لوله‌های فولادی برای{0}}خدمات دیگ‌های بخار فشار بالا: استانداردها، مواد و راهنمایی‌های مهندسی

چرا لوله کشی فشار بویلر متفاوت است

دیگ‌های{0}فشار بالا با آب یا بخار در فشارهایی که می‌تواند بیش از 10 مگاپاسکال در واحدهای برق و دمای بالای 500 درجه سانتیگراد در مدارهای سوپرهیتر باشد، کار می‌کند. تحت این شرایط لوله صرفاً یک مجرا نیست: یک قطعه حاوی فشار{4}} است که خرابی آن می‌تواند انرژی ذخیره‌شده عظیمی را آزاد کند. به همین دلیل، قطعات تحت فشار دیگ با کدهای طراحی و مشخصات مواد کنترل می شوند که بسیار سختگیرانه تر از مواردی است که برای لوله های آب یا گاز معمولی اعمال می شود. اولین وظیفه طراح این است که ماده ای را انتخاب کند که تنش مجاز آن در دمای عملیاتی توسط کد تایید شده باشد و ساخت و آزمایش آن مطابق با مشخصات مربوطه انجام شده باشد.

همچنین روشن بودن در مورد اصطلاحات مهم است. چیزی که معمولاً لوله-دیگ بخار فشار قوی یا لوله دیگ بخار نامیده می‌شود، معمولاً یک محصول کوچک-قطر و ضخیم{3}}دیواره است و اکثریت قریب به اتفاق قطعات فشار دیگ بخار به صورت لوله بدون درز تولید می‌شوند. لوله های جوش داده شده، از جمله لوله های مارپیچی (درز مارپیچ)، کاربردهای قانونی در کارخانه های دیگ بخار دارند، اما آنها تقریباً به طور کامل خارج از پوشش فشار هستند: مجرای گاز دودکش، مجرای هوا، سکوها، نرده ها، سازه های پشتیبانی، و-لوله های کمکی کم فشار. دلیل آن این نیست که جوش ها ذاتا ضعیف هستند، بلکه ترکیبی از درجه حرارت بالا، خزش، خستگی حرارتی و خوردگی در مدارهای دیگ بخار ساختار یکنواخت و بدون نقصی را می طلبد که تولید بدون درز با کمترین متغیرها ارائه می کند.

استانداردهای حاکم برای لوله دیگ بخار

چندین استاندارد بین المللی مواد مورد استفاده در قطعات تحت فشار دیگ را تعریف می کنند. در عمل چینی، GB/T 5310 لوله‌های فولادی بدون درز برای دیگ‌های{2}فشار بالا را پوشش می‌دهد و شامل گریدهایی مانند 20G، 15CrMoG، 12Cr1MoVG و گریدهای آلیاژ بالاتر- مورد استفاده در واحدهای فوق بحرانی است. در عمل بین‌المللی، ASTM A106 لوله‌های فولادی کربن بدون درز را برای سرویس‌های دمای بالا پوشش می‌دهد، ASTM A335 لوله‌های فولادی آلیاژی فریتی بدون درز را برای سرویس‌های درجه حرارت بالا (درجه‌های P11، P22، P91 و موارد مشابه)، و ASTM A213 یک فولاد بدون درز، تمام آهن‌های بدون درز و بدون درز را پوشش می‌دهد. لوله‌های مبدل حرارتی{17} EN 10216-2 همین نقش را در عمل اروپایی ایفا می کند. هر یک از این مشخصات محدودیت‌های ترکیب شیمیایی، خواص کششی در دمای اتاق و در بسیاری از موارد داده‌های بازده یا خزش در دمای بالا را که کد طراحی به آن نیاز دارد، تعریف می‌کند.

انتخاب بین این استانداردها معمولاً توسط کشور طراحی، مشخصات پروژه یا کد مخزن تحت فشار قابل اجرا مانند ASME Section I، ASME B31.1 یا کد دیگ چینی مربوطه انجام می شود. آنچه از نظر فنی مهم است این است که درجه لوله، ضخامت دیواره، و تنش مجاز مورد استفاده در محاسبه، همگی از یک کد ناشی می‌شوند، زیرا تنش‌های مجاز در دما مقادیر خاصی از کد- هستند که نمی‌توانند در سیستم‌ها با هم مخلوط شوند.

درجات مواد و محدوده دمایی آنها

گریدهای کربن فولادی مانند 20G (GB/T 5310) و A106 درجه B یا C برای سرویس دهی تا دمای تقریباً 425 درجه سانتیگراد مقرون به صرفه هستند. بالاتر از آن دما، استحکام فولاد کربنی به سرعت کاهش می‌یابد و خزش طولانی‌مدت به ملاحظات حاکم تبدیل می‌شود. سپس فولادهای آلیاژی مورد نیاز هستند: 15CrMoG و 12Cr1MoVG (یا A335 P11 و P22 در اصطلاحات ASTM) خدمات را تا محدوده 480-580 درجه سانتیگراد گسترش می‌دهند، در حالی که فولادهای 9Cr-1Mo-V مانند P91 و فولادهای چینی 1Mo-V مانند P91 و فولادهای فوق‌العاده 1Mo1 eCquiN9 چینی استفاده می‌شوند. و هدرهای فوق بحرانی، خطوط بخار و بخش های گرم کننده مجدد که استحکام در 580-620 درجه سانتیگراد ضروری است.

انتخاب درجه توسط دما و فشار طراحی انجام می شود، نه صرفاً هزینه. یک خطای مهندسی رایج، تعیین بیش از حد درجه یک آلیاژ بدون بررسی اینکه آیا دمای عملیاتی واقعاً آن را توجیه می کند یا خیر است، که هزینه مواد و جوشکاری را بدون هیچ سودی افزایش می دهد. به همان اندازه رایج، مشخص نکردن درجه کربن و کشف این موضوع است که خزش، اکسیداسیون یا گرافیتی شدن عمر طراحی را محدود می کند. روش صحیح استفاده از جداول تنش مجاز در کد مربوطه، درون یابی برای دمای طراحی و اندازه ضخامت دیواره است تا تنش حلقه زیر مقدار مجاز با حاشیه لازم باقی بماند.

چرا لوله بدون درز بر قطعات تحت فشار تسلط دارد؟

لوله‌های دیگ بخار با سوراخ کردن گرم و کشش سرد یا نورد گرم تولید می‌شوند که محصولی بدون درز و بنابراین بدون جوش برای بازرسی، بدون گرمای جوش-منطقه متأثر، و بدون خطر عیوب مربوط به جوش- تولید می‌شود. در یک محیط کوره که لوله ها برخورد شعله، چرخه حرارتی و اغلب گازهای دودکش فرسایشی را می بینند، عدم وجود جوش یک مزیت قابل اطمینان واقعی است. لوله بدون درز همچنین دارای یکنواختی ضخامت دیواره{4}در قطرهای کوچک معمولی مدارهای دیگ بخار است که محاسبه تنش را دقیق تر می کند.

لوله‌های دیگ‌های جوشی وجود دارند و توسط برخی از کدها در کاربردهای خاص، به‌عنوان مثال لوله‌های جوش‌شده با فرکانس بالا در خدمات اکونومایزر، وجود دارند، اما استفاده از آنها مشروط به نشان‌دادن کیفیت جوش است و معمولاً به مناطق دمای پایین‌تر محدود می‌شود. لوله های مارپیچ جوش داده شده، به ویژه، دارای درز مارپیچ بلندی است که به سختی با جریان و الگوهای حرارتی مدار دیگ هماهنگ می شود و هیچ مزیتی در قطرهای کوچک موجود ندارد. نتیجه عملی برای مهندسان ساده است: لوله بدون درز را برای قطعات تحت فشار دیگ مشخص کنید، و لوله جوش داده شده را برای سیستم‌های بدون فشار کارخانه ذخیره کنید.

کنترل کیفیت و تست در تامین لوله دیگ

زنجیره تامین برای لوله دیگ بخار در هر مرحله کنترل می شود. فولاد با محدودیت‌های ترکیبی محکم، با فسفر و گوگرد کم ساخته می‌شود و اغلب تحت خلاء یا کلسیم برای کنترل آخال‌ها قرار می‌گیرد. هر گرما از نظر خواص کششی، سختی و در صورت نیاز طبق درجه یا مشخصات پروژه، چقرمگی ضربه Charpy V{2}}در دمای مشخص آزمایش می‌شود. برای گریدهای آلیاژی، گواهی آسیاب باید چرخه عملیات حرارتی را نیز ثبت کند، زیرا خواص مکانیکی فولادهای Cr-Mo و Cr-Mo-V کاملاً به نرمال‌سازی یا خاموش کردن و تمپر کردن صحیح بستگی دارد.

علاوه بر آزمایش‌های آسیاب، لوله‌کشی دیگ معمولاً تحت تأیید تکمیلی در کارگاه سازنده یا در محل قرار می‌گیرد: شناسایی مثبت مواد با استفاده از فلورسانس اشعه ایکس در هر گرما، اندازه‌گیری ضخامت فراصوت، بررسی نفوذ ذرات مغناطیسی یا رنگ جوش‌های میدانی، و آزمایش‌های هیدرواستاتیکی که مدارهای مونتاژ شده به آن نیاز دارند. زنجیره مستندات، از گواهی کارخانه فولاد تا گواهی کارخانه لوله تا سوابق ساخت، باید کامل باشد زیرا بازرسان بویلر و نقشه برداران بیمه به طور معمول آن را بررسی می کنند.

سوالات متداول