ОГОЛОВОК ФАКЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к оголовкам факельных установок для сжигания аварийных, постоянных и периодических выбросов горючих газов и может быть использована в добывающей, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, газоперерабатывающей и других отраслях промышленности.
Оголовок факельной установки подвержен воздействию открытого пламени, высокотемпературной коррозии, термоциклических и других нагрузок, совместное воздействие которых приводит к снижению срока службы и высоким эксплуатационным затратам.
Кроме того, длительный нагрев также вызывает появление новой структурной составляющей сигма-фазы - хрупкого, твердого немагнитного интерметаллического соединения, имеющего переменный состав и состоящее преимущественно из хрома. Сигма-фаза образуется в виде выпадающих мелкодисперсных карбидов по границам и внутри зерен в местах дендритной неоднородности. Образование сигма-фазы приводит к охрупчиванию сталей, снижению их пластичности и жаропрочности. Особенно значительное снижение механических свойств происходит при образовании сигма-фазы по границам аустенитных зерен. В данном случае ударная вязкость стали уменьшается в 10 раз и в конечном итоге приводит к растрескиванию оголовка.
Одной из основных причин выхода факельной установки из строя является обезуглероживание стали. Процесс обезуглероживания состоит в том, что количество углерода на поверхности нагреваемого металла уменьшается из-за того, что кислород воздуха в первую очередь окисляет углерод, а не железо. Обезуглероживание стали наступает тогда, когда скорость диффузии углерода больше, чем скорость окисления железа. С повышением температуры и содержания в стали углерода степень обезуглероживания увеличивается. Обезуглероживание понижает механические свойства металла - несущая способность конструкций резко уменьшается, что в конечном итоге приводит к их деформации под действием ветра, давления и перепадов температур.
Одним из способов защиты от негативного влияния среды является применение покрытий. Покрытия на основе металлов, сплавов, керамик, получаемые газотермическим напылением, широко используются в промышленности для защиты от коррозии и износа. Такие покрытия имеют слоистую («чешуйчатую») структуру, которая образуется при ударе расплавленных капель о поверхность подложки с последующей кристаллизацией. Пористость и недостаточная связь между чешуйками ослабляет силу связи покрытия с подложкой (адгезию) и его коррозионную стойкость.
В качестве прототипа взят оголовок факельной установки (US 2007/0238058 А1, МПК F23G 7/08, опубликовано 11.10.2007). В известном оголовке на его поверхность нанесено покрытие из низкоэмиссионного материала. Недостатком известного устройства является низкая адгезия и низкая стойкость к термоудару применяемого покрытия.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является применение в качестве покрытия на оголовке факельной установки такого покрытия, использование которого увеличило бы ресурсные характеристики за счет снижения обезуглероживания материала из которого выполнен факельный оголовок, сохранения его прочностных характеристик и обеспечение увеличения коррозионной стойкости.
Техническим результатом от использования полезной модели является увеличение срока службы оголовка факельной установки.
Одним из самых эффективных способов увеличения характеристик покрытия является использование композиционных термореагирующих составов.
В первом варианте оголовок факельной установки, выполнен с нанесенным на его поверхность покрытием, при чем, применяют покрытие на основе MeAl, MeCr, MeCrAl, MeCrAlY толщиной, по меньшей мере, 10 мкм, при этом покрытие может быть выполнено с неорганической пропиткой.
Во втором варианте оголовок факельной установки, выполнен с нанесенным на его поверхность двухслойным покрытием, причем первым слоем нанесено покрытие на основе MeAl, MeCr, MeCrAl, MeCrAlY толщиной, по меньшей мере, 10 мкм, а вторым слоем нанесено покрытие на основе А1, при этом покрытие может быть выполнено с неорганической пропиткой.
Степень защиты увеличивается, если после нанесения покрытия MeAl, MeCr, MeCrAl, MeCrAlY провести его диффузионное алитирование, т.е. дополнительно нанести покрытие на основе А1. Такое покрытие дополнительно снизит сквозную пористость, увеличит прочность сцепления покрытия и увеличит содержание алюминия в композиционном покрытии в несколько раз. Для диффузионного алитирования на поверхность покрытия MeAl, MeCr, MeCrAl, MeCrAlY газотермическим методом наносится покрытие на основе А1. При том в ходе эксплуатации из-за воздействия высоких температур постепенно будет происходить дальнейшее диффузионное алитирование.
С целью исключения электрохимического взаимодействия между слоями покрытия и подложкой, а также дополнительной изоляции пор применяют пропитки. Процесс пропитывания состоит в изоляции покрытия неорганическими растворами.
Неорганические пропитки могут быть выбраны из следующих классов соединений: фосфаты (алюминия), хроматы (хромовая кислота), силикаты (натрия и этилсиликат), золь-гель или другие растворы.
Пример: Было изготовлено три образца из жаропрочной аустенитной стали 08Х16Н9М2. Два образца были зачищены от минеральных масел и проведена пескоструйная обработка. Затем на оба образца газотермическим методом нанесено покрытие MeCrAl. В качестве Me был взят материал основы (сталь 08Х16Н9М2). Покрытие нанесено толщиной 250 мкм. После этого покрытие одного из образцов с покрытием было обработано неорганической пропиткой на основе фосфата алюминия, а на другой образец дополнительно нанесено покрытие из А1. Все три образца были подвергнуты испытанию на жаростойкость при температуре 1200°С в течении 30 часов. Вслед за тем были проведены лабораторные исследования испытанных образцов. На образце без покрытия наблюдалось коррозионное растрескивание поверхности, кроме того за счет обезуглероживания поверхности уменьшилась твердость образца, тогда как на образцах, на которые было нанесено покрытие ни каких изменений не наблюдалось.
Результатом применения металлического покрытия с пропиткой или двухслойного металлического покрытия является предотвращение окисления и обезуглероживания материала оголовка за счет изоляции его от внешней среды, тем самым увеличивается срок службы оголовка факельной установки в целом.