Temperatura màxima de servei del tub de la caldera d'alta-pressió: grau-per-límits de grau

Per què els tubs de la caldera tenen un límit de temperatura

Els tubs de calderes d'alta pressió-funcionen en condicions severes: pressió interna elevada, temperatura elevada, gasos de combustió d'alta-velocitat per un costat i aigua o vapor per l'altre, a més de corrosió i erosió. Un tub ha de sobreviure a aquest deure amb seguretat durant 10 a 20 anys o més. Cada grau d'acer té una temperatura metàl·lica màxima permesa, per sobre de la qual es fa càrrec un dels tres mecanismes de fallada: fluència, la deformació lenta-depenent del temps del metall a alta temperatura que finalment condueix a la ruptura; oxidació i descamació, que aprima la paret i crea punts calents; i la degradació de la microestructura, on l'exposició llarga engrosa els carburs i precipita i redueix permanentment la resistència a la fluència del material.

En general, els tubs de caldera d'aliatge poden funcionar a temperatures més altes que els tubs d'acer al carboni del mateix diàmetre. La taula següent resumeix els graus de tubs de calderes d'alta pressió-estàndards-xinès que s'utilitzen habitualment i les seves temperatures màximes permeses.

Temperatura màxima permesa per grau

De la taula se segueixen dues observacions. En primer lloc, la capçalera de gran-diàmetre i els-tubs de vapor principals del mateix grau es limiten a una temperatura més baixa que els tubs de -diàmetre petit, perquè la paret gruixuda d'una capçalera gran és més sensible als danys per fluïdesa i a l'estrès tèrmic. En segon lloc, el salt de l'acer al carboni a l'acer al crom-molibdè és el pas més important: aproximadament 50 - 100 graus C de capacitat addicional, motiu pel qual pràcticament tots els sobreescalfadors per sobre de 450 graus C utilitzen graus d'aliatge.

Com llegir i utilitzar els límits

Els valors de la taula són temperatures metàl·liques màximes permeses, no temperatures de funcionament del vapor o dels gasos de combustió. La temperatura del metall es calcula a partir de la temperatura del fluid, el flux de calor i el gruix de la paret, i el codi proporciona valors de tensió admissibles que disminueixen amb la temperatura. Per a cada ubicació del tub, s'han de complir tant el límit de temperatura com la tensió admissible. Quan es dissenya o s'actualitza una unitat, es selecciona el grau de tub per a cada secció de manera que la temperatura màxima del metall es mantingui per sota del límit amb marge i el gruix de la paret es determina per la pressió i la tensió admissible a aquesta temperatura.

Guia de selecció

Seleccioneu 20G o 20MnG per a parets d'aigua-, economitzadors i altres circuits de baixa-temperatura de fins a uns 480 °C en diàmetres petits. Seleccioneu 15CrMoG o 12CrMoG per a circuits intermedis i per a sobreescalfadors de fins a 510 - 550 graus C. Seleccioneu 12Cr1MoVG per a sobreescalfadors, reescalfadors i capçaleres de fins a 565 - 580 graus C, i els graus reforçats de vanadi-com ara 12Cr1MoVG on el disseny de Cr2Cr20g necessita un disseny superior. 600 °C, utilitzeu el grau de crom al 9%-10Cr9Mo1VNb o els graus austenítics com ara 1Cr18Ni9 i 1Cr18Ni11Nb, que combinen una alta-resistencia a la temperatura amb la resistència a l'oxidació. Verifiqueu les condicions de lliurament (normalitzades i temperades), els resultats de les proves mecàniques i els registres del tractament tèrmic-al certificat del molí i confirmeu la qualitat amb l'estàndard nacional actual per als tubs de la caldera.

Concepcions errònies comuns

Primer error: utilitzar la temperatura del fluid com a temperatura del metall. En un sobreescalfador de flux-calor-alt, el metall del tub pot córrer considerablement més calent que el vapor de l'interior i el disseny ha d'utilitzar la temperatura del metall calculada. Segon error: suposar un grau-d'aliatge més alt sempre és millor. Els graus d'aliatge costen més, solden de manera diferent i poden ser més sensibles al tractament tèrmic incorrecte; s'han d'utilitzar només on la temperatura ho requereixi. Tercer error: ignorar l'efecte diàmetre. El mateix grau té límits de temperatura diferents per a tubs petits i capçals grans, de manera que no es pot citar una sola temperatura màxima per a un grau sense indicar el calibre. Error quatre: estendre el servei més enllà del límit perquè el tub sembla so per fora. Els danys per fluïdesa són interns i invisibles fins a la fallada, de manera que el funcionament ha de respectar el disseny original o estar recolzat per un programa d'avaluació de la vida-formal.

Preguntes freqüents

Quina és la temperatura màxima de servei d'un tub de caldera de 20 G?

Uns 480 ºC per a tubs de -diàmetre petit (parets-d'aigua, economitzadors) i 430 ºC per a tubs de-diàmetre gran (capçaleres i canonades de connexió). Per sobre d'aquest rang, la tensió admissible de l'acer al carboni cau ràpidament i la fluència es converteix en el factor rector.

Per què els tubs de caldera d'aliatge poden funcionar més calents que els tubs d'acer al carboni?

El crom i el molibdè reforcen l'acer contra la fluència a alta temperatura, i el crom millora la resistència a l'oxidació. Les addicions d'aliatge frenen el moviment de les dislocacions i l'engruiximent dels carburs, de manera que el material conserva una resistència útil a temperatures metàl·liques on l'acer al carboni es desplaçaria ràpidament.

Quina és la temperatura màxima per a 15CrMoG?

Aproximadament 510 ºC per al servei de paret d'aigua i d'estalvi i fins a 550 ºC per a tubs de sobreescalfador i reescalfador de diàmetre petit-. La forma de capçalera de gran-diàmetre està limitada a uns 510 graus C.

Es pot utilitzar 12Cr1MoVG per a les capçaleres de vapor principals?

Sí, en la forma de diàmetre gran-s'utilitza per a tubs de vapor i capçals principals de fins a uns 565 ºC, mentre que la forma de diàmetre petit- serveix per sobreescalfadors i reescalfadors de fins a 580 ºC. L'addició de vanadi dóna a aquest grau la seva alta resistència a la fluència.

Què passa si un tub de caldera funciona per sobre del seu límit de temperatura?

La fluència s'accelera, la paret del tub s'aprima o s'infla lentament, l'escala d'òxid s'espesseix i s'esquinça i el tub es pot trencar de sobte. Fins i tot si el tub no falla immediatament, la seva vida restant s'escurça dràsticament, de manera que el funcionament sostingut per sobre del límit no és acceptable sense una avaluació de la vida formal.

Quin grau s'utilitza a 600 - 650 graus C?

A 600 graus C, s'utilitzen graus ferrítics reforçats amb vanadi-com ara 12Cr2MoWVTiB; a 620 - 650 graus C, el grau de crom al 9% 10Cr9Mo1VNb i els graus austenítics com 1Cr18Ni9 i 1Cr18Ni11Nb són les opcions pràctiques per a sobreescalfadors i reescalfadors.