Выбор неправильной марки котельной трубы — это не неудобство при закупках, а ожидающая своего часа инженерная ошибка. Трубы из углеродистой стали, используемые с превышением предела ползучести, выйдут из строя из-за микроструктурной деградации с течением лет эксплуатации. Трубы из легированной стали, изготовленные без соответствующей термообработки, могут треснуть в зоне сварного шва в течение нескольких месяцев. А замена одной марки на «похожую» марку без проверки таблиц допустимых напряжений в разделе II ASME BPVC может привести к аннулированию сертификации сосуда под давлением.
ZC Steel Pipe производит бесшовные котельные трубы и трубы теплообменников в соответствии с ASTM A192, A210, A213 и ASME SA-106 из углеродистой стали и хромомолибденовых сплавов. Мы поставляем продукцию производителям котлов, подрядчикам электростанций и строителям нефтехимических заводов в Африке, на Ближнем Востоке и в Южной Америке. В этом руководстве рассказывается, что представляет собой каждый класс, что он может и чего не может делать, а также как выбрать между ними для вашего приложения.
СОДЕРЖАНИЕ
Обзор стандартов на котельные трубы
Котельные трубы из углеродистой стали — A192 и A210
Котельные трубы из легированной стали — ASTM A213
A213 T11 — 1¼Cr-½Mo
A213 T22 — 2¼Cr-1Mo
А213 Т91 — 9Cr-1Mo-V (модифицированный)
SA-106 Grade B — бесшовная труба из углеродистой стали для обслуживания котлов
Полная сравнительная таблица оценок
Руководство по выбору зоны котла
Требования PWHT для марок сплавов
Часто задаваемые вопросы
1. Обзор стандартов на котельные трубы
ОСНОВНЫЕ СТАНДАРТЫ — КОТЕЛЬНЫЕ ТРУБЫ ASTM A192: Бесшовные трубы из углеродистой стали для работы в котлах высокого давления — минимальные стенки, низкоуглеродистые.
ASTM A210: Бесшовные трубы для котлов и пароперегревателей из среднеуглеродистой стали — классы A-1 и C.
ASTM A213: Бесшовные трубы для котлов, пароперегревателей и теплообменников из ферритной и аустенитной стали — охватывают марки T11, T22, T91 и многие другие марки.
ASME SA-106: Бесшовные трубы из углеродистой стали для работы при высоких температурах — классы A, B и C. Эквивалент ASME BPVC ASTM A106.
Все четыре стандарта являются бесшовными — котельная труба для теплопередачи практически никогда не сваривается, поскольку сварной шов представляет собой концентрацию напряжений и потенциальное место зарождения коррозии в циклической термической среде. Стандарты различаются содержанием сплавов, уровнем прочности и максимальной температурой, при которой марка сохраняет достаточную прочность на ползучесть, чтобы быть безопасным при работе под постоянным давлением.
Разделительной линией при выборе котельной трубы обычно является температура. Марки углеродистой стали (А192, А210, SA-106) пригодны для эксплуатации при температуре примерно до 450°C. При превышении этого скорость ползучести углеродистой стали становится неприемлемо высокой и приходится использовать низколегированные марки (А213, Т11, Т22). При температуре выше примерно 580°C для современных сверхкритических и ультрасверхкритических котлов требуются усовершенствованные марки 9Cr (A213 T91).
2. Котельные трубы из углеродистой стали — A192 и A210.
2.1 ASTM A192 — Углеродистая сталь с минимальной стенкой
ASTM A192 — самая простая и экономичная марка котловых труб. Это бесшовная труба из углеродистой стали с минимальными стенками, максимальным содержанием углерода 0,18% и минимальной прочностью на разрыв всего 325 МПа (47 фунтов на квадратный дюйм). Низкое содержание углерода улучшает свариваемость и снижает риск выделения карбидов на границах зерен во время термоциклирования.
A192 используется для изготовления барабанов водотрубных котлов, шламовых барабанов и стенок водяных труб с более низкой температурой в коммунальных и промышленных котлах, работающих при температуре ниже примерно 425°C. Низкая прочность потолка означает, что он не подходит для использования в пароперегревателях или пароперегревателях в современных котлах высокого давления.
2.2 ASTM A210 — Котельная труба из среднеуглеродистой стали
ASTM A210 обеспечивает большую прочность, чем A192, за счет немного более высокого содержания углерода и марганца. Выпускается двух сортов:
Класс A-1 : Минимальная прочность на растяжение 415 МПа (60 фунтов на квадратный дюйм), минимальный предел текучести 255 МПа (37 фунтов на квадратный дюйм). Более распространенная марка для водяных стенок, экономайзеров и нижних пароперегревателей.
Класс C : Минимальная прочность на растяжение 485 МПа (70 фунтов на квадратный дюйм), минимальная текучесть 275 МПа (40 фунтов на квадратный дюйм). Более высокая прочность для более требовательных применений в котлах из углеродистой стали. Реже указывается, чем A-1.
Полевое примечание — A192 и A210 при закупках На практике A192 и A210 класса A-1 часто используются как взаимозаменяемые для экономайзера и контуров труб с нижней водяной стенкой в промышленных котлах с температурой ниже 400°C. Разница в прочности на разрыв означает, что A210 может обеспечить необходимую толщину стенки при меньшей толщине стенки, чем A192, что полезно, когда вес трубы имеет значение. Однако в некоторых более старых конструкциях котлов по названию указывается A192, и для замены требуется техническое одобрение и расчет норм. Никогда не заменяйте марки котла без проверки допустимого напряжения в соответствии с разделом II-D ASME BPVC и получения необходимой документации.
3. Котельные трубы из легированной стали — ASTM A213.
ASTM A213 охватывает широкий спектр бесшовных труб из ферритных (хромомолибденовых) и аустенитных (нержавеющих) легированных сталей для котлов, пароперегревателей и теплообменников. Ферритные марки обозначаются префиксом Т (Т11, Т22, Т91), аустенитные — ТП (ТП304, ТП316, ТП321 и т. д.).
Система хромомолибденового сплава (CrMo) является «рабочей лошадкой» в высокотемпературной трубной металлургии. Добавление хрома повышает стойкость к окислению и жаропрочность. Добавление молибдена повышает сопротивление ползучести. Увеличение обоих показателей — с T11 (1¼Cr-½Mo) до T22 (2¼Cr-1Mo) и до T91 (модифицированный 9Cr-1Mo-V) — постепенно расширяет температурный потолок и увеличивает долговечность ползучести.
4. А213 Т11 — 1¼Cr-½Mo.
АСТМ А213 Т11
Сплав:
1¼Cr – ½Mo.
Минимальное растяжение:
415 МПа (60 фунтов на квадратный дюйм)
Минимальный выход:
205 МПа (30 тысяч фунтов на квадратный дюйм)
Максимальная рабочая температура:
~570°C, непрерывно.
Эквивалент ASME BPVC:
SA-213 T11
P-номер (ASME):
P4
T11 — это сплав начального уровня, предназначенный для эксплуатации в котловых трубах при температуре выше предела углеродистой стали. Он обеспечивает хорошую стойкость к окислению примерно до 570°C и улучшенную прочность ползучести по сравнению с углеродистой сталью в диапазоне 450–570°C. T11 обычно используется в выпускных трубах перегревателя, входных секциях промежуточного перегревателя и контурах труб низкотемпературного перегревателя в докритических и сверхкритических котлах.
T11 обычно пригоден для сварки без предварительного нагрева для тонких стенок, но требует PWHT выше определенных пороговых значений толщины согласно ASME BPVC. Содержание 1¼Cr делает его склонным к отпускному охрупчиванию при слишком медленном охлаждении в диапазоне 370–565°C во время PWHT — необходимо контролировать скорость охлаждения печи.
5. А213 Т22 — 2¼Cr-1Mo.
АСТМ А213 Т22
Сплав:
2¼Cr – 1Mo.
Минимальное растяжение:
415 МПа (60 фунтов на квадратный дюйм)
Минимальный выход:
205 МПа (30 тысяч фунтов на квадратный дюйм)
Максимальная рабочая температура:
~580°C, непрерывно.
Эквивалент ASME BPVC:
SA-213 T22
P-номер (ASME):
P5A
T22 (2¼Cr-1Mo) на протяжении десятилетий является «рабочей лошадкой» для использования в перегревателях и промежуточных перегревателях высокотемпературных котлов. Его более высокое содержание хрома и молибдена по сравнению с T11 обеспечивает лучшее сопротивление ползучести в диапазоне 540–580 ° C и улучшенную стойкость к окислению при воздействии пара и огня. T22 используется для выпускных трубок высокотемпературного перегревателя, выпускных коллекторов промежуточного перегревателя и любого контура труб котла, работающего в верхнем докритическом диапазоне температур.
Инженерный взгляд — T22 или T11: когда проводить модернизацию Практическим моментом принятия решения о выборе между T11 и T22 обычно является температура металла трубы, а не только температура пара. В пароперегревателе котла температура металла труб может быть на 30–80°C выше температуры пара внутри, в зависимости от теплового потока и наружного диаметра трубы. Если температура пара на выходе составляет 540°C, температура металла трубы может достигать 600°C или выше при пиковой нагрузке, что выходит за пределы надежного диапазона ползучести T11. Консервативный подход заключается в использовании T22 для любой трубы пароперегревателя или промежуточного перегревателя с ожидаемой температурой металла трубы выше 540°C, а не только для тех, где температура пара превышает этот порог.
6. А213 Т91 — 9Cr-1Mo-V (модифицированный)
АСТМ А213 Т91
Сплав:
9Cr – 1Mo – V (модифицированный)
Минимальное растяжение:
585 МПа (85 фунтов на квадратный дюйм)
Минимальный выход:
415 МПа (60 фунтов на квадратный дюйм)
Максимальная рабочая температура:
~650°C, непрерывно.
Эквивалент ASME BPVC:
SA-213 T91
P-номер (ASME):
P91
T91 представляет собой мартенситный сплав 9Cr-1Mo, модифицированный ванадием, ниобием и азотом для значительного улучшения его предела ползучести по сравнению с немодифицированным сплавом 9Cr-1Mo (T9). Его минимальная прочность на разрыв 585 МПа и минимальная текучесть 415 МПа (оба значительно выше, чем у T11 или T22) позволяют сделать стенки трубок тоньше при том же номинальном давлении, снижая термоциклические напряжения и повышая эффективность теплопередачи.
T91 является стандартным материалом для современных сверхкритических (SC) и ультрасверхкритических (USC) котлов, где температура пара превышает 580°C. Он используется в выпускных трубах высокотемпературных перегревателей, трубопроводах горячего промежуточного перегрева и коллекторах пара высокого давления в современных котлах электростанций.
Критический инженерный момент — T91 PWHT не подлежит обсуждению T91 должен подвергаться термообработке до определенного нормализованного и отпущенного состояния как на стане (для соответствия механическим свойствам), так и после любой сварки в полевых условиях или в цеху. Требуемая PWHT — это нормализация при 1040–1080°C с последующим отпуском при 730–800°C. Без этой PWHT зона термического влияния сварного шва будет содержать неотпущенный мартенсит — очень твердую, хрупкую микроструктуру, которая подвержена водородному растрескиванию и коррозии под напряжением. Неисправности сварных швов T91 почти всегда связаны с неправильной или пропущенной PWHT. Это самая важная точка контроля качества при изготовлении трубок Т91 — ее нельзя пропускать или сокращать, независимо от графика.
7. SA-106 Grade B — бесшовная углеродистая сталь для эксплуатации котлов.
ASME SA-106 (эквивалент ASTM A106) представляет собой бесшовную трубу из углеродистой стали, предназначенную для эксплуатации при высоких температурах. Это не спецификация труб — она охватывает трубы, а не трубы — и используется в основном для паровых коллекторов, соединительных трубопроводов котла, линий питательной воды и парораспределительных магистралей, а не для труб с поверхностью теплопередачи. Три степени:
Класс A : Минимальное сопротивление растяжению 330 МПа (48 фунтов на квадратный дюйм). Редко указывается: класс B является стандартным выбором.
Класс B : Минимальная прочность на растяжение 415 МПа (60 фунтов на квадратный дюйм), минимальный предел текучести 240 МПа (35 фунтов на квадратный дюйм). Преобладающий сорт для трубопроводов котлов и сосудов под давлением.
Класс C : Минимальное сопротивление растяжению 485 МПа (70 фунтов на квадратный дюйм). Используется там, где требуется более высокое давление при температуре от окружающей до умеренной.
SA-106 класса B ограничен примерно 425–450 ° C для длительной эксплуатации в условиях высоких напряжений из-за ограничений ползучести углеродистой стали. Выше этой температуры необходимо использовать эквивалентную марку сплава (труба SA-335 P11 или P22).
8. Полная сравнительная таблица оценок.
| Марка |
Стандартная |
система сплавов |
Минимальная прочность на растяжение (МПа) |
Минимальная текучесть (МПа) |
Макс. температура эксплуатации (°C) |
Требуется PWHT? |
P-номер |
| А192 |
АСТМ А192 |
Углеродистая сталь (низкий C) |
325 |
180 |
~425 |
Зависит от толщины |
П1 |
| А210 А-1 |
АСТМ А210 |
Среднеуглеродистая сталь |
415 |
255 |
~450 |
Зависит от толщины |
П1 |
| А210 С |
АСТМ А210 |
Среднеуглеродистая сталь |
485 |
275 |
~450 |
Зависит от толщины |
П1 |
| СА-106 Б |
АСМЭ СА-106 |
Труба из углеродистой стали |
415 |
240 |
~450 |
Зависит от толщины |
П1 |
| Т11 |
АСТМ А213 |
1¼Cr-½Mo |
415 |
205 |
~570 |
Вес выше порога |
П4 |
| Т22 |
АСТМ А213 |
2¼Cr-1Mo |
415 |
205 |
~580 |
Да — всегда рекомендуется |
P5A |
| Т91 |
АСТМ А213 |
9Cr-1Mo-V (мод.) |
585 |
415 |
~650 |
Да — обязательно всегда |
P91 |
9. Руководство по выбору зоны котла
Энергетический котел имеет несколько зон теплопередачи, каждая из которых имеет разную температуру металла труб и, следовательно, разные требования к классу теплопередачи. В таблице ниже приведены типичные присвоения классов для докритических и сверхкритических конструкций котлов:
| Зона котла |
Труба Диапазон температур металла |
Субкритическая марка котла |
Сверхкритическая/класс USC |
| Экономайзер |
150 – 350°С |
А192/А210 А-1 |
А210 А-1 |
| Водяные стены |
300 – 450°С |
А192/А210 А-1 |
А210 А-1/Т11 |
| Первичный пароперегреватель |
400 – 520°С |
А210 А-1/Т11 |
Т11/Т22 |
| Вторичный пароперегреватель |
500 – 580°С |
Т11/Т22 |
Т22/Т91 |
| Промперегреватель (горячая нога) |
520 – 620°С |
Т22 |
Т91 |
| Выход/коллекторы подогревателя |
540 – 650°С |
Т22/Т91 |
Т91 |
Примечание о закупках — покупка котловой трубы у китайского завода Китайские заводы производят большие объемы котловой трубы A192, A210 и A213 в соответствии с полными спецификациями ASTM/ASME. Практические требования к закупкам такие же, как и для любого материала, критического к давлению: потребуйте полный сертификат испытаний материала (MTC) в соответствии с EN 10204 3.1 или 3.2 (в зависимости от спецификации проекта), убедитесь, что номер плавки на MTC соответствует маркировке на трубе, и подтвердите, что записи PWHT включены для марок сплавов. В частности, для T91 всегда запрашивайте диаграмму печи PWHT, а не только подтверждение PWHT на MTC, как подтверждение того, что полный цикл нормализации и отпуска был выполнен правильно. Проверка завода третьей стороной (SGS, Bureau Veritas или TÜV) является стандартной практикой при закупке критически важных котловых труб.
10. Требования PWHT для марок сплавов
| Марка |
Предварительный нагрев (сварка) |
Требуется PWHT? |
температуры PWHT , если он опущен |
Ключевой риск |
| А192/А210 |
Обычно не требуется (тонкие стены) |
По коду — в зависимости от толщины стенки |
595–650°С (снятие напряжений) |
Остаточные напряжения, твердость ЗТВ |
| Т11 |
150°C мин. для WT >13 мм |
По коду — в зависимости от толщины стенки |
675–750°С |
Отпускное охрупчивание, растрескивание ЗТВ |
| Т22 |
200°С мин. |
Настоятельно рекомендуется всегда |
700–750°С |
Высокая твердость ЗТВ, водородное растрескивание |
| Т91 |
200°С мин — обязательно |
Обязательно — всегда |
Нормализация 1040–1080°С + отпуск 730–800°С |
Неотпущенный мартенсит — хрупкое разрушение в процессе эксплуатации |
11. Часто задаваемые вопросы
В чем разница между котельными трубами ASTM A192 и A210?
ASTM A192 — это низкоуглеродистая бесшовная труба с минимальными стенками и минимальным пределом прочности на растяжение 325 МПа — самая основная марка котловых труб из углеродистой стали, используемая для барабанов низкого давления и водяных стенок при температуре ниже 425°C. ASTM A210 — это марка со средним содержанием углерода, доступная в двух вариантах прочности: марка A-1 (минимальное растяжение 415 МПа) и марка C (минимальное растяжение 485 МПа). A210 обеспечивает большую прочность, чем A192, и используется для пароперегревателей высокого давления и трубных контуров с водяными стенками, где дополнительная прочность позволяет сделать стенки более тонкими. Оба класса имеют одинаковый приблизительный максимальный предел рабочей температуры 425–450°C.
Что такое котельная труба ASTM A213 T91?
ASTM A213 T91 представляет собой бесшовную трубу из модифицированной мартенситной стали 9Cr-1Mo-V, используемую в высокотемпературных перегревателях и промежуточных перегревателях в сверхкритических и сверхсверхкритических котлах. При минимальном пределе прочности 585 МПа и максимальной температуре непрерывной эксплуатации около 650°C T91 превосходит T11 и T22 как по прочности, так и по сопротивлению ползучести при повышенных температурах. После сварки требуется обязательная PWHT — цикл нормализации и отпуска — и невыполнение этого требования является основной причиной отказов сварки T91 при эксплуатации.
Какова максимальная температура котловых труб из углеродистой стали?
Котельные трубы из углеродистой стали (ASTM A192, A210, SA-106) не следует использовать для работы при постоянном давлении выше примерно 425–450°C. Выше этого диапазона углеродистая сталь подвергается ускоренной ползучести и подвержена графитизации — процессу, при котором карбиды растворяются и графит образуется на границах зерен, вызывая охрупчивание. Для эксплуатации при температуре от 450°C до 570°C следует использовать ASTM A213 T11. Для 570–580°C подходит Т22. Для температур выше 580°C требуется T91.
В чем разница между обозначениями котловых труб ASME SA и ASTM A?
Обозначения ASME SA и ASTM A относятся к технически идентичным материалам. ASME принимает стандарты ASTM в раздел II Кодекса по котлам и сосудам под давлением (BPVC) и переиздает их как эквиваленты SA с дополнительными требованиями сертификации ASME. SA-213 T91 и ASTM A213 T91 имеют одинаковые химические свойства, механические свойства и требования к термообработке — обозначение SA означает, что материал был произведен в соответствии с сертификационной документацией ASME BPVC. Изготовители котлов, работающие в соответствии с разделом I или VIII ASME BPVC, должны указывать материалы SA, а не материалы ASTM, чтобы обеспечить соответствие нормам.
Можно ли использовать трубу ASTM A106 в качестве котельной?
ASTM A106 (или его эквивалент SA-106 по ASME) представляет собой спецификацию труб, а не спецификацию труб, и используется для соединительных трубопроводов котла, парораспределителей и линий питательной воды, а не для труб с поверхностью теплопередачи (водяные стены, пароперегреватели, подогреватели, экономайзеры). Для поверхностей теплопередачи требуются специальные трубы (A192, A210, A213) с более жесткими допусками на размеры и соответствующими комбинациями наружного диаметра и веса. SA-106 класса B может использоваться для трубопроводов котлов при температуре примерно до 450°C в пределах допустимых напряжений, определенных в ASME BPVC, раздел II-D.
Что такое PWHT и когда он необходим для котельных труб из сплавов?
PWHT (послесварочная термообработка) — это контролируемый термический цикл, применяемый после сварки для снятия остаточного напряжения и восстановления ударной вязкости в зоне термического влияния. Для T11 может потребоваться PWHT в зависимости от толщины стены — обычно более 13 мм. Для T22 настоятельно рекомендуется использовать PWHT после сварки независимо от толщины. Для Т91 всегда обязательна ПСТО — нормализация при 1040–1080°С с последующим отпуском при 730–800°С. Отсутствие или неправильное выполнение термообработки T91 оставляет в зоне термической опасности сварного шва неотпущенный мартенсит, микроструктуру, которая является хрупкой и склонной к растрескиванию при термоциклировании.
Исходные котельные трубы из стальной трубы ZC
ZC Steel Pipe производит и экспортирует бесшовные котельные трубы и теплообменные трубы в соответствии с ASTM A192, A210, A213 (T11, T22, T91) и ASME SA-106. Доступна полная документация MTC в соответствии с EN 10204 3.1 и 3.2, проверка третьей стороной (SGS, Bureau Veritas) и специальные комбинации OD/WT. Мы поставляем продукцию производителям котлов, подрядчикам EPC и проектам электростанций в Африке, на Ближнем Востоке и в Южной Америке.
Мэнди. w@zcsteelpipe.com
WhatsApp: +86-139-1579-1813
→ Запросить цену
