Clasele tuburilor pentru cazan - ASTM A192, A210, A213 și SA-106: specificații, limite de temperatură și ghid de selecție

Alegerea unei clase greșite pentru tubul cazanului nu reprezintă un inconvenient de achiziție – este o defecțiune de inginerie care așteaptă să se întâmple. Tuburile din oțel carbon utilizate peste limita lor de fluaj se vor eșua prin degradarea microstructurală pe parcursul anilor de funcționare. Tuburile din oțel aliat specificate fără PWHT adecvat se pot crăpa în HAZ de sudură în câteva luni. Și înlocuirea unui grad cu un grad „similar” fără a verifica tabelele de tensiuni admisibile din ASME BPVC Secțiunea II poate anula certificarea unui recipient sub presiune.

ZC Steel Pipe produce tuburi de cazan fără sudură și tuburi schimbătoare de căldură conform ASTM A192, A210, A213 și ASME SA-106, în oțel carbon și aliaj de crom-moliu. Furnizăm producători de cazane, antreprenori de centrale electrice și constructori de fabrici petrochimice în Africa, Orientul Mijlociu și America de Sud. Acest ghid acoperă ce este fiecare notă, ce poate și nu poate face și cum să selectați dintre ele pentru aplicația dvs.

1. Prezentare generală a standardelor tuburilor cazanului

Toate cele patru standarde sunt fără sudură – tubul cazanului pentru serviciul de transfer de căldură nu este practic niciodată sudat, deoarece cordonul de sudură reprezintă o concentrație de tensiuni și un loc potențial de inițiere a coroziunii într-un mediu termic ciclic. Standardele diferă în ceea ce privește conținutul de aliaj, nivelul de rezistență și temperatura maximă la care gradul păstrează rezistența la fluaj adecvată pentru a fi în siguranță în serviciul de presiune susținută.

Linia de separare în selectarea tubului cazanului este de obicei temperatura. Calitățile de oțel carbon (A192, A210, SA-106) sunt adecvate pentru service până la aproximativ 450°C. Mai mult decât atât, rata de fluaj a oțelului carbon devine inacceptabil de ridicată și trebuie utilizate clase slab aliaje (A213 T11, T22). Peste aproximativ 580°C, sunt necesare clase avansate de 9Cr (A213 T91) pentru proiectele moderne de cazane supercritice și ultrasupercritice.

2. Tuburi de cazan din oțel carbon — A192 și A210

2.1 ASTM A192 — Oțel carbon cu perete minim

ASTM A192 este cea mai simplă și mai economică calitate a tubului pentru cazan. Este un tub din oțel carbon fără sudură, cu un perete minim, cu un conținut maxim de carbon de 0,18% și o rezistență minimă la tracțiune de numai 325 MPa (47 ksi). Conținutul scăzut de carbon îmbunătățește sudabilitatea și reduce riscul de precipitare a carburilor la granițele granulelor în timpul ciclării termice.

A192 este utilizat pentru tamburele cazanelor cu tuburi de apă, tamburele de noroi și tuburile de perete de apă cu temperatură scăzută în cazanele utilitare și industriale care funcționează sub aproximativ 425°C. Tavanul său de rezistență scăzută înseamnă că nu este adecvat pentru serviciul de supraîncălzire sau reîncălzire în cazanele moderne de înaltă presiune.

2.2 ASTM A210 — Tub de cazan mediu din oțel carbon

ASTM A210 oferă o rezistență mai mare decât A192 prin conținutul ușor mai mare de carbon și mangan. Este produs în două clase:

• Gradul A-1 : ​​tracțiune minimă 415 MPa (60 ksi), randament minim 255 MPa (37 ksi). Clasa mai obișnuită pentru peretele de apă, economizor și serviciul de supraîncălzire inferior.

• Gradul C : tracțiune minimă 485 MPa (70 ksi), randament minim 275 MPa (40 ksi). Rezistență mai mare pentru aplicații mai solicitante pentru cazane din oțel carbon. Mai puțin frecvent specificat decât A-1.

3. Tuburi de cazan din oțel aliat — ASTM A213

ASTM A213 acoperă o gamă largă de tuburi din oțel aliaj feritic (crom-molibden) și austenitic (inoxidabil) fără sudură pentru cazan, supraîncălzitor și schimbător de căldură. Calitățile feritice sunt desemnate cu un prefix T (T11, T22, T91), iar clasele austenitice cu TP (TP304, TP316, TP321 etc.).

Sistemul de aliaj crom-moly (CrMo) este calul de lucru al metalurgiei tuburilor de cazan la temperaturi înalte. Adăugarea de crom îmbunătățește rezistența la oxidare și rezistența la temperaturi ridicate. Adăugarea de molibden îmbunătățește rezistența la fluaj. Creșterea ambelor - de la T11 (1¼Cr-½Mo) la T22 (2¼Cr-1Mo) la T91 (9Cr-1Mo-V modificat) - extinde progresiv plafonul de temperatură și îmbunătățește durata de viață la fluaj pe termen lung.

4. A213 T11 — 1¼Cr-½Mo

T11 este clasa de aliaj de bază pentru serviciul tubului cazanului peste limita de temperatură din oțel carbon. Oferă o bună rezistență la oxidare până la aproximativ 570°C și o rezistență îmbunătățită la fluaj față de oțelul carbon în intervalul 450–570°C. T11 este utilizat în mod obișnuit în tuburile de ieșire a supraîncălzitorului, secțiunile de admisie a reîncălzitorului și circuitele de tuburi de supraîncălzire cu temperatură scăzută în cazanele subcritice și supercritice.

T11 este în general sudabil fără preîncălzire pentru pereți subțiri, dar necesită PWHT peste anumite praguri de grosime conform ASME BPVC. Conținutul său de 1¼ Cr îl face susceptibil la fragilizarea prin temperare dacă este răcit prea lent în intervalul 370-565°C în timpul PWHT - ratele de răcire a cuptorului trebuie controlate.

5. A213 T22 — 2¼Cr-1Mo

T22 (2¼Cr-1Mo) a fost aliajul de lucru pentru supraîncălzirea și reîncălzirea cazanelor de temperatură înaltă de zeci de ani. Conținutul său mai mare de crom și molibden față de T11 oferă o rezistență mai bună la fluaj în intervalul 540–580°C și o rezistență îmbunătățită la oxidare pentru expunerea la abur și la foc. T22 este utilizat pentru tuburile de ieșire de supraîncălzire la temperatură înaltă, colectoarele de ieșire pentru reîncălzire și orice circuit de tuburi de cazan care funcționează în intervalul de temperatură subcritic superior.

6. A213 T91 — 9Cr-1Mo-V (modificat)

T91 este un aliaj martensitic 9Cr-1Mo modificat cu vanadiu, niobiu și azot pentru a-și îmbunătăți dramatic rezistența la fluaj în comparație cu gradul 9Cr-1Mo nemodificat (T9). Rezistența sa minimă la tracțiune de 585 MPa și randamentul minim de 415 MPa - ambele semnificativ mai mari decât T11 sau T22 - permit pereți mai subțiri ai tubului pentru aceeași presiune, reducând tensiunile ciclice termice și îmbunătățind eficiența transferului de căldură.

T91 este materialul standard pentru proiectele avansate de cazane supercritice (SC) și ultra-supercritice (USC) unde temperaturile aburului depășesc 580°C. Este utilizat în tuburile de ieșire a supraîncălzitorului la temperatură înaltă, conductele de reîncălzire la cald și colectoarele de abur de înaltă presiune în cazanele centralelor moderne.

7. SA-106 Grad B — Oțel carbon fără sudură pentru service cazane

ASME SA-106 (echivalent cu ASTM A106) este o specificație de țevi din oțel carbon fără sudură pentru servicii la temperaturi înalte. Nu este o specificație pentru tuburi - acoperă țevi, nu țevi - și este folosită în principal pentru colectoarele de abur, conductele de conectare a cazanului, liniile de alimentare cu apă și rețelele de distribuție a aburului, mai degrabă decât pentru tuburile de suprafață de transfer de căldură. Cele trei clase sunt:

• Gradul A : Tensiune minima 330 MPa (48 ksi). Rareori specificate — Gradul B este alegerea standard.

• Gradul B : tracțiune minimă 415 MPa (60 ksi), randament minim 240 MPa (35 ksi). Clasa dominantă pentru tubulatura cazanului și vaselor sub presiune.

• Gradul C : Tensiune minima 485 MPa (70 ksi). Se utilizează acolo unde este necesară o presiune mai mare la temperatură ambiantă până la moderată.

SA-106 Gradul B este limitat la aproximativ 425–450°C pentru un serviciu susținut la solicitare ridicată datorită limitărilor de fluaj din oțel carbon. Peste această temperatură, trebuie utilizat un aliaj de calitate echivalentă (țeavă SA-335 P11 sau P22).

8. Tabel de comparație completă a notei

9. Ghid de selectare a zonei cazanului

Un cazan electric are mai multe zone de transfer de căldură, fiecare cu temperaturi diferite ale tuburilor metalice și, prin urmare, cerințe diferite de calitate. Tabelul de mai jos oferă alocațiile tipice pentru un cazan subcritic și supercritic:

10. Cerințe PWHT pentru clasele de aliaje

11. Întrebări frecvente