Влияние графитизации на прочность чугунных труб экономайзеров водогрейных котлов

Представлены результаты исследования бывших в эксплуатации с 1986—1991 годов чугунных труб экономайзеров водогрейных котлов, не имеющих внешних визуальных повреждений. Определена закономерность изнашивания в виде графитизации поверхностного слоя внутренних стенок труб экономайзера. Исследования проводились с использованием растрового электронного микроскопа JSM-6390LV с приставкой для энергодисперсионного анализа, а также микротвёрдомера DuraScan 20. Даны снимки участков измерения микротвёрдости на участках, подвергшихся графитовой коррозии. Определены размеры полностью преобразованного в результате графитизации слоя и переходной зоны. Измерена микротвёрдость полностью преобразованного в результате графитизации слоя и переходной зоны. Установлено, что микротвёрдость этих зон существенно меньше микротвёрдости серого чугуна. Приведены результаты энергодисперсионного анализа и характерные диагностические признаки, идентифицирующие процесс графитизации. Предложен метод оценки несущей способности чугунных труб экономайзера в зависимости от величины графитизации. Математическая модель учитывает все основные свойства, особенности и физико-геометрические характеристики реальной конструкции, расчётная схема которой представляет собой жёстко-защемлённую по концам балку, изгибаемую равномерно-распределённой статической нагрузкой от собственной массы трубы и веса, протекающей по ней воды. Полученная расчётным путём остаточная толщина стенки трубы 4,53 мм. после износа её внутренней цилиндрической поверхности, сопоставима с известными опытными количественными данными статистического анализа аварийных ситуаций на экономайзерах. Полученные результаты могут быть использованы как при экспертном исследовании чугунных труб экономайзера, так и для обоснования их выбраковки или продления срока службы.

1. Dosa Ion and Tomus Ovidiu-Bogdan. Efficiency of Steam Generator Ecomomizer at Different Loads. — 2018. https://doi.org/: 10.26649/musci.2018.003

2. Miswar, Arsyad Hairul, and Arma Lukmanul. Construction Strength Evaluation of Boiler Economizer Tube Materials Based on Hardness Value // AIP Conference Proceedings. — 2023. https://doi.org/: 10.1063/5.0125978

3. Лепов В.В., Ачикасова В.С., Махарова С.Н., Захаров В.Е., Павлов Н.В. Анализ разрушения материала трубы поддува котельной, эксплуатируемой в экстремальных условиях Арктики // Природные ресурсы Арктики и Субарктики. — 2020 (25), № 3, 143—151. https://doi.org/10.31242/2618-9712-2020-25-3-14

4. Olawale J., Odusote J., Rabiu A., and Ochapa E. Evaluation of Corrosion Behaviour of Grey Cast Iron and Low Alloy Steel in Cocoa Liquor and Well Water // Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering. — 2013, no. 1, 44—48. https://doi.org/: 10.4236/jmmce.2013.12009

5. John Edward, Boxall Joby, Collins Richard, Bowman Elisabeth, and Susmel Luca. Multiaxial Fatigue of Water Pipe Grey Cast Iron // International Journal of Fatigue. — 2023, no. 178. https://doi.org/: 10.1016/j.ijfatigue.2023.108002

6. Hajali Masood, McNealy Ashan, and Efaz Ikram. Structural Analysis of Large Diameter Cast Iron Pipes under Cyclic Loading and Fatigue Failure. — 2023, 97—106. https://doi.org/:10.1061/97807844

7. Agala A., Khan M., and Starr A. Degradation Mechanisms Associated with Metal Pipes and the Effective Impact of LDMs and LLMs in Water Transport and Distribution // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. — 2023 (237), no. 8, 1855—1876. https://doi.org/:10.1177/09544062221133948

8. Tim A. Jur, James I. Middleton Jr., Anthony A. Yurko III, Ronald L. Windham, and James R. Grey Jr. Case Studies in Graphitic Corrosion of Cast Iron Pipe // J. Fail. Anal. and Preven. — 2021 no. 21, 376—386. https://doi.org/10.1007/s11668- 020-01097-0

9. Adegbite S., Fahimi A., Evans T.S., Farrow J., Jesson D.A., Mulheron M., and Smith P.A. Trunk Mains Failures: The Effect of Corrosion on Residual Pipe Strength // 4th International Conference on Integrity, Reliability and Failure (2013-06-23 Funchal, Portugal). — 2013

10. Carlos Jara-Arriagada and Ivan Stoianov. Pressure-Induced Fatigue Failures in Cast Iron Water Supply Pipes // Engineering Failure Analysis. — 2024 (155). https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2023.107731

11. Височкин В.А. О правовом обеспечении производства и реализации бывших в употреблении стальных труб // Экологический вестник России. — 2018, № 6, 48—51

12. Logan R., Mulheron Mike, Jesson David, Smith P., Evans T., Clay-Michael N., and Whiter J. Graphitic Corrosion of a Cast Iron Trunk Main: Implications for Asset Management // WIT Transactions on the Built Environment. — 2014 (139), 411—422. https://doi.org/10.2495/UW140351

13. Yeshanew, Desalegn A., Moera G. Jiru, Hirpa G. Lemu, and Mesay A. Tolcha. Internal Corrosion Damage Mechanisms of the Underground Ferrous Water Pipelines // Advances in Science and Technology Research Journal. — 2022 (16), no. 3, 111— 123. doi:10.12913/22998624/149369

14. Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости / пер. с англ. М.И. Рейтмана, под ред. Г.С. Шапиро. — М.: Наука. — 1975 15. Биргер И.А., Мавлютов Р.Р. Сопротивлен