Способ диагностики повреждений металла оборудования

 

Изобретение может быть использовано для диагностики повреждений оборудования выполненного их хромо-молибденовых сталей с высокой степенью достоверности. Способ предусматривает: изготовление (одноразовое) эталонных образцов из металла диагностируемого оборудования, приемом полного отжига, испытание одной части эталонных образцов на длительное старение без напряжение, другой - на длительное старение под напряжением, соизмеримым с рабочей нагрузкой оборудования: третью группу эталонных образцов подвергают испытаниям на ползучесть. Затем все эталонные образцы (по группам испытаний) подвергают дилатометрическим исследованиям: нагреву до температуры , превышающей на 50-100° С температуру а у фазового превращения с непрерывной регистрацией удлинения образцов в интервале температур 600-950°С и по усредненным данным строят графики зависимостей. Испытуемые образцы подвергают дилатометрическому исследованию в том же режиме, что и эталонные. Строят график зависимости и проводят визуальное сравнение кривой исспедуелсрго образца и кривых эталонных образцов . 2табл,4т.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарньпи знакам (21) 5026224/25 (22) 09.01.92 (46) 15.11.93 Бюл. Иа 41-42 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институ оборудования нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности (72) Ватник Л.E. Ðàáèíîâè÷ Э.И. (73) Ватник Леонид Ефимович; Рабинович Эмма

Исааковна (54) СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ПОВРЕЖДЕНИЙ

МЕТАЛЛА ОБОРУДОВАНИЯ (57) Изобретение может быть ислользовано для диагностики повреждений оборудования, выполненного их хромо-молибденовых сталей с высокой степенью достоверности. Способ предусматривает: изготовление (одноразовое) эталонных образцов из металла диагностируемого оборудования, приемом (19) RU (и) 2003084 Cl (5I) 5 G01N25 16 001 N25 7? полного отжига, испытание одной части эталонных образцов на длительное старение без напряжение, другой — на длительное старение под напряжением, соизмеримым с рабочей нагрузкой оборудования: третью группу эталонных образцов подвергают ислытаниям на лолзучесть. Затем все эталонные образцы (ло группам испытаний) подвергают дилатометрическим исследованиям: нагреву до температуры, превышающей на 50-100 С температуру а з фазового превращения с непрерывной регистрацией удлинения образцов в интервале темлератур 600-950 С и по усредненным данным строят графики зависимостей Ислытуемье образцы подвергают дилатометрическому исследованию в том же режиме, что и эталонные. Строят график зависимости и проводят визуальное сравнение кривой исследуемого образца и кривых эталонных образцов. 2 табл,4 ил, 3

»У

2003084

Изобретение относится к способам диагностики эксплуатируемого оборудования.

Этот способ может быть использован длл Оборудования, выполненного из хромомолибденовых сталей, О

Известен способ диагностики повреж,18нил металла путем определения плотно-0,-1И м,зллз Гидростзти 18ским методом, Эталонный образец (ме.алл той же стали. —;.0 и исг1ытуемый, но не бывший в экс1I(Iуатзции) и образец испытуе;oro металла

83ВОшиБаютсл, определяя вес образцов, за:: О; ", (2бз 13брззца погру2кают Б 3кидкость, Ont:0, i83я.", объемы образцов. П тем расчета »"

t- 12еделлк2т Г1лотности для каждОГО из Об ,"ч1:3110 Б Yi Б flf30138CC8 СРзвйенил пЛОтнОСтЕЙ

ij33зц0В Быявллетгя степ81,ь поьреждае

1 1! iC1 И Ме l а! IЛЗ ПОЛ ЗУЧ811ТЬЮ, ЭтОт спосОб НО дает Бозможнос1 ь oflpe" лп дели1 ь хзр31< ге13 повре)кденил и Облац381 с 0

"!8f!1., 0<2КОЙ СТОПОНЬ10 T0 1110С2И,, РОМО T0f О, :, 1-.у1:10ст<ленил этого способа необходи. .,"i 0::зчест БО::.-. алонного образца испол ьзо:.: i: Ь 1" ОТЗЛЛ I f(ТОЛЬКО TO! ЖЕ МЗРК»и» НО и ТОИ

»1У

3ка плавки, иначе будет наблюдать<:Я больП10Й оззбвос данных, И»звестен способ диагностики поврех<„ 1(.Нил t48T3 lff3, Облздз10щий 12llc0KGA cTО

Г18 н ыо Дост088P IIOcTH и позвол л 10 в<и и

9О

Определять характер повреждений. Этот сп ОСОб ши120кО используетсЯ В ОтечественНОЙ промышленности.

С01.ласно этому способу из оборудования, подвергаемого исслсдовани10„ вырезаю-г партию образцов и подвергают зти образцы кратковременным испытаниям нз растяжение при комнатной температуре и кратковременным и длительным испы ганилм на растяжение при температуре эксг1лузтации, Проводят химический анализ и анализ фазового состава, металлографический анализ структуры металла, Полученные данные подверга отся математической обработке и проводится анз- "5 лиз результатов путем сравнения с

Н1зрмзтивными показателями дзнноЙ MBpKYi стали.

Недостатком дзннОГО спосооз явля8тся большой обвеем исследований, длитель- 50 ность и необходимость вырезки большого коли Оствз образцов металла.

Задачей изобретения является создание нового метода диагностики повре>кдеНИЛ 14873!f Jl3 060Pi3fÄ083НИЛ, НЗХОДИВШВГОСЯ

Определенный период Бремени В процессе эксплуатации. Основанный на учете дилато1.18трического эффекта — изменения удлинения образца, Возникающего при нагреве

Образцов мзтзллз до температуры, нз 50100 С превышающей температуру а- уфазового превращения, Предлагаемый способ позволяет получить следующий технический результат; снизить трудозатраты исследований; сократить время исследований; уменьшить массу

Вырезаемого металла, Способ предусматривает выполнение следующих операций.

Из исследуемого оборудования вырезают рлд образцов. Часть этих образцов подвергают полному отжигу, получая эталонные образцы, Затем эталонные образцы разделя от на четыре группы. Одну группу подвергают длительному старению при температуре эксплуатации оборудования, вторую группу — длительному старению при температуре эксплуатации оборудования и нзгружению, соизмеримому. с рабочей наГрузкой 000)зчдования, Tp8Tbfo — испытанию

f3 ползучесть с фиксированной степенью деформации. Четвертая часть эталонных образцов никаким дополнительным испытаниям не подвергается, Затем четыре партии эталонных образцов исследуются дилато;»1ef рическим способом, который состоит в

íà, реве до температуры, превышающей температуру конца Фазового а — упревращения (т,а. межкритического интервала темперзтур1 нз 50-100 С с одновременным непрерывным замером удлинения образца в интервале температур 600-950 С. После этого составляется график зависимости удлинения образца от температуры.

Графики зависимости, полученные по эталÎнныM образцам, предназначены для многоразового использования при диагностике состояния оборудования, изготовленного из данного металла.

Испытуемые же образцы подвергаются лишь исследованию дилатометрическим способом по режиму, аналогичномудля эталонныУ» ОбрззцОВ, Затем строят зависимость удлинения испытуемых Образцов от температуры с пересчетом нз постоянную исходную длину и проводят сравнение зависимостей по эталонным и испытуемым образцам, делая вывод о характере повреждения металла.

Отличительными признаками предлагаемого обьекта явля отся: — получение эталонного образца путем полного отжига образца из материала испытуемого оборудования; .— Нзгоан образцов до температуры, преБы ша 1о щей температуру конца фазового превращения на 50-100 С:

-- непрарálвный замер удлинения образца Б интервале температур 600-950" С;

2003084

35

50 — построение графика зависимости изменения удлинения образца от температурного воздействия.

С

Одноразовое изготовление эталонных образцов для проведения диагностики состояния оборудования из металла оборудования, прошедшего определенный срок эксплуатации, путем полного отжига неизвестно из существующего уровня техники.

Из литературных источников известно (M.À.Êðèøòàëë, И,Л.Миркин "Ползучесть и разрушение сплавов", Москва, "Металлургия", 1966 г., с. 23), что изменения в металле, вызываемые температурно-силовыми воздействиями в процессе эксплуатации оборудования, приводят к искажениям кристаллической решетки. изменению морфологии карбидной фазы, образованию микронесплошностей, изменению плотности точечных дефектов, что. находит отражение в характере изменения дилатометрического эффекта.

Однако, эта теоретически обоснованная закономерность практически не была использована ни в одном известном методе диагностики.

Режимы дилатометрического исследования в заявляемом способе подобраны экспериментально.

Проведение дилатометрического исследования при нагреве до температуры ниже предлагаемой не дает возможности пройти полной фазовой перекристаллизации (а y) металла в равновесных условиях с последующим выравниванием химического состава аустенита, что не дает возможности наблюдать изменения удлинения образца, Если температура нагрева выше предлагаемой. то нагрев происходит в однофазной аустенитной области, т.е. после 4 сглаживания всех возможных обратимых дефектов и сопровождается равномерным удлинением, которое не несет никакой информации, Для осуществления способа была ис- 4 пользована следующая аппаратура:

1..Дилатометр фирмы "Formastordlgttal" (Япония); 2. Термопара PP-13 Я0,2 мм;

3. Лабораторная печь типа СНОЛ-1.6 2,5

1 j11-М-1.

Для испытаний был взят металл сталей

12Х2М1, 15Х5М.

Из испытуемого оборудования вырезают образцы металла длиной 10 мм, диаметром 3 мм. 5

В образцах делаются отверстия дпя приварки термопары.

Часть образцов помещается в лабораторную печь типа СНОЛ-1.6-2,5 1(11-M-1, где проводится полный отжиг. Таким образом получают эталонные образцы, Одну группу эталонных образцов подвергают длительному старению при температуре эксплуатации по методике, описанной в справочнике "Металловедение и термическая обработка стали" — под редакцией M.Ë.E>åðíøòåéíà и A.Ã.Pàxøòaäòà, Другую группу эталонных образцов подвергают длительному старению при температуре эксплуатации под напряжением, соизмеримым с рабочей нагрузкой оборудования по методу, соответствующему требованиям ОСТ 108.901,102-78.

Третью группу эталонных образцов подвергают испытаниям на ползучесть с фиксированной степенью деформации в соответствии с ОСТ 108.901,102-78.

Четвертая группа эталонных образцов исследуется непосредственно после полного от>кига.

Еще одна группа является испытуемыми образцами, которые после вырезки из исследуемого оборудования не подвергаются никакой дополнительной обработке.

Пример 1. Оценивается степень повреждения металла стали 12Х2М1 труб печного змеевика установки по производству бензина после длительной эксплуатации в 100 тыс.ч. Для проведения анализа из исследуемого участка трубы производится вырезка темплета размером 100х100 мм, из которого изготавливаются пять партий обt разцов, Четыре партии образцов подвергают полному Ьтжигу (режим приведен в табл,1)

Таким образом получают эталонные образцы. После этого одна из партий эталонных образцов после полного отжига подвергается испытаниям на ползучесть с фиксируемой деформацией. равной 2% — т.е. величине, соответствующей допускаемой деформации; и равной 4% — т,е. величине, вдвое превышающей допускаемую деформацию.

Вторая партия .эталонных образцов проходит длительное старение при температуре эксплуатации без напря>кения. (Режим указан в табл.1}.

Третья партия эталонных образцов подвергается длительному старению под напряжением {режим см. в табл.1).

Четвертая партия эталонных образцов исследуется непосредственно после полного отжига.

Затем все эталонные (четыре партии) и испытуемые (пятая партия) образцы подвергаются нагреву до температуры, превышающей на 50-100 С температуру а- „) фазового превращения с непрерыв2003084 нь<;. 81мероM удлинения образцов в интер:. -.;,смп. „::атур 600-950 С. Этот процесс ! . >=водился с использованием дилатометра, ! —.:-"< .;",ь, дилатометрического исследова .-,и.< г1О<18(.:.,ень1 в табл.2. Полученные для

:;::::;кдо:," г<артии результаты усредняются и

811 . лтся графические зависимости удлине-"..:;я < боа; цов or температуры нагрева с пересчетом на постоянную длину. т!а фИГ.1 ПрИаедеНЫ КРИВЫЕ: f 1<эменение дилатометрического эф .-;та для эталонных образцов, полученных

1

11аг< !1эя>кения;

8 -- изменение дилатометрического эф ::8 : г .-" для з "ало1ч1ь х образцов, после отжигл;::- ";во;;гнут<-. х испь,таниям на ползучесть

<1p омой деформацией; .. -- . ."-анение дилатометрического эф . ктг< ц. <(< эталонных образцов, после Отжи г= п-. дв:.т ргнутых длительному старению под н ".:. !pe< >ê8! 8;(та< дт!я испытуем;,fx Образцов, Кр.твэл а — характеризует наличие дефекгов мик<тюструктуры, связанных с изго l Овлением м8талла, крива:1 "б" — свидетельствует о частичом эаr!8

1;аличии в металле микронесплошностей субструктурнoro типа. связанных с деформацией ползучести и зависящих от ее вели <ины.

Криваг« "-" — свидетельствует о наличии в м8талле микронесплошностей суácTp)

12Х2Ч1 после 100 тыс,ч, эксплуатации микронесплошностей субструктурного типа, ОбуслОвл8нных Деформацией ползучести на величину до 2%, т.е. и пределах величины дог ускаамой деформации ползучести, П р и и е р 2, Оценивается степень повре>кдения металла труб из стали 12Х2М1

Г18чного з<488вика той же установки по прО иэводству бензина, что рассмотрена в примере ", но после эксплуатации в 150 ть<с,ч.

Для проведения анализа из исследуемого участка трубы производится вырезка темплета размером 50х50 для изготовления одной партии ис".èró8ìûõ образцов. кото5

55 рые подвергаются обработке по режиму, указанному в примере 1, также с непрерывным замером удлинения. Строится график зависимости удлинения образцов от температуры нагрева (см. фиг.2). Для сравнения берутся результаты по эталонным образцам из примера 1.

Сравнение кривой "д" с эталонными кривыми свидетельствует о наличии в металле труб из стали 12Х2М1 после 150 тыс.ч службы микронесплошностей субструктурного типа, обусг<овленных длительной эксплуатацией при повышенной температуре под нагрузкой.

Г! р и м е р 3. Оценивается степень повреждения металла стали 15Х5М труб псчного змеевика установки по производству бензина после длительной эксплуатации в 150 тыс,ч, Порядок вырезки и изготовления образцов аналогичен отмеченному в примере t.

Обработка по ре>киму полного отжига производится согласно параметров, указанных и табл.1.

Затеи все эталонные (три партии) и испытуемые (четвертая партия) образцы подвергаются нагреву до температуры, превышающей на 50-100 С температуру а ->1> фазового превращения с непрерывным замером удлинения образцов в интервале температур 600-950 С вЂ” с использованием дилатометра. Режим дилатометрического исследования приведен в табл.2.

Обработка результатов проводится аналогично описанной в примере 1. Результаты представлены на фиг,3.

Сравнение кривой "д" с эталонными кривыми свидетельствует о наличии в металле труб иэ стали 15Х5М после 150 тыс,ч службы мик ронесплошностей субструктурного типа, Обусловленных деформацией ползучести на величину до 2%, т.е, в пределах величины допускаемой деформации полэучести, Пример 4. Оценивается степень повреждения металла труб из стали 15Х5М печного змеевика той же установки по производству бензина. что рассмотрена в примере 4, но после эксплуатации f80 тыс.ч.

Для проведения анализа из исследуемого участка трубы производится вырезка темплета размером 50х50 для изготовления одной партии испытуемых образцов. которые подвергаются обработке по режиму, указанному в примере 1, также с непрерывным замером удлинения. Строится график й1 и атее г

2003084. Яблица 1

Режимы обработки эталоннь2х образцов с няпояжением — 4000 ельное стаоение испытание ня ползучесть

1ПО т 24 1, 1НО

900

8 1 л

Гяолиця 2

Режимы нагрева при дилатометричеЬком анализе

P QT f2 f=f Параметры Ггои нагреве

Температура Температурный максимального интервал, С вЂ” л

1 корость няГртеВЯ, ГР12Д/МИН \

НЯГ 3евя пОевцш"".ñò на 50-100 конец фазового о .444«14тяще444Г. С4

948

20-600

600=950

20-600

600-950

30 I0

А0

L .4

* — температура максимального нагрева для первого примера зависимости удлинения образцов от температуры нагрева (см. фиг.4). Для сравнения берутся результаты по эталонным образцам из примера 3.

Сравнение кривой "д" с эталонными 5 кривыми свидетельствует о наличии в металле труб из стали 15XGM после 180 тыс.ч службы микронесплошностей субструктурного типа, обусловленных деформацией ползучести на величину до 27;, т.е. в преде- 10

Формула изобретения

СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ПОВРЕЖДЕНИЙ МЕТАЛЛА ОБОРУДОВАНИЯ, выполненного из хромомолибденовых сталей, включающий подготовку эталлонных и испытуемых образцов, проведение испыта-ний эталонных образцов на длительное старение без напряжения и с напрлженилах вели тины допускаемой деформации ползучести. (56) Лившиц Б.Г. и др, Физические свойства металлов и сплавов. Москва, Металлургия, 19801 с. 245-246, PÄ,PTM 38.14.006-86 Методика определения сроков эксплуатации змеевиков печей установок каталитического риформинга, отработавших проектный ресурс, Волгоград, 1986. следующее термодеформационное воз3 дейстсие пера- 1 Рабочая Степень Время, ч 4

«1.

-, Тн, нагрузка, деформа1

«lll тет IIOB T33Bt4 19

oo — J10000 ем, соизмеримым с рабочей нагрузкой обоОудования, испытание ня ползучесть с фиксацией степени деформ"-.ö Bê обрязцог:, ОТГ1ичающийся Теттт, чТО ЯТЯЛОННЫе О«2 f2 BI/!l!

ГОТОВЯТ ИЗ МЕТЯЛЛЯ ДИЯГНО ТИР1УО4 АЛОГО О120Рт«Дованил по !веРтг«ЯЯ и (пол f!Qflf1 Q 1 4!: f заТем ЯТЯЛОнные и исп1ЫТ441еГ I Bff ОорттзцI-I подвергают нагреву до темпер;2т ры. пре2003084

12 вышающей на 50 - 100 С температуру а у-фазового превращения, с непрерывной ..гистрацией удлинения образцов в интервале 600 - 950 С и строят графики зависимости удлинения испытуемых и каждои группы эталонных образцов от температуры нагрева с пересчетом на постоянную длину, сравнивают их и делают

5 вывод о характере повреждения металла.

Уф ю//

i)i И ю//

Ф г р

200308Л

ЯЦ О

Составитель Л,Ватник

Редактор Н.Семенова Техред M.Mîðãåíòàë Корректор М.Ткач

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35. Раушская на6., 4/5

Заказ 3230

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород. Ул.ГBfарина, I01