Betriebsbegleitende Bewertung von Rohren aus einer aluminiumoxidbildenden Legierung, die aus Ethylen-Cracking-Wicklungen entnommen wurden

In petrochemischen Hochtemperaturprozessen wie dem Ethylen-Cracken sind die Materialien der Ofenrohre extremen thermischen und chemischen Belastungen ausgesetzt, was zu Oxidation, Aufkohlung und mechanischem Verschleiß führt. Die Entwicklung fortschrittlicher Legierungen mit überragender Oberflächenoxidstabilität und mikrostruktureller Widerstandsfähigkeit ist unerlässlich, um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten und die Lebensdauer der Komponenten zu verlängern. Paralloy Group ist auf das Schleudergussverfahren für Rohrleitungen aus hochnickel- und hochchromhaltigem hitzebeständigem Stahl spezialisiert, die für extreme Hochtemperatur- und Korrosionsumgebungen ausgelegt sind. Unter diesen wurde die firmeneigene, Aluminiumoxid bildende Legierung XAl4 entwickelt, um die Oxidationsbeständigkeit durch die Bildung einer stabilen, fest haftenden Schutzschicht aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) zu verbessern.

Unsere Studie untersucht das Verhalten von XAl₄-Rohren, die nach langem Einsatz bei Temperaturen von über 1000 °C aus einem Ethylen-Crackofen entnommen wurden. Es wurde eine umfassende, auf mehreren Verfahren basierende Bewertung durchgeführt, um die mechanische Integrität, die Entwicklung der Mikrostruktur und die Oberflächenabnutzung an verschiedenen Abschnitten der Rohrschlange zu beurteilen. Die Ergebnisse bestätigen, dass die Aluminiumoxidschicht auf dem XAl₄ während der gesamten Betriebsdauer durchgehend und fest haftend blieb und somit eine hervorragende Beständigkeit gegen Oxidation und Aufkohlung bot. Selbst in den thermisch am stärksten beanspruchten Bereichen trat nur minimale Abplatzung auf, was die Schutzstabilität der Al₂O₃-Schicht bestätigt. Mikrostrukturelle Untersuchungen zeigten eine stabile austenitische Matrix mit begrenzter Karbidvergröberung, was auf eine robuste metallurgische Stabilität bei längerer Einwirkung hindeutet. Mechanische Prüfungen ergaben, dass XAl4 einen erheblichen Teil seiner ursprünglichen Zug- und Kriechfestigkeit beibehielt, wobei die Schwankungen mit den lokalen Betriebsbedingungen korrelierten.

Insgesamt belegen diese Ergebnisse die Hochtemperaturbeständigkeit von XAl4 und unterstreichen die Eignung von aluminiumoxidbildenden Legierungen für Ofenanwendungen der nächsten Generation. Diese Arbeit liefert wichtige Erkenntnisse für die Lebenszyklusanalyse, Wartungsstrategien und die Legierungsoptimierung und betont die Bedeutung einer ortsspezifischen Bewertung bei der Charakterisierung nach dem Einsatz.

Nagesh Narasimha Prasad 1, Kevin Dourgaparsad 1, Abel Rapetti 1, Begoña Gomez Ferrer 1, Naveen Manikanteswaran 2, Dominique Flahaut 2

1 Manoir France SAS, 12 Rue des Ardennes, 27590 Pîtres

2 Paralloy Ltd, Paralloy House, Nuffield Road, Billingham, TS23 4DA