Influence of the Operational Factors on the Structure of Tubing Coil Material of the Process Furnaces at Refineries

The impact of operational factors (long-term operation; standby modes; violation of technological regimes leading to the equipment failure) on the structure of internal and external surfaces of the furnace tubing coils made of chrome-molybdenum and chrome-nickel steels is considered. Attention is drawn to the non-uniformity of the structure in the cross-section of the coil. In addition to heat aging of the metal in pipes made of chrome-molybdenum steel upon operation at high temperatures and pressures, decarburization of inner and outer surfaces, as well as intergranular corrosion and in some cases formation of о-phase are observed. The results of mechanical tests carried out on chrome-molybdenum steel of coils after their prolonged use and emergency cases are presented. The effects of о-phase on the toughness, susceptibility to intergranular corrosion and residual life of coils made of austenitic chrome-nickel steels are considred. The fine structure and kinetics of σ-phase growth at operating temperatures of coils are refined. The obtained results show that despite the satisfactory mechanical properties final conclusion on the residual life of coils and the possibility of their further use can be made only with complete data on the metal structure throughout the whole cross-section of the tubes in hand. Evaluation of the residual life should be made with allowance for non-uniformity of the phase composition of the tube cross-section and corrosive damage present on the surface. Particular attention should be paid to identification of о-phase in the structure, because even a small amount of о-phase present at the grain boundaries can lead to a rapid embrittlement of metal. It is recommended to perform a laboratory metallographic study of the whole cross-section of the tube in addition to regular technical diagnostics of the furnace coils using methods of nondestructive control and mobile metallography.

petrochemical equipment, residual life, decarbonized layer, σ-phase structure, toughness, intergranular corrosion, нефтехимическое оборудование, остаточный ресурс, обезуглероженный слой, структура, σ-фаза, ударная вязкость, межкристаллитная коррозия

1. Добротворский А. М., Соколов В. Л., Копыльцов А. В., Шевякова Е. П., Масликова Е. И., Антонов М. И., Мансырев Э. И., Адамчук В. К., Ульянов П. Г., Пушко С. В. Повышение надежности прогнозирования технического состояния нефтезаводского оборудования, работающего при высоких температурах / Состояние и перспективы развития систем мониторинга технического состояния статического оборудования для обеспечения безопасной и надежной эксплуатации нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств. Материалы совещания. - М.: ООО «НТЦ при Совете главных механиков», 2011. С. 95 - 100.

2. Mueller F., Scholz A., Berger C. Crack Behaviour of 10Cr-steels under Creep and Creep-Fatigue Conditions Institute of Materials Technology. Darmstadt University of Technology. ECCC Creep Conference. 12-14 September 2005. London.

3. Аюян Г. А., Писаренко Т. А. О коррозии оборудования, стабилизации и вторичной ректификации бензинов / Коррозия: материалы, защита. 2006. № 10. С. 17-21.

4. ГОСТ Р 53682-2009. Установки нагревательные для нефтеперерабатывающих заводов. Общие технические требования.

5. Теплова Н. И. Исследование стабильности физико-механических свойств хромомолибденовой стали в процессе длительной эксплуатации в условиях каталитического риформинга. Методы и измерения / Тез. докл. Всероссийской науч.-техн. конф. - Нижний Новгород, 2000. - 17 с.

6. РД 38.14.006-66 РТ. Методика определения сроков эксплуатации змеевиков печей установок каталитического риформинга, отработавших проектный ресурс. - Волгоград: ВНИКТИнефтехимоборудование, 1986.

7. СТО - СА 03-004-2009 (Трубчатые печи, резервуары, сосуды и аппараты нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств. Требования к техническому надзору, ревизии и отбраковке). - Волгоград: изд-во ВГПУ «Перемена», 2010.

8. ГОСТ 9454-78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах.

9. ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение.

10. Заявка на изобретение №2012113780. Дата публикации: 20.10.2013.

11. Арчаков Ю. И. Водородная коррозия стали. - М.: Металлургия, 1985. - 192 с.

12. Палий Р. В., Прохоров H. H., Макаренко В. Д. Влияние водорода на механизм коррозионного разрушения промысловых трубопроводов / Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2002. № 5. С. 47 - 49.

13. Ватник Л. Е., Тришкина И. А., Трыков Ю. П., Гуревич Л. М. Структура хромомолибденовых сталей змеевиков технологических печей нефтеперерабатывающих установок / Ремонт, восстановление, модернизация. 2007. №5. С. 48-53.

14. Grabke H. J. Korrosionsschäden in petrochemischen Anlagen (Teil 2). Metal Dusting / Mater. Corrosion. 2003. Vol. 54. N 10. P. 736 - 740.

15. Reis G. S., Jorge A. M., Balancin O. Influence of the microstructure of duplex stainless steels on their failure characteristics during hot deformation / Mater. Res. 2000. Vol. 3. P. 31-35.

16. Young R. A. Introduction to the Rietveld Method. - Oxford: Oxford University Press, 1993. P. 1 - 39.

17. Медведева М. Л. Об основных причинах отказов печных змеевиков на установках висбрекинга и путях их устранения / Химия и технология топлив и масел. 1998. № 4. С. 26.

18. Hsieh C. C., Lin D. Y., Chang T. С. Microstructural evolution during the δ/σ/γ phase transformation of the SUS 309LSi stain less steel after aging under various nitrogen atmospheric ratios / Mater. Sci. Engin. 2008. Vol. 475. N 1 - 2. P. 128 - 135.

19. Ravindranath K., Malhotra S. N. Influence of aging on inter-granular corrosion of a 25 % chromium - 5 % nickel duplex stainless steel / Corrosion. 1994. Vol. 50. N 4. P. 318 - 328.

20. Barcik J. Mechanism of о-phase formation in Сг-Ni austenitic steels / Mater. Sci. Technol. 1988. Vol. 4. N 5. P. 15.

21. Sourmail T. Precipitates in creep resistant austenitic stainless steels / Mater. Sci. Technol. 2001. Vol. 17. N 1. P. 1 - 14.

22. Качанов H. H., Миркин Л. И. Рентгеноструктурный анализ (поликристаллов). Практическое руководство. - М., 1969.- 215 с.

23. Powder Diffraction File. JCPDS. International Center for Diffraction Data (ICDD). 2008.

24. Chih-Chun H., Weite W. Overview of intermetallic sigma (о) phase precipitation in stainless steels / Int. Schol. Res. Network. Metallurgy. 2012. - 16 p.