Защита от коррозии как средство повышения надежности сильфонного компенсатора 43
2.6, Анализ технологических мероприятий для повышения надежности сильфонного компенсатора 73
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ II 76
ГЛАВА Ш, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ СУДОВЫХ СИЛЬФОННЫХ КОМПЕНСАТОРОВ
3.1, Программа экспериментальных исследований 77
3.2- Методика экспериментальных исследований 79
33, Исследование неразрушающего метода потенциодинамической реак тивации для предупреждения коррозионных повреждений металла сильфона 91
3-3-1 Применение метода ПДР для контроля сильфонов 91
3,3.2, Исследование степени сенсибилизации металла сварного со единения тонколистовой стали марок 12Х18Н9и 12Х18Н10Т 119
3.3-3 Металлографическое исследование сварного соединения тон колистовой стали 12ХІ8Н9 и 12Х18Н9Т 120
3.3.4. Экспресс оценка состояния коррозионной стойкости металла сильфона и срока службы его работы 125
3,4. Влияние сенсибилизации сталей типа 08Х18Н10Т на склонность к коррозионному растрескиванию при комнатной температуре 128
3.5; Исследование повышения стойкости хромоникелевых сталей и спла вов к питтинговой коррозии путем дополнительного легирования 133
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ III 144
ГЛАВА IV. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ.
4.1. Разработка рекомендаций по совершенствованию технологического процесса изготовления СК 146
4.2. Разработка методики экспресс оценки состояния коррозионной стойкости и расчета остаточного срока службы по критерию коррозионной стойкости металла сильфона 147
4.3. Разработка методики продления срока службы сильфонных компенсаторов с дополнительной оценкой состояния коррозионной стойкости металла сильфона 148
4.4. Внедрение в техническую документацию 148
4.5. Внедрение в производство 149
4.6- Мероприятия по защите интеллектуальной собственности 149
4.7, Исследование экономической эффективности 151
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ IV 153
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 154
ЛИТЕРАТУРА 156
Введение к работе
Флот Российской Федерации состоит из всех известных типов судов и кораблей, таких как пассажирские, сухогрузные, наливные, рыбопромысловые, научно-исследовательские и вспомогательные суда, надводные и подводные боевые корабли и прочие плавсредства. Они эксплуатируются на реках и озерах, морях и океанах» в различных климатических условиях. Продолжительность эксплуатации судов обычно превышает 25 лет.
В состав судовых энергетических установок, трубопроводов различного назначения, предназначенных для транспортирования жидких, сыпучих и газообразных сред, разнообразных механизмов и систем входят специальные устройства для компенсации температурных, технологических, эксплуатационных и иных деформаций элементов конструкций- Одним из самых распространенных устройств подобного назначения является сильфоиный компенсатор (СК) [ 30, 32, 44, 48 ], Преимущества СК заключаются в способности сочетать в одном устройстве обычно несовместимые свойства, такие как прочность, значительные деформации при малых нагрузках, пригодность для работы со средами, обладающими высокими давлениями, температурами и скоростями. Они также могут работать с агрессивными средами (нефть и нефтепродукты, химические продукты, морская вода, сжиженный газ, отходы различных производств) или в вакууме.
Опыт эксплуатации СК позволяет утверждать, что они достаточно надежны. В то же время иногда наблюдаются повреждения СК различной природы, вызванные посторонними механическими воздействиями, механическим воздействием транспортируемой или окружающей среды, коррозией металла и иными причинами. Обычно нарушение работоспособности СК приводит к тяжелым последствиям, таким как остановка судна, выполнение ремонтных работ в доке, замена СК и иных компонентов судна. Непроизводительные затраты владельцев технических средств, в том числе судовладельцев, могут достигать крупных сумм. В экстремальных случаях возникает угроза жизни людей. Одной из самых распространенных причин нарушения работоспособности СК является коррозия металла, прежде всего самого ответственного элемента, а именно, сильфона [ 48, 49].
Для борьбы с коррозионными повреждениями СК широко используется наиболее простое техническое решение. Детали СК изготавливают из коррозион-ностойких сталей. В этой связи наибольшее распространение получили коррози-онностойкие стали аустенитного класса типа Х18Н9 [ 30, 44 ]. Однако и такое радикальное решение не способно полностью исключить коррозионные повреждения. У СК из подобных сталей проявляются специфические коррозионные повреждения, а именно межкристаллитная коррозия ( МКК ), коррозионное растрескивание ( КР ) и питгинговая коррозия ( ПК ) [ 48» 49 ], Исследованы и разработаны разнообразные методы подавления специфических коррозионных повреждений, однако учитывая специфику изготовления и эксплуатации СК полностью предупредить проявление коррозионных повреждений СК до сих пор не удалось.
Учитывая большую роль СК в обеспечении надежности всего технического объекта, в частности, судна, в диссертационной работе выбрана цель повышения надежности СК за счет сокращения числа повреждений, вызванных специфическими коррозионными повреждениями. На предварительной стадии исследований показано, что для достижения цели возможны конструктивные, технологические и иные мероприятия. При этом установлено, что возможности мероприятий в большинстве направлений практически исчерпаны. Поэтому для достижения поставленной цели выбрано технологическое направление, возможности которого использованы не достаточно полно.
В качестве основного технологического приема использован и подробно исследован известный метод селективного отбора на всех стадиях жизненного цикла СК, Он рекомендован для стадий материально-технического обеспечения производства, процесса изготовления СК, процессов эксплуатации, ремонта и реновации СК.
Для широкого использования метода селективного отбора в работе исследованы и разработаны технологические приемы определения некоего универсального параметра, с помощью которого можно оценить склонность исходного металла (прокат в состоянии поставки) и заготовок после каждой технологической операции к тем или иным видам коррозии. В качестве такого универсального параметра выбран стандартный параметр, а именно, степень сенсибилизации металла, из которого изготовлен СК.
Пригодность предлагаемой технологической процедуры и корректность использования степени сенсибилизации в качестве универсального критерия подтверждена аналитическими и экспериментальными исследованиями, которые выполнялись с использованием проверенных технических средств по методикам, разработанным в диссертационной работе.
Основные новые научные результаты работы заключаются в следующем, В результате аналитических исследований показано, что технические и экономические возможности современных конструктивных мероприятий, мероприятий по защите судовых СК от коррозии с помощью механических, термических и радиационных технологий по обеспечению надежности судовых СК использованы практически полностью.
Доказано, что за повышение надежности судовых СК ответственна область явлений, связанных со специфическими коррозионными разрушениями металла (МКК, ПК, КР) и технологические приемы их подавления.
Установлено, что степень сенсибилизации металла может быть использована в качестве универсального показателя для объективной количественной оценки коррозионной стойкости СК, предназначенных для работы в составе трубопроводов судовых систем и систем другого назначения пресной холодной, горячей воды, пара и газоходов.
Аналитически показано, что средняя наработка на отказ СК составляет 99,28% от максимально возможной, а средний ресурс СК в 11 раз меньше стандартной базы испытаний циклической прочности материала сильфона СК.
Показано, что с увеличением содержания углерода в коррозионностойкой аустенитной хромоникелевой стали возрастает чувствительность к росту степени сенсибилизации на всех этапах изготовления СК. Степень сенсибилизации металла СК увеличивается и может достигать недопустимых значений из-за воздействия технологических и эксплуатационных факторов при изготовлении и во время эксплуатации СК- Наиболее опасной зоной СК с точки зрения коррозионных раз рушений является вершина гофра сильфона, особенно зона термического влияния на расстоянии 0,3 - 2,5мм от линии сплавления, В этой зоне прежде всего возможно превышение допустимых значений степени сенсибилизации и потеря коррозионной стойкости.
Доказано, что стали типа Х18Н9 могут быть склонны к КР, которое носит межкристаллитныи характер, даже при температуре близкой к комнатной- Эта склонность проявляется при наличии хлоридов в окружающей и транспортируемых средах.
Сформулированы дополнительные требования к марочному составу тсор-розионностойких аустенитных хромоникелевых сталей, применяющихся для изготовления СК, направленные на предупреждение МКК, МККР и ПК
Основные практические результаты работы заключаются в следующем.
Достигнута цель работы - повысить надежность судовых СК, изготавливаемых из коррозионностойких сталей, путем сокращения возможного потока отказов. Цель достигнута технологическими методами.
Разработаны технологические рекомендации по использованию результатов исследований в производстве СК. Разработаны методики экспресс оценки состояния коррозионной стойкости металла сильфона и продления срока службы СК с дополнительной оценкой состояния коррозионной стойкости металла сильфона.
Осуществлено внедрение результатов исследований и разработок в проектирование и производство на предприятиях ФГУП "Компенсатор", ОАО "Метал-комп" и ООО "Торэкст \ Экономический эффект образуется в сфере эксплуатации СК и может достигать значений порядка 60 тысяч долларов США в расчете на одного судовладельца в течение гарантированного ресурса СК.
