НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Таблица 1

Результаты исследования стали 1Х18Н9Т показали

Таким образом в результате проведѐнной работы установлено влияние температуры резания на вид стружки при прочих равных условиях (обрабатываемый и инструментальный материал, геометрия инструмента), по которому можно определять условия максимальной работоспособности режущих элементов из твердых сплавов.

171

Литература

1.Артамонов Е.В. Прочность и работоспособность сменных твердосплавных пластин сборных режущих инструментов. – Тюмень: ТюмГНГУ,

2003. – 192 с.

2.Макаров А.Д. Оптимизация процессов резания. 2-е изд. – М.: Машиностроение, 1976. – 278 с.

3.Полетика М.Ф. Теория резания. Часть I. Механика процесса резания: учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2001.-202 с.

Научный руководитель: Артамонов Е. В., д.т.н., проф. «СИ»

Исследование причин разрушения трубы паропровода из стали 12Х1МФ, эксплуатируемой в условиях ползучести

Янзина М.С., ТюмГНГУ, г. Тюмень

Одной из основных причин разрушения деталей энергетического оборудования и трубопроводов является неудовлетворительное качество металла, имеющего в состоянии поставки поверхностные и внутренние технологические дефекты, следы которых сохраняются в трубах после всех технологических операций. Сохранившиеся дефекты могут служить очагами разрушения и способствовать его развитию на более ранних стадиях эксплуатации или при меньших нагрузках, чем это наблюдается в бездефектном металле. Информацию о типе и размере дефектов получают при металлографическом исследовании профиля поперечного сечения, а также при визуальной и электронно-микроскопической фрактографии.[1]

Трубы паропроводов работают в условиях ползучести металла. Контроль деформирования при ползучести производится в одном сечении каждой трубы паропровода путѐм периодического измерения диаметра трубы. Все перлитные стали при ползучести деформируются по кривой зависимости деформации от времени, которая условно делится на три стадии: затухающая, квазиравномерная и ускоренная ползучесть. Продолжительность каждой стадии ползучести определяется суммарным влиянием разупрочняющих и упрочняющих процессов, а, следовательно, является структурно-зависимой величиной. В качестве основных деформационных критериев, характеризующих особенности развития ползучести, в теплоэнергетике приняты скорость ползучести и текущая деформация ползучести.

Процесс разрушения при ползучести состоит из нескольких стадий, которые отличаются по морфологическим признакам:

3.стадия - зарождение пор;

4.стадия - появление единичных пор на границах зѐрен размером 1 мкм и выше;

172

5.стадия - появление цепочек пор по границам зѐрен;

6.стадия - слияние пор в микротрещины;

7.стадия - образование магистральной трещины.[2]

Развитие повреждаемости порами в металле гибов паропроводов приводит к снижению длительной прочности металла. Статистический анализ значений длительной прочности металла труб паропроводов из стали 12Х1МФ после различных сроков эксплуатации и с различной степенью повреждѐнности позволил установить, что длительная прочность гибов, в металле которых присутствуют поры и цепочки пор по границам зѐрен, в том числе и разрушенных при эксплуатации, не удовлетворяют требованиям. При разработке теплоустойчивых сталей, предназначенных для длительной работы в условиях ползучести, и при выборе режимов их термической обработки исходят из основных принципов структурной теории жаропрочности: повышение межатомных связей в кристаллической решѐтке и теплоустойчивости, которая обеспечивается легированием элементами, задерживающими процесс разупрочнения и повышающими температурный порог рекристаллизации феррита. [3] Легирование должно обеспечивать как твѐрдорастворное, так и дисперсионное упрочнение, а так же должно обеспечивать удовлетворительные закаливаемость и прокаливаемость теплоустойчивых сталей.

Рис. 1. Разрушенная труба паропровода острого пара Сургутской ГРЭС из стали 12Х1МФ.

Паропровод - трубопровод для транспортировки пара. Применяется на предприятиях, использующих пар в качестве технологического продукта или энергоносителя, например, на тепловых или атомных электростанциях, на заводах железобетонных изделий. Паропровод от парового котла к турбине на электростанциях называют "главным" паропроводом, или паропроводом "острого" пара. Паропроводы являются опасным производствен-

173

ным объектом. Исследование металла гиба паропровода острого пара Сургутской ГРЭС-1 (рисунок 1) осуществлялось в лабораторных условиях с целью оценки его состояния. Исследование показало, что разрушение детали произошло в результате деформации при ползучести, на фотографиях микрошлифов (рисунок 2) отчетливо видны поры черного цвета и цепочки пор, концентрация которых повлекла за собой разрушение детали. По ре-

зультатам исследования установлено:

Рис. 2. Микротрещины, цепочки отдельно расположенных и слившихся мелких и крупных пор

-По химическому составу металл соответствует проектной марке стали 12Х1МФ;

-Суммарное содержание легирующих элементов в карбидной фазе не превышает 60% от их общего суммарного содержания в металле;

-Загрязненность металла неметаллическими включениями не превышает допустимые нормы;

-За время эксплуатации в металле прямого и гнутого участков гиба структурные изменения достигли соответственно 4 и 5 баллов шкалы сфероидизации. При допустимой не выше 4;

-Микроповрежденность, развившаяся в процессе длительной эксплуатации в металле растянутой зоны гиба, превысила допустимую;

-Микрроповрежденность прямого участка гиба не превышает допустимую.

Литература

1.Минц И.И. Повреждаемость и технологические дефекты в металле высокотемпературных трубопроводов / И.И. Минц, Л.Е. Ходыкина, И.Г. Логвиненко; Авт, сост., науч. Ред. И.И. Минц.- Челябинск : УралВТИ : Цицеро, 2009.-163 с.: ил.- Библиогр.: с. 156-162.

2.Березина Т.Г. Изменения структуры и свойств сварных соединений паропроводов из теплоустойчивых сталей в процессе эксплуатации. Причины эксплуатационных повреждений сварных соединений. Челябинск. ЧФ ПЭИГГК. 1999. 102с.

3.Березина Т.Г. Диагностика причин разрушения деталей энергооборудования: Курс лекций. Челябинск: ЧГТУ, 1997145 с.

Научный руководитель: Моргун А.И., к.т.н.

174

ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ, БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ И ТЕРРИТОРИЙ

Влияние типа торфа на его нефтеемкость.

Блохина О. Л. Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск

В настоящее время увеличивающиеся объемы добычи углеводородов сопровождаются ухудшением экологической обстановки во многих регионах нефтедобычи. В связи с этим предприятия нефтегазовой отрасли в обязательном порядке разрабатывают комплекс мер, направленных на локализацию и ликвидацию аварийных разливов, а так же восстановление (рекультивацию) нефтезагрязненных земель. Для очистки поверхности от загрязнителей используются различные методы, среди которых сорбция представляет наибольший интерес.

Так, одним из основных сорбционных материалов, использующихся при ликвидации аварии, является торф, дешевое, доступное и эффективное сырье [1]. Состав и свойства данного сырья изменяются в широких пределах, что определяется многообразием растений–торфообразователей, уровнем распада органического вещества и условиями торфонакопления. Соответственно, так же в широких пределах изменяется уровень нефтеемкости данного сырья. По мнению [2..4], наилучшими сорбционными характеристиками по жидкому углеводородному сырью обладают материалы на основе низкозольного слаборазложившегося торфа. Объяснение данного выбора сводится к высокой пористости и высокой удельной поверхности слаборазложившегося торфа. Однако использование только верхового торфа в качестве сырья для получения сорбента ведет к значительному сужению сырьевой базы.

Таким образом, целью данной работы явилось исследование сорбционной способности по отношению к нефти и стабильному газовому конденсату верхового фускум торфа малой степени разложения (R = 5%) и низинного осокового торфа высокой степени разложения (R=35%) с определением их группового состава (табл. 1). Сорбционную способность (нефтеемкость) торфа определяли гравиметрическим методом, согласно методике, изложенной в ТУ 241-10942238-03-95 . Исследования проводились на образцах товарной нефти и стабильного газового конденсата. Плотность углеводородов определяли согласно ГОСТ 51-858-2002. Дополнительно был исследовано влияние размера частиц на сорбционную емкость низинного торфа.

Анализируя табл. 1, видно, что низинный торф характеризуется более высоким содержанием битумов (4,85 % на г.м.) по сравнению с верховым (3,69 % на г.м.). Известно, что содержание данных групповых состав-

175

ВРВ – водорастворимые вещества; ЛГВ - легкогидролизируемые вещества; Г - гуминовые кислоты; Ф – фульвокислоты.

Полученные результаты (табл. 2) свидетельствуют том, что низинный осоковый торф (R=35 %) характеризуется более высокой нефтеемкостью по сравнению с верховым фускум торфом (R=5 %). Это указывает на возможность расширения сырьевой базы для получения сорбционных материалов на основе торфа.

Исследования показали, что низинный торф, выбранный в качестве сырья для производства сорбента, характеризуется большим значением нефтеемкости по сравнению с верховым торфом. Значительное влияние на уровень нефтеемкости оказывает и фракционный состав. Так для низинного торфа максимальная нефтеемкость по нефти (4,16) характерна для частиц размером от 1 до 2 мм, а для газового конденсата – 0,25-0,5 мм.

176

Полученные результаты свидетельствуют о высокой нефтеемкости низинного торфа, что подтверждает возможность применения среднеразложившегося торфа в качестве сырья для сорбента. Так же в ходе исследования была подтверждена зависимость сорбционной способности торфа от размера его частиц.

Литература

1.Новоселова Л.Ю., Сироткина Е.Е. Сорбенты на основе торфа для очистки загрязненных сред (обзор) // Химия твердого топлива, 2008, №4. С. 64-77

2.Пат. 2172645 РФ, МПК В01 J20/24. Способ получения торфяного сорбента для очистки воды от нефтепродуктов / Косов В.И.; Суворов В.И.; Испирян С.Р. - Опуб. 27.08.2001.

3.Пат. 2270718 РФ МПК В01 J20/30. Способ получениясорбента для

очистки воды от легких нефтепродуктов / Испирян С.Р. - Опуб.

27.02.2006.

4.Бурмистрова Т.И., Алексеева Т.П., Середина В.П. Исследование свойств торфа для решения экологических проблем // Химия растительного сырья 2009. №3. С. 157-160

5.И.И. Лиштван. Физико-химические свойства торфа и их трансформация при использовании торфяных месторождений // Химия твердого топлива, 2010, №6. С. 3-10

Научный руководитель: Чухарева Н.В.., к.х.н., доцент

177

Отходы процесса дегидрирования бутана. экологичность и рациональность утилизации

Егоров А.Н., г. Тюмень

Значительное количество отходов процесса дегидрирования, представляют собой экологически агрессивные образования, техногенное обезвреживание которых до настоящего времени не получило комплексного решения. Классический подход (например, сжигание и захоронение) предполагает одновременно физическое уничтожение полезного продукта, содержащегося в отходах в виде органических и неорганических составляющих. При этом, возникают невозвратные потери минерального сырья, а сами отходы, содержащие токсичные компоненты усиливают экологическую нагрузку на технологический процесс или территорию предприятия (например, хранение отработанных катализаторов в закрытых, дорогостоящих бункерах и сжигание высококипящих отходов в топках или на факелах и т.п.). Такой подход к решению проблем является экологически и экономически нецелесообразным и требует новых технологий перевода отработанных алюмохромовых катализаторов и высококипящих отходов в полезный и экологически безопасный продукт. Проблему обеспечения экологической безопасности при утилизации отходов процесса дегидрирования с дополнительным извлечением минерального сырья следует рассматривать в аспекте приоритетов развития и создания новых технологий XXI века. При этом решаются три главные задачи, обеспечивающие: комплексность утилизации, предполагающей создание безотходных производственных процессов; экологическую безопасность, предусматривающей перевод всех составляющих отходов в экологически безопасные или инертные вещества; дополнительное извлечение сырья, предполагающее расширение минерально-сырьевой базы за счет трансформации отходов в полезный товарный продукт.

Разработка новых подходов к утилизации отходов процесса дегидрирования для обеспечения экологической безопасности нефтехимических предприятий и дополнительного извлечения минерального сырья является актуальной проблемой. Отметим и тот факт, что общая проблема экологически безопасного обращения с отходами имеет в настоящее время глобальный и трудноразрешимый характер в связи с их колоссальным накоплением.

Проблема отходов получила большое распространение в XX веке, когда места, отведенные под складирование, захоронение стали занимать огромные площади. Эти земли полностью изымаются из обращения и становятся непригодными для человека. Последствия захоронения отходов связаны не только с загрязнением почв, но и подземных вод, при чем время и продолжительность этого воздействия не поддается количественной оценке.

178

Отметим, что под утилизацией отходов понимаем обезвреживание с одновременным извлечением полезных продуктов из промышленных отходов. При рациональной утилизации отработанных алюмохромовых катализаторов и высококипящих отходов можно значительно снизить нагрузку на окружающую среду, издержки производства и расход энергии. Требования безопасности применения алюмохромовых катализаторов высоки, так как они содержат токсичные соединения хрома (Ш), хрома (VI).

Токсичность алюмохромовых катализаторов (АОК–73–21, КДМ, ИМ-2201и др.) обусловлена присутствием пыли оксида хрома (Ш) - 2-й класс опасности по ГН 2.2.1.1313-03, а также присутствие оксида хрома (VI) в количестве не более 4%, класс опасности 1 по ГН 2.2.1.1313-03. Оксид хрома (Ш) пожаро- и взрывобезопасен, нерастворим в воде, кислотах и щелочах. По степени воздействия на организм является веществом высокоопасным по ГОСТ 2912-79.

Предельно допустимая концентрация оксида хрома (Ш), в воздухе рабочей зоны составляет 0,03мг/м3 по ГОСТ 12.1.005 и ГН 2.2.1.1313-03. По степени воздействия на организм человека оксид хрома (Ш), умеренно опасен. Предельно допустимая концентрация оксида хрома (VI) составляет 0,03/0,01 мг/см3, доказано, что он обладает канцерогенным действием. Алюмохромовые катализаторы не горючи, пожаро- и взрывобезопасны. Оксид хрома может попадать в организм при вдыхании в виде аэрозоля и вызывать острые отравления. При длительном воздействии на организм оксид хрома в концентрации, превышающей предельно допустимую, вызывает заболевания органов дыхания, желудочно-кишечного тракта, почек. При попадании на кожу оксид хрома вызывает дерматиты, экземы, при попадании на поврежденную кожу - появление язв.

Учитывая канцерогенную опасность для человека соединений шестивалентного хрома, необходимо строго соблюдать требования Сан Пин 1, 2, 2353. – 08 «Канцерогенные факторы и основные требования к профилактике канцерогенной опасности».

Нами проведена сравнительная характеристика алюмохромовых пылевидных катализаторов на выявление содержания хрома следующих марок: ИМ-2201 - производства Новокуйбышевского НХК, Н-0730 - производства фирмы «Гудри», Н-0322 - производства фирмы «Гудри», SNK-10 - производства фирмы «Хальдор Топсѐ» (аналог отечественного СПС, производства НПО «Ярсинтез»), АОК-73-21 - производства ЗАО «Катализаторная компания», г. Новосибирск. Лабораторные испытания новых катализаторов показывают следующие результаты. По результатам эксперимента сделаны следующие выводы: по снижению каталитической активности катализаторы располагаются в ряд: по содержанию хрома: АОК-73-21, Н-0730, ИМ-2201, SNK-10, Н-0322. По результатам лабораторных испытаний лучшие показатели у отечественного катализатора АОК-73-21, в том числе по содержанию хрома. На Тобольском нефтехимическом комбинате ООО

179

«Тобольск – Нефтехим» процесс дегидрирования изобутана в изобутилен осуществляется в псевдосжиженном слое пылевидного алюмохромового катализатора ИМ-2201, который используется уже более 40 лет. Расходная норма катализатора до 30 кг на тонну изобутилена - очень высока, поэтому эксплуатация катализатора связана с рядом проблем: защита окружающей среды от выбросов катализаторной пыли, утилизация отработанного катализатора и др. Другой отход процесса дегидрирования - отработанное «охлаждающее» масло, используемое для охлаждения контактного газа дегидрирования н-бутана, бутенов и изоамиленов. В процессе работы данная фракция насыщается смолами, ароматическими углеводородами и продуктами частичного крекинга углеводородов, теряя, при этом, свои свойства, периодически часть отработанной фракции выводится из системы и отгружается потребителям в качестве топлива (мазута) для котельных установок. Данный отход производства представляет собой темную высокосмолистую жидкость, имеющую плотность: 0,98 -1,10 г/см3, вязкость – выше 250 мм2/с и температуру вспышки – выше 80 ºС. Учитывая выше изложенное была поставлена цель исследования: разработать условия квалифицированной утилизации данных отходов процесса дегидрирования с

энерго- и ресурсосбережения.

Научный руководитель - Шантарин В.Д. д.т.н., профессор кафедры ТУР ТюмГНГУ.

180