Сорти котлових труб — ASTM A192, A210, A213 і SA-106: специфікації, температурні обмеження та посібник з вибору

Вибір неправильного сорту котлової труби не є незручністю закупівлі — це інженерний збій, який очікує свого розвитку. Труби з вуглецевої сталі, які використовуються вище межі повзучості, вийдуть з ладу через погіршення мікроструктури протягом років служби. Труби з легованої сталі, визначені без належної термічної обробки, можуть тріснути в зоні ЗТВ протягом кількох місяців. А заміна одного сорту на «подібний» без перевірки таблиць допустимих навантажень у розділі II ASME BPVC може призвести до анулювання сертифікації посудини під тиском.

ZC Steel Pipe виробляє безшовні котлові труби та теплообмінні труби відповідно до ASTM A192, A210, A213 та ASME SA-106 з вуглецевої сталі та хромо-молієвих сплавів. Ми поставляємо виробникам котлів, підрядникам електростанцій і будівельникам нафтохімічних заводів по всій Африці, Близькому Сходу та Південній Америці. У цьому посібнику описано, що таке кожна оцінка, що вона може, а що не може робити, і як вибрати між ними для вашої програми.

1. Огляд стандартів котлових труб

Усі чотири стандарти є безшовними — труба котла для теплопередачі практично ніколи не зварюється, оскільки зварний шов представляє концентрацію напруги та потенційне місце ініціації корозії в циклічному тепловому середовищі. Стандарти відрізняються вмістом сплаву, рівнем міцності та максимальною температурою, за якої сорт зберігає адекватну міцність на повзучість, щоб бути безпечним у роботі під тривалим тиском.

Розділовою лінією при виборі котлових труб зазвичай є температура. Марки вуглецевої сталі (A192, A210, SA-106) придатні для експлуатації приблизно до 450°C. Понад це швидкість повзучості вуглецевої сталі стає неприйнятно високою, і необхідно використовувати низьколеговані марки (A213 T11, T22). Приблизно вище 580°C для сучасних надкритичних і надкритичних конструкцій котлів потрібні вдосконалені марки 9Cr (A213 T91).

2. Котельні труби з вуглецевої сталі — А192 і А210

2.1 ASTM A192 — Мінімальна стінка вуглецевої сталі

ASTM A192 є найпростішим і найекономічнішим сортом котлових труб. Це безшовна труба з вуглецевої сталі з мінімальною стінкою з максимальним вмістом вуглецю 0,18% і мінімальною міцністю на розрив лише 325 МПа (47 ksi). Низький вміст вуглецю покращує зварюваність і знижує ризик випадання карбіду на межі зерен під час термоциклування.

A192 використовується для водотрубних барабанів котлів, грязьових барабанів і низькотемпературних водяних стінкових труб у побутових і промислових котлах, що працюють при температурі нижче приблизно 425°C. Його низька міцність означає, що він не підходить для обслуговування пароперегрівачів або перегрівачів у сучасних котлах високого тиску.

2.2 ASTM A210 — Труба котла із середньовуглецевої сталі

ASTM A210 забезпечує більшу міцність, ніж A192, завдяки трохи вищому вмісту вуглецю та марганцю. Випускається двох сортів:

• Клас A-1 : ​​Мінімальна міцність на розтяг 415 МПа (60 ksi), мінімальна міцність 255 МПа (37 ksi). Більш поширений клас для обслуговування водяної стінки, економайзера та нижнього пароперегрівача.

• Ступінь С : Мінімальна міцність на розтяг 485 МПа (70 ksi), мінімальна міцність 275 МПа (40 ksi). Вища міцність для більш вимогливих застосувань котлів із вуглецевої сталі. Рідше вказується, ніж A-1.

3. Труби для котлів із легованої сталі — ASTM A213

ASTM A213 охоплює широкий асортимент безшовних труб із феритної (хромомолібденової) та аустенітної (нержавіючої) легованої сталі для котлів, пароперегрівачів і теплообмінників. Феритні марки позначаються префіксом Т (Т11, Т22, Т91), а аустенітні — ТР (ТР304, ТР316, ТР321 та ін.).

Система сплаву хром-молі (CrMo) є робочою конячкою високотемпературної металургії котлових труб. Додавання хрому покращує стійкість до окислення та високотемпературну міцність. Додавання молібдену покращує міцність на повзучість. Підвищення обох — від T11 (1¼Cr-½Mo) до T22 (2¼Cr-1Mo) до T91 (9Cr-1Mo-V модифікований) — поступово збільшує температурну стелю та покращує довготривалий термін повзучості.

4. A213 T11 — 1¼Cr-½Mo

T11 є сплавом початкового рівня для роботи з котловими трубами вище межі температури вуглецевої сталі. Він забезпечує хорошу стійкість до окислення приблизно до 570 °C і покращену міцність на повзучість порівняно з вуглецевою сталлю в діапазоні 450–570 °C. T11 зазвичай використовується у вихідних трубах пароперегрівачів, вхідних секціях пароперегрівачів і контурах трубок пароперегрівачів із нижчою температурою в підкритичних і надкритичних котлах.

T11, як правило, можна зварювати без попереднього нагріву для тонких стінок, але вимагає PWHT вище певних порогових значень товщини відповідно до ASME BPVC. Його вміст 1¼Cr робить його чутливим до відпускної крихкості, якщо охолоджувати надто повільно в діапазоні 370–565°C під час PWHT — швидкість охолодження печі повинна контролюватися.

5. A213 T22 — 2¼Cr-1Mo

T22 (2¼Cr-1Mo) протягом десятиліть був найкращим сплавом для високотемпературних пароперегрівачів і перегрівачів котлів. Його вищий вміст хрому та молібдену порівняно з T11 забезпечує кращий опір повзучості в діапазоні 540–580 °C і покращений опір окисленню для впливу пари та вогню. T22 використовується для високотемпературних випускних труб пароперегрівачів, вихідних колекторів повторного нагрівача та будь-якої трубної схеми котла, що працює у верхньому докритичному діапазоні температур.

6. A213 T91 — 9Cr-1Mo-V (модифікований)

T91 — це мартенситний сплав 9Cr-1Mo, модифікований ванадієм, ніобієм і азотом для значного підвищення міцності на повзучість порівняно з немодифікованим сплавом 9Cr-1Mo (T9). Його мінімальна міцність на розрив становить 585 МПа та мінімальна текучість 415 МПа — обидва вони значно вищі, ніж у T11 або T22 — дозволяють тоншими стінками труб для того самого номінального тиску, зменшуючи циклічні навантаження при нагріванні та підвищуючи ефективність теплопередачі.

T91 є стандартним матеріалом для сучасних надкритичних (SC) і ультра-надкритичних (USC) котлів, де температура пари перевищує 580°C. Він використовується у випускних трубах високотемпературних пароперегрівачів, трубопроводах гарячого повторного нагріву та парових коллекторах високого тиску в сучасних котлах електростанцій.

7. SA-106 Grade B — безшовна вуглецева сталь для обслуговування котлів

ASME SA-106 (еквівалент ASTM A106) — це специфікація безшовної труби з вуглецевої сталі для експлуатації при високих температурах. Це не специфікація труб — вона стосується труб, а не труб — і використовується в основному для колекторів пари, з’єднувальних трубопроводів котлів, ліній живильної води та магістралей розподілу пари, а не для поверхневих труб теплопередачі. Ці три класи:

• Ступінь A : Мінімальна міцність на розтяг 330 МПа (48 ksi). Рідко вказується — клас B є стандартним вибором.

• Сорт B : Мінімальна міцність на розтяг 415 МПа (60 ksi), мінімальна міцність 240 МПа (35 ksi). Домінуючий сорт для трубопроводів котлів і резервуарів під тиском.

• Ступінь С : Мінімальна міцність на розтяг 485 МПа (70 ksi). Використовується там, де потрібен більш високий тиск при температурі навколишнього середовища до помірної.

SA-106 Grade B обмежується приблизно 425–450°C для тривалої роботи під високим навантаженням через обмеження повзучості вуглецевої сталі. Вище цієї температури необхідно використовувати еквівалентну марку сплаву (труба SA-335 P11 або P22).

8. Повна таблиця порівняння оцінок

9. Інструкція з вибору зони котла

Енергетичний котел має кілька зон теплообміну, кожна з яких має різну температуру металу труби і, отже, різні вимоги до якості. У наведеній нижче таблиці наведено типові розподіли марок для докритичної та надкритичної конструкції котла:

10. Вимоги PWHT до марок сплавів

11. Часті запитання