Jeklene cevi za visoko{0}}tlačne kotle: standardi, materiali in inženirske smernice

Zakaj so tlačne cevi kotla drugačne

Visokotlačni kotel- deluje z vodo ali paro pri tlakih, ki lahko presežejo 10 MPa v pomožnih enotah in temperaturah nad 500 stopinj Celzija v krogih pregrevalnika. Pod temi pogoji cev ni le vod: je komponenta,-ki vsebuje pritisk, katere okvara lahko sprosti ogromno shranjene energije. Iz tega razloga tlačne dele kotla urejajo konstrukcijske kode in specifikacije materialov, ki so veliko strožje od tistih, ki veljajo za navadne vodovodne ali plinske cevi. Prva naloga načrtovalca je, da izbere material, katerega dovoljena napetost pri delovni temperaturi je potrjena s kodo in katerega proizvodnja in testiranje sta bila izvedena v skladu z ustrezno specifikacijo.

Prav tako je pomembno, da smo jasni glede terminologije. To, kar običajno imenujemo visoko{1}}kotlovna cev ali kotlovna cev, je običajno izdelek z majhnim-premerom, debelo-steno in velika večina tlačnih delov kotla je izdelana kot brezšivna cev. Varjene cevi, vključno s spiralno varjenimi (vijačnimi šivi) cevmi, se zakonito uporabljajo v kotlovnicah, vendar so skoraj v celoti zunaj tlačnega ovoja: kanali za dimne pline, zračni kanali, ploščadi, ograje, podporne konstrukcije in nizkotlačne-pomožne cevi. Razlog ni v tem, da so zvari sami po sebi šibki, ampak v tem, da kombinacija povišane temperature, lezenja, toplotne utrujenosti in korozije v kotlovskih tokokrogih zahteva enotno strukturo brez-defektov, ki jo zagotavlja brezšivna proizvodnja z najmanj spremenljivkami.

Veljavni standardi za kotlovske cevi

Več mednarodnih standardov določa materiale, ki se uporabljajo v tlačnih delih kotla. V kitajski praksi GB/T 5310 zajema brezšivne jeklene cevi za visoko{2}}kotle in vključuje stopnje, kot so 20G, 15CrMoG, 12Cr1MoVG in višje{7}}zlitine, ki se uporabljajo v superkritičnih enotah. V mednarodni praksi ASTM A106 zajema brezšivne cevi iz ogljikovega jekla za uporabo pri visokih{10}}temperaturah, ASTM A335 zajema brezšivne cevi iz feritnega legiranega jekla za uporabo pri visokih{12}}temperaturah (stopnje P11, P22, P91 in podobno), ASTM A213 pa zajema brezšivne kotle iz feritnega in avstenitnega legiranega jekla, pregrevalnik in toplotne izmenjevalne-cevi. EN 10216-2 igra enako vlogo v evropski praksi. Vsaka od teh specifikacij določa mejne vrednosti kemične sestave, natezne lastnosti pri sobni temperaturi in v mnogih primerih podatke o tečenju ali lezenju pri povišani temperaturi, ki jih zahteva koda načrtovanja.

Izbira med temi standardi je običajno odvisna od države načrtovanja, specifikacije projekta ali veljavne kode za tlačne posode, kot je oddelek I ASME, ASME B31.1 ali ustrezne kitajske kode za kotle. Tehnično je pomembno, da razred cevi, debelina stene in dovoljena napetost, uporabljena v izračunu, izvirajo iz iste kode, ker so dovoljene napetosti pri temperaturi kod-specifične vrednosti, ki jih v sistemih ni mogoče mešati.

Stopnje materialov in njihova temperaturna območja

Razredi ogljikovega jekla, kot sta 20G (GB/T 5310) in A106 razreda B ali C, so varčni za uporabo do približno 425 stopinj Celzija. Nad to temperaturo trdnost ogljikovega jekla hitro pade in dolgoročno-lezenje postane vodilni dejavnik. Nato so potrebna legirana jekla: 15CrMoG in 12Cr1MoVG (ali A335 P11 in P22 v terminologiji ASTM) razširijo delovanje na območje 480-580 stopinj Celzija, medtem ko se jekla 9Cr-1Mo-V, kot je P91 in kitajski ekvivalent 10Cr9Mo1VNbN, uporabljajo za superkritične in ultra-superkritični zbiralniki, parni vodi in odseki ponovnega gretja, kjer je trdnost pri 580-620 stopinjah Celzija bistvena.

Izbira stopnje je odvisna od načrtovane temperature in tlaka, ne le zaradi stroškov. Pogosta inženirska napaka je pretiravanje z določitvijo razreda zlitine, ne da bi preverili, ali ga delovna temperatura dejansko upravičuje, kar zvišuje stroške materiala in varjenja brez kakršne koli koristi. Enako pogosto je premajhna določitev stopnje ogljika in odkritje, da lezenje, oksidacija ali grafitizacija omejujejo življenjsko dobo. Pravilna metoda je uporaba tabel dovoljenih napetosti v veljavni kodi, interpolacija za načrtovano temperaturo in dimenzioniranje debeline stene tako, da obročna napetost ostane pod dovoljeno vrednostjo z zahtevanim robom.

Zakaj brezšivne cevi prevladujejo nad tlačnimi deli

Cevi za kotle se proizvajajo z vročim prebadanjem in hladnim vlečenjem ali vročim valjanjem, kar daje izdelek brez šiva in zato brez varjenja, ki bi ga bilo treba pregledati, brez toplotno-prizadetega območja varjenja in brez tveganja napak,-povezanih z varjenjem. V okolju peči, kjer se cevi soočajo s plamenom, toplotnim ciklom in pogosto erozivnim dimnim plinom, je odsotnost zvara resnična prednost zanesljivosti. Brezšivna cev ima tudi boljšo enakomernost debeline stene-v majhnih premerih, ki so značilni za krogotoke kotla, zaradi česar je izračun napetosti natančnejši.

Varjene kotlovske cevi sicer obstajajo in jih nekatere kode sprejemajo v posebnih aplikacijah, na primer visoko-frekvenčno varjene cevi v sistemu ekonomizatorja, vendar je njihova uporaba pogojena z dokazano kakovostjo zvara in je običajno omejena na območja z nižjo temperaturo. Zlasti spiralno varjena cev ima dolg vijačni šiv, ki ga je težko poravnati s tokom in toplotnimi vzorci krogotoka kotla in ne ponuja nobene prednosti pri majhnih premerih. Praktična ugotovitev za inženirje je enostavna: določite brezšivne cevi za tlačne dele kotla in rezervirajte varjene cevi za netlačne sisteme obrata.

Kontrola kakovosti in testiranje pri dobavi kotlovskih cevi

Dobavna veriga za kotlovske cevi je nadzorovana na vsakem koraku. Jeklo je izdelano v tesnih mejah sestave z nizko vsebnostjo fosforja in žvepla ter je pogosto obdelano z vakuumom ali kalcijem za nadzor vključkov. Pri vsaki toploti se testirajo natezne lastnosti, trdota in, kjer to zahteva razred ali specifikacija projekta, udarna žilavost po Charpy V-zarezi pri določeni temperaturi. Za razrede zlitin mora certifikat obrata zabeležiti tudi cikel toplotne obdelave, ker so mehanske lastnosti jekel Cr-Mo in Cr-Mo-V popolnoma odvisne od pravilne normalizacije ali kaljenja in popuščanja.

Poleg preskusov v mlinu so cevi kotla običajno podvržene dodatnemu preverjanju v proizvajalčevi delavnici ali na mestu: pozitivna identifikacija materiala z rentgensko-fluorescenco pri vsakem segrevanju, ultrazvočno merjenje debeline, penetrantni pregled magnetnih delcev ali barvil zvarov na terenu in hidrostatično testiranje sestavljenih vezij, kjer to zahteva koda. Dokumentacijska veriga, od certifikata jeklarne prek certifikata tovarne cevi do zapisov o izdelavi, mora biti popolna, ker jo inšpektorji za kotle in zavarovalni nadzorniki redno revidirajo.

Pogosto zastavljena vprašanja