Kjelrørkvaliteter – ASTM A192, A210, A213 og SA-106: spesifikasjoner, temperaturgrenser og valgveiledning

Å velge feil type kjelerør er ikke en ulempe ved innkjøp – det er en teknisk feil som venter på å skje. Karbonstålrør som brukes over krypegrensen vil mislykkes på grunn av mikrostrukturell nedbrytning over år med bruk. Legerte stålrør spesifisert uten riktig PWHT kan sprekke i sveisen HAZ i løpet av måneder. Og å erstatte én karakter med en «lignende» karakter uten å sjekke de tillatte stresstabellene i ASME BPVC seksjon II kan ugyldiggjøre en trykkbeholdersertifisering.

ZC Steel Pipe produserer sømløse kjelerør og varmevekslerrør til ASTM A192, A210, A213 og ASME SA-106, i karbonstål og krom-molylegering. Vi leverer kjelprodusenter, kraftverksentreprenører og petrokjemiske anleggsbyggere over hele Afrika, Midtøsten og Sør-Amerika. Denne veiledningen dekker hva hver karakter er, hva den kan og ikke kan gjøre, og hvordan du velger mellom dem for søknaden din.

1. Oversikt over standarder for kjelerør

Alle fire standardene er sømløse – kjelerør for varmeoverføring sveises nesten aldri, da sveisesømmen representerer en spenningskonsentrasjon og et potensielt korrosjonsinitieringssted i et syklisk termisk miljø. Standardene er forskjellige i legeringsinnhold, styrkenivå og den maksimale temperaturen der karakteren beholder tilstrekkelig krypestyrke for å være sikker ved vedvarende trykk.

Skillelinjen i valg av kjelerør er vanligvis temperatur. Karbonstålkvaliteter (A192, A210, SA-106) er egnet for service opp til ca. 450°C. Utover det blir krypehastigheten til karbonstål uakseptabelt høy og lavlegerte kvaliteter (A213 T11, T22) må brukes. Over omtrent 580°C kreves avanserte 9Cr-kvaliteter (A213 T91) for moderne superkritiske og ultra-superkritiske kjeledesigner.

2. Kjelrør i karbonstål — A192 og A210

2.1 ASTM A192 — Minimum veggkarbonstål

ASTM A192 er den enkleste og mest økonomiske kjelerørkvaliteten. Det er et sømløst karbonstålrør med minimum vegg med et maksimalt karboninnhold på 0,18 % og en minimumsstrekkstyrke på bare 325 MPa (47 ksi). Det lave karboninnholdet forbedrer sveisbarheten og reduserer risikoen for karbidutfelling ved korngrensene under termisk sykling.

A192 brukes til vannrørskjeletromler, gjørmetromler og vannvegger med lavere temperatur i bruks- og industrikjeler som opererer under ca. 425°C. Det lave taket betyr at det ikke er egnet for overheter eller ettervarmer i moderne høytrykkskjeler.

2.2 ASTM A210 — Middels karbonstål kjelerør

ASTM A210 gir større styrke enn A192 gjennom litt høyere karbon- og manganinnhold. Den produseres i to kvaliteter:

• Grad A-1 : ​​Minimum strekkfasthet 415 MPa (60 ksi), minimumsutbytte 255 MPa (37 ksi). Den mer vanlige karakteren for vannvegg, economiser og lavere overheterservice.

• Grad C : Minimum strekkfasthet 485 MPa (70 ksi), minimumsutbytte 275 MPa (40 ksi). Høyere styrke for mer krevende karbonstålkjeler. Mindre vanlig spesifisert enn A-1.

3. Kjelerør i legert stål — ASTM A213

ASTM A213 dekker et bredt spekter av sømløse ferritiske (krom-molybden) og austenittiske (rustfrie) legeringsrør for kjeler, overhetere og varmevekslere. De ferritiske karakterene er betegnet med et T-prefiks (T11, T22, T91), og de austenittiske karakterene med TP (TP304, TP316, TP321 osv.).

Krom-moly (CrMo) legeringssystemet er arbeidshesten i høytemperatur kjelerørmetallurgi. Tilsetning av krom forbedrer oksidasjonsmotstanden og høytemperaturstyrken. Tilsetning av molybden forbedrer krypestyrken. Å øke begge deler - fra T11 (1¼Cr-½Mo) til T22 (2¼Cr-1Mo) til T91 (9Cr-1Mo-V modifisert) - utvider temperaturtaket gradvis og forbedrer den langsiktige krypelevetiden.

4. A213 T11 — 1¼Cr-½Mo

T11 er legeringsgraden på inngangsnivå for kjelerørservice over temperaturgrensen for karbonstål. Den gir god oksidasjonsmotstand opp til ca. 570°C og forbedret krypestyrke sammenlignet med karbonstål i området 450–570°C. T11 brukes ofte i utløpsrør for overheter, innløpsseksjoner for ettervarmer og rørkretser for overheter med lavere temperatur i underkritiske og superkritiske kjeler.

T11 er generelt sveisbar uten forvarming for tynne vegger, men krever PWHT over visse tykkelsesterskler per ASME BPVC. Innholdet på 1¼Cr gjør den utsatt for skjørhet hvis den avkjøles for sakte gjennom området 370–565°C under PWHT – ovnens kjølehastigheter må kontrolleres.

5. A213 T22 — 2¼Cr-1Mo

T22 (2¼Cr-1Mo) har vært arbeidshestlegeringen for høytemperaturkjeleoverheter og ettervarmerservice i flere tiår. Dens høyere krom- og molybdeninnhold sammenlignet med T11 gir bedre krypemotstand i området 540–580 °C og forbedret oksidasjonsmotstand for eksponering på damp- og brannsiden. T22 brukes for utløpsrør for høytemperatur overheter, utløpsrør for ettervarmer og enhver kjelerørkrets som opererer i det øvre subkritiske temperaturområdet.

6. A213 T91 — 9Cr-1Mo-V (modifisert)

T91 er en martensittisk 9Cr-1Mo-legering modifisert med vanadium, niob og nitrogen for å dramatisk forbedre krypestyrken sammenlignet med den umodifiserte 9Cr-1Mo-kvaliteten (T9). Dens minste strekkfasthet på 585 MPa og minimumsutbytte på 415 MPa - begge betydelig høyere enn T11 eller T22 - tillater tynnere rørvegger for samme trykkklassifisering, reduserer termiske syklusspenninger og forbedrer varmeoverføringseffektiviteten.

T91 er standardmaterialet for avansert superkritisk (SC) og ultra-superkritisk (USC) kjeledesign der damptemperaturer overstiger 580°C. Den brukes i utløpsrør for overheter med høy temperatur, varmeoppvarmingsrør og høytrykksdampsamlere i moderne kraftverkskjeler.

7. SA-106 Grade B — Sømløst karbonstål for kjeleservice

ASME SA-106 (tilsvarer ASTM A106) er en sømløs karbonstålrørspesifikasjon for høytemperaturservice. Det er ikke en rørspesifikasjon – den dekker rør, ikke rør – og brukes primært til dampsamlere, kjeler som forbinder rør, matevannsledninger og dampdistribusjon i stedet for til varmeoverføringsrør. De tre karakterene er:

• Grad A : Minimum strekkstyrke 330 MPa (48 ksi). Sjelden spesifisert - klasse B er standardvalget.

• Karakter B : Minimum strekkfasthet 415 MPa (60 ksi), minimumsutbytte 240 MPa (35 ksi). Den dominerende karakteren for kjele og trykkbeholderrør.

• Grad C : Minimum strekkstyrke 485 MPa (70 ksi). Brukes der det er behov for høyere trykk ved omgivelsestemperatur til moderat temperatur.

SA-106 Grade B er begrenset til omtrent 425–450 °C for vedvarende høystressservice på grunn av krypbegrensninger i karbonstål. Over denne temperaturen må tilsvarende legeringskvalitet (SA-335 P11 eller P22 rør) brukes.

8. Full karaktersammenligningstabell

9. Veiledning for valg av kjelesone

En kraftkjele har flere varmeoverføringssoner, hver med forskjellige rørmetalltemperaturer og derfor forskjellige karakterkrav. Tabellen nedenfor gir typiske karakterallokeringer for en subkritisk og en superkritisk kjeledesign:

10. PWHT-krav for legeringskvaliteter

11. Ofte stilte spørsmål