Výběr nesprávné třídy kotlových trubek nepředstavuje nepříjemnost při nákupu – je to technická porucha, která čeká, až se stane. Trubky z uhlíkové oceli používané nad jejich mezí tečení se po letech provozu porouchají degradací mikrostruktury. Trubky z legované oceli specifikované bez správného PWHT mohou prasknout v HAZ svaru během měsíců. A nahrazení jednoho stupně za 'podobný' stupeň bez kontroly tabulek přípustného napětí v ASME BPVC Section II může zneplatnit certifikaci tlakové nádoby.
Společnost ZC Steel Pipe vyrábí bezešvé trubky kotlů a trubky výměníků tepla podle ASTM A192, A210, A213 a ASME SA-106 z uhlíkové oceli a slitin chrom-moly. Dodáváme výrobce kotlů, dodavatele elektráren a stavitele petrochemických závodů v Africe, na Středním východě a v Jižní Americe. Tato příručka popisuje, co každá třída je, co může a nemůže dělat a jak si mezi nimi vybrat pro vaši aplikaci.
OBSAH
Přehled standardů kotlových trubek
Kotlové trubky z uhlíkové oceli — A192 a A210
Kotlové trubky z legované oceli — ASTM A213
A213 T11 — 1¼Cr-½Mo
A213 T22 — 2¼Cr-1Mo
A213 T91 — 9Cr-1Mo-V (upraveno)
SA-106 Grade B – Bezešvá trubka z uhlíkové oceli pro provoz kotlů
Kompletní srovnávací tabulka známek
Průvodce výběrem kotelní zóny
Požadavky PWHT pro třídy slitin
FAQ
1. Přehled standardů kotlových trubek
KLÍČOVÉ STANDARDY — KOTLOVÉ TRUBKY ASTM A192: Bezešvé trubky z uhlíkové oceli pro provoz vysokotlakých kotlů – minimální stěna, nízký obsah uhlíku.
ASTM A210: Bezešvé trubky pro kotle a přehříváky ze středně uhlíkové oceli – třídy A-1 a C.
ASTM A213: Bezešvé trubky pro kotle, přehříváky a výměníky tepla z feritické a austenitické oceli – pokrývá T11, T22, T91 a mnoho dalších jakostí.
ASME SA-106: Bezešvá trubka z uhlíkové oceli pro vysokoteplotní provoz – třídy A, B a C. Ekvivalent ASME BPVC k ASTM A106.
Všechny čtyři standardy jsou bezešvé – trubka kotle pro službu přenosu tepla se prakticky nikdy nesvařuje, protože svar představuje koncentraci napětí a potenciální místo iniciace koroze v cyklickém tepelném prostředí. Normy se liší obsahem slitiny, úrovní pevnosti a maximální teplotou, při které si třída zachovává dostatečnou pevnost při tečení, aby byla bezpečná při provozu s trvalým tlakem.
Dělicí čárou při výběru kotlových trubek je obvykle teplota. Třídy uhlíkové oceli (A192, A210, SA-106) jsou vhodné pro provoz do přibližně 450 °C. Kromě toho se rychlost tečení uhlíkové oceli stává nepřijatelně vysokou a musí se používat nízkolegované třídy (A213 T11, T22). Nad přibližně 580 °C jsou pro moderní superkritické a ultrasuperkritické konstrukce kotlů vyžadovány pokročilé třídy 9Cr (A213 T91).
2. Kotlové trubky z uhlíkové oceli — A192 a A210
2.1 ASTM A192 — Uhlíková ocel s minimální stěnou
ASTM A192 je nejjednodušší a nejekonomičtější třída kotlových trubek. Jedná se o bezešvou trubku z uhlíkové oceli s minimálními stěnami s maximálním obsahem uhlíku 0,18 % a minimální pevností v tahu pouze 325 MPa (47 ksi). Nízký obsah uhlíku zlepšuje svařitelnost a snižuje riziko precipitace karbidů na hranicích zrn během tepelného cyklování.
A192 se používá pro bubny vodních trubkových kotlů, kalové bubny a nízkoteplotní vodní stěny v užitkových a průmyslových kotlích pracujících pod přibližně 425 °C. Nízká pevnost stropu znamená, že není vhodný pro provoz přehříváku nebo dohřívače v moderních vysokotlakých kotlích.
2.2 ASTM A210 — Trubka kotle ze střední uhlíkové oceli
ASTM A210 poskytuje větší pevnost než A192 díky mírně vyššímu obsahu uhlíku a manganu. Vyrábí se ve dvou stupních:
Stupeň A-1 : Minimální pevnost v tahu 415 MPa (60 ksi), minimální výtěžnost 255 MPa (37 ksi). Běžnější stupeň pro provoz vodní stěny, ekonomizéru a nižšího přehříváku.
Stupeň C : Minimální pevnost v tahu 485 MPa (70 ksi), minimální výtěžnost 275 MPa (40 ksi). Vyšší pevnost pro náročnější aplikace kotlů z uhlíkové oceli. Méně běžně specifikované než A-1.
Oborová poznámka – A192 vs A210 v nákupu V praxi se A192 a A210 třídy A-1 často zaměnitelně používají pro ekonomizér a okruhy spodní vodní stěny v průmyslových kotlích pod 400 °C. Rozdíl v pevnosti v tahu znamená, že A210 může dosáhnout požadované tloušťky stěny při nižší tloušťce stěny než A192 – užitečné tam, kde záleží na hmotnosti trubky. Některé starší konstrukce kotlů však specifikují A192 názvem a náhrada vyžaduje technické schválení a výpočet kódu. Nikdy nenahrazujte třídy na kotli bez ověření dovoleného napětí v ASME BPVC sekce II-D a získání požadované dokumentace.
3. Kotlové trubky z legované oceli — ASTM A213
ASTM A213 pokrývá širokou škálu bezešvých feritických (chrom-molybdenových) a austenitických (nerezových) ocelových trubek pro kotle, přehříváky a výměníky tepla. Feritické třídy jsou označeny předponou T (T11, T22, T91) a austenitické třídy pomocí TP (TP304, TP316, TP321 atd.).
Systém slitiny chrom-moly (CrMo) je tahounem metalurgie trubek vysokoteplotních kotlů. Přidání chrómu zlepšuje odolnost proti oxidaci a pevnost při vysokých teplotách. Přidání molybdenu zlepšuje pevnost při tečení. Zvýšení obou – z T11 (1¼Cr-½Mo) na T22 (2¼Cr-1Mo) na T91 (9Cr-1Mo-V modifikované) – progresivně rozšiřuje teplotní strop a zlepšuje dlouhodobou životnost při tečení.
4. A213 T11 — 1¼Cr-½Mo
ASTM A213 T11
Slitina:
1¼Cr – ½Mo
Minimální pevnost v tahu:
415 MPa (60 ksi)
Minimální výtěžnost:
205 MPa (30 ksi)
Maximální provozní teplota:
~570°C trvale
ASME BPVC ekvivalent:
SA-213 T11
P-číslo (ASME):
P4
T11 je základní třída slitiny pro provoz kotlových trubek nad teplotním limitem uhlíkové oceli. Poskytuje dobrou odolnost proti oxidaci do přibližně 570 °C a zlepšenou pevnost při tečení oproti uhlíkové oceli v rozsahu 450–570 °C. T11 se běžně používá ve výstupních trubkách přehříváku, vstupních sekcích mezipřehříváku a v okruzích trubek nízkoteplotního přehříváku v podkritických a nadkritických kotlích.
T11 je obecně svařitelný bez předehřevu pro tenké stěny, ale vyžaduje PWHT nad určité prahové hodnoty tloušťky podle ASME BPVC. Jeho obsah 1¼Cr způsobuje, že je náchylný k popouštěcímu křehnutí, pokud se chladí příliš pomalu v rozsahu 370–565 °C během PWHT – rychlost chlazení pece musí být kontrolována.
5. A213 T22 — 2¼Cr-1Mo
ASTM A213 T22
Slitina:
2¼Cr – 1Mo
Minimální pevnost v tahu:
415 MPa (60 ksi)
Minimální výtěžnost:
205 MPa (30 ksi)
Maximální provozní teplota:
~580°C trvale
ASME BPVC ekvivalent:
SA-213 T22
P-číslo (ASME):
P5A
T22 (2¼Cr-1Mo) je tahoun slitiny pro vysokoteplotní kotlové přehříváky a dohříváky po desetiletí. Jeho vyšší obsah chrómu a molybdenu oproti T11 poskytuje lepší odolnost proti tečení v rozsahu 540–580 °C a zlepšenou odolnost proti oxidaci při expozici na straně páry a na straně ohně. T22 se používá pro výstupní trubky vysokoteplotního přehříváku, výstupní sběrače mezipřehříváku a jakýkoli okruh trubek kotle pracující v horním podkritickém teplotním rozsahu.
Technický pohled — T22 vs T11: Kdy upgradovat Praktickým rozhodovacím bodem mezi T11 a T22 je obvykle teplota kovu trubky, nikoli pouze teplota páry. V kotlovém přehříváku může být teplota kovu trubek o 30–80 °C vyšší než teplota páry uvnitř, v závislosti na tepelném toku a vnějším průměru trubky. Pokud je výstupní teplota páry 540 °C, může kov trubky dosáhnout 600 °C nebo více při špičkovém zatížení – což je vyšší než spolehlivý rozsah tečení T11. Konzervativním přístupem je použití T22 pro jakoukoli trubku přehřívače nebo mezipřehříváku s očekávanou teplotou kovu trubky nad 540 °C, nejen pro ty, kde teploty páry překračují tuto prahovou hodnotu.
6. A213 T91 — 9Cr-1Mo-V (upraveno)
ASTM A213 T91
Slitina:
9Cr – 1Mo – V (upravená)
Minimální pevnost v tahu:
585 MPa (85 ksi)
Minimální výtěžnost:
415 MPa (60 ksi)
Maximální provozní teplota:
~650°C trvale
ASME BPVC ekvivalent:
SA-213 T91
P-číslo (ASME):
P91
T91 je martenzitická slitina 9Cr-1Mo modifikovaná vanadem, niobem a dusíkem, aby se dramaticky zlepšila její pevnost při tečení ve srovnání s nemodifikovanou jakostí 9Cr-1Mo (T9). Jeho minimální pevnost v tahu 585 MPa a minimální průtažnost 415 MPa – obě výrazně vyšší než u T11 nebo T22 – umožňují tenčí stěny trubek při stejném jmenovitém tlaku, což snižuje namáhání tepelným cyklem a zlepšuje účinnost přenosu tepla.
T91 je standardní materiál pro pokročilé superkritické (SC) a ultra-superkritické (USC) konstrukce kotlů, kde teploty páry přesahují 580°C. Používá se ve výstupních trubkách vysokoteplotních přehříváků, potrubí horkého dohřevu a vysokotlakých sběračů páry v moderních elektrárenských kotlích.
Kritický technický bod – T91 PWHT je nesmlouvavý T91 musí být tepelně zpracován do specifických normalizovaných a temperovaných podmínek jak ve válcovně (aby byly splněny mechanické vlastnosti), tak po jakémkoliv polním nebo dílenském svařování. Požadovaná PWHT je normalizace na 1040–1080 °C následovaná temperováním na 730–800 °C. Bez této PWHT bude zóna ovlivněná svarem obsahovat netemperovaný martenzit – velmi tvrdou, křehkou mikrostrukturu, která je náchylná k praskání vodíkem a korozi pod napětím. Polní poruchy svarů T91 lze téměř vždy vysledovat k nesprávnému nebo vynechanému PWHT. Toto je jediný nejkritičtější bod kontroly kvality při výrobě trubek T91 – nelze jej přeskočit ani zkrátit bez ohledu na plánovací tlak.
7. SA-106 Třída B – Bezešvá uhlíková ocel pro provoz kotlů
ASME SA-106 (ekvivalent ASTM A106) je specifikace bezešvé trubky z uhlíkové oceli pro vysokoteplotní provoz. Nejedná se o specifikaci trubek – týká se potrubí, nikoli trubek – a používá se především pro sběrače páry, spojovací potrubí kotlů, napájecí potrubí a rozvody páry spíše než pro povrchové trubky pro přenos tepla. Tři stupně jsou:
Třída A : Minimální pevnost v tahu 330 MPa (48 ksi). Zřídka specifikováno — Stupeň B je standardní volbou.
Stupeň B : Minimální pevnost v tahu 415 MPa (60 ksi), minimální výtěžnost 240 MPa (35 ksi). Dominantní třída pro potrubí kotlů a tlakových nádob.
Stupeň C : Minimální pevnost v tahu 485 MPa (70 ksi). Používá se tam, kde je potřeba vyšší tlak při okolní až střední teplotě.
SA-106 Grade B je omezena na přibližně 425–450 °C pro trvalý provoz při vysokém namáhání kvůli omezením tečení uhlíkové oceli. Nad touto teplotou musí být použita ekvivalentní třída slitiny (trubka SA-335 P11 nebo P22).
8. Úplná srovnávací tabulka známek
| Typ |
Standardní |
slitinový systém |
Min. pevnost v tahu (MPa) |
Min. výtěžnost (MPa) |
Max. provozní teplota (°C) |
PWHT Požadováno? |
P-číslo |
| A192 |
ASTM A192 |
uhlíková ocel (nízká C) |
325 |
180 |
~425 |
Závisí na tloušťce |
P1 |
| A210 A-1 |
ASTM A210 |
Středně uhlíková ocel |
415 |
255 |
~450 |
Závisí na tloušťce |
P1 |
| A210 C |
ASTM A210 |
Středně uhlíková ocel |
485 |
275 |
~450 |
Závisí na tloušťce |
P1 |
| SA-106 B |
ASME SA-106 |
Trubka z uhlíkové oceli |
415 |
240 |
~450 |
Závisí na tloušťce |
P1 |
| T11 |
ASTM A213 |
1¼Cr-½Mo |
415 |
205 |
~570 |
Nadprahová WT |
P4 |
| T22 |
ASTM A213 |
2¼Cr-1Mo |
415 |
205 |
~580 |
Ano – vždy doporučeno |
P5A |
| T91 |
ASTM A213 |
9Cr-1Mo-V (mod.) |
585 |
415 |
~650 |
Ano – vždy povinné |
P91 |
9. Průvodce výběrem kotelní zóny
Výkonový kotel má několik zón přenosu tepla, z nichž každá má různé teploty kovu trubek, a proto různé požadavky na jakost. Níže uvedená tabulka uvádí typické rozdělení jakosti pro podkritickou a nadkritickou konstrukci kotle:
| Trubka zóny kotle |
Kovový teplotní rozsah |
Podkritický stupeň kotle |
Superkritický/třída USC |
| Ekonomizér |
150 – 350 °C |
A192 / A210 A-1 |
A210 A-1 |
| Vodní stěny |
300 – 450 °C |
A192 / A210 A-1 |
A210 A-1 / T11 |
| Primární přehřívák |
400 – 520 °C |
A210 A-1 / T11 |
T11 / T22 |
| Sekundární přehřívák |
500 – 580 °C |
T11 / T22 |
T22 / T91 |
| Ohřívač (horká noha) |
520 – 620 °C |
T22 |
T91 |
| Výstup dohřívače / sběrače |
540 – 650 °C |
T22 / T91 |
T91 |
Poznámka k pořízení – Nákup kotlových trubek od čínského mlýna Čínské mlýny vyrábějí velké objemy kotlových trubek A192, A210 a A213 podle úplných specifikací ASTM/ASME. Praktický požadavek na nákup je stejný jako u jakéhokoli materiálu kritického pro tlak: vyžádejte si úplný certifikát o zkoušce materiálu (MTC) podle EN 10204 3.1 nebo 3.2 (v závislosti na specifikaci projektu), ověřte, že tepelné číslo na MTC odpovídá značkám na trubce, a potvrďte, že jsou zahrnuty záznamy PWHT pro třídy slitin. Konkrétně pro T91 vždy požadujte tabulku pece PWHT – nejen potvrzení PWHT na MTC – jako důkaz, že celý cyklus normalizace a temperování byl proveden správně. Kontrola třetí stranou v továrně (od SGS, Bureau Veritas nebo TÜV) je standardní praxí při nákupu kritických kotlových trubek.
10. Požadavky PWHT pro třídy slitin
| Je vyžadován předehřev |
(svařování) |
PWHT? |
PWHT Temperature |
Key Riziko při vynechání |
| A192 / A210 |
Obvykle se nevyžaduje (tenká stěna) |
Podle kódu – v závislosti na tloušťce stěny |
595–650 °C (odlehčení pnutí) |
Zbytkové napětí, tvrdost HAZ |
| T11 |
150°C min pro WT >13 mm |
Podle kódu – v závislosti na tloušťce stěny |
675-750 °C |
Popouštěcí křehkost, praskání HAZ |
| T22 |
200°C min |
Důrazně doporučujeme vždy |
700–750 °C |
Vysoká tvrdost HAZ, praskání vodíkem |
| T91 |
200°C min – povinné |
Povinné — vždy |
Normalizace 1040–1080°C + Temperace 730–800°C |
Nekalený martenzit — křehký lom za provozu |
11. Často kladené otázky
Jaký je rozdíl mezi kotlovými trubkami ASTM A192 a A210?
ASTM A192 je nízkouhlíková bezešvá trubka s minimálními stěnami a minimální pevností v tahu 325 MPa – nejzákladnější třída kotlových trubek z uhlíkové oceli, používaná pro nízkotlaké sudy a provoz vodní stěny pod 425 °C. ASTM A210 je středně uhlíková třída dostupná ve dvou pevnostech: Stupeň A-1 (min 415 MPa v tahu) a Stupeň C (min 485 MPa v tahu). A210 poskytuje větší pevnost než A192 a používá se pro vysokotlaké přehříváky a trubkové okruhy vodní stěny, kde dodatečná pevnost umožňuje tenčí stěny. Obě třídy sdílejí stejný přibližný strop maximální provozní teploty 425–450 °C.
Co je kotlová trubka ASTM A213 T91?
ASTM A213 T91 je bezešvá trubka z martenzitické legované oceli modifikovaná 9Cr-1Mo-V používaná v aplikacích vysokoteplotních přehříváků a přihříváků v superkritických a ultrasuperkritických kotlích. S minimální pevností v tahu 585 MPa a maximální trvalou provozní teplotou přibližně 650 °C předčí T91 T11 a T22 jak v pevnosti, tak v odolnosti proti tečení při zvýšených teplotách. Vyžaduje povinné PWHT po svařování – cyklus normalizace a temperování – a jeho nesprávné provedení je primární příčinou poruch svaru T91 v provozu.
Jaká je maximální teplota pro kotlové trubky z uhlíkové oceli?
Kotlové trubky z uhlíkové oceli (ASTM A192, A210, SA-106) by neměly být používány pro provoz s trvalým tlakem nad přibližně 425–450 °C. Nad tímto rozsahem uhlíková ocel podléhá zrychlenému tečení a je náchylná ke grafitizaci – procesu, kdy se karbidy rozpouštějí a tvoří se grafit na hranicích zrn, což způsobuje křehnutí. Pro provoz mezi 450 °C a 570 °C by měla být specifikována ASTM A213 T11. Pro 570–580 °C je vhodný T22. Pro teploty nad 580 °C je vyžadován T91.
Jaký je rozdíl mezi označením ASME SA a ASTM A pro kotlové trubky?
Označení ASME SA a ASTM A odkazují na technicky identické materiálové specifikace. ASME přijímá normy ASTM do svého předpisu o kotli a tlakových nádobách (BPVC) sekce II a znovu je publikuje jako ekvivalenty SA s dodatečným požadavkem na certifikaci ASME. SA-213 T91 a ASTM A213 T91 mají stejné požadavky na chemii, mechanické vlastnosti a tepelné zpracování — označení SA znamená, že materiál byl vyroben s certifikační dokumentací ASME BPVC. Výrobci kotlů pracující podle ASME BPVC sekce I nebo VIII musí specifikovat SA materiály, nikoli ASTM materiály, aby dodrželi shodu s kódem.
Lze trubku ASTM A106 použít jako trubku kotle?
ASTM A106 (nebo jeho ASME ekvivalent SA-106) je specifikace potrubí, nikoli specifikace trubek, a používá se pro připojovací potrubí kotlů, sběrače páry a potrubí napájecí vody – nikoli pro povrchové trubky pro přenos tepla (vodní stěny, přehříváky, přihříváky, ekonomizéry). Pro teplosměnné povrchy jsou vyžadovány speciální specifikace trubek (A192, A210, A213) s užšími rozměrovými tolerancemi a vhodnými kombinacemi OD/WT. SA-106 Grade B lze použít pro provoz potrubí kotlů až do teploty přibližně 450°C v rámci dovoleného napětí definovaného v ASME BPVC Část II-D.
Co je PWHT a kdy je vyžadováno pro slitinové trubky kotlů?
PWHT (Post Weld Heat Treatment) je řízený tepelný cyklus aplikovaný po svařování ke zmírnění zbytkového napětí a obnovení houževnatosti v tepelně ovlivněné zóně. U T11 může být vyžadována PWHT v závislosti na tloušťce stěny – obvykle nad 13 mm. U T22 se důrazně doporučuje PWHT po každém svařování bez ohledu na tloušťku. Pro T91 je PWHT vždy povinné – normalizace na 1040–1080 °C následovaná temperováním na 730–800 °C. Vynechání nebo nesprávné provedení T91 PWHT zanechá ve svaru HAZ nekalený martenzit, mikrostrukturu, která je křehká a náchylná k praskání při tepelném cyklování.
Zdrojové kotelní trubky ze ZC Steel Pipe
ZC Steel Pipe vyrábí a vyváží bezešvé kotlové trubky a trubky výměníků tepla do ASTM A192, A210, A213 (T11, T22, T91) a ASME SA-106. Kompletní dokumentace MTC podle EN 10204 3.1 a 3.2, kontrola třetí stranou (SGS, Bureau Veritas) a vlastní kombinace OD/WT k dispozici. Dodáváme výrobce kotlů, dodavatele EPC a projekty elektráren v Africe, na Středním východě a v Jižní Americe.
mandy. w@zcsteelpipe.com
WhatsApp: +86-139-1579-1813
→ Vyžádejte si cenovou nabídku
