Izbira napačnega razreda kotlovne cevi ni neprijetnost pri nabavi – gre za inženirsko napako, ki čaka, da se zgodi. Cevi iz ogljikovega jekla, ki se uporabljajo nad mejo lezenja, bodo odpovedale zaradi mikrostrukturne degradacije v letih delovanja. Cevi iz legiranega jekla, določene brez ustrezne PWHT, lahko počijo v HAZ zvara v mesecih. In zamenjava ene stopnje za 'podobno' stopnjo brez preverjanja tabel dovoljenih napetosti v oddelku II ASME BPVC lahko razveljavi certifikat tlačne posode.
ZC Steel Pipe izdeluje brezšivne cevi za kotle in cevi za izmenjevalnike toplote po ASTM A192, A210, A213 in ASME SA-106 iz ogljikovega jekla in zlitin krom-moli. Dobavljamo proizvajalce kotlov, izvajalce del za elektrarne in graditelje petrokemičnih obratov po vsej Afriki, Bližnjem vzhodu in Južni Ameriki. Ta vodnik pokriva, kaj je posamezna ocena, kaj lahko in česa ne more ter kako izbrati med njimi za svojo prijavo.
VSEBINA
Pregled standardov kotlovskih cevi
Kotlovske cevi iz ogljikovega jekla — A192 in A210
Kotlovske cevi iz legiranega jekla — ASTM A213
A213 T11 — 1¼Cr-½Mo
A213 T22 — 2¼Cr-1Mo
A213 T91 — 9Cr-1Mo-V (spremenjen)
SA-106 Razred B – Brezšivne cevi iz ogljikovega jekla za servisiranje kotlov
Celotna primerjalna tabela ocen
Vodnik za izbiro območja kotla
Zahteve PWHT za razrede zlitin
pogosta vprašanja
1. Pregled standardov za kotlovske cevi
KLJUČNI STANDARDI – KOTLOVNA CEV ASTM A192: Brezšivne cevi iz ogljikovega jekla za servisiranje visokotlačnih kotlov – minimalna stena, nizka vsebnost ogljika.
ASTM A210: Brezšivne cevi za kotle in pregrevalnike iz srednje ogljikovega jekla — razreda A-1 in C.
ASTM A213: Brezšivne cevi za kotle, pregrevalnike in toplotne izmenjevalnike iz feritnega in avstenitnega jekla — zajema razrede T11, T22, T91 in številne druge.
ASME SA-106: Brezšivne cevi iz ogljikovega jekla za uporabo pri visokih temperaturah – stopnje A, B in C. ASME BPVC, enakovredno ASTM A106.
Vsi štirje standardi so brezšivni – kotlovska cev za storitev prenosa toplote se praktično nikoli ne vari, saj zvarni šiv predstavlja koncentracijo napetosti in možno mesto začetka korozije v cikličnem toplotnem okolju. Standardi se razlikujejo po vsebnosti zlitine, stopnji trdnosti in najvišji temperaturi, pri kateri kakovost ohrani ustrezno trdnost lezenja, da je varna pri trajnem delovanju pod pritiskom.
Ločnica pri izbiri kotlovske cevi je običajno temperatura. Razredi ogljikovega jekla (A192, A210, SA-106) so primerni za uporabo do približno 450 °C. Nad tem postane stopnja lezenja ogljikovega jekla nesprejemljivo visoka in je treba uporabiti nizkolegirane razrede (A213 T11, T22). Nad približno 580 °C so za sodobne nadkritične in ultra-superkritične zasnove kotlov potrebni napredni razredi 9Cr (A213 T91).
2. Kotlovske cevi iz ogljikovega jekla — A192 in A210
2.1 ASTM A192 — najmanjša stena ogljikovega jekla
ASTM A192 je najpreprostejši in najbolj ekonomičen razred cevi za kotle. Je brezšivna cev iz ogljikovega jekla z minimalno steno in največjo vsebnostjo ogljika 0,18 % in najmanjšo natezno trdnostjo le 325 MPa (47 ksi). Nizka vsebnost ogljika izboljša varljivost in zmanjša tveganje izločanja karbida na mejah zrn med termičnim kroženjem.
A192 se uporablja za bobne kotlov z vodnimi cevmi, sode za blato in cevi z vodnimi stenami za nižje temperature v komunalnih in industrijskih kotlih, ki delujejo pod približno 425 °C. Njegova nizka trdnost stropa pomeni, da ni primeren za pregrevalnike ali ponovne grelnike v sodobnih visokotlačnih kotlih.
2.2 ASTM A210 – Kotlovska cev iz srednje ogljikovega jekla
ASTM A210 zagotavlja večjo trdnost kot A192 zaradi nekoliko višje vsebnosti ogljika in mangana. Proizvaja se v dveh razredih:
Razred A-1 : Najmanjša natezna trdnost 415 MPa (60 ksi), najmanjša elastičnost 255 MPa (37 ksi). Pogostejši razred za vodno steno, ekonomizer in nižji pregrelnik.
Razred C : Najmanjša natezna trdnost 485 MPa (70 ksi), minimalni izkoristek 275 MPa (40 ksi). Večja trdnost za zahtevnejše aplikacije kotlov iz ogljikovega jekla. Manj pogosto navedeno kot A-1.
Opomba na terenu – A192 proti A210 pri nabavi V praksi se A192 in A210 razreda A-1 pogosto uporabljata izmenično za cevne tokokroge ekonomajzerja in nižje vodne stene v industrijskih kotlih pod 400 °C. Razlika v natezni trdnosti pomeni, da lahko A210 doseže zahtevano debelino stene pri nižji debelini stene kot A192 – uporabno, kjer je teža cevi pomembna. Vendar nekatere starejše konstrukcije kotlov določajo A192 po imenu in zamenjava zahteva inženirsko odobritev in izračun kode. Nikoli ne zamenjajte razredov na kotlu, ne da bi preverili dovoljeno obremenitev v razdelku II-D ASME BPVC in pridobili zahtevano dokumentacijo.
3. Kotlovske cevi iz legiranega jekla — ASTM A213
ASTM A213 pokriva široko paleto brezšivnih feritnih (krom-molibden) in avstenitnih (nerjaveče) cevi iz legiranega jekla za kotle, pregrevalnike in toplotne izmenjevalnike. Feritni razredi so označeni s predpono T (T11, T22, T91), avstenitni razredi pa s TP (TP304, TP316, TP321 itd.).
Sistem zlitine krom-moli (CrMo) je delovni konj metalurgije visokotemperaturnih kotlovskih cevi. Dodatek kroma izboljša odpornost proti oksidaciji in odpornost na visoke temperature. Dodajanje molibdena izboljša odpornost proti lezenju. Povečanje obeh – od T11 (1¼Cr-½Mo) do T22 (2¼Cr-1Mo) do T91 (9Cr-1Mo-V modificirano) – postopoma podaljšuje temperaturno zgornjo mejo in izboljša dolgoročno življenjsko dobo lezenja.
4. A213 T11 — 1¼Cr-½Mo
ASTM A213 T11
Zlitina:
1¼Cr – ½Mo
Najmanjša natezna trdnost:
415 MPa (60 ksi)
Najmanjši izkoristek:
205 MPa (30 ksi)
Najvišja delovna temperatura:
~570 °C neprekinjeno
ASME BPVC ekvivalent:
SA-213 T11
P-številka (ASME):
P4
T11 je osnovni razred zlitine za uporabo kotlovskih cevi nad temperaturno mejo ogljikovega jekla. Zagotavlja dobro odpornost proti oksidaciji do približno 570 °C in izboljšano trdnost pri lezenju v primerjavi z ogljikovim jeklom v območju 450–570 °C. T11 se običajno uporablja v izhodnih ceveh pregrevalnikov, vstopnih odsekih pregrevalnikov in cevnih tokokrogih pregrevalnikov z nižjo temperaturo v podkritičnih in nadkritičnih kotlih.
T11 je običajno varljiv brez predgretja za tanke stene, vendar zahteva PWHT nad določenimi pragovi debeline po ASME BPVC. Zaradi vsebnosti 1¼Cr je dovzeten za krhkost zaradi popuščanja, če ga med PWHT prepočasi ohlajamo v območju 370–565 °C – hitrosti hlajenja peči je treba nadzorovati.
5. A213 T22 — 2¼Cr-1Mo
ASTM A213 T22
Zlitina:
2¼Cr – 1Mo
Najmanjša natezna trdnost:
415 MPa (60 ksi)
Najmanjši izkoristek:
205 MPa (30 ksi)
Najvišja delovna temperatura:
~580 °C neprekinjeno
ASME BPVC ekvivalent:
SA-213 T22
P-številka (ASME):
P5A
T22 (2¼Cr-1Mo) je že desetletja glavna zlitina za visokotemperaturne pregrevalnike in ponovne grelnike kotlov. Njegova višja vsebnost kroma in molibdena v primerjavi s T11 zagotavlja boljšo odpornost proti lezenju v območju 540–580 °C in izboljšano odpornost proti oksidaciji pri izpostavljenosti na strani pare in ognja. T22 se uporablja za visokotemperaturne izhodne cevi pregrevalnika, izhodne glave ponovnega grelnika in kateri koli cevni tokokrog kotla, ki deluje v zgornjem podkritičnem temperaturnem območju.
Inženirski vpogled — T22 proti T11: Kdaj nadgraditi Praktična točka odločitve med T11 in T22 je običajno temperatura kovine cevi, ne le temperatura pare. V pregrelniku kotla je lahko temperatura kovine cevi 30–80 °C višja od temperature pare v notranjosti, odvisno od toplotnega toka in OD cevi. Če je vaša temperatura na izhodu pare 540 °C, lahko kovina cevi pri največji obremenitvi doseže 600 °C ali več – kar jo postavlja nad zanesljivo območje lezenja T11. Konzervativni pristop je uporaba T22 za katero koli cev pregrevalnika ali ponovnega grelnika s pričakovano temperaturo kovine cevi nad 540 °C, ne samo za tiste, kjer temperature pare presegajo ta prag.
6. A213 T91 — 9Cr-1Mo-V (spremenjen)
ASTM A213 T91
Zlitina:
9Cr – 1Mo – V (spremenjena)
Najmanjša natezna trdnost:
585 MPa (85 ksi)
Najmanjši izkoristek:
415 MPa (60 ksi)
Najvišja delovna temperatura:
~650 °C neprekinjeno
ASME BPVC ekvivalent:
SA-213 T91
P-številka (ASME):
P91
T91 je martenzitna zlitina 9Cr-1Mo, modificirana z vanadijem, niobijem in dušikom, da dramatično izboljša svojo trdnost pri lezenju v primerjavi z nespremenjenim razredom 9Cr-1Mo (T9). Njegova najmanjša natezna trdnost 585 MPa in minimalni izkoristek 415 MPa — oboje je znatno višje od T11 ali T22 — omogočata tanjše stene cevi za enako stopnjo tlaka, kar zmanjšuje toplotne ciklične napetosti in izboljša učinkovitost prenosa toplote.
T91 je standardni material za napredne superkritične (SC) in ultra-superkritične (USC) konstrukcije kotlov, kjer temperature pare presegajo 580 °C. Uporablja se v izhodnih ceveh visokotemperaturnih pregrevalcev, cevovodih za vroče ponovno segrevanje in visokotlačnih zbiralnikih pare v sodobnih kotlih elektrarn.
Kritična inženirska točka — T91 PWHT ni predmet pogajanj. T91 je treba toplotno obdelati do posebnih normaliziranih in popuščenih pogojev tako v mlinu (za doseganje mehanskih lastnosti) kot po katerem koli varjenju na terenu ali v delavnici. Zahtevana PWHT je normalizacija pri 1040–1080 °C, ki ji sledi temperacija pri 730–800 °C. Brez te PWHT bo toplotno prizadeto območje zvara vsebovalo nepopuščen martenzit – zelo trdo, krhko mikrostrukturo, ki je dovzetna za vodikove razpoke in napetostno korozijo. Okvare na terenu zvarov T91 so skoraj vedno sledljive do nepravilne ali izpuščene PWHT. To je edina najbolj kritična točka nadzora kakovosti pri izdelavi cevi T91 — ni je mogoče preskočiti ali skrajšati ne glede na pritisk urnika.
7. SA-106 razred B — brezšivno ogljikovo jeklo za servisiranje kotlov
ASME SA-106 (enakovredno ASTM A106) je specifikacija za brezšivne cevi iz ogljikovega jekla za uporabo pri visokih temperaturah. To ni specifikacija cevi – zajema cevi, ne cevi – in se uporablja predvsem za parne zbiralnike, povezovalne cevi kotlov, napeljave za napajalno vodo in distribucijske mreže za paro, ne pa za površinske cevi za prenos toplote. Tri stopnje so:
Razred A : Najmanjša natezna trdnost 330 MPa (48 ksi). Redko določeno — standardna izbira je razred B.
Razred B : Najmanjša natezna trdnost 415 MPa (60 ksi), najmanjši izkoristek 240 MPa (35 ksi). Prevladujoči razred za cevi kotlov in tlačnih posod.
Razred C : Najmanjša natezna trdnost 485 MPa (70 ksi). Uporablja se tam, kjer je potreben višji tlak pri sobni do zmerni temperaturi.
Razred SA-106 B je zaradi omejitev lezenja ogljikovega jekla omejen na približno 425–450 °C za dolgotrajno uporabo pri visokih obremenitvah. Nad to temperaturo je treba uporabiti enakovreden razred zlitine (cev SA-335 P11 ali P22).
8. Celotna primerjalna tabela ocen
| Najmanjša |
natezna |
trdnost |
(MPa) |
Najmanjši izkoristek (MPa) |
Najvišja delovna temperatura (°C) |
Zahtevana PWHT? |
P-številka |
| A192 |
ASTM A192 |
Ogljikovo jeklo (nizek C) |
325 |
180 |
~425 |
Odvisno od debeline |
P1 |
| A210 A-1 |
ASTM A210 |
Srednje ogljikovo jeklo |
415 |
255 |
~450 |
Odvisno od debeline |
P1 |
| A210 C |
ASTM A210 |
Srednje ogljikovo jeklo |
485 |
275 |
~450 |
Odvisno od debeline |
P1 |
| SA-106 B |
ASME SA-106 |
Cev iz ogljikovega jekla |
415 |
240 |
~450 |
Odvisno od debeline |
P1 |
| T11 |
ASTM A213 |
1¼Cr-½Mo |
415 |
205 |
~570 |
Nad pragom WT |
P4 |
| T22 |
ASTM A213 |
2¼Cr-1Mo |
415 |
205 |
~580 |
Da — vedno priporočljivo |
P5A |
| T91 |
ASTM A213 |
9Cr-1Mo-V (mod.) |
585 |
415 |
~650 |
Da — vedno obvezno |
P91 |
9. Vodnik za izbiro območja kotla
Energijski kotel ima več območij prenosa toplote, vsako z različnimi temperaturami kovine cevi in zato različnimi zahtevami glede kakovosti. Spodnja tabela prikazuje tipične dodelitve razredov za podkritično in nadkritično zasnovo kotla:
| Območje kotlovske |
cevi Kovinsko temperaturno območje |
Podkritična stopnja kotla |
Superkritična/USC stopnja |
| Ekonomizator |
150 – 350°C |
A192 / A210 A-1 |
A210 A-1 |
| Vodne stene |
300 – 450°C |
A192 / A210 A-1 |
A210 A-1 / T11 |
| Primarni pregrelnik |
400 – 520°C |
A210 A-1 / T11 |
T11 / T22 |
| Sekundarni pregrelnik |
500 – 580°C |
T11 / T22 |
T22 / T91 |
| Grelec (vroča noga) |
520 – 620°C |
T22 |
T91 |
| Izhod/zglavki ponovnega grelnika |
540 – 650°C |
T22 / T91 |
T91 |
Obvestilo o javnem naročilu — Nakup kotlovne cevi pri kitajski tovarni Kitajski obrati proizvajajo velike količine kotlovne cevi A192, A210 in A213 po vseh specifikacijah ASTM/ASME. Praktične zahteve za nabavo so enake kot za kateri koli material, kritičen za tlak: zahtevajte potrdilo o celotnem preskusu materiala (MTC) po EN 10204 3.1 ali 3.2 (odvisno od specifikacije projekta), preverite, ali se toplotno število na MTC ujema z oznakami na cevi, in potrdite, da so vključeni zapisi PWHT za stopnje zlitin. Posebej za T91 vedno zahtevajte tabelo peči za PWHT – ne samo potrditev PWHT na MTC – kot dokaz, da je bil celoten cikel normalizacije in temperiranja pravilno izveden. Inšpekcija tretjih oseb v tovarni (s strani SGS, Bureau Veritas ali TÜV) je standardna praksa za kritično nabavo kotlovskih cevi.
10. Zahteve PWHT za razrede zlitin
| Ali je potrebno predgretje stopnje |
(varjenje) |
PWHT? |
PWHT Temperature |
Key Risk, če je izpuščen |
| A192 / A210 |
Običajno ni potrebno (tanka stena) |
Po kodi — odvisno od debeline stene |
595–650 °C (lajšanje stresa) |
Preostala napetost, trdota HAZ |
| T11 |
150 °C min za WT >13 mm |
Po kodi — odvisno od debeline stene |
675–750 °C |
Kaljena krhkost, razpoke HAZ |
| T22 |
200°C min |
Močno priporočljivo vedno |
700–750 °C |
Visoka trdota HAZ, vodikovo razpokanje |
| T91 |
200°C min — obvezno |
Obvezno - vedno |
Normalizirajte 1040–1080 °C + temperirajte 730–800 °C |
Nepopuščeni martenzit — krhki lom med uporabo |
11. Pogosto zastavljena vprašanja
Kakšna je razlika med kotlovskimi cevmi ASTM A192 in A210?
ASTM A192 je brezšivna cev z minimalno steno in nizko vsebnostjo ogljika z najmanjšo natezno trdnostjo 325 MPa – najosnovnejši razred kotlovske cevi iz ogljikovega jekla, ki se uporablja za nižjetlačne sode in vodne stene pod 425 °C. ASTM A210 je razred s srednjo vsebnostjo ogljika, ki je na voljo v dveh jakostih: razred A-1 (natezna trdnost najmanj 415 MPa) in razred C (natezna trdnost najmanj 485 MPa). A210 zagotavlja večjo trdnost kot A192 in se uporablja za visokotlačne pregrevalnike in cevne tokokroge vodnih sten, kjer dodatna trdnost omogoča tanjše stene. Oba razreda imata isto približno najvišjo delovno temperaturno zgornjo mejo 425–450 °C.
Kaj je kotlovska cev ASTM A213 T91?
ASTM A213 T91 je 9Cr-1Mo-V modificirana brezšivna cev iz martenzitnega legiranega jekla, ki se uporablja v aplikacijah visokotemperaturnih pregrevalcev in ponovnih grelnikov v superkritičnih in ultra superkritičnih kotlih. Z najmanjšo natezno trdnostjo 585 MPa in največjo neprekinjeno delovno temperaturo približno 650 °C T91 prekaša T11 in T22 v trdnosti in odpornosti proti lezenju pri povišanih temperaturah. Zahteva obvezno PWHT po varjenju – cikel normalizacije in popuščanja – in nepravilna izvedba tega je glavni vzrok napak pri varjenju T91 med obratovanjem.
Kakšna je najvišja temperatura za kotlovske cevi iz ogljikovega jekla?
Kotlovske cevi iz ogljikovega jekla (ASTM A192, A210, SA-106) se ne smejo uporabljati za vzdrževanje tlaka nad približno 425–450 °C. Nad tem območjem je ogljikovo jeklo podvrženo pospešenemu lezenju in je dovzetno za grafitizacijo – proces, pri katerem se karbidi raztopijo in na mejah zrn nastane grafit, kar povzroči krhkost. Za delovanje med 450 °C in 570 °C je treba določiti ASTM A213 T11. Za 570–580 °C je primeren T22. Za nad 580 °C je potreben T91.
Kakšna je razlika med oznakama ASME SA in ASTM A za kotlovne cevi?
Oznaki ASME SA in ASTM A se nanašata na tehnično enake specifikacije materiala. ASME sprejme standarde ASTM v razdelek II kodeksa za kotle in tlačne posode (BPVC) in jih ponovno objavi kot ekvivalente SA z dodatno zahtevo za certificiranje ASME. SA-213 T91 in ASTM A213 T91 imata enake zahteve glede kemije, mehanskih lastnosti in toplotne obdelave – oznaka SA pomeni, da je bil material proizveden s certifikacijsko dokumentacijo ASME BPVC. Proizvajalci kotlov, ki delajo v skladu z oddelkom I ali VIII ASME BPVC, morajo določiti materiale SA, ne materialov ASTM, da ohranijo skladnost s kodo.
Ali se lahko cev ASTM A106 uporablja kot cev kotla?
ASTM A106 (ali njegov ekvivalent ASME SA-106) je specifikacija cevi, ne specifikacija cevi, in se uporablja za povezovalne cevovode kotla, zbiralnike pare in vode za napajalno vodo – ne za površinske cevi za prenos toplote (vodne stene, pregrevalniki, ponovni grelniki, ekonomajzerji). Za površine za prenos toplote so potrebne posebne specifikacije cevi (A192, A210, A213) z strožjimi tolerancami dimenzij in ustreznimi kombinacijami OD/WT. SA-106 razreda B se lahko uporablja za cevovode kotla do približno 450 °C v okviru dovoljenih napetosti, opredeljenih v razdelku II-D ASME BPVC.
Kaj je PWHT in kdaj je potrebna za legirane kotlovske cevi?
PWHT (toplotna obdelava po varjenju) je nadzorovan termični cikel, ki se uporablja po varjenju za lajšanje preostale napetosti in obnovitev žilavosti v območju, ki ga je prizadela toplota. Za T11 bo morda potrebna PWHT, odvisno od debeline stene - običajno nad 13 mm. Za T22 je močno priporočljiva PWHT po vseh varjenjih, ne glede na debelino. Za T91 je PWHT vedno obvezna — normalizacija pri 1040–1080 °C, ki ji sledi temperacija pri 730–800 °C. Opustitev ali nepravilna izvedba T91 PWHT pusti nepopuščen martenzit v zvaru HAZ, mikrostrukturo, ki je krhka in nagnjena k pokanju pri toplotnem ciklu.
Izvorne kotlovske cevi iz jeklenih cevi ZC
ZC Steel Pipe proizvaja in izvaža brezšivne cevi za kotle in cevi za izmenjevalnike toplote po ASTM A192, A210, A213 (T11, T22, T91) in ASME SA-106. Celotna dokumentacija MTC v skladu z EN 10204 3.1 in 3.2, na voljo so pregledi tretjih oseb (SGS, Bureau Veritas) in kombinacije OD/WT po meri. Dobavljamo proizvajalce kotlov, izvajalce EPC in projekte elektrarn v Afriki, na Bližnjem vzhodu in v Južni Ameriki.
mandy. w@zcsteelpipe.com
WhatsApp: +86-139-1579-1813
→ Zahtevajte ponudbo
