Selecionar o tipo errado de tubo de caldeira não é um inconveniente de aquisição – é uma falha de engenharia esperando para acontecer. Os tubos de aço carbono usados acima do seu limite de fluência falharão devido à degradação microestrutural ao longo dos anos de serviço. Tubos de liga de aço especificados sem o PWHT adequado podem rachar na ZTA da solda em poucos meses. E substituir um grau por um grau “semelhante” sem verificar as tabelas de tensões admissíveis na Seção II do ASME BPVC pode anular a certificação de um vaso de pressão.
A ZC Steel Pipe fabrica tubos sem costura para caldeiras e tubos para trocadores de calor de acordo com ASTM A192, A210, A213 e ASME SA-106, em aço carbono e ligas de cromo-molibdênio. Fornecemos fabricantes de caldeiras, empreiteiros de centrais eléctricas e construtores de centrais petroquímicas em toda a África, Médio Oriente e América do Sul. Este guia aborda o que é cada nota, o que ela pode ou não fazer e como selecionar entre elas para sua aplicação.
CONTEÚDO
Visão geral dos padrões de tubos de caldeira
Tubos de caldeira em aço carbono — A192 e A210
Tubos de caldeira de liga de aço - ASTM A213
A213 T11 — 1¼Cr-½Mo
A213 T22 — 2¼Cr-1Mo
A213 T91 — 9Cr-1Mo-V (Modificado)
SA-106 Grau B - Tubo de aço carbono sem costura para serviço de caldeira
Tabela de comparação de notas completas
Guia de seleção de zona de caldeira
Requisitos PWHT para classes de liga
Perguntas frequentes
1. Visão geral dos padrões de tubos de caldeira
PADRÕES PRINCIPAIS — TUBO DE CALDEIRA ASTM A192: Tubos de aço carbono sem costura para serviço de caldeira de alta pressão — parede mínima, baixo carbono.
ASTM A210: Caldeira de aço de médio carbono sem costura e tubos de superaquecedor - Graus A-1 e C.
ASTM A213: Caldeira de aço de liga ferrítica e austenítica sem costura, superaquecedor e tubos de trocador de calor - abrange T11, T22, T91 e muitos outros graus.
ASME SA-106: Tubo de aço carbono sem costura para serviços em altas temperaturas - Graus A, B e C. O equivalente ASME BPVC de ASTM A106.
Todos os quatro padrões são contínuos – o tubo da caldeira para serviço de transferência de calor praticamente nunca é soldado, pois a costura de solda representa uma concentração de tensão e um local potencial de início de corrosão em um ambiente térmico cíclico. Os padrões diferem no conteúdo da liga, no nível de resistência e na temperatura máxima na qual a classe retém a resistência à fluência adequada para ser segura em serviços de pressão sustentada.
A linha divisória na seleção do tubo da caldeira geralmente é a temperatura. As classes de aço carbono (A192, A210, SA-106) são apropriadas para serviço até aproximadamente 450°C. Acima disso, a taxa de fluência do aço carbono torna-se inaceitavelmente alta e devem ser usados graus de baixa liga (A213 T11, T22). Acima de aproximadamente 580°C, graus avançados de 9Cr (A213 T91) são necessários para projetos modernos de caldeiras supercríticas e ultra-supercríticas.
2. Tubos de caldeira de aço carbono – A192 e A210
2.1 ASTM A192 - Aço Carbono de Parede Mínima
ASTM A192 é a classe de tubo de caldeira mais simples e econômica. É um tubo de aço carbono sem costura de parede mínima com teor máximo de carbono de 0,18% e resistência à tração mínima de apenas 325 MPa (47 ksi). O baixo teor de carbono melhora a soldabilidade e reduz o risco de precipitação de carboneto nos limites dos grãos durante o ciclo térmico.
O A192 é usado para tambores de caldeiras de tubo de água, tambores de lama e tubos de parede de água de baixa temperatura em caldeiras utilitárias e industriais operando abaixo de aproximadamente 425°C. Seu teto de baixa resistência significa que não é apropriado para serviço de superaquecedor ou reaquecedor em caldeiras modernas de alta pressão.
2.2 ASTM A210 - Tubo de caldeira de aço carbono médio
ASTM A210 fornece maior resistência que A192 através de um teor ligeiramente maior de carbono e manganês. É produzido em dois graus:
Grau A-1 : Tensão mínima de 415 MPa (60 ksi), rendimento mínimo de 255 MPa (37 ksi). A classe mais comum para serviço de parede de água, economizador e superaquecedor inferior.
Grau C : Tensão mínima de 485 MPa (70 ksi), rendimento mínimo de 275 MPa (40 ksi). Maior resistência para aplicações mais exigentes em caldeiras de aço carbono. Menos comumente especificado que A-1.
Nota de campo — A192 versus A210 em compras Na prática, A192 e A210 Grau A-1 são frequentemente usados de forma intercambiável para circuitos de economizadores e tubos de parede inferior de água em caldeiras industriais abaixo de 400°C. A diferença na resistência à tração significa que o A210 pode atingir a espessura de parede necessária com uma espessura de parede inferior à do A192 – útil quando o peso do tubo é importante. No entanto, alguns projetos de caldeiras mais antigos especificam A192 pelo nome e a substituição requer aprovação de engenharia e cálculo de código. Nunca substitua classes em uma caldeira sem verificar a tensão admissível na ASME BPVC Seção II-D e obter a documentação necessária.
3. Tubos de caldeira de liga de aço - ASTM A213
ASTM A213 cobre uma ampla gama de tubos de liga de aço ferrítico (cromo-molibdênio) e austenítico (inoxidável) sem costura para serviços de caldeiras, superaquecedores e trocadores de calor. Os graus ferríticos são designados com um prefixo T (T11, T22, T91) e os graus austeníticos com TP (TP304, TP316, TP321 etc.).
O sistema de liga cromo-molibdênio (CrMo) é o carro-chefe da metalurgia de tubos de caldeira de alta temperatura. A adição de cromo melhora a resistência à oxidação e a resistência a altas temperaturas. A adição de molibdênio melhora a resistência à fluência. Aumentar ambos - de T11 (1¼Cr-½Mo) para T22 (2¼Cr-1Mo) para T91 (9Cr-1Mo-V modificado) - estende progressivamente o teto de temperatura e melhora a vida útil da fluência a longo prazo.
4. A213 T11 — 1¼Cr-½Mo
ASTM A213 T11
Liga:
1¼Cr – ½Mo
Tração mínima:
415 MPa (60 ksi)
Rendimento mínimo:
205 MPa (30 ksi)
Temperatura máxima de serviço:
~570°C contínuo
Equivalente ASME BPVC:
SA-213 T11
Número P (ASME):
P4
T11 é a classe de liga básica para serviço em tubos de caldeira acima do limite de temperatura do aço carbono. Ele fornece boa resistência à oxidação até aproximadamente 570°C e melhor resistência à fluência em comparação ao aço carbono na faixa de 450–570°C. T11 é comumente usado em tubos de saída de superaquecedores, seções de entrada de reaquecedores e circuitos de tubos de superaquecedores de baixa temperatura em caldeiras subcríticas e supercríticas.
O T11 geralmente é soldável sem pré-aquecimento para paredes finas, mas requer PWHT acima de certos limites de espessura de acordo com ASME BPVC. Seu conteúdo de 1¼Cr o torna suscetível à fragilização por revenimento se for resfriado muito lentamente na faixa de 370 a 565°C durante o PWHT — as taxas de resfriamento do forno devem ser controladas.
5. A213 T22 — 2¼Cr-1Mo
ASTM A213 T22
Liga:
2¼Cr – 1Mo
Tração mínima:
415 MPa (60 ksi)
Rendimento mínimo:
205 MPa (30 ksi)
Temperatura máxima de serviço:
~580°C contínuo
Equivalente ASME BPVC:
SA-213 T22
Número P (ASME):
P5A
T22 (2¼Cr-1Mo) tem sido a liga robusta para serviços de superaquecedores e reaquecedores de caldeiras de alta temperatura há décadas. Seu maior teor de cromo e molibdênio em relação ao T11 proporciona melhor resistência à fluência na faixa de 540–580°C e melhor resistência à oxidação para exposição no lado do vapor e no lado do fogo. T22 é usado para tubos de saída de superaquecedores de alta temperatura, coletores de saída de reaquecedores e qualquer circuito de tubo de caldeira operando na faixa de temperatura subcrítica superior.
Insights de engenharia — T22 vs T11: Quando atualizar O ponto de decisão prático entre T11 e T22 é normalmente a temperatura do metal do tubo, não apenas a temperatura do vapor. Em um superaquecedor de caldeira, a temperatura do metal do tubo pode ser 30–80°C mais alta que a temperatura do vapor no interior, dependendo do fluxo de calor e do diâmetro externo do tubo. Se a temperatura de saída do vapor for 540°C, o metal do tubo pode atingir 600°C ou mais no pico de carga – colocando-o acima da faixa confiável de fluência do T11. A abordagem conservadora é usar T22 para qualquer tubo de superaquecedor ou reaquecedor com uma temperatura esperada do metal do tubo acima de 540°C, não apenas aqueles onde as temperaturas do vapor excedem esse limite.
6. A213 T91 — 9Cr-1Mo-V (modificado)
ASTM A213 T91
Liga:
9Cr – 1Mo – V (modificado)
Tração mínima:
585 MPa (85 ksi)
Rendimento mínimo:
415 MPa (60 ksi)
Temperatura máxima de serviço:
~650°C contínuo
Equivalente ASME BPVC:
SA-213 T91
Número P (ASME):
P91
T91 é uma liga martensítica 9Cr-1Mo modificada com vanádio, nióbio e nitrogênio para melhorar drasticamente sua resistência à fluência em comparação com o grau 9Cr-1Mo não modificado (T9). Sua resistência à tração mínima de 585 MPa e rendimento mínimo de 415 MPa — ambos significativamente superiores ao T11 ou T22 — permitem paredes de tubo mais finas para a mesma classificação de pressão, reduzindo as tensões do ciclo térmico e melhorando a eficiência da transferência de calor.
T91 é o material padrão para projetos avançados de caldeiras supercríticas (SC) e ultra-supercríticas (USC) onde as temperaturas do vapor excedem 580°C. É usado em tubos de saída de superaquecedores de alta temperatura, tubulações de reaquecimento a quente e coletores de vapor de alta pressão em caldeiras modernas de usinas de energia.
Ponto crítico de engenharia – T91 PWHT não é negociável O T91 deve ser tratado termicamente até uma condição específica normalizada e revenida tanto na fábrica (para atender às propriedades mecânicas) quanto após qualquer soldagem em campo ou oficina. O PWHT necessário é uma normalização a 1040–1080°C seguida por uma têmpera a 730–800°C. Sem este PWHT, a zona afetada pelo calor da solda conterá martensita não temperada – uma microestrutura muito dura e quebradiça que é suscetível a trincas por hidrogênio e corrosão sob tensão. As falhas de campo das soldas T91 são quase sempre atribuídas a PWHT incorreto ou omitido. Este é o ponto de controle de qualidade mais crítico na fabricação do tubo T91 – ele não pode ser ignorado ou abreviado, independentemente da pressão do cronograma.
7. SA-106 Grau B - Aço Carbono Sem Costura para Serviço de Caldeiras
ASME SA-106 (equivalente a ASTM A106) é uma especificação de tubo de aço carbono sem costura para serviços em altas temperaturas. Não é uma especificação de tubo - ela cobre tubos, não tubos - e é usada principalmente para coletores de vapor, tubulações de conexão de caldeiras, linhas de água de alimentação e redes de distribuição de vapor, em vez de tubos de superfície de transferência de calor. Os três graus são:
Grau A : Tração mínima de 330 MPa (48 ksi). Raramente especificado – o grau B é a escolha padrão.
Grau B : Tensão mínima de 415 MPa (60 ksi), rendimento mínimo de 240 MPa (35 ksi). A classe dominante para tubulação de caldeiras e vasos de pressão.
Grau C : Tração mínima de 485 MPa (70 ksi). Usado onde é necessária pressão mais alta em temperatura ambiente a moderada.
SA-106 Grau B é limitado a aproximadamente 425–450°C para serviços sustentados de alta tensão devido às limitações de fluência do aço carbono. Acima desta temperatura, deve-se utilizar liga de grau equivalente (tubo SA-335 P11 ou P22).
8. Tabela de comparação de notas completas
| Grau |
Padrão |
Sistema de liga |
Tensão mínima (MPa) |
Rendimento mínimo (MPa) |
Temperatura máxima de serviço (°C) |
PWHT Necessário? |
Número P |
| A192 |
ASTM A192 |
Aço carbono (baixo C) |
325 |
180 |
~425 |
Dependente da espessura |
P1 |
| A210 A-1 |
ASTM A210 |
Aço médio carbono |
415 |
255 |
~450 |
Dependente da espessura |
P1 |
| A210C |
ASTM A210 |
Aço médio carbono |
485 |
275 |
~450 |
Dependente da espessura |
P1 |
| SA-106B |
ASME SA-106 |
Tubo de aço carbono |
415 |
240 |
~450 |
Dependente da espessura |
P1 |
| T11 |
ASTM A213 |
1¼Cr-½Mo |
415 |
205 |
~570 |
Acima do limite WT |
P4 |
| T22 |
ASTM A213 |
2¼Cr-1Mo |
415 |
205 |
~580 |
Sim - sempre recomendado |
P5A |
| T91 |
ASTM A213 |
9Cr-1Mo-V (mod.) |
585 |
415 |
~650 |
Sim – obrigatório sempre |
P91 |
9. Guia de seleção de zona de caldeira
Uma caldeira elétrica possui múltiplas zonas de transferência de calor, cada uma com diferentes temperaturas de metal do tubo e, portanto, diferentes requisitos de classificação. A tabela abaixo fornece alocações de classificação típicas para um projeto de caldeira subcrítica e supercrítica:
| da zona da caldeira |
caldeira da escala do Temp do metal do tubo |
Categoria subcrítica da |
categoria supercrítica/USC |
| Economizador |
150 – 350ºC |
A192/A210 A-1 |
A210 A-1 |
| Paredes de água |
300 – 450ºC |
A192/A210 A-1 |
A210 A-1/T11 |
| Superaquecedor primário |
400 – 520ºC |
A210 A-1/T11 |
T11/T22 |
| Superaquecedor secundário |
500 – 580ºC |
T11/T22 |
T22/T91 |
| Reaquecedor (perna quente) |
520 – 620ºC |
T22 |
T91 |
| Saída / coletores do reaquecedor |
540 – 650ºC |
T22/T91 |
T91 |
Nota de aquisição — Compra de tubos de caldeira de uma fábrica chinesa As usinas chinesas produzem grandes volumes de tubos de caldeira A192, A210 e A213 de acordo com as especificações ASTM/ASME. O requisito prático de aquisição é o mesmo de qualquer material de pressão crítica: exija um certificado de teste de material completo (MTC) conforme EN 10204 3.1 ou 3.2 (dependendo da especificação do projeto), verifique se o número de calor no MTC corresponde às marcações no tubo e confirme se os registros PWHT estão incluídos para classes de liga. Especificamente para o T91, sempre solicite o gráfico do forno PWHT – e não apenas a confirmação do PWHT no MTC – como evidência de que o ciclo completo de normalização e têmpera foi executado corretamente. A inspeção de terceiros na fábrica (pela SGS, Bureau Veritas ou TÜV) é uma prática padrão para aquisição crítica de tubos de caldeira.
10. Requisitos PWHT para classes de liga
| Pré-aquecimento de grau |
(soldagem) |
PWHT necessário? Risco chave |
de temperatura PWHT |
se omitido |
| A192/A210 |
Normalmente não é necessário (parede fina) |
Por código — dependente da espessura da parede |
595–650°C (alívio de estresse) |
Tensão residual, dureza HAZ |
| T11 |
150°C min para WT >13 mm |
Por código — dependente da espessura da parede |
675–750°C |
Fragilização por revenimento, rachaduras HAZ |
| T22 |
200°C min |
Fortemente recomendado sempre |
700–750°C |
Alta dureza HAZ, craqueamento por hidrogênio |
| T91 |
200°C min – obrigatório |
Obrigatório – sempre |
Normalizar 1040–1080°C + Temperar 730–800°C |
Martensita não temperada – fratura frágil em serviço |
11. Perguntas frequentes
Qual é a diferença entre os tubos de caldeira ASTM A192 e A210?
ASTM A192 é um tubo sem costura de parede mínima e baixo teor de carbono com uma resistência mínima à tração de 325 MPa - o tipo mais básico de tubo de caldeira de aço carbono, usado para tambores de baixa pressão e serviço de parede de água abaixo de 425°C. ASTM A210 é um grau de carbono médio disponível em duas resistências: Grau A-1 (tração mínima de 415 MPa) e Grau C (tração mínima de 485 MPa). O A210 oferece maior resistência que o A192 e é usado para superaquecedores de alta pressão e circuitos de tubos de parede de água, onde a resistência adicional permite paredes mais finas. Ambas as classes compartilham o mesmo limite máximo aproximado de temperatura de serviço de 425–450°C.
O que é tubo de caldeira ASTM A213 T91?
ASTM A213 T91 é um tubo sem costura de liga de aço martensítico modificado 9Cr-1Mo-V usado em aplicações de superaquecedor e reaquecedor de alta temperatura em caldeiras supercríticas e ultra-supercríticas. Com uma resistência à tração mínima de 585 MPa e uma temperatura máxima de serviço contínuo de aproximadamente 650°C, o T91 supera o T11 e o T22 tanto em resistência quanto em resistência à fluência em temperaturas elevadas. Requer PWHT obrigatório após a soldagem – um ciclo de normalização e têmpera – e a falha em executar isso corretamente é a principal causa de falhas de soldagem T91 em serviço.
Qual é a temperatura máxima para tubos de caldeira em aço carbono?
Tubos de caldeira de aço carbono (ASTM A192, A210, SA-106) não devem ser usados para serviços de pressão sustentada acima de aproximadamente 425–450°C. Acima dessa faixa, o aço carbono sofre fluência acelerada e é suscetível à grafitização – um processo em que os carbonetos se dissolvem e a grafite se forma nos limites dos grãos, causando fragilização. Para serviço entre 450°C e 570°C, ASTM A213 T11 deve ser especificada. Para 570–580°C, T22 é apropriado. Para temperaturas acima de 580°C, é necessário T91.
Qual é a diferença entre as designações ASME SA e ASTM A para tubos de caldeira?
As designações ASME SA e ASTM A referem-se a especificações de materiais tecnicamente idênticas. A ASME adota os padrões ASTM em seu Código de Caldeiras e Vasos de Pressão (BPVC), Seção II, e os republica como equivalentes SA com um requisito adicional de certificação ASME. SA-213 T91 e ASTM A213 T91 têm os mesmos requisitos químicos, propriedades mecânicas e tratamento térmico – a designação SA significa que o material foi produzido com documentação de certificação ASME BPVC. Os fabricantes de caldeiras que trabalham de acordo com a ASME BPVC Seção I ou VIII devem especificar materiais SA, e não materiais ASTM, para manter a conformidade com o código.
O tubo ASTM A106 pode ser usado como tubo de caldeira?
ASTM A106 (ou seu equivalente ASME SA-106) é uma especificação de tubo, não uma especificação de tubo, e é usada para tubulações de conexão de caldeiras, coletores de vapor e linhas de água de alimentação - não para tubos de superfície de transferência de calor (paredes de água, superaquecedores, reaquecedores, economizadores). Para superfícies de transferência de calor, são necessárias especificações de tubo dedicadas (A192, A210, A213) com tolerâncias dimensionais mais restritas e combinações apropriadas de OD/WT. SA-106 Grau B pode ser usado para serviços de tubulação de caldeira até aproximadamente 450°C dentro das tensões admissíveis definidas na ASME BPVC Seção II-D.
O que é PWHT e quando é necessário para tubos de caldeira de liga?
PWHT (Tratamento Térmico Pós-Soldagem) é um ciclo térmico controlado aplicado após a soldagem para aliviar a tensão residual e restaurar a tenacidade na zona afetada pelo calor. Para T11, o PWHT pode ser necessário dependendo da espessura da parede – normalmente acima de 13 mm. Para T22, o PWHT é fortemente recomendado após toda soldagem, independentemente da espessura. Para o T91, o PWHT é sempre obrigatório – uma normalização a 1040–1080°C seguida de uma têmpera a 730–800°C. A omissão ou a execução incorreta do T91 PWHT deixa a martensita não temperada na HAZ da solda, uma microestrutura que é frágil e propensa a trincas em serviço de ciclo térmico.
Tubos de caldeira de origem do tubo de aço ZC
A ZC Steel Pipe fabrica e exporta tubos de caldeira sem costura e tubos de trocadores de calor para ASTM A192, A210, A213 (T11, T22, T91) e ASME SA-106. Documentação MTC completa de acordo com EN 10204 3.1 e 3.2, inspeção de terceiros (SGS, Bureau Veritas) e combinações personalizadas de OD/WT disponíveis. Fornecemos fabricantes de caldeiras, empreiteiros EPC e projetos de usinas de energia em toda a África, Oriente Médio e América do Sul.
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