Temperatura máxima de serviço do tubo da caldeira de alta-pressão: classificação-por-limites de classificação

Por que os tubos da caldeira têm um limite de temperatura

Os tubos de caldeira de alta-pressão funcionam sob condições severas: alta pressão interna, temperatura elevada, gases de combustão em alta-velocidade de um lado e água ou vapor do outro, além de corrosão e erosão. Um tubo deve sobreviver a esta tarefa com segurança por 10 a 20 anos ou mais. Cada tipo de aço tem uma temperatura máxima permitida do metal, acima da qual um dos três mecanismos de falha assume o controle: fluência, a deformação lenta-dependente do tempo do metal em alta temperatura que eventualmente leva à ruptura; oxidação e descamação, que afina a parede e cria pontos quentes; e degradação da microestrutura, onde a longa exposição torna os carbonetos mais grosseiros e precipita e reduz permanentemente a resistência à fluência do material.

Em geral, os tubos de liga de caldeira podem trabalhar em temperaturas mais altas do que os tubos de aço carbono do mesmo diâmetro. A tabela abaixo resume os tubos de caldeira de alta pressão-padrão chinês-comumente usados ​​e suas temperaturas máximas permitidas.

Temperatura máxima permitida por grau

Duas observações decorrem da tabela. Primeiro, o coletor de-diâmetro grande e os tubos de vapor-principais do mesmo tipo são limitados a uma temperatura mais baixa do que os tubos de-diâmetro pequeno, porque a parede espessa de um coletor grande é mais sensível a danos por fluência e estresse térmico. Em segundo lugar, o salto do aço carbono para o aço cromo -molibdênio é o maior passo: aproximadamente 50 - 100 graus C de capacidade adicional, e é por isso que praticamente todos os superaquecedores acima de 450 graus C usam tipos de liga.

Como ler e usar os limites

Os valores na tabela são temperaturas máximas permitidas do metal, e não temperaturas de operação do vapor ou gás de combustão. A temperatura do metal é calculada a partir da temperatura do fluido, do fluxo de calor e da espessura da parede, e o código fornece valores de tensão admissíveis que diminuem com a temperatura. Para cada localização do tubo, tanto o limite de temperatura como a tensão admissível devem ser satisfeitos. Quando uma unidade é projetada ou atualizada, o grau do tubo para cada seção é selecionado de modo que a temperatura máxima do metal permaneça abaixo do limite com margem, e a espessura da parede seja definida pela pressão e pela tensão admissível naquela temperatura.

Orientação de seleção

Selecione 20G ou 20MnG para paredes-de água, economizadores e outros circuitos-de baixa temperatura até cerca de 480 graus C em diâmetros pequenos. Selecione 15CrMoG ou 12CrMoG para circuitos intermediários e para superaquecedores de até 510 - 550 graus C. Selecione 12Cr1MoVG para superaquecedores, reaquecedores e coletores de até 565 - 580 graus C e graus reforçados com vanádio-, como 12Cr2MoWVTiB, onde o projeto precisa de 600 graus C. Acima de 600 graus C, use o grau de cromo 9%-10Cr9Mo1VNb ou graus austeníticos como 1Cr18Ni9 e 1Cr18Ni11Nb, que combinam alta-resistência à temperatura com resistência à oxidação. Verifique a condição de entrega (normalizada e revenida), os resultados dos testes mecânicos e os registros do tratamento-térmico no certificado do moinho e confirme a classificação em relação ao padrão nacional atual para tubos de caldeira.

Equívocos comuns

Erro um: usar a temperatura do fluido como a temperatura do metal. Em um superaquecedor de fluxo de alto-calor-, o metal do tubo pode ficar consideravelmente mais quente que o vapor interno, e o projeto deve usar a temperatura calculada do metal. Erro dois: presumir que um grau de liga-mais alto é sempre melhor. Os graus de liga custam mais, soldam de maneira diferente e podem ser mais sensíveis ao tratamento térmico incorreto; eles devem ser usados ​​apenas onde a temperatura assim o exigir. Erro três: ignorar o efeito do diâmetro. A mesma classe tem limites de temperatura diferentes para tubos pequenos e coletores grandes, portanto, uma única temperatura máxima não pode ser citada para uma classe sem indicar o calibre. Erro quatro: estender o serviço além do limite porque o tubo parece bom por fora. O dano por fluência é interno e invisível até a falha, portanto, a operação deve respeitar o envelope do projeto original ou ser apoiada por um programa formal-de avaliação de vida.

Perguntas frequentes

Qual é a temperatura máxima de serviço de um tubo de caldeira 20G?

Cerca de 480°C para tubos de-diâmetro pequeno (paredes-de água, economizadores) e 430°C para tubos de-diâmetro grande (coletores e tubos de conexão). Acima desta faixa, a tensão admissível do aço carbono cai rapidamente e a fluência torna-se o fator determinante.

Por que os tubos de liga da caldeira podem esquentar mais do que os tubos de aço carbono?

O cromo e o molibdênio fortalecem o aço contra a fluência em altas temperaturas, e o cromo melhora a resistência à oxidação. As adições de liga retardam o movimento das discordâncias e o engrossamento dos carbonetos, de modo que o material retém a resistência útil em temperaturas do metal onde o aço carbono se arrastaria rapidamente.

Qual é a temperatura máxima para 15CrMoG?

Aproximadamente 510°C para serviço de parede-de água e economizador e até 550°C para superaquecedores e tubos de reaquecedor de pequeno-diâmetro. O formato do cabeçalho de grande-diâmetro é limitado a cerca de 510 graus C.

O 12Cr1MoVG pode ser usado para coletores de vapor principais?

Sim, na forma de grande-diâmetro ele é usado para tubos principais de vapor e coletores de até cerca de 565°C, enquanto a forma de pequeno-diâmetro serve para superaquecedores e reaquecedores de até 580°C. A adição de vanádio dá a esta classe sua alta resistência à fluência.

O que acontece se um tubo de caldeira funcionar acima do seu limite de temperatura?

A fluência acelera, a parede do tubo afina ou incha lentamente, a incrustação de óxido engrossa e se estilhaça, e o tubo pode romper repentinamente. Mesmo que o tubo não falhe imediatamente, a sua vida útil restante é drasticamente reduzida, pelo que a operação sustentada acima do limite não é aceitável sem uma avaliação formal da vida útil.

Qual nota é usada em 600 - 650 graus C?

A 600°C, são usados ​​graus ferríticos reforçados-com vanádio, como 12Cr2MoWVTiB; a 620 - 650 graus C, o grau de cromo 9% 10Cr9Mo1VNb e os graus austeníticos como 1Cr18Ni9 e 1Cr18Ni11Nb são as escolhas práticas para superaquecedores e reaquecedores.