Особенности ремонта элементов оборудования установок очистки газа от кислых компонентов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.06, кандидат технических наук Сидоренко, Алексей Викторович

• Сидоренко, Алексей Викторович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сидоренко, Алексей Викторович

Введение.

Глава 1. Анализ основных причин отказов установок очистки газа от кислых компонентов.

1.1 Особенности рабочих сред установок очистки газа от кислых компонентов и влияние внешних и внутренних факторов коррозии на их агрессивность.

1.20собенности коррозионного состояния оборудования установок очистки газа от кислых компонентов.

1.3 Анализ ремонтных технологий, применяемых для оборудования установок очистки газа от кислых компонентов.

1.4Анализ методов наплавки для восстановления поверхности при ремонте.

1.5 Анализ сварочных материалов.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Исследование коррозионной стойкости наплавленного металла при формировании в нем различных структурно-фазовых состояний.

2.1 Оценка возможности повышения стойкости основного металла оборудования к водородному охрупчиванию за счет использования материалов аустенитного класса.

2.1.1. Материалы и методика исследований.

2.1.2. Результаты исследований.

2.2 Исследование стойкости наплавленного металла аустенитного класса к общей и язвенной коррозии.

2.2.1. Материалы и методика исследований.

2.2.2. Результаты исследований.

2.3 Влияние параметров термического цикла наплавки на формирование структуры в углеродистой стали.

2.3.1. Материалы и методика исследований.

2.3.2. Результаты исследований.

2.4 Исследование влияния структурного состава углеродистой стали на развитие коррозионных процессов.

2.4.1. Материалы и методика исследований.

2.4.2. Результаты исследований.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Разработка технологии восстановления поверхности оборудования и его элементов, обеспечивающей в наплавленном слое структуру металла, стойкую к водородному охрупчиванию, общей и язвенной коррозии.

3.1. Методика определение параметров термического цикла при дуговых процессах наплавки.

3.1.1.Определение параметров термического цикла при механизированной электродуговой наплавке в среде инертных газов.

3.1.2 Определение параметров термического цикла при плазменно-дуговой наплавке.

3.2 Экспериментальная проверка основных расчетных характеристик наплавленного слоя.

3.3 Разработка технологии восстановления поверхности.

3.3.1. Сварочные (наплавочные) материалы.

3.3.2. Подготовка внутренней поверхности кубовой части абсорбера установки очистки газа от кислых компонентов.

3.3.3. Процесс наплавки.

3.3.4. Термическая обработка восстановленной поверхности.

3.4. Технологический процесс восстановления внутренней поверхности кубовой части абсорбера установки очистки газа от кислых компонентов.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Исследование структуры и свойств металла соединений, выполненных по разработанной технологии наплавки.

4.1. Материалы и методика исследований.

4.2. Результаты испытаний.

4.3. Оценка склонности соединений, наплавленных по разработанной технологии, к образованию холодных трещин.

Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Особенности ремонта элементов оборудования установок очистки газа от кислых компонентов»

В последнее время значительно возросла актуальность проблемы ремонта нефте- и газозаводского оборудования. Это связано с тем, что значительная w

часть металла конструкций нефтеперерабатывающих предприятий выработала свой ресурс эксплуатации. Особенно остро стоит вопрос ремонта оборудования, работающего со средами с повышенной агрессивностью.

Одна из проблем при эксплуатации нефте- и газоперерабатывающего оборудования связана с разрушением аппаратов, среды которых являются неравновесными растворами, содержащими одновременно пассиваторы (основания) и активаторы (кислоты). Такая ситуация наиболее характерна для установок очистки газа от кислых компонентов, которые эксплуатируются на нефте- и газоперерабатывающих заводах.

Однако, это в настоящее время не учитывается в существующих ремонтных технологиях, которые основаны либо на использовании процессов наплавки высоколегированными материалами аустенитного класса для восстановления поверхности оборудования, либо на использовании гильз из сталей аустенитного класса для защиты рабочих поверхностей.

Обследование оборудования установок очистки газа от кислых компонентов показывает, что в восстановлении или замене нуждаются как элементы корпусов аппаратов, так и элементы обвязки.

Восстановление оборудования, подвергающегося воздействию корозионно-активных сред, может осуществляться с применением следующих подходов:

• использование материалов аустенитного класса.

• использование наплавочных материалов, претерпевающих полиморфные превращения. В этом случае появляется дополнительная возможность обеспечения высокой коррозионной стойкости за счет регулирования структуры наплавленного металла. ф~ В настоящее время вопросы оценки и формирования заданного, с позиции обеспечения требуемой коррозионной стойкости, структурного состава наплавленного металла учитываются в недостаточной степени.

Поэтому изучение возможности восстановления рабочей поверхности, прокорродировавшей под воздействием рабочих сред, в состав которых входят пассиваторы и активаторы, является весьма актуальной задачей.

Заключение диссертации по теме «Технология и машины сварочного производства», Сидоренко, Алексей Викторович

Выводы по работе:

1. В результате анализа условий эксплуатации установок очистки природного газа от кислых компонентов установлено, что основными причинами отказов оборудования являются общая неравномерная и язвенная коррозия металла.

2. Показано, что использование высоколегированных аустенитных материалов для наплавки на углеродистые стали приводит к существенной макронеоднородности поверхности и, как следствие этого, к ее локальному поражению; возникновение активного гальванического элемента между отремонтированной и не отремонтированной поверхностями приводит к разрушению участка сплавления с основным металлом.

3. Определено, что в средах, содержащих одновременно пассиваторы и активаторы, даже небольшая электрохимическая гетерогенность приводит к активному язвенному поражению поверхности. Поскольку такая гетерогенность возникает в результате перемешивания при наплавке разнородных основного и присадочного металлов, для соединений, работающих в указанных средах, рационально использовать наплавочные материалы, близкие по химическому составу к основному металлу.

4. Установлено, что при сопоставимом состоянии неметаллических включений бейнитная составляющая структуры, несмотря на высокую термодинамическую неустойчивость, обеспечивает повышение стойкости к общей и локальной коррозии за счет более высокой гомогенности. Определен рациональный структурный состав наплавленного металла, состоящий преимущественно из бейнита (не менее 80%).

5. Показана возможность применения обобщенной методики Рыкалина Н.Н. для определения основных геометрических параметров зоны наплавки, температурно-временных условий формирования наплавленного металла и определения режимов технологических процессов аргонодуговой и плазменно-дуговой наплавки. Расчетные результаты подтверждены экспериментально.

6. Установлена область рационального применения методов аргонодуговой и плазменно-дуговой наплавки для РВР. Если толщина восстанавливаемого слоя металла не превышает 2 - 2,5 мм, а необходимая скорость охлаждения в интервале диффузионного превращения аустенита более 40оС/сек, возможно применение плазменно-дуговой наплавки. При увеличении толщины наплавленного слоя и соблюдения значений требуемых скоростей охлаждения менее 40 оС/сек рационально применение электродуговой наплавки плавящимся электродом в среде защитных газов.

7. Разработана технология восстановления поверхности оборудования методом механизированной электродуговой наплавки плавящимся электродом в смеси газов (80% аргона и 20% СО2), обеспечивающая получение в наплавленном слое структуры, содержащей не менее 80% бейнитной составляющей, стойкой к коррозионному воздействию рабочей среды установок очистки газа от кислых компонентов.

8. Опытно-промышленными испытаниями доказана правомерность применения разработанной технологии наплавки углеродистых материалов для восстановления элементов оборудования установок очистки газа от кислых компонентов. При этом во всех случаях наплавленный металл имеет механические характеристики не ниже соответствующих показателей основного металла и высокую стойкость к общей неравномерной и язвенной коррозии.

9. С помощью компьютерного анализа была показана возможность обеспечения рационального структурного состава и необходимого сопротивления наплавленного металла воздействию коррозионно-активной среды для целого ряда углеродистых наплавочных материалов.

10. Созданная по результатам работы технологическая инструкция по восстановлению внутренней поверхности оборудования установки очистки газа от кислых компонентов типа У172 согласована с ВНИИГАЗом и рекомендована к внедрению на Астраханском газоперерабатывающем заводе.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сидоренко, Алексей Викторович, 2004 год

1. Акулов А.И. Дуговая сварка в среде защитных газов. М. 1961, 106 с.

2. Антонов В.А. Наплавка вырубных штампов холодной штамповки, -в кн.: Теоретические и технологические основы наплавки. -Киев.: 1981. с. 38-40.

3. Афанасьев А.И. Повышение эффективности абсорбционных процессов сероочистки газов./Газовая промышленность, 1996, №5-6, с. 52-53.

4. Бакиев А.В. Технология аппаратостроения. УГНТУ, 1995, 97 с.

5. Белоглазов С.М. Наводороживание стали при электрохимических процессах. -Д.: Из-во Ленинградского ун-та, 1975, 411 с.

6. Белоусов Ю.В. Оценка эффективности воздействия электрических параметров при плавлении электродов.//Сварочное производство. -1991. №2. с. 35-37.

7. Борисов Ю.С., Харламов Ю.А. и др. Газотермические покрытия из порошковых материалов. Справочник. Киев: Наукова Думка, 1987, 544 с.

8. Буки А. А. Расчет химического состава наплавленного металла при сварке покрытыми электродами.// Сварочное производство. -1991. №5. с.32-34.

9. Бусыгин И.Н., Бусыгина Н.В. Оптимизация селективной МДЭА-очистки смеси газов./Газовая промышленность, 1997,№6, с. 47-48.

10. Ю.Вайнерман А.Е. Шоршоров М.Х. и др. Плазменная наплавка металлов. -Ленинград: Машиностроение. 1969. 191 с.

11. П.Василенко И.И., Мелихов Р.К. Коррозионное растрескивание сталей. Киев: Наукова Думка, 1977, 265 с.

12. Влияние структуры сварных соединений конструкционных сталей на водородное охрупчивание. Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе» №3, 2002, с. 5-10. Ефименко Л.А.; Коновалова О.В.; Портова С.С.

13. Войнов Б.А. Износостойкие сплавы и покрытия. -М.: Машиностроение. 1980. 120 с.

14. ВышегородцеваГ.И., Левин С.М. Восстановление и повышение износостойкости деталей машин методами наплавки. Москва, ГАНГ, 1997, 78с.

15. Вышеславцев Ю.Ф., Настека В .И., Стрючков В.М. и др. Промышленный опыт очистки карачаганакского газаМДЭА./ Газовая промышленность, 1989, №1, с. 52-53.

16. Гафаров Н.А. и др. Коррозия и защита оборудования сероводородсодержащих нефтегазовых месторождений. -М.: ИРЦ Газпром, 1997. -128 с.

17. Гафаров Н.А., Кушнаренко В.М., Гринцов А.С. и др. Сварка трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие нефтегазовые среды. М.: ИРЦ Газпром, 1997, 127 с.

18. Гельд П.В., Рябов Р.А., Кодес Е.С. Водород и несовершенства структуры металла. -М.: Металлургия, 1974. -272 с.

19. Гетманский М.Д., Панов М.К. и др. Исследование структуры сульфидных пленок, образующихся в процессе коррозии стали в сероводородной минерализованной среде./ Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности. 1982, №1, с. 5-8.

20. Голованенко С.А. и др. Морфология водородного растрескивания сварных соединений сталей для газопроводных труб. //В сб.: Металловедение качественных сталей и сплавов. -М.: Металлургия, 1982. -с.8-15.

21. Голованенко С.А., Зикеев В.Н. и др. Влияние легирующих элементов и структуры на сопротивление конструкционных сталей водородному охрупчиванию.//МиТОМ. 1978. -№1. - с 2-14.

22. Гоник А.А. Коррозия нефтепромыслового оборудования и меры ее предупреждения. М.: Недра, 1976, 192 с.

23. Грабин В.Ф. Металловедение сварки плавлением. Киев.: Наукова Думка, 1982.

24. Гуревич В.И. Расчет эффективности плавления основного металла.//Сварочное производство 1984. -№5. -с. 1-2.

25. Дупард М.С., Бекон Т.Р., Эдварде Д. Дж. Исследование механизма коррозии на установках очистки газа алканоламинами./ Нефть, газ и нефтехимия за рубежом, 1993, №12, с. 38-45.

26. Ежов А.А., Герасимова Л.П. Влияние водорода на свойства и разрушение стали с различной структурой. //МиТОМ. -1978. -№2. -с.23-25.

27. Екобори Т.Е. Физика и механика разрушения и прочности твердых тел. -М.: Металлургия, 1971, -264 с.

28. Елагина О.Ю., Агеева В.Н. Прогнозирование структурно-фазовых превращений в железоуглеродистых сталях при лазерном упрочнении с позиции термодинамического подхода.//Перспективные материалы. -2003. -№5. -с. 89-93.

29. Ерохин А.А. Основы сварки плавлением. -М.: Машиностроение, 1973. -448 с.

30. Ефименко JI.A., Портова С.С., Горицкий В.М., Шнейдеров Г.Р. Влияние параметров структуры ЗТВ на склонность к межзеренному охрупчиванию в наводороживающих средах.// Химическое и нефтегазовое машиностроение. -1999.-№11.-с.46-47.

31. Захаров П.В. Технология. Высокоэффективные сварочные методы упрочнения в тракторном и сельскохозяйственноммашиностроении.//ЦНИИТЭИтракторосельхозмаш, Вып. 10. 1984. 74 с.

32. Защита от коррозии оборудования при подготовке углеводородного сырья. Обзор зарубежной литературы. М.: ВНИИОЭНГ, 1973,48 с.

33. Исследование сопротивления околошовного участка ЗТВ водородному охрупчиванию. «Химическое и нефтегазовое машиностроение», №2, 2001г., с. 38-40. Ефименко JI.A.; Портова С.С.; Сергеева Т.К.; Лю Ли.

34. Исследование сопротивления разрушению сварных соединений, эксплуатируемых в сероводородсодержащих средах. «Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе» №5, 2001, с. 19-22. Ефименко Л.А.; Коновалова О.В.

35. Карпенко Г.В., Литвин А.К., Ткачев В.И. и др. К вопросу о механизме водородной хрупкости./ Физико-химическая механика материалов, 1973, т. 9, №4, с. 6-12.

36. Компьютерные программы для прогнозирования стойкости сварных соединений легированных сталей против образования холодных трещин. Под ред. Э.Л. Макарова ,В.Г. Вялкова и др. -Изв. ВУЗов Машиностроение, 1988, -№4. -с. 118-122.

37. Корнеев А.Е., Изотов В.И., Долотова Т.С. и др. Анализ состояния оборудования на установках очистки газа./Газовая промышленность. 1998. №3. с. 35-38.

38. Коррозионная стойкость оборудования химических производств. Нефтеперерабатывающая промышленность: Справ. изд./Под ред. Ю.И. Арчакова, А.М. Сухотина. -Л.: Химия, 1990, 400 с.

39. Коррозионная усталость металлов: Тр. 1 сов. англ. семинара/под ред. акад. КолотыркинаЯ.М., -Киев: Наукова Думка, 1982, 372 с.

40. Кушнаренко В.М., Масюто О.М. О механизме сероводородного растрескивания сталей. //МиТОМ. -1993. -№2. с. 5-8.

41. Легезин Н.Е., Альтшуллер Б.Н., Митина А.П. Коррозионные исследования и испытания./ Реф. Сб. ВНИИГАЗПРОМа. М.: 1981, Вып. 6. с. 4 (Серия «Коррозия и защита скважин, трубопроводов, оборудования и морских сооружений в газовой промышленности»),

42. Макаров Э.Л. Холодные трещины при сварке легированных сталей. -М.: Машиностроение, 1981. 248 с.

43. Мароев И.А, Олсон Д.Л. Водородное растрескивание сварных изделий изШвысокопрочной стали. //Сварка и родственные технологии в XXI век. -1998. -с. 166-176.

44. Материалы для автоматической сварки. Международный транслятор-справочник, под науч. ред. В.Я. Кершенбаума, О.И. Стеклова ,М.,2001.

45. Медведева М.Л., Гурьянов В.В. О коррозионном состоянии установок очистки природного газа от кислых компонентов./ Защита металлов, 2002, т. 38, №3, с. 322-326.

46. Мелихов Р.К., Радкевич А.И., Карвацкий Л.М., Круцан A.M. О стойкости отечественных конструкционных сталей против сульфидного растрескивания./ Защита металлов, 1997, т. 33, №5, с. 493-497.

47. Методика определения коррозионной стойкости металлов или изделий из них к воздействию коррозионно-агрессивных сред в условиях работы установок сероочистки ГПЗ. -М.: ВНИИГАЗ. 2001. 21 с.

48. Полевой С.Н., Евдокимов В.Д. Упрочнение машиностроительных материалов. Справочник. М.: Машиностроение, 1994, 495 с.

49. Полищук Г.Н. Разработка технологии износостойкой наплавки при ремонте деталей подвижного состава метрополитена, /в кн. Славяновские чтения. -Москва. -2000. с. 42-47.

50. Поляк М.С. Технология упрочнения. М.: Машиностроение, 1995, Т1, 828 стр.

51. Попов А.А., Попова Я.Е. Изотермические и термокинетические диаграммы распада переохлажденного аустенита. Справочник термиста.

52. Потак Я.М. Хрупкие разрушения стали и стальных деталей. М.: Машиностроение. 1955, 389с.

53. Прохоров Е.М., Алексеев С.З., Литвинова Г.И. и др. Испытания смешанного абсорбента на установках сероочистки Астраханского ГПЗ./ Газовая промышленность, 1997, №10, с. 63-65.

54. РД 558-97. Руководящий документ по технологии сварки труб при производстве ремонтно-восстановителъных работ на газопроводах. РАО Газпром, 1997, 192 с.

55. Реформатская И.И. Сульфидные включения в сталях и их роль в процессах локальной коррозии.// Чтения в память о Я.М. Колотыркине. 3-я юбилейная научная сессия. Т.1. Сборник доклалов. М.: НИФХИ им. Л.Я. Карпова. 2000. с.66-77.

56. Реформатская И.И., Сульженко А.Н. Влияние химического и фазового состава железа на его питтингостойкость и пассивируемость. //Защита металлов. 1998. №5. с.503-506.

57. РыкалинН.Н. Расчеты тепловых процессов при сварке. -М.: Машгиз, 1951. -296 с.

58. Рябченков А.В. Коррозионно-усталостная прочность стали. М.: Машгиз, 1953, 180 с.

59. Саррак В.И. Водородная хрупкость и структурное состояние стали. //МиТОМ. -1982.-№5.-с.11-17.

60. Саррак В.И., Сергеева Т.К., Филлипов Г.А. Влияние естественного старения стали после закалки на кинетику поглощения и выделения водорода. //ФХММ. -1980. -№2. -с. 12-16.

61. Саррак В.И., Филлипов Г.А. Хрупкость мартенсита.//МиТОМ. -1978. -№4. -с.21.

62. Сварка в машиностроении. Справочник под ред. д.т.н. Н.А. Ольшанского, Т.1. М.: Машиностроение. 1978. 502 с.

63. Сварка в машиностроении. Т.2. М.: Машиностроение, 1978, 462 с.

64. Сварка в машиностроении. Т.4. М.: Машиностроение, 1971, -с. 229-282.

65. Сварка и свариваемые материалы. Справочник под ред. д.т.н. Волченко В.Н. Т. 1, М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998, 574 с.

66. Сварка с регулированием термических циклов конструкций нефтяной и газовой промышленности. Под ред. Кошелева Н.Н. -М.: МИНХиГП, 1980. 127 с.

67. Сварочные материалы для дуговой сварки. Справочник под ред. Потапова Н.Н., Т.1, М.: Машиностроение, 1989, 544 с.

68. Сергеева Т.К., Каблуковская М.А. и др. О влиянии серы и фосфора на водородное охрупчивание модифицированной РЗМ углеродистой стали. //Металлы. -1986. -№1. -с.110-116.

69. Сидоров А.И. Восстановление деталей машин напылением и наплавкой. М.: Машиностроение, 1987, 188 с.

70. СНиП 3.05-84. Правила производства и приемки работ. Технологическое оборудование и технологические трубопроводы. Основные положения. М, 1984.

71. Стеклов О.И. Прочность сварных конструкций в агрессивных средах. М.: Машиностроение, 1990, 200 с.

72. Стеклов О.И., Басиев К.Д., Есиев Т.С. Прочность трубопроводов в коррозионных средах. Владикавказ: РИПП, 1995, 152 с.

73. Теория сварочных процессов./ под ред. Фролова В.В. -М.: Высшая школа. 1988. -559 с.

74. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлениеи./ под ред. Б.Е. Патона. -М.: Машиностроение. 1974. 768 с.

75. Томашов Н.Д. Пассивность и защита металлов от коррозии.

76. Требования к материалам и оборудованию объектов добычи и подготовки нефти и газа с высоким содержанием сероводорода и наличием СО2. М.: Госгортехнадзор, 1994, 22 с.

77. Уманский В.Б., Костенко А.А., Худик Ю.Т. Упрочнение деталей металлургического оборудования. М.: Металлургия, 1991, 176 с.

78. Федосов А.И., Федосов С.А. Компьютерная программа для расчета параметров термического цикла при импульсном поверхностном нагреве твердого тела.//Металловедение и термическая обработка металлов. -2001. №12.

79. Фрейман Л.И., Макаров В.А., Брыксин И.В. Потенциостатические методы в коррозионных иследованиях и электрохимической защите. Л-д, Химия, 1972, 240 с.

80. Фрейман Л.И., Реформатская И.И., Маркова Т.П. Повышение коррозионной стойкости сталей предотвращением образования включений сульфида марганца.// Химическое и нефтяное машиностроение. -1991. -№10. -с.20-22.

81. Цирлин А.М. Оптимальное управление технологическими процессами. -М.: Энергоиздат. 1986. -399 с.

82. Шаповалов В.И. Влияние водорода на структуру и свойства железоуглеродистых сплавов. -М.: Металлургия, 1982. 216 с.

83. Швед М.М., Гнып И.П., Билый Л.М. Влияние водорода на разориентацию и дробление блоков мозаики при одноосном растяжении трансформаторной стали./ Физико-химическая механика материалов, 1973, т. 9, №5, с. 105-106.

84. Шкляр Р.Л., Кисленко Н.Н. Алексеев С.З. и др. Селективная очистка газа от сероводорода на Астраханском ГПЗ./ Газовая промышленность, 1999, №12, с. 40-41.

85. Шрейдер А.В. Шпарбер И.С., Арчаков Ю.И. Влияние водорода на химическое и нефтяное оборудование. М.: Машиностроение, 1976, 216 с.

86. Юхин Н.А. Выбор сварочного электрода. Библиотечка сварщика. 2003, 69 с.

87. Юхин Н.А. Ручная дуговая сварка неплавящимся электродом в защитных газах (TIG/WIG). 2002, 45с.

88. Blanc С., Grail М., Demarais G. The Part Played By Degradation Products In The Corrosion Of Gas Conditioning Plants Using DEA and MDEA/ Processing Of The 1982 Gas Conditioning Conference.

89. Koty K.M., Davis H.M. The role of carbide inclusion in absorbability of steel. -Trans. Amer. Soc. Metals 1961, 53, Metals Pare. Ohio.

90. Makarov E.L., Konovalov A.V. Computer Analisis of Alloyed Steels Weldability// 5th International Conference on Computer Technology in Welding/ -Paris (France), 1994. -p.48.

91. McNab A J. and Tresender R.S. Materials Requiiment For A Gas Treating Process// Material Performance. Vol. 10. No 1. 1971.

92. Richerd J.P., Bagdasarian A .J., Shargay C.A. Extend Of Stress Corrosion Cracking In Amine Plants Revealied By Survey./ Oil&Gas Journal, June 5,1989.

93. The Dow Chemical Co, Gas/SPEC Technology Group, Internal Corrosion Test Results, 1990.

94. The Dow Chemical Co., Gas Conditioning Fact Book, 1962.

95. Методика испытания сталей против сероводородного коррозионного растрескивания МСКР-01-85. М., ГКНТ СССР, 1985г.1. Введениесо го1. О. б1. ГОс: ос: