Per què es necessiten tubs sense costures resistents a la calor
Els tubs de caldera d'alta pressió pertanyen a la família de tubs sense soldadura, però s'ordenen amb requisits molt més estrictes sobre el propi acer que els tubs sense soldadura normals. En servei estan exposats simultàniament a alta pressió interna, alta temperatura del metall, gasos de combustió oxidants i vapor d'aigua. En aquestes condicions, el tub pot perdre secció per oxidació i corrosió a l'exterior, escalar i sobreescalfar a l'interior i fluir sota pressió, de manera que el material ha de combinar resistència duradora, resistència a l'oxidació, resistència a la corrosió i estabilitat estructural.
Els tubs s'utilitzen per construir tubs de sobreescalfador, tubs de recalentador, tubs de guia d'aire, tubs principals de vapor i paquets d'intercanviador de calor per a calderes d'alta pressió i ultra{0}}alta pressió, així com per a intercanviadors de calor de procés en serveis de refinació, petroquímica, química i recuperació de calor residual.
Graus per al servei d'alta temperatura i alta pressió
La família d'acer inoxidable austenític ofereix l'elecció més àmplia. Els graus estàndard inclouen 304, 304L, 304H, 304LN, 316L, 316H, 316Ti, 317, 317L, 321 i 321H; els graus estabilitzats 321H i 347H s'utilitzen quan el tub funcionarà en el rang de sensibilització durant llargs períodes; i els graus d'alt crom 309S i 310S es seleccionen on la resistència a l'oxidació a les temperatures metàl·liques més altes és el requisit rector. S'escull el grau dúplex S31803 on es necessita una major resistència i una millor resistència a la corrosió per estrès de clorur que els graus austenítics estàndard, i s'utilitza 904L de la classe UNS N08904 per a corrents de procés severament corrosius.
La família dels ferrítics i martensítics cobreix 409, 409L, 410, 430, 436, 436L, 439, 439L i 444. Aquests graus s'utilitzen quan l'expansió tèrmica s'ha de mantenir baixa, per exemple en algun intercanviador de calor i servei d'escapament, i on hi ha una resistència a la corrosió moderada suficient.
| Família | Graus representatius | Motiu típic de la selecció |
|---|---|---|
| Austenític | 304H, 316H, 321H, 347H | Resistència a la fluència i estabilitat estructural a temperatura elevada del metall |
| Austenític d'alt crom | 309S, 310S | Resistència a l'oxidació a les temperatures més altes del metall |
| Dúplex | S31803 | Major resistència amb resistència a la corrosió per estrès de clorur millorada |
| Ferrític i martensític | 409, 430, 436, 439, 444, 410 | Baixa expansió tèrmica i resistència a la corrosió moderada |
Normes de subministrament sense soldadura i soldadura
Els tubs resistents a la calor sense costures es subministren habitualment a GB 13296, GB/T 14976 i GB/T 14975, a ASTM i ASME A213, A312, A269, A789 i A790, i a EN 10216-5 i DIN 17458 es subministra el mateix tub. 12770 i GB/T 12771, segons ASTM i ASME A249, A312, A554, A778 i A789 i EN 10217-7 i DIN 17457.
La norma seleccionada determina quines proves són obligatòries. Les especificacions per a tubs de calderes i intercanviadors de calor requereixen normalment anàlisis químiques, proves de tracció, proves de duresa, proves d'aplanament i acampada, una prova hidrostàtica o pneumàtica, i un examen de corrent de Foucault o ultrasònic de la longitud completa, amb un control de la mida del gra i la corrosió intergranular per als graus austenítics estabilitzats.
Aplicacions
Tubs de sobreescalfador i reescalfador en calderes industrials i d'utilitat.
Tubs de guia d'aire, tubs de vapor principals i línies de reescalfament en calent en unitats d'alta pressió i ultra{0}}alta pressió.
Tubs d'intercanviador de calor i paquets de corba en U-en plantes de refinació, petroquímiques i químiques.
Interiors de forn i forn, tubs radiants i canonades de procés d'alta temperatura.
Sistemes de recuperació de calor residual, incineració i escapament on la resistència a l'oxidació és crítica.
Guia de selecció i tramitació
La selecció parteix de la temperatura del metall de disseny, l'atmosfera dels gasos de combustió o del procés i la corrosivitat del corrent. Dins de la família austenítica, trieu el grau d'aliatge més baix que satisfà el requisit de fluència i oxidació, perquè passar a un grau de crom o níquel més alt augmenta tant el cost com la sensibilitat de la soldadura. Quan el tub es sensibilitzarà en servei, especifiqueu un grau estabilitzat com ara 321H o 347H, o un grau baix en carboni, com ara 304L o 316L.
Per a la fabricació, el tub inoxidable requereix un tall i una preparació nets, una soldadura de baixa entrada de calor, una temperatura interpass controlada i, per als graus estabilitzats i dúplex, una atenció estricta a la selecció de consumibles i al rang d'entrada de calor, perquè l'excés d'entrada de calor danya l'equilibri de fase dúplex. El recuit de la solució després de la formació en fred severa restaura la resistència a la corrosió i un tractament de decapat i passivació elimina l'òxid que es forma a la zona afectada per la calor.
Preguntes freqüents
P: Quina diferència hi ha entre un tub de caldera i un tub normal sense costures?
La ruta de fabricació és similar, però un tub de caldera s'encarrega d'una especificació que controla el tipus d'acer de manera molt més estricta i imposa proves addicionals, com ara propietats de temperatura elevada, aplanament, envasat, mida del gra i examen no-destructiu.
P: Quin grau s'utilitza quan es requereix resistència a l'oxidació a la temperatura més alta?
Els graus austenítics d'alt crom 309S i 310S es seleccionen per a les temperatures metàl·liques més altes, perquè el seu contingut de crom proporciona la millor resistència a l'escala en atmosferes oxidants.
P: Quan s'ha d'especificar un grau estabilitzat com ara 321H o 347H?
Quan el tub romandrà en el rang de temperatura de sensibilització durant llargs períodes durant el servei, o quan la junta soldada estarà exposada a un ambient corrosiu a temperatura elevada.
P: Quins són els estàndards equivalents per al subministrament sense fissures?
Les especificacions més habituals són GB 13296, GB/T 14976, GB/T 14975, ASTM A213, A312, A269, A789 i A790, EN 10216-5 i DIN 17458.
P: Quines proves hauria de cobrir el certificat del molí?
Anàlisis químiques, resultats de tracció i duresa, resultats d'aplanament i aixafament, una prova de pressió i un examen de corrent de Foucault o ultrasònic de longitud completa, a més de la mida del gra i resultats de corrosió intergranular on el grau s'estabilitza.
P: Per què es controla l'entrada de calor quan es solda un tub dúplex?
L'acer inoxidable dúplex depèn d'una microestructura equilibrada d'austenita i ferrita. Una entrada de calor massa alta o una velocitat de refredament massa lenta altera aquest equilibri i redueix tant la duresa com la resistència a la corrosió a la junta soldada.
