Výber nesprávnej triedy kotlových rúr nepredstavuje nepríjemnosť pri obstarávaní – je to technická porucha, ktorá čaká na to, kým sa stane. Rúry z uhlíkovej ocele používané nad hranicou tečenia zlyhajú v dôsledku degradácie mikroštruktúry počas rokov prevádzky. Rúry z legovanej ocele špecifikované bez správnej PWHT môžu prasknúť v HAZ zvaru v priebehu niekoľkých mesiacov. A nahradenie jednej triedy za 'podobnú' triedu bez kontroly tabuliek prípustného namáhania v ASME BPVC sekcia II môže spôsobiť neplatnosť certifikácie tlakovej nádoby.
ZC Steel Pipe vyrába bezšvíkové kotlové rúry a rúry výmenníkov tepla podľa ASTM A192, A210, A213 a ASME SA-106 z uhlíkovej ocele a zliatiny chróm-mol. Dodávame výrobcom kotlov, dodávateľom elektrární a staviteľom petrochemických závodov v celej Afrike, na Strednom východe a v Južnej Amerike. Táto príručka obsahuje informácie o tom, čo každá trieda je, čo môže a nemôže robiť a ako si medzi nimi vybrať pre svoju aplikáciu.
OBSAH
Prehľad noriem kotlových rúr
Kotlové rúry z uhlíkovej ocele — A192 a A210
Rúry kotlov z legovanej ocele — ASTM A213
A213 T11 - 1¼Cr-½Mo
A213 T22 — 2¼Cr-1Mo
A213 T91 – 9Cr-1Mo-V (upravené)
SA-106 Grade B – Bezšvíkové potrubie z uhlíkovej ocele pre prevádzku kotla
Úplná porovnávacia tabuľka
Sprievodca výberom kotlovej zóny
Požiadavky PWHT pre triedy zliatin
FAQ
1. Prehľad štandardov kotlových rúr
KĽÚČOVÉ ŠTANDARDY — KOTLA ASTM A192: Bezšvíkové rúry z uhlíkovej ocele pre prevádzku vysokotlakových kotlov – minimálna stena, nízky obsah uhlíka.
ASTM A210: Bezšvíkové rúry pre kotly a prehrievače zo stredne uhlíkovej ocele – triedy A-1 a C.
ASTM A213: Bezšvíkové rúry z feritickej a austenitickej legovanej ocele pre kotly, prehrievače a výmenníky tepla – pokrýva T11, T22, T91 a mnohé ďalšie triedy.
ASME SA-106: Bezšvíkové rúry z uhlíkovej ocele pre vysokoteplotné použitie – triedy A, B a C. ASME BPVC ekvivalent ASTM A106.
Všetky štyri štandardy sú bezšvíkové – rúrka kotla na prenos tepla sa prakticky nikdy nezvára, pretože zvarový šev predstavuje koncentráciu napätia a potenciálne miesto iniciácie korózie v cyklickom tepelnom prostredí. Normy sa líšia obsahom zliatiny, úrovňou pevnosti a maximálnou teplotou, pri ktorej si trieda zachováva primeranú pevnosť pri tečení, aby bola bezpečná pri prevádzke s trvalým tlakom.
Deliacou čiarou pri výbere kotlových rúr je zvyčajne teplota. Uhlíkové ocele (A192, A210, SA-106) sú vhodné na prevádzku do približne 450 °C. Okrem toho sa rýchlosť tečenia uhlíkovej ocele stáva neprijateľne vysokou a musia sa používať nízkolegované triedy (A213 T11, T22). Nad približne 580 °C sú pre moderné nadkritické a ultrasuperkritické konštrukcie kotlov potrebné pokročilé triedy 9Cr (A213 T91).
2. Kotlové rúry z uhlíkovej ocele – A192 a A210
2.1 ASTM A192 – uhlíková oceľ s minimálnymi stenami
ASTM A192 je najjednoduchšia a najhospodárnejšia trieda kotlových rúr. Ide o bezšvíkovú rúrku z uhlíkovej ocele s minimálnymi stenami s maximálnym obsahom uhlíka 0,18 % a minimálnou pevnosťou v ťahu iba 325 MPa (47 ksi). Nízky obsah uhlíka zlepšuje zvárateľnosť a znižuje riziko precipitácie karbidov na hraniciach zŕn počas tepelných cyklov.
A192 sa používa pre bubny vodných rúrových kotlov, kalové bubny a rúrky s vodnou stenou s nízkou teplotou v úžitkových a priemyselných kotloch pracujúcich pod približne 425 °C. Jeho nízka pevnosť stropu znamená, že nie je vhodný pre prevádzku prehrievača alebo dohrievača v moderných vysokotlakových kotloch.
2.2 ASTM A210 — Rúrka kotla zo stredne uhlíkovej ocele
ASTM A210 poskytuje väčšiu pevnosť ako A192 vďaka mierne vyššiemu obsahu uhlíka a mangánu. Vyrába sa v dvoch triedach:
Stupeň A-1 : Minimálna pevnosť v ťahu 415 MPa (60 ksi), minimálna ťažnosť 255 MPa (37 ksi). Bežnejší typ pre vodnú stenu, ekonomizér a nižší prehrievač.
Stupeň C : Minimálna pevnosť v ťahu 485 MPa (70 ksi), minimálna ťažnosť 275 MPa (40 ksi). Vyššia pevnosť pre náročnejšie aplikácie kotlov z uhlíkovej ocele. Menej bežne špecifikované ako A-1.
Poznámka k terénu – A192 vs A210 v obstarávaní V praxi sa A192 a A210 triedy A-1 často používajú zameniteľne pre okruhy ekonomizéra a spodnej vodnej steny v priemyselných kotloch pod 400 °C. Rozdiel v pevnosti v ťahu znamená, že A210 môže dosiahnuť požadovanú hrúbku steny pri nižšej hrúbke steny ako A192 – užitočné tam, kde záleží na hmotnosti rúrky. Niektoré staršie konštrukcie kotlov však špecifikujú A192 názvom a náhrada vyžaduje technické schválenie a výpočet kódu. Nikdy nenahrádzajte triedy kotla bez overenia prípustného napätia v ASME BPVC oddiel II-D a získania požadovanej dokumentácie.
3. Rúry kotlov z legovanej ocele – ASTM A213
ASTM A213 pokrýva široký rozsah bezšvíkových feritických (chróm-molybdénových) a austenitických (nehrdzavejúcich) oceľových rúr pre kotly, prehrievače a výmenníky tepla. Feritické druhy sú označené predponou T (T11, T22, T91) a austenitické druhy s TP (TP304, TP316, TP321 atď.).
Systém zliatiny chróm-moly (CrMo) je ťahúňom metalurgie rúr vysokoteplotných kotlov. Pridanie chrómu zlepšuje odolnosť proti oxidácii a pevnosť pri vysokých teplotách. Pridanie molybdénu zlepšuje pevnosť pri tečení. Zvýšenie oboch – z T11 (1¼Cr-½Mo) na T22 (2¼Cr-1Mo) na T91 (9Cr-1Mo-V modifikované) – progresívne predlžuje teplotný strop a zlepšuje dlhodobú životnosť pri tečení.
4. A213 T11 — 1¼Cr-½Mo
ASTM A213 T11
Zliatina:
1¼Cr – ½Mo
Minimálna pevnosť v ťahu:
415 MPa (60 ksi)
Minimálna výťažnosť:
205 MPa (30 ksi)
Maximálna prevádzková teplota:
~570°C nepretržite
ASME BPVC ekvivalent:
SA-213 T11
P-číslo (ASME):
P4
T11 je základná trieda zliatiny pre prevádzku kotlových rúr nad teplotným limitom uhlíkovej ocele. Poskytuje dobrú odolnosť proti oxidácii do približne 570 °C a zlepšenú pevnosť pri tečení oproti uhlíkovej oceli v rozsahu 450–570 °C. T11 sa bežne používa vo výstupných rúrach prehrievača, vstupných sekciách prehrievača a v okruhoch rúrok prehrievača s nízkou teplotou v podkritických a nadkritických kotloch.
T11 je vo všeobecnosti zvárateľný bez predhrievania pre tenké steny, ale vyžaduje PWHT nad určitými prahovými hodnotami hrúbky podľa ASME BPVC. Jeho obsah 1¼Cr spôsobuje, že pri príliš pomalom ochladzovaní v rozsahu 370 – 565 °C počas PWHT je náchylný na popúšťacie krehnutie – rýchlosť chladenia pece musí byť kontrolovaná.
5. A213 T22 — 2¼Cr-1Mo
ASTM A213 T22
Zliatina:
2¼Cr – 1Mo
Minimálna pevnosť v ťahu:
415 MPa (60 ksi)
Minimálna výťažnosť:
205 MPa (30 ksi)
Maximálna prevádzková teplota:
~580°C nepretržite
ASME BPVC ekvivalent:
SA-213 T22
P-číslo (ASME):
P5A
T22 (2¼Cr-1Mo) je ťažná zliatina pre vysokoteplotné kotlové prehrievače a dohrievače už desaťročia. Jeho vyšší obsah chrómu a molybdénu v porovnaní s T11 poskytuje lepšiu odolnosť proti tečeniu v rozsahu 540–580 °C a zlepšenú odolnosť proti oxidácii pri vystavení na strane pary a na strane ohňa. T22 sa používa pre výstupné rúrky vysokoteplotného prehrievača, výstupné zberače medziohrievača a akýkoľvek okruh rúrok kotla pracujúci v hornom podkritickom teplotnom rozsahu.
Inžiniersky pohľad — T22 vs T11: Kedy inovovať Praktickým rozhodovacím bodom medzi T11 a T22 je zvyčajne teplota kovu rúrky, nielen teplota pary. V kotlovom prehrievači môže byť teplota kovovej rúrky o 30–80 °C vyššia ako teplota pary vo vnútri, v závislosti od tepelného toku a vonkajšieho priemeru rúrky. Ak je vaša výstupná teplota pary 540 °C, kovová rúrka môže dosiahnuť 600 °C alebo viac pri špičkovom zaťažení – čo je nad spoľahlivý rozsah tečenia T11. Konzervatívnym prístupom je použitie T22 pre akúkoľvek rúrku prehrievača alebo medziohrievača s očakávanou teplotou kovu rúrky nad 540 °C, nielen pre tie, kde teploty pary prekračujú túto prahovú hodnotu.
6. A213 T91 – 9Cr-1Mo-V (upravené)
ASTM A213 T91
Zliatina:
9Cr – 1Mo – V (upravená)
Minimálna pevnosť v ťahu:
585 MPa (85 ksi)
Minimálna výťažnosť:
415 MPa (60 ksi)
Maximálna prevádzková teplota:
~650 °C nepretržite
ASME BPVC ekvivalent:
SA-213 T91
P-číslo (ASME):
P91
T91 je martenzitická zliatina 9Cr-1Mo modifikovaná vanádom, nióbom a dusíkom na výrazné zlepšenie jej pevnosti pri tečení v porovnaní s nemodifikovanou triedou 9Cr-1Mo (T9). Jeho minimálna pevnosť v ťahu 585 MPa a minimálna prieťažnosť 415 MPa – oboje výrazne vyššie ako T11 alebo T22 – umožňujú tenšie steny rúrok pri rovnakom tlaku, čím sa znižuje namáhanie tepelným cyklovaním a zlepšuje sa účinnosť prenosu tepla.
T91 je štandardný materiál pre pokročilé superkritické (SC) a ultra-superkritické (USC) konštrukcie kotlov, kde teploty pary presahujú 580°C. Používa sa vo výstupných rúrkach vysokoteplotných prehrievačov, horúcich dohrievacích potrubiach a vysokotlakových zberačoch pary v moderných kotloch elektrární.
Kritický technický bod – T91 PWHT je nesporné T91 musí byť tepelne spracovaný na špecifické normalizované a temperované podmienky vo valcovni (na splnenie mechanických vlastností), ako aj po zváraní v teréne alebo dielni. Požadovaná PWHT je normalizácia pri 1040–1080 °C, po ktorej nasleduje temperovanie pri 730–800 °C. Bez tohto PWHT bude zóna ovplyvnená zvarom obsahovať netemperovaný martenzit – veľmi tvrdú, krehkú mikroštruktúru, ktorá je náchylná na praskanie vodíkom a koróziu pod napätím. Poruchy zvarov T91 v teréne sú takmer vždy vysledovateľné nesprávnym alebo vynechaným PWHT. Toto je jediný najkritickejší bod kontroly kvality pri výrobe rúr T91 – nemožno ho preskočiť ani skrátiť bez ohľadu na plánovaný tlak.
7. SA-106 Trieda B – Bezšvíková uhlíková oceľ pre prevádzku kotlov
ASME SA-106 (ekvivalent ASTM A106) je špecifikácia bezšvíkových rúr z uhlíkovej ocele pre použitie pri vysokých teplotách. Nie je to špecifikácia rúr – týka sa rúr, nie rúr – a používa sa predovšetkým pre zberače pary, spojovacie potrubia kotlov, vedenia napájacej vody a rozvody pary, a nie pre povrchové rúry na prenos tepla. Tri stupne sú:
Trieda A : Minimálna pevnosť v ťahu 330 MPa (48 ksi). Zriedkavo špecifikované — Stupeň B je štandardná voľba.
Stupeň B : Minimálna pevnosť v ťahu 415 MPa (60 ksi), minimálna ťažnosť 240 MPa (35 ksi). Dominantná trieda pre potrubia kotlov a tlakových nádob.
Stupeň C : Minimálna pevnosť v ťahu 485 MPa (70 ksi). Používa sa tam, kde je potrebný vyšší tlak pri okolitej až strednej teplote.
SA-106 Grade B je obmedzená na približne 425–450 °C pre trvalú prevádzku s vysokým namáhaním v dôsledku obmedzení tečenia uhlíkovej ocele. Nad touto teplotou sa musí použiť ekvivalentná trieda zliatiny (rúrka SA-335 P11 alebo P22).
8. Úplná porovnávacia tabuľka
| Systém . pevnosť v ťahu |
štandardnej |
zliatiny Min |
(MPa) |
Minimálna výťažnosť (MPa) |
Maximálna prevádzková teplota (°C) |
Vyžaduje sa PWHT? |
P-číslo |
| A192 |
ASTM A192 |
Uhlíková oceľ (nízka C) |
325 |
180 |
~425 |
V závislosti od hrúbky |
P1 |
| A210 A-1 |
ASTM A210 |
Stredne uhlíková oceľ |
415 |
255 |
~450 |
V závislosti od hrúbky |
P1 |
| A210 C |
ASTM A210 |
Stredne uhlíková oceľ |
485 |
275 |
~450 |
V závislosti od hrúbky |
P1 |
| SA-106 B |
ASME SA-106 |
Rúrka z uhlíkovej ocele |
415 |
240 |
~450 |
V závislosti od hrúbky |
P1 |
| T11 |
ASTM A213 |
1¼Cr-½Mo |
415 |
205 |
~570 |
Nadprahová WT |
P4 |
| T22 |
ASTM A213 |
2¼Cr-1Mo |
415 |
205 |
~580 |
Áno – vždy odporúčané |
P5A |
| T91 |
ASTM A213 |
9Cr-1Mo-V (mod.) |
585 |
415 |
~650 |
Áno – vždy povinné |
P91 |
9. Sprievodca výberom kotlovej zóny
Výkonový kotol má viacero zón prenosu tepla, z ktorých každá má inú teplotu kovu v rúre, a preto má rôzne požiadavky na kvalitu. V tabuľke nižšie sú uvedené typické priradenia akosti pre podkritický a nadkritický dizajn kotla:
| Rúrka zóny kotla |
Kovový rozsah teplôt |
Podkritický stupeň kotla |
Superkritický/stupeň USC |
| Ekonomizér |
150 – 350 °C |
A192 / A210 A-1 |
A210 A-1 |
| Vodné steny |
300 – 450 °C |
A192 / A210 A-1 |
A210 A-1 / T11 |
| Primárny prehrievač |
400 – 520 °C |
A210 A-1 / T11 |
T11 / T22 |
| Sekundárny prehrievač |
500 – 580 °C |
T11 / T22 |
T22 / T91 |
| Ohrievač (horúca noha) |
520 až 620 °C |
T22 |
T91 |
| Výstup dohrievača / hlavičky |
540 - 650 °C |
T22 / T91 |
T91 |
Poznámka k obstarávaniu – Nákup kotlových rúr od čínskeho mlyna Čínske závody vyrábajú veľké objemy kotlových rúr A192, A210 a A213 podľa úplných špecifikácií ASTM/ASME. Praktická požiadavka na obstarávanie je rovnaká ako pri akomkoľvek materiáli kritickom pre tlak: vyžiadajte si certifikát úplného testu materiálu (MTC) podľa EN 10204 3.1 alebo 3.2 (v závislosti od projektovej špecifikácie), overte, či sa číslo tepla na MTC zhoduje so značkami na trubici, a potvrďte, že sú zahrnuté záznamy PWHT pre triedy zliatin. Konkrétne pre T91 si vždy vyžiadajte tabuľku pece PWHT – nielen potvrdenie PWHT na MTC – ako dôkaz, že celý cyklus normalizácie a temperovania bol vykonaný správne. Kontrola treťou stranou v závode (od SGS, Bureau Veritas alebo TÜV) je štandardnou praxou pri obstarávaní kritických kotlových rúr.
10. Požiadavky PWHT pre triedy zliatin
| Vyžaduje sa predhrievanie |
(zváranie) |
PWHT? |
PWHT Temperature |
Key Riziko pri vynechaní |
| A192 / A210 |
Zvyčajne sa nevyžaduje (tenká stena) |
Podľa kódu – v závislosti od hrúbky steny |
595–650 °C (uvoľnenie napätia) |
Zvyškové napätie, tvrdosť HAZ |
| T11 |
150°C min pre WT >13 mm |
Podľa kódu – v závislosti od hrúbky steny |
675 až 750 °C |
Popúšťanie krehnutia, praskanie HAZ |
| T22 |
200°C min |
Dôrazne odporúčame vždy |
700 až 750 °C |
Vysoká tvrdosť HAZ, praskanie vodíkom |
| T91 |
200°C min – povinné |
Povinné — vždy |
Normalizácia 1040–1080 °C + Temperácia 730–800 °C |
Netemperovaný martenzit — krehký lom v prevádzke |
11. Často kladené otázky
Aký je rozdiel medzi kotlovými rúrami ASTM A192 a A210?
ASTM A192 je nízko-uhlíková bezšvíková rúra s minimálnou stenou a minimálnou pevnosťou v ťahu 325 MPa – najzákladnejšia trieda kotlových rúr z uhlíkovej ocele, používaná pre nízkotlakové sudy a vodné steny pri teplote nižšej ako 425 °C. ASTM A210 je stredne uhlíková trieda dostupná v dvoch silách: Stupeň A-1 (min 415 MPa v ťahu) a Grade C (min 485 MPa v ťahu). A210 poskytuje väčšiu pevnosť ako A192 a používa sa pre vysokotlakový prehrievač a rúrkové okruhy s vodnou stenou, kde dodatočná pevnosť umožňuje tenšie steny. Obe triedy majú rovnaký približný maximálny prevádzkový teplotný strop 425–450 °C.
Čo je kotlová rúrka ASTM A213 T91?
ASTM A213 T91 je bezšvíková rúra z martenzitickej legovanej ocele modifikovanej 9Cr-1Mo-V používaná vo vysokoteplotných prehrievačoch a medziohrievačoch v superkritických a ultrasuperkritických kotloch. S minimálnou pevnosťou v ťahu 585 MPa a maximálnou trvalou prevádzkovou teplotou približne 650 °C, T91 prekonáva T11 a T22 v pevnosti aj odolnosti proti tečeniu pri zvýšených teplotách. Vyžaduje si povinné PWHT po zváraní – cyklus normalizácie a temperovania – a jeho nesprávne vykonanie je hlavnou príčinou porúch zvaru T91 v prevádzke.
Aká je maximálna teplota pre kotlové rúry z uhlíkovej ocele?
Rúry kotlov z uhlíkovej ocele (ASTM A192, A210, SA-106) by sa nemali používať na prevádzku s trvalým tlakom nad približne 425–450 °C. Nad týmto rozsahom uhlíková oceľ podlieha zrýchlenému tečeniu a je náchylná na grafitizáciu – proces, pri ktorom sa karbidy rozpúšťajú a grafit sa tvorí na hraniciach zŕn, čo spôsobuje krehnutie. Pre prevádzku medzi 450 °C a 570 °C by sa mala špecifikovať ASTM A213 T11. Pre 570–580 °C je vhodný T22. Pre teploty nad 580 °C sa vyžaduje T91.
Aký je rozdiel medzi označeniami ASME SA a ASTM A pre kotlové rúry?
Označenia ASME SA a ASTM A sa vzťahujú na technicky identické materiálové špecifikácie. ASME prijíma normy ASTM do svojej časti II Kódexu kotlov a tlakových nádob (BPVC) a opätovne ich publikuje ako ekvivalenty SA s dodatočnou požiadavkou certifikácie ASME. SA-213 T91 a ASTM A213 T91 majú rovnaké požiadavky na chémiu, mechanické vlastnosti a tepelné spracovanie — označenie SA znamená, že materiál bol vyrobený s certifikačnou dokumentáciou ASME BPVC. Výrobcovia kotlov pracujúci v súlade s ASME BPVC sekciou I alebo VIII musia špecifikovať materiály SA, nie materiály ASTM, aby dodržali súlad s predpismi.
Môže byť rúrka ASTM A106 použitá ako rúrka kotla?
ASTM A106 (alebo jeho ASME ekvivalent SA-106) je špecifikácia potrubia, nie špecifikácia rúr, a používa sa na spojovacie potrubie kotla, zberače pary a vedenia napájacej vody – nie pre povrchové rúrky na prenos tepla (vodné steny, prehrievače, ohrievače, ekonomizéry). Pre povrchy prenášajúce teplo sa vyžadujú špeciálne špecifikácie rúr (A192, A210, A213) s užšími rozmerovými toleranciami a vhodnými kombináciami OD/WT. SA-106 Grade B sa môže použiť na obsluhu potrubia kotla do približne 450°C v rámci prípustných napätí definovaných v ASME BPVC sekcia II-D.
Čo je PWHT a kedy sa vyžaduje pre zliatinové rúry kotlov?
PWHT (Post Weld Heat Treatment) je riadený tepelný cyklus aplikovaný po zváraní na zmiernenie zvyškového napätia a obnovenie húževnatosti v tepelne ovplyvnenej zóne. Pre T11 sa môže vyžadovať PWHT v závislosti od hrúbky steny – zvyčajne nad 13 mm. Pre T22 sa dôrazne odporúča PWHT po každom zváraní bez ohľadu na hrúbku. Pre T91 je PWHT vždy povinná – normalizácia na 1040–1080 °C, po ktorej nasleduje temperovanie na 730–800 °C. Vynechanie alebo nesprávne vykonanie T91 PWHT zanechá vo zvare HAZ nekalený martenzit, mikroštruktúru, ktorá je krehká a náchylná na praskanie pri tepelnom cyklovaní.
Zdrojové kotlové rúry zo ZC Steel Pipe
ZC Steel Pipe vyrába a exportuje bezšvíkové kotlové rúry a rúry výmenníkov tepla do ASTM A192, A210, A213 (T11, T22, T91) a ASME SA-106. Úplná dokumentácia MTC podľa EN 10204 3.1 a 3.2, kontrola treťou stranou (SGS, Bureau Veritas) a vlastné kombinácie OD/WT k dispozícii. Dodávame výrobcom kotlov, dodávateľom EPC a projektom elektrární v Afrike, na Strednom východe av Južnej Amerike.
mandy. w@zcsteelpipe.com
WhatsApp: +86-139-1579-1813
→ Požiadať o cenovú ponuku
