Максимальная рабочая температура трубы котла высокого-давления: уровень-по-пределам класса

Почему котельные трубы имеют температурный предел

Трубы котла высокого-давления работают в тяжелых условиях: высокое внутреннее давление, повышенная температура, высокоскоростной-дымовой газ с одной стороны и вода или пар с другой, а также коррозия и эрозия. Трубка должна безопасно выдерживать эту нагрузку в течение 10–20 лет и более. Каждая марка стали имеет максимально допустимую температуру металла, выше которой вступает в силу один из трех механизмов разрушения: ползучесть, медленная-зависимая от времени деформация металла при высокой температуре, которая в конечном итоге приводит к разрыву; окисление и накипь, что приводит к утончению стенки и образованию горячих точек; и деградация микроструктуры, когда длительное воздействие приводит к укрупнению и выделению карбидов и необратимо снижает предел ползучести материала.

Как правило, котельные трубы из сплава могут работать при более высоких температурах, чем трубы из углеродистой стали того же диаметра. В таблице ниже приведены наиболее часто используемые китайские -стандартные марки котловых труб высокого- давления и их максимально допустимые температуры.

Максимально допустимая температура по классам

Из таблицы следуют два наблюдения. Во-первых, коллектор большого-диаметра и основные-паровые трубы одного класса ограничены более низкой температурой, чем трубы малого-диаметра, поскольку толстая стенка коллектора большого размера более чувствительна к повреждениям в результате ползучести и тепловым напряжениям. Во-вторых, переход от углеродистой стали к хром-молибденовой стали является самым большим шагом: примерно 50 - 100 градуса C дополнительных возможностей, поэтому практически во всех пароперегревателях выше 450 градусов C используются марки сплавов.

Как читать и использовать ограничения

Значения в таблице представляют собой максимально допустимые температуры металла, а не рабочие температуры пара или дымовых газов. Температура металла рассчитывается на основе температуры жидкости, теплового потока и толщины стенки, а код дает допустимые значения напряжения, которые уменьшаются с температурой. Для каждого положения трубы должны соблюдаться как температурный предел, так и допустимое напряжение. При проектировании или модернизации установки марка трубы для каждой секции выбирается таким образом, чтобы максимальная температура металла оставалась ниже предельной с запасом, а толщина стенки задается давлением и допустимым напряжением при этой температуре.

Руководство по выбору

Выбирайте 20G или 20MnG для водяных-стен, экономайзеров и других низко-контуров с температурой примерно до 480 градусов Цельсия и малых диаметров. Выберите 15CrMoG или 12CrMoG для промежуточных контуров и пароперегревателей до 510 - 550 градусов C. Выберите 12Cr1MoVG для пароперегревателей, пароперегревателей и коллекторов до 565 - 580 градусов C, а также марки, усиленные ванадием-, такие как 12Cr2MoWVTiB, где конструкция требует 600 градусов C. Свыше 600 градусов C, используйте 9%-хромовую марку 10Cr9Mo1VNb или аустенитные марки, такие как 1Cr18Ni9 и 1Cr18Ni11Nb, которые сочетают в себе высокую-температурную прочность и стойкость к окислению. Проверьте состояние поставки (нормализованное и отпущенное), результаты механических испытаний и записи о термообработке-в сертификате завода, а также подтвердите соответствие марки действующему национальному стандарту для котловых труб.

Распространенные заблуждения

Ошибка первая: использовать температуру жидкости в качестве температуры металла. В пароперегревателе с высоким-тепловым-потоком металл трубы может нагреваться значительно сильнее, чем пар внутри, поэтому в конструкции необходимо использовать расчетную температуру металла. Ошибка вторая: предполагать, что сплав более высокого-класса, всегда лучше. Марки сплавов стоят дороже, свариваются по-другому и могут быть более чувствительны к неправильной термообработке; их следует использовать только там, где этого требует температура. Ошибка третья: игнорирование эффекта диаметра. Одна и та же марка имеет разные температурные пределы для маленьких трубок и больших коллекторов, поэтому для каждой марки нельзя указать единую максимальную температуру без указания калибра. Ошибка четвертая: расширение срока службы сверх предела, потому что трубка снаружи выглядит добротной. Повреждение от ползучести является внутренним и невидимым до выхода из строя, поэтому эксплуатация должна соответствовать исходному проектному диапазону или поддерживаться официальной программой-оценки срока службы.

Часто задаваемые вопросы

Какова максимальная рабочая температура котельной трубы 20G?

Около 480 градусов C для трубок небольшого-диаметра (водяные-стенки, экономайзеры) и 430 °C для трубок-диаметра (коллекторы и соединительные трубы). Выше этого диапазона допустимое напряжение углеродистой стали быстро падает, и определяющим фактором становится ползучесть.

Почему котельные трубы из сплава могут нагреваться сильнее, чем трубы из углеродистой стали?

Хром и молибден укрепляют сталь от ползучести при высоких температурах, а хром повышает стойкость к окислению. Добавки в сплав замедляют движение дислокаций и укрупнение карбидов, поэтому материал сохраняет полезную прочность при температурах металла, при которых углеродистая сталь быстро ползет.

Какова максимальная температура для 15CrMoG?

Приблизительно 510 градусов C для водяных-стенок и экономайзеров и до 550 °C для труб пароперегревателя и промежуточного перегревателя небольшого-диаметра. Форма заголовка большого-диаметра ограничена примерно 510 градусами Цельсия.

Можно ли использовать 12Cr1MoVG для главных паровых коллекторов?

Да, в исполнении с большим-диаметром он используется для главных паровых труб и коллекторов при температуре примерно до 565 градусов Цельсия, а в исполнении с малым-диаметром для пароперегревателей и промежуточных перегревателей до 580 градусов С. Добавление ванадия придает этому сорту высокую прочность на ползучесть.

Что произойдет, если котельная труба будет работать при температуре выше предела?

Ползучесть ускоряется, стенка трубы медленно истончается или набухает, оксидная накипь утолщается и отслаивается, и трубка может внезапно разорваться. Даже если трубка не выходит из строя сразу, ее оставшийся срок службы резко сокращается, поэтому продолжительная работа выше предела неприемлема без формальной оценки срока службы.

Какая оценка используется при 600 - 650 градусах Цельсия?

При 600 градусах Цельсия используются-упрочненные ванадием ферритные марки, такие как 12Cr2MoWVTiB; при 620 - 650 градусах Цельсия практичным выбором для пароперегревателей и промежуточных перегревателей являются марки 10Cr9Mo1VNb с содержанием хрома 9% и аустенитные марки, такие как 1Cr18Ni9 и 1Cr18Ni11Nb.