resarПриродные ресурсы Арктики и СубарктикиArctic and Subarctic Natural Resources2618-97122686-9683Академия наук Республики Саха (Якутия)10.31242/2618-9712-2020-25-3-14resar-224Research ArticleМеталлургия и материаловедение. МатериаловедениеMetallurgy and materials science. Materials scienceАнализ разрушения материала трубы поддува котельной, эксплуатируемой в экстремальных условиях АрктикиFailure analysis of the material of water boiler pipe operated in the Arctic zone of the Republic of Sakha (Yakutia)https://orcid.org/0000-0003-2360-7983ЛеповВ. В.LepovV. V.

ЛЕПОВ Валерий Валерьевич, доктор технических  наук, директор

677980, Якутск, ул. Октябрьская, 1

LEPOV Valeriy Valerievich, doctor of technical sciences, director

1 Oktyabrskaya str., Yakutsk 677980

wisecold@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7392-6571АчикасоваВ. С.AchikasovaV. S.

АЧИКАСОВА Валентина Семеновна, ведущий инженер

677980, Якутск, ул. Октябрьская, 1

ACHIKASOVA Valentina Semenovna, engineer

1 Oktyabrskaya str., Yakutsk 677980

achikasova@iptpn.ysn.ruМахароваС. Н.MakharovaS. N.

МАХАРОВА Сусанна Николаевна, кандидат технических наук, старший научный сотрудник

677980, Якутск, ул. Октябрьская, 1

MAKHAROVA Susanna Nikolaevna, candidate of technical science, leading researcher

1 Oktyabrskaya str., Yakutsk 677980

snmachar@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2405-7426ЗахаровВ. Е.ZakharovV. E.

ЗАХАРОВ Василий Егорович, научный сотрудник

677980, Якутск, ул. Октябрьская, 1

ZAKHAROV Vasilii Egorovich, researcher

1 Oktyabrskaya str., Yakutsk 677980

vasss@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3936-9158ПавловН. В.PavlovN. V.

ПАВЛОВ Никита Владимирович, зав. отделом

677980, Якутск, ул. Октябрьская, 1

PAVLOV Nikita Vladimirovich, head of the department of energetics problems

1 Oktyabrskaya str., Yakutsk 677980

pavlov_nv@iptpn.ysn.ruИнститут физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАНРоссияLarionov Institute of the physical-technical problems of the North SB RASRussian Federation202024092023253143151Copyright © Лепов В.В., Ачикасова В.С., Махарова С.Н., Захаров В.Е., Павлов Н.В., 20232023Лепов В.В., Ачикасова В.С., Махарова С.Н., Захаров В.Е., Павлов Н.В.Lepov V.V., Achikasova V.S., Makharova S.N., Zakharov V.E., Pavlov N.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://resar.elpub.ru/jour/article/view/224

В работе произведен анализ режима работы трубы поддува угольного котла КВм-2.5ЛБ котельной, эксплуатируемой в одном из арктических поселков Республики Саха (Якутия), а также методами оптической и электронной растровой микроскопии исследованы образцы разрушенного участка трубы. Определен состав металла, с помощью метода измерения микротвердости оценены его механические характеристики. Хотя вначале микроструктурный анализ указывал на то, что материал трубы подвергнут сильному перегреву, однако более чем двукратное утонение стенки трубы и наличие свищей, которые в дальнейшем неоднократно заваривались, доказывало коррозионный характер разрушения. Расчет показал гарантированное достижение точки росы и конденсацию влаги на трубе вследствие специфического низкотемпературного режима в большом диапазоне влажности воздуха при эксплуатации котла. Конструкция котла, или материал труб, таким образом, должны быть изменены вследствие того, что не удовлетворяют экстремальным условиям эксплуатации, поскольку низкие температуры окружающей среды вызывают интенсификацию теплообмена, понижение температуры выходных газов, конденсацию влаги и коррозию металла трубы.

The failure of the air-introducing pipe of water boiler in an Arctic settlement of the Republic of Sakha (Yakutia) was studied. The operation mode was studied, and the samples of the destroyed pipe material were investigated by means of optical and electron scanning microscopy. Metal composition was determined, and mechanical characteristics were evaluated. Microstructure analysis initially pointed to a strong thermal overheating of the pipe material, however, more than twofold thinning of the pipe wall and the presence of flaws that were repaired by manual arc welding several times later on proved the corrosion nature of destruction. Calculation revealed that the dew point was reached and moisture was condensed on the pipe as a concequence of specific low-temperature regime within a large range of air humidity during the operation of the boiler. Thus, it is necessary to change the design of the boiler or the pipe material because the existing version does not suite the extremal performance conditions, since the low a,bient temperature causes intensification of heat exchange, a decrease in the temperature of stack effluent, condensation of moisture and corrosion of the pipe metal.

трубная стальперегревмикроструктураэлектронная микроскопиямикротвердостьэлементный анализкоррозияточка росыразрушениеpipe steelthermal overheatingmicrostructureelectron microscopymicrohardnessspectral analysiscorrosiondew pointfractureРабота выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 18-48-140015) и Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук (проект III.28.1.1.) с использованием оборудования Центра коллективного пользования ФИЦ ЯНЦ СО РАН.The reported study was partially funded by RFBR, project number 18-48-140015, in theoretical and scanning microscopy research, and by Ministry of Science and Education of Russian Federation, Project III.28.1.1 in the frames of Program for Basic Research of the Siberian Branch of Russian Academy of sciences, in experimental spectral analysis, optical metallography and microhardness study. Also the research was done using equipment of the Shared core facilities of the Federal Research Center of the Yakutsk Science Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences.ReferencesСтенников В.А., Петров Н.А., Иванова И.Ю., Добровольская Т.В., Павлов Н.В. Проблемы и направления развития теплоснабжения Республики Саха (Якутия) в среднесрочной перспективе // Энергетическая политика. 2018. № 1. С. 64–74.Stennikov V.A., Petrov N.A., Ivanova I.Yu., Dobrovolskaya T.V., Pavlov N.V. Problemy i napravleniya razvitiya teplosnabzheniya Respubliki Sakha (Yakutiya) v srednesrochnoj perspektive // Energeticheskaja politika. 2018. No. 1. P. 64–74.Доброхотов В.И., Жгулев Г.В. Эксплуатация энергетических блоков. М.: Энергоатомиздат, 1987. 256 с.Dobrokhotov V.I., Zhgulev G.V. Expluatatsia energeticheskih blokov. Moscow: Energoatomizdat, 1987. 256 p.Benac D.J. Failure avoidance brief: estimating heater tube life // J. Fail Anal. Prev. No. 9. 2009. P. 5–7.Benac D.J. Failure avoidance brief: estimating heater tube life // J. Fail Anal. Prev. No. 9. 2009. P. 5–7.Singh P.M., Mahmood J. Stress assisted corrosion of waterwall tubes in recovery boiler tubes: failure analysis // J. Fail Anal. Prev. 2007. No. 7. P. 361–370.Singh P.M., Mahmood J. Stress assisted corrosion of waterwall tubes in recovery boiler tubes: failure analysis // J. Fail Anal. Prev. 2007. No. 7. P. 361–370.Perdomo J.J., Spry T.D. An overheat boiler tube failure // J. Fail Anal. Prev. 2005.No. 5. P. 25–28.Perdomo J.J., Spry T.D. An overheat boiler tube failure // J. Fail Anal. Prev. 2005.No. 5. P. 25–28.Lee N.H., Kim S., Choe B.H., Yoon K.B., Kwon D.I. Failure analysis of a boiler tube in USC coal power plant // Eng. Fail Anal. 2009. Vol. 16. P. 2031–2035.Lee N.H., Kim S., Choe B.H., Yoon K.B., Kwon D.I. Failure analysis of a boiler tube in USC coal power plant // Eng. Fail Anal. 2009. Vol. 16. P. 2031–2035.Satyabrata C. Some aspects of metallurgical assessment of boiler tubes – basic principles and case studies // Mater. Sci. Eng. A. 2006. Vol. 432. P. 90–99.Satyabrata C. Some aspects of metallurgical assessment of boiler tubes – basic principles and case studies // Mater. Sci. Eng. A. 2006. Vol. 432. P. 90–99.Liu S.W., Wang W.Z., Liu C.J. Failure analysis of the boiler water-wall tube // Case Studies in Engineering Failure Analysis, 2017. No. 9. P. 35–39.Liu S.W., Wang W.Z., Liu C.J. Failure analysis of the boiler water-wall tube // Case Studies in Engineering Failure Analysis. 2017. No. 9. P. 35–39.Duarte C.A., Espejo E., Martinez J.C. Failure analysis of the wall tubes of a water-tube boiler // Engineering Failure Analysis. 2017. Vol. 79. P. 704–713.Duarte C.A., Espejo E., Martinez J.C. Failure analysis of the wall tubes of a water-tube boiler // Engineering Failure Analysis. 2017. Vol. 79. P. 704–713.Dhua S.K. Metallurgical investigation of failed boiler water-wall tubes received from a thermal power station // Eng. Fail Anal. 2010. No. 17. P. 1572–1579.Dhua S.K. Metallurgical investigation of failed boiler water-wall tubes received from a thermal power station // Eng. Fail Anal. 2010. No. 17. P. 1572–1579.Ahmad J., Purbolaksono J., Beng L.C., Rashid A.Z., Khinani A., Ali A.A. Failure investigation on rear water wall tube of boiler // Eng. Fail Anal. 2009. No. 16. P. 2325–2332.Ahmad J., Purbolaksono J., Beng L.C., Rashid A.Z., Khinani A., Ali A.A. Failure investigation on rear water wall tube of boiler // Eng. Fail Anal. 2009. No. 16. P. 2325–2332.Яковлева С.П., Махарова С.Н. Фрактодиагностика технических объектов, разрушившихся при эксплуатации на Севере // Заводская лаборатория. Диагностика материалов, 2020. Т. 86, № 6. С. 40–47.Yakovleva S.P., Macharova S.N. Fracture diagnostics of the failure of engineering objects operated in the North // Industrial Laboratory. Diagnostics of Materials. 2020. No. 6 (86). P. 40–47Lepov V., Grigoriev A., Bisong M. et al. Microstructure Analyses and Multiscale Stochastic Modeling of Steel Structures Operated in Extreme Environment // Procedia Structural Integrity. 2018. No. 13. P. 1201–1208.Lepov V., Grigoriev A., Bisong M. et al. Microstructure Analyses and Multiscale Stochastic Modeling of Steel Structures Operated in Extreme Environment // Procedia Structural Integrity. 2018. No. 13. P. 1201–1208.Lepov V.V., Ivanov A.M., Loginov B.A. The mechanism of nanostructured steel fracture at low temperatures // Nanotechnologies in Russia. 2008. No. 3(11). P. 734–742.Lepov V.V., Ivanov A.M., Loginov B.A. The mechanism of nanostructured steel fracture at low temperatures // Nanotechnologies in Russia 3(11): P. 734–742.Бурцев С.И., Цветков Ю.Н. Влажный воздух. Состав и свойства. – СПб.: СПбГАХПТ, 1998. – 146 с.Burtsev S.I., Tsvetkov Yu.N. Vlazhnii vozdukh. Sostav i svoistva. SPb.: SPb State Cold Academy, 1998. 146 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.