Метановодородная фракция. На всех печах пиролиза малой мощности в качестве топлива используется метановодородная фракция. Печи пиролиза оборудованы горизонтальными змеевиками из сталей 10Х23Н18, 12Х20Н14С2, которые крепятся в средней части печи, в потолочных и подовых экранах. Рабочая температура наружной стенки змеевиков по проекту составляет 950 °С, а практически при закоксовывание труб достигает 1050 °С. Неохлаждаемые детали крепления имеют температуру 1100 — 1150°С. Выхода из строя змеевиков этих печей из-за коррозии поверхности труб за весь период эксплуатации печей пиролиза не наблюдалось. Однако имелись случаи разрушения подвесок, елочек и других печных деталей. Исследования вышедших из строя литых деталей из стали 25Х23Н7СЛ показали, что разрушение вызвано насыщением деталей азотом, который придает металлу повышенную хрупкость.
Наблюдались [24] аналогичные случаи выхода из строя печных деталей из жаростойких сталей. Исследования показали, что рабочие поверхности насыщаются азотом. Азот образует с хромом хрупкие соединения, которые понижают пластичность и в зависимости от вида и величины напряжения (деформации) детали приводят к надрыву и последующему разрушению.
При исследовании труб и деталей из хромоникелевых сталей типа 25—20, 25—35, 28—48, 28—50 с Si, 25—20 с Si и 25—12 с Si после эксплуатации их в промышленных печах с температурой нагрева до 1150°С было выявлено, что на одних трубах из стали 25—20, находящихся вблизи от горелки, азотирование наблюдается по всей длине с концентрацией азота в средней части 1,1 и 0,75 % — по концам. На деталях и участках труб, удаленных от пламени, но имеющих достаточно высокую температуру, наблюдаются локальные участки, насыщенные азотом до 1,14 % (при содержании азота в исходном металле
05 %). На печных деталях из стали типа 25—12 с Si (40Х24Н12СЛ), работающих при 900—950 °С, после 4,5 лет в одном случае и после 6 лет в другом — содержание азота в металле составляло в поверхностном слое 0,50—0,95 %.
Установить зависимость степени насыщения азотом от условий (продолжительности и температуры) работы печных деталей не удалось [23]. Однако отмечено, что литая поверхность деталей подвергается более интенсивному насыщению азотом, чем деформированная и механически обработанная. Обработанная поверхность практически не азотируется, а на необработанной имело место азотирование на глубину 2—3 мм. В то же время в результате промышленного наблюдения за поведением центробежнолитых труб, статически литых и деформированных деталей не выявлено особого различия в насыщении азотом в зависимости от способа изготовления и структуры металла. На склонность сталей к азотированию оказывает влияние их химический состав. Хромистые стали сильнее подвержены азотированию, чем хромоникелевые, и чем выше содержание никеля, тем стойкость больше.
Процесс насыщения азотом зависит в большой степени от температуры нагрева поверхности деталей, так как, с одной стороны, повышение температуры увеличивает константу диссоциации азота и усиливает процесс насыщения, а с другой — повышение температуры до предела жаростойкости стали приводит к нарушению защитной оксидной пленки, которая из-за образования нитридов хрома (Cr2N) и обеднения матрицы хромом совсем теряет свои защитные свойства. Повышение содержания никеля в хромоникелевой стали с 12 до 30 % оказывает меньшее влияние на интенсивность насыщения се азотом, чем повышение температуры с 970 до 1120°С [24]. Поэтому для высокотемпературных печных деталей, где азотирование может привести к их разрушению, рекомендуется применять стали с повышенным содержанием никеля (например, вместо 35Х23Н7СЛ — 40Х24Н12СЛ или 20Х23Н18) и при возможности производить механическую обработку ответственных поверхностей для создания на них тонкого слоя защитной оксидной пленки.