ASME B31.3 vs ASME B31.1

ASME B31.1 vs. ASME B31.3: Seznamte se s kódy návrhu potrubí

/v /přidal

Zavedení

Při navrhování a konstrukci potrubí je výběr vhodného předpisu potrubí zásadní pro zajištění bezpečnosti, účinnosti a souladu s průmyslovými standardy. Dva z nejrozšířenějších kódů pro navrhování potrubí jsou ASME B31.1 a ASME B31.3. Zatímco oba pocházejí z Americké společnosti strojních inženýrů (ASME) a řídí návrh a konstrukci potrubních systémů, jejich aplikace se výrazně liší. Pochopení ASME B31.1 vs. ASME B31.3 debata je zásadní pro výběr správného kódu pro váš projekt, ať už se jedná o elektrárny, chemické zpracování nebo průmyslová zařízení.

Přehled: ASME B31.1 vs. ASME B31.3

What is ASME B31.3 or Process Piping Code?

ASME B31.1 je norma, která řídí návrh, konstrukci a údržbu potrubních systémů elektráren. Týká se potrubních systémů v elektrárnách, průmyslových závodech a dalších zařízeních, kde dochází k výrobě elektřiny. Tento kód se silně zaměřuje na integritu systémů, které zvládají vysokotlakou páru, vodu a horké plyny.

Typické aplikace: Elektrárny, topné systémy, turbíny a kotle.
Rozsah tlaku: Vysokotlaké parní a kapalinové systémy.
Teplotní rozsah: Vysokoteplotní provoz, zejména pro parní a plynové aplikace.

What is ASME B31.1 or Power Piping Code?

ASME B31.3 applies to the design and construction of piping systems used in chemical, petrochemical, and pharmaceutical industries. It governs systems that transport chemicals, gases, or liquids under different pressure and temperature conditions, often including hazardous materials. This code also covers the associated support systems and the safety considerations of handling chemicals and dangerous substances.

Typické aplikace: Chemické zpracovatelské závody, rafinérie, farmaceutická zařízení, potravinářské a nápojové závody.
Rozsah tlaku: Obecně nižší než rozsah tlaku v ASME B31.1, v závislosti na typech kapalin a jejich klasifikaci.
Teplotní rozsah: varies depending na chemických kapalinách, ale je obvykle nižší než extrémní podmínky v ASME B31.1.

Difference Between ASME B31.3 and ASME B31.1 (ASME B31.3 vs ASME B31.1)

ASME B31.3 vs ASME B31.1

ASME B31.3 vs ASME B31.1

Sr No Parametr ASME B31.3-Process Piping ASME B31.1-Power Piping
1 Rozsah Provides rules for Process or Chemical Plants Provides rules for Power Plants
2 Basic Allowable Material Stress Basic allowable material stress value is higher (For example the allowable stress value for A 106 B material at 250 Deg C is 132117.328 Kpa as per ASME B31.3) Basic allowable material stress value is lower (For example the allowable stress value for A 106 B material at 250 Deg C is 117900.344 Kpa as per ASME B31.3)
3 Allowable Sagging (Sustained) The ASME B31.3 code does not specifically limit allowable sagging. An allowable sagging of up to 15 mm is generally acceptable. ASME B31.3 does not provide a suggested support span. ASME B31.1 clearly specifies the allowable sagging value as 2.5 mm. Table 121.5-1 of ASME B31.1 provides suggested support span.
4 SIF on Reducers Process Piping Code ASME B31.3 does not use SIF (SIF=1.0) for reducer stress calculation Power Piping code ASME B31.1 uses a maximum SIF of 2.0 for reducers while stress calculation.
5 Factor of Safety ASME B31.3 uses a factor of safety of 3; relatively lower than ASME B31.1. ASME B31.1 uses a safety factor of 4 to have higher reliability as compared to Process plants
6 SIF for Butt Welded Joints ASME B31.3 uses a SIF of 1.0 for buttwelded joints ASME B31.1 uses a SIF of up to 1.9 max in stress calculation.
7 Approach towards SIF ASME B31.3 uses a complex in-plane, out-of-plane SIF approach. ASME B31.1 uses a simplified single SIF Approach.
8 Maximum values of Sc and Sh As per the Process Piping code, the maximum value of Sc and Sh are limited to 138 Mpa or 20 ksi. For the Power piping code, the maximum value of Sc and Sh are 138 Mpa only if the minimum tensile strength of the material is 70 ksi (480Mpa); otherwise, it depends on the values provided in the mandatory appendix A as per temperature.
9 Allowable Stress for Occasional Stresses The allowable value of occasional stress is 1.33 times Sh As per ASME B31.1, the allowable value of occasional stress is 1.15 to 1.20 times Sh
10 The equation for Pipe Wall Thickness Calculation The equation for pipe wall thickness calculation is valid for t<D/6 There is no such limitation in the Power piping wall thickness calculation. However, they add a limitation on maximum design pressure.
11 Section Modulus, Z for Sustained and Occasional Stresses While Sustained and Occasional stress calculation the Process Piping code reduces the thickness by corrosion and other allowances. ASME B31.1 calculates the section modulus using nominal thickness. Thickness is not reduced by corrosion and other allowances.
12 Rules for material usage below -29 Deg. C ASME B31.3 provides extensive rules for the use of materials below -29 degrees C The power piping code provides no such rules for pipe materials below -29 degrees C.
13 Maximum Value of Cyclic Stress Range Factor The maximum value of cyclic stress range factor f is 1.2 The maximum value of is 1.0
14 Allowance for Pressure Temperature Variation As per clause 302.2.4 of ASME B31.3, occasional pressure temperature variation can exceed the allowable by (a) 33% for no more than 10 hours at any one time and no more than 100 hours/year, or (b) 20% for no more than 50 hours at any one time and no more than 500 hours/year. As per clause 102.2.4 of ASME B31.1, occasional pressure temperature variation can exceed the allowable by (a) 15% if the event duration occurs for no more than 8 hours at any one time and not more than 800 hours/year or (b) 20% if the event duration occurs for not more than 1 hour at any one time and not more than 80 hour/year.
15 Design Life Process Piping is normally designed for 20 to 30 years of service life. Power Piping is generally designed for 40 years or more of service life.
16 PSV reaction force ASME B31.3 does not provide specific equations for PSV reaction force calculation. ASME B31.1 provides specific equations for PSV reaction force calculation.

Závěr

Kritický rozdíl v ASME B31.1 vs. ASME B31.3 debata spočívá v průmyslových aplikacích, požadavcích na materiály a bezpečnostních úvahách. ASME B31.1 je ideální pro výrobu energie a vysokoteplotní systémy se zaměřením na mechanickou integritu. Ve stejnou dobu, ASME B31.3 is tailored for the chemical and process industries, emphasizing the safe handling of hazardous materials and chemical compatibility. By understanding the distinctions between these two standards, you can decide which code best suits your project’s requirements, ensuring compliance and safety throughout the project’s lifecycle. Whether you are involved in power plant design or system’ processing, choosing the correct piping code is crucial for a successful project.

ASME BPVC Sekce II Část A

ASME BPVC Sekce II Část A: Specifikace železných materiálů

/v /přidal

Zavedení

ASME BPVC Sekce II Část A: Specifikace železných materiálů je částí ASME Boiler and Pressure Vessel Code (BPVC), který pokrývá specifikace pro železné materiály (především železo) používá se při konstrukci kotlů, tlakových nádob a dalších zařízení udržujících tlak. Tato část se konkrétně zabývá požadavky na ocel a železné materiály, včetně uhlíkové oceli, legované oceli a nerezové oceli.

Specifikace souvisejících materiálů pro trubky a desky

Trubky:

SA-178/SA-178M – Elektricky odporově svařované trubky z uhlíkové oceli a uhlíkovo-manganové oceli pro kotle a přehříváky
SA-179/SA-179M – Bezešvé trubky tepelného výměníku a kondenzátoru z nízkouhlíkové oceli tažené za studena
SA-192/SA-192M – Bezešvé kotlové trubky z uhlíkové oceli pro vysokotlaký provoz
SA-209/SA-209M – Bezešvé kotlové a přehřívací trubky z uhlíko-molybdenové slitiny a oceli
SA-210/SA-210M – Bezešvé trubky pro kotle a přehříváky ze střední uhlíkové oceli
SA-213/SA-213M – Bezešvý kotel, přehřívák a výměník tepla z feritické a austenitické oceli
SA-214/SA-214M – Elektricky odporově svařované trubky výměníku tepla a kondenzátoru z uhlíkové oceli
SA-249/SA-249M – Svařovaný austenitický ocelový kotel, přehřívák, výměník tepla a kondenzátorové trubky
SA-250/SA-250M – Elektricky odporově svařované kotelní a přehřívací trubky z feritické slitiny
SA-268/SA-268M – Bezešvé a svařované trubky z feritické a martenzitické nerezové oceli pro obecný servis
SA-334/SA-334M – Bezešvé a svařované uhlíkové a legované ocelové trubky pro nízkoteplotní provoz
SA-335/SA-335M – Bezešvé potrubí z feritické legované oceli pro vysokoteplotní provoz
SA-423/SA-423M – Bezešvé a elektricky svařované trubky z nízkolegované oceli
SA-450/SA-450M – Všeobecné požadavky na trubky z uhlíkových a nízkolegovaných ocelí
SA-556/SA-556M – Bezešvé trubky ohřívače napájecí vody z uhlíkové oceli tažené za studena
SA-557/SA-557M – Elektricky odporově svařované trubky ohřívače napájecí vody z uhlíkové oceli
SA-688/SA-688M – Bezešvé a svařované trubky ohřívače napájecí vody z austenitické nerezové oceli
SA-789/SA-789M – Bezešvé a svařované feritické/austenitické trubky z nerezové oceli pro obecný servis
SA-790/SA-790M – Bezešvé a svařované feritické/austenitické trubky z nerezové oceli
SA-803/SA-803M – Bezešvé a svařované trubky ohřívače napájecí vody z feritické nerezové oceli
SA-813/SA-813M – Jedno- nebo dvojitě svařované austenitické trubky z nerezové oceli
SA-814/SA-814M – Trubka z austenitické nerezové oceli svařovaná za studena

ASME BPVC

ASME BPVC

Talíře:

SA-203/SA-203M – Desky tlakových nádob, legovaná ocel, nikl
SA-204/SA-204M – Desky tlakových nádob, legovaná ocel, molybden
SA-285/SA-285M – Desky tlakových nádob, uhlíková ocel, nízká a střední pevnost v tahu
SA-299/SA-299M – Desky tlakových nádob, uhlíková ocel, mangan-křemík
SA-302/SA-302M – Desky tlakových nádob, legovaná ocel, mangan-molybden a mangan-molybden-nikl
SA-353/SA-353M – Desky tlakových nádob, legovaná ocel, dvojitě normalizovaný a temperovaný nikl 9%
SA-387/SA-387M – Desky tlakových nádob, legovaná ocel, chrom-molybden
SA-516/SA-516M – Desky tlakových nádob, uhlíková ocel, pro provoz při střední a nízké teplotě
SA-517/SA-517M – Desky tlakových nádob, legovaná ocel, vysokopevnostní, kalené a temperované
SA-533/SA-533M – Desky tlakových nádob, legovaná ocel, kalená a temperovaná, mangan-molybden a mangan-molybden-nikl
SA-537/SA-537M – Desky tlakových nádob, tepelně zpracované, uhlík-mangan-křemíková ocel
SA-542/SA-542M – Desky tlakových nádob, legovaná ocel, kalená a temperovaná, chrom-molybden a chrom-molybden-vanad
SA-543/SA-543M – Desky tlakových nádob, legovaná ocel, kalená a temperovaná, nikl-chrom-molybden
SA-553/SA-553M – Desky tlakových nádob, legovaná ocel, kalený a temperovaný nikl 7, 8 a 9%
SA-612/SA-612M – Desky tlakových nádob, uhlíková ocel, vysoká pevnost, pro použití při střední a nízké teplotě
SA-662/SA-662M – Desky tlakových nádob, uhlík-mangan-křemíková ocel, pro provoz při střední a nízké teplotě
SA-841/SA-841M – Desky tlakových nádob, vyrobené termomechanickým kontrolním procesem (TMCP)

Závěr

Závěrem lze říci, že ASME BPVC Section II Část A: Specifikace železných materiálů je kritickým zdrojem pro zajištění bezpečnosti, spolehlivosti a kvality železných materiálů používaných ke konstrukci kotlů, tlakových nádob a dalších zařízení udržujících tlak. Poskytnutím komplexních specifikací mechanických a chemických vlastností materiálů, jako jsou uhlíkové oceli, legované oceli a nerezové oceli, tato část zajišťuje, že materiály splňují přísné normy požadované pro vysokotlaké a vysokoteplotní aplikace. Jeho podrobné pokyny k formám produktů, testovacím postupům a souladu s průmyslovými standardy jej činí nepostradatelným pro inženýry, výrobce a inspektory zabývající se návrhem a konstrukcí tlakových zařízení. Jako takový je ASME BPVC Section II Part A zásadní pro petrochemický, jaderný a energetický průmysl, kde tlakové nádoby a kotle musí fungovat bezpečně a efektivně za přísných podmínek mechanického namáhání.

Bezešvá ocelová trubka SAE4140 kalení

Analýza příčin prstencových trhlin v kalené bezešvé ocelové trubce SAE 4140

/v /přidal

Důvod prstencové trhliny na konci trubky bezešvé ocelové trubky SAE 4140 byl studován zkouškou chemického složení, zkouškou tvrdosti, metalografickým pozorováním, rastrovacím elektronovým mikroskopem a analýzou energetického spektra. Výsledky ukazují, že prasklina ve tvaru prstence u bezešvé ocelové trubky SAE 4140 je prasklina z kalení, která se obvykle vyskytuje na konci trubky. Důvodem trhliny při kalení jsou různé rychlosti ochlazování mezi vnitřní a vnější stěnou a rychlost ochlazování vnější stěny je mnohem vyšší než u vnitřní stěny, což má za následek selhání praskání způsobené koncentrací napětí v blízkosti vnitřní stěny. Prasklina ve tvaru prstence může být eliminována zvýšením rychlosti chlazení vnitřní stěny ocelové trubky během kalení, zlepšením rovnoměrnosti rychlosti chlazení mezi vnitřní a vnější stěnou a regulací teploty po kalení tak, aby byla v rozmezí 150 ~ 200 ℃ ke snížení kalícího stresu samovolným temperováním.

SAE 4140 je CrMo nízkolegovaná konstrukční ocel, je to americká norma ASTM A519, v národní normě 42CrMo na základě zvýšení obsahu Mn; proto byla dále zlepšena prokalitelnost SAE 4140. Bezešvá ocelová trubka SAE 4140, namísto plných výkovků, výroba válcovaných předvalků různých typů dutých hřídelí, válců, objímek a dalších dílů může výrazně zlepšit efektivitu výroby a ušetřit ocel; Ocelová trubka SAE 4140 je široce používána ve šroubových vrtacích nástrojích pro těžbu ropy a zemního plynu a dalších vrtných zařízeních. Popouštění bezešvých ocelových trubek SAE 4140 může splňovat požadavky na různé pevnosti oceli a přizpůsobení houževnatosti optimalizací procesu tepelného zpracování. Přesto se často zjistí, že ovlivňuje vady dodávky produktu ve výrobním procesu. Tento dokument se zaměřuje především na ocelovou trubku SAE 4140 v procesu kalení uprostřed tloušťky stěny konce trubky, vytváří analýzu defektů ve tvaru prstence a navrhuje opatření ke zlepšení.

1. Testovací materiály a metody

Společnost vyrobila specifikace pro ∅ 139,7 × 31,75 mm ocelové bezešvé ocelové trubky SAE 4140, výrobní proces pro ohřev sochorů → děrování → válcování → dimenzování → temperování (doba namáčení 850 ℃ 70 minut kalení + rotace trubky mimo chlazení vodní sprchou +735 ℃ doba namáčení 2 h temperování) → Detekce a kontrola vad. Po úpravě popouštěním odhalila kontrola defektoskopie, že uprostřed tloušťky stěny na konci trubky byla prstencová trhlina, jak je znázorněno na obr. 1; prstencová trhlina se objevila ve vzdálenosti asi 21~24 mm od vnějšku, kroužila po obvodu trubky a byla částečně nespojitá, zatímco v těle trubky nebyla nalezena žádná taková vada.

Obr.1 Prasklina ve tvaru prstence na konci potrubí

Obr.1 Prasklina ve tvaru prstence na konci potrubí

Odeberte šarži vzorků pro kalení ocelových trubek pro analýzu kalení a pozorování organizace kalení a spektrální analýzu složení ocelové trubky současně v trhlinách temperovaných ocelových trubek, abyste odebrali vysoce výkonné vzorky pro pozorování mikromorfologie trhlin , úrovni zrnitosti a v rastrovacím elektronovém mikroskopu se spektrometrem na trhliny ve vnitřním složení mikroplošné analýzy.

2. Výsledky testu

2.1 Chemické složení

Tabulka 1 ukazuje výsledky spektrální analýzy chemického složení a složení prvků je v souladu s požadavky normy ASTM A519.

Tabulka 1 Výsledky analýzy chemického složení (hmotnostní frakce, %)

Živel C Si Mn P S Cr Mo Cu Ni
Obsah 0.39 0.20 0.82 0.01 0.005 0.94 0.18 0.05 0.02
Požadavek ASTM A519 0.38-0.43 0.15-0.35 0.75-1.00 ≤ 0,04 ≤ 0,04 0.8-1.1 0.15-0.25 ≤ 0,35 ≤ 0,25

2.2 Zkouška kalitelnosti trubek

Na kalených vzorcích testu kalicí tvrdosti celkové tloušťky stěny lze výsledky celkové tvrdosti stěny, jak je znázorněno na obrázku 2, vidět na obrázku 2, ve vzdálenosti 21 ~ 24 mm od vnější strany začala tvrdost při kalení výrazně klesat, a z vnější strany 21 ~ 24 mm je vysokoteplotní popouštění trubky zjištěno v oblasti prstencové trhliny, oblast pod a nad tloušťkou stěny tvrdosti extrémního rozdílu mezi polohou tloušťky stěny regionu dosáhl 5 (HRC) nebo tak. Rozdíl tvrdosti mezi spodní a horní tloušťkou stěny této oblasti je asi 5 (HRC). Metalografická organizace v kaleném stavu je znázorněna na obr. 3. Z metalografické organizace na obr. 3; je vidět, že organizace ve vnější oblasti trubky je tvořena malým množstvím feritu + martenzitu, zatímco organizace v blízkosti vnitřního povrchu není zhášena, s malým množstvím feritu a bainitu, což vede k nízké kalicí tvrdosti od vnějšího povrchu trubky k vnitřnímu povrchu trubky ve vzdálenosti 21 mm. Vysoký stupeň konzistence prstencových trhlin ve stěně trubky a poloha extrémního rozdílu v kalicí tvrdosti naznačují, že prstencové trhliny pravděpodobně vzniknou v procesu kalení. Vysoká konzistence mezi umístěním prstencových trhlin a nižší tvrdostí kalení naznačuje, že prstencové trhliny mohly vzniknout během procesu kalení.

Obr.2 Hodnota kalicí tvrdosti v plné tloušťce stěny

Obr.2 Hodnota kalicí tvrdosti v plné tloušťce stěny

Obr.3 Struktura kalení ocelové trubky

Obr.3 Struktura kalení ocelové trubky

2.3 Metalografické výsledky ocelové trubky jsou uvedeny na obr. 4 a obr. 5, v tomto pořadí.

Matricová organizace ocelové trubky je temperovaný austenit + malé množství feritu + malé množství bainitu, se zrnitostí 8, což je průměrná temperovaná organizace; trhliny se rozprostírají v podélném směru, který patří ke krystalickému popraskání, a obě strany trhlin mají typické vlastnosti zabírání; dochází k fenoménu oduhličení na obou stranách a na povrchu trhlin je pozorovatelná vysokoteplotní vrstva šedého oxidu. Na obou stranách je oduhličení a na povrchu trhliny lze pozorovat vysokoteplotní vrstvu šedého oxidu a v okolí trhliny nejsou vidět žádné nekovové vměstky.

Obr.4 Pozorování morfologie trhlin

Obr.4 Pozorování morfologie trhlin

Obr.5 Mikrostruktura trhliny

Obr.5 Mikrostruktura trhliny

2.4 Morfologie trhlin a výsledky analýzy energetického spektra

Po otevření lomu je mikromorfologie lomu pozorována pod rastrovacím elektronovým mikroskopem, jak je znázorněno na obr. 6, který ukazuje, že lom byl vystaven vysokým teplotám a na povrchu došlo k vysokoteplotní oxidaci. Lom je převážně podél lomu krystalu, velikost zrna se pohybuje od 20 do 30 μm a nejsou nalezena žádná hrubá zrna a abnormální organizační vady; analýza energetického spektra ukazuje, že povrch lomu se skládá hlavně ze železa a jeho oxidů a nejsou vidět žádné abnormální cizí prvky. Spektrální analýza ukazuje, že povrch lomu je primárně tvořen železem a jeho oxidy, bez abnormálního cizího prvku.

Obr.6 Morfologie lomu trhliny

Obr.6 Morfologie lomu trhliny

3 Analýza a diskuse

3.1 Analýza trhlinových vad

Z hlediska mikromorfologie trhliny je otvor trhliny přímý; ocas je zakřivený a ostrý; dráha rozšíření trhliny vykazuje charakteristiky praskání podél krystalu a dvě strany trhliny mají typické síťové charakteristiky, což jsou obvyklé charakteristiky trhlin při kalení. Metalografické zkoumání však zjistilo, že na obou stranách trhliny dochází k dekarbonizačnímu jevu, což není v souladu s charakteristikami tradičních trhlin při kalení, s přihlédnutím ke skutečnosti, že teplota popouštění ocelové trubky je 735 ℃, a Ac1 je 738 ℃ v SAE 4140, což není v souladu s konvenčními charakteristikami trhlin při kalení. Vzhledem k tomu, že popouštěcí teplota použitá pro trubku je 735 °C a Ac1 SAE 4140 je 738 °C, což jsou velmi blízko u sebe, předpokládá se, že oduhličení na obou stranách trhliny souvisí s vysokou teplotní popouštění během popouštění (735 °C) a nejedná se o trhlinu, která existovala již před tepelným zpracováním trubky.

3.2 Příčiny praskání

Příčiny trhlin při kalení obecně souvisejí s teplotou kalícího ohřevu, rychlostí ochlazování kalením, metalurgickými defekty a kalicími napětími. Z výsledků analýzy složení vyplývá, že chemické složení trubky splňuje požadavky třídy oceli SAE 4140 v normě ASTM A519 a nebyly zjištěny žádné nadbytečné prvky; v blízkosti trhlin nebyly nalezeny žádné nekovové inkluze a analýza energetického spektra na lomu trhliny ukázala, že šedé oxidační produkty v trhlinách byly Fe a jeho oxidy a nebyly pozorovány žádné abnormální cizí prvky, takže lze vyloučit, že metalurgické vady způsobily prstencové trhliny; stupeň zrnitosti trubky byl stupeň 8 a stupeň zrnitosti byl stupeň 7 a velikost zrna byla stupeň 8 a velikost zrna byla stupeň 8. Úroveň zrnitosti trubky je 8; zrno je zjemněno a není hrubé, což naznačuje, že trhlina při kalení nemá nic společného s teplotou ohřevu při kalení.

Vznik kalících trhlin úzce souvisí s kalícími napětími, rozdělenými na tepelná a organizační. Tepelné namáhání je způsobeno procesem chlazení ocelové trubky; povrchová vrstva a srdce rychlosti chlazení ocelové trubky nejsou konzistentní, což má za následek nerovnoměrné smršťování materiálu a vnitřní pnutí; výsledkem je, že povrchová vrstva ocelové trubky je vystavena tlakovým napětím a jádro tahových napětí; tkáňová napětí je zhášení organizace ocelové trubky na martenzitovou transformaci, spolu s rozšířením objemu nekonzistence při vytváření vnitřních napětí, organizace napětí generovaných výsledkem je povrchová vrstva tahových napětí, střed tahových napětí. Tyto dva druhy napětí v ocelové trubce existují ve stejné části, ale role směru je opačná; kombinovaný účinek výsledku je, že dominantní faktor jednoho ze dvou napětí, dominantní role tepelného napětí je výsledkem tahu srdce obrobku, povrchového tlaku; tkáňové napětí dominantní roli je výsledkem srdce obrobku tahový tlak povrchový tah.

Kalení ocelové trubky SAE 4140 pomocí rotační výroby vnějšího sprchového chlazení, rychlost ochlazování vnějšího povrchu je mnohem větší než vnitřního povrchu, vnější kov ocelové trubky je zakalený, zatímco vnitřní kov není zcela zakalený, aby se vytvořila část organizace feritu a bainitu, vnitřní kov v důsledku vnitřního kovu nemůže být plně přeměněn na martenzitickou organizaci, vnitřní kov ocelové trubky je nevyhnutelně vystaven tahovému napětí generovanému expanzí vnější stěny martenzitu a při současně se v důsledku různých typů organizace liší jeho specifický objem mezi vnitřním a vnějším kovem Současně je v důsledku různých druhů organizace konkrétní objem vnitřní a vnější vrstvy kovu odlišný a rychlost smršťování není během ochlazování stejná, tahové napětí bude také generováno na rozhraní dvou typů organizace a distribuci napětí dominují tepelná napětí a tahové napětí generované na rozhraní dva typy organizace uvnitř trubky jsou největší, což má za následek praskliny kalící prstence, které se vyskytují v oblasti tloušťky stěny trubky blízko vnitřního povrchu (21~24 mm od vnějšího povrchu); kromě toho je konec ocelové trubky částí celé trubky citlivou na geometrii, která je náchylná k vytváření napětí. Konec trubky je navíc geometricky citlivou částí celé trubky, která je náchylná ke koncentraci napětí. Tato prstencová trhlina se obvykle vyskytuje pouze na konci trubky a takové trhliny nebyly v tělese trubky nalezeny.

Stručně řečeno, trhliny prstencového tvaru prstencových ocelových trubek z tlustostěnných ocelových trubek SAE 4140 jsou způsobeny nerovnoměrným chlazením vnitřní a vnější stěny; rychlost ochlazování vnější stěny je mnohem vyšší než rychlost ochlazování vnitřní stěny; výroba silnostěnné ocelové trubky SAE 4140 ke změně stávajícího způsobu chlazení, nelze ji použít pouze mimo proces chlazení, je třeba posílit chlazení vnitřní stěny ocelové trubky, zlepšit rovnoměrnost rychlosti chlazení vnitřní a vnější stěny silnostěnné ocelové trubky, aby se snížila koncentrace napětí a odstranily se praskliny v prstenci. Prsten praská.

3.3 Opatření ke zlepšení

Aby se předešlo trhlinám při kalení, při návrhu procesu kalení jsou faktory pro tvorbu trhlin všechny podmínky, které přispívají k rozvoji tahových napětí kalení, včetně teploty ohřevu, procesu chlazení a výstupní teploty. Navrhovaná vylepšená procesní opatření zahrnují: kalicí teplotu 830-850 ℃; použití vnitřní trysky přizpůsobené středové ose potrubí, řízení vhodného vnitřního rozstřikovacího proudu, zlepšení rychlosti chlazení vnitřního otvoru, aby se zajistilo, že rychlost chlazení vnitřní a vnější stěny silnostěnné ocelové trubky jednotnost; řízení teploty po kalení 150-200 ℃, použití zbytkové teploty ocelových trubek při samopopouštění, snížení kalení napětí v ocelové trubce.

Použití vylepšené technologie produkuje ∅158,75 × 34,93 mm, ∅139,7 × 31,75 mm, ∅254 × 38,1 mm, ∅224 × 26 mm atd. podle desítek specifikací ocelových trubek. Po ultrazvukové kontrole vad jsou výrobky kvalifikované, bez prasklin způsobujících zhášení prstenců.

4. Závěr

(1) Podle makroskopických a mikroskopických charakteristik prasklin potrubí patří prstencové praskliny na koncích trubek ocelových trubek SAE 4140 k poruchám prasklin způsobeným pnutím při kalení, které se obvykle vyskytuje na koncích trubek.

(2) Zakalené prstencové trhliny v silnostěnné ocelové trubce SAE 4140 jsou způsobeny nerovnoměrným chlazením vnitřní a vnější stěny. Rychlost ochlazování vnější stěny je mnohem vyšší než rychlost ochlazování vnitřní stěny. Pro zlepšení rovnoměrnosti rychlosti ochlazování vnitřní a vnější stěny silnostěnné ocelové trubky musí výroba silnostěnné ocelové trubky SAE 4140 posílit chlazení vnitřní stěny.

Bezešvá ocelová trubka ASME SA213 T91

ASME SA213 T91: Kolik toho víš?

/v /přidal

Pozadí a úvod

ASME SA213 T91, ocelové číslo v ASME SA213/SA213M standard, patří do vylepšené oceli 9Cr-1Mo, která byla vyvíjena od 70. do 80. let minulého století ve spolupráci US Rubber Ridge National Laboratory a Laboratoř metalurgických materiálů americké Combustion Engineering Corporation. Vyvinutý na základě dřívější oceli 9Cr-1Mo, používané v jaderné energetice (lze použít i v jiných oblastech), vysokoteplotních tlakových součástech materiálů, je třetí generací výrobků z oceli pevné za tepla; jeho hlavním rysem je snížení obsahu uhlíku v omezení horní a dolní hranice obsahu uhlíku a přísnější kontrola obsahu zbytkových prvků, jako je P a S, současně přidáním stopy 0,030-0,070% N a stopy pevných karbidotvorných prvků 0,18-0,25% V a 0,06-0,10% Nb, pro zjemnění požadavků na zrnitost, a tím zlepšení plastické houževnatosti a svařitelnosti oceli, zlepšení stability oceli při vysokých teplotách, po tomto vícekompozitním vyztužení, vznik nového typu martenzitické vysokochromové žáruvzdorné legované oceli.

ASME SA213 T91, obvykle vyrábějící výrobky pro trubky malého průměru, se používá hlavně v kotlích, přehřívácích a výměnících tepla.

Mezinárodní odpovídající třídy oceli T91

Země

 USA Německo Japonsko Francie Čína
Ekvivalentní jakost oceli SA-213 T91 X10CrMoVNNb91 HCM95 TUZ10CDVNb0901 10Cr9Mo1VNbN

Tuto ocel zde poznáme z několika hledisek.

I. Chemické složení ASME SA213 T91

Živel C Mn P S Si Cr Mo Ni PROTI Nb N Al
Obsah 0.07-0.14 0.30-0.60 ≤0,020 ≤0,010 0.20-0.50 8.00-9.50 0.85-1.05 ≤0,40 0.18-0.25 0.06-0.10 0.030-0.070 ≤0,020

II. Analýza výkonu

2.1 Úloha legujících prvků na vlastnosti materiálu: Legující prvky oceli T91 hrají roli zpevňování pevného roztoku a zpevňování difúze a zlepšují odolnost oceli vůči oxidaci a korozi, jak je explicitně analyzováno následovně.
2.1.1 Uhlík je nejviditelnějším zpevňovacím účinkem ocelových prvků v pevném roztoku; s nárůstem obsahu uhlíku, krátkodobou pevností oceli, plasticitou a houževnatostí klesá, u takové oceli T91, nárůst obsahu uhlíku zrychlí rychlost sféroidizace karbidů a rychlost agregace, urychlí redistribuci legujících prvků a sníží svařitelnost, odolnost proti korozi a oxidační odolnost oceli, takže žáruvzdorná ocel obecně chce snížit množství obsahu uhlíku. Pevnost oceli se však sníží, pokud je obsah uhlíku příliš nízký. Ocel T91 má ve srovnání s ocelí 12Cr1MoV snížený obsah uhlíku 20%, což je pečlivé zvážení vlivu výše uvedených faktorů.
2.1.2 Ocel T91 obsahuje stopy dusíku; role dusíku se odráží ve dvou aspektech. Na jedné straně je role zpevnění tuhého roztoku, dusíku při pokojové teplotě v rozpustnosti oceli minimální, ocel T91 svařovaná tepelně ovlivněná zóna v procesu ohřevu svařování a tepelného zpracování po svařování, dojde k posloupnosti pevných látek proces řešení a srážení VN: V rámci austenitické organizace se vytvořila tepelně ovlivněná zóna svařování díky rozpustnosti VN, zvyšuje se obsah dusíku a poté se zvyšuje stupeň přesycení v organizaci teploty v místnosti. následným tepelným zpracováním svaru dochází k mírnému vysrážení VN, což zvyšuje stabilitu organizace a zlepšuje hodnotu trvalé pevnosti tepelně ovlivněné zóny. Na druhé straně ocel T91 obsahuje také malé množství A1; dusík se může tvořit s jeho A1N, A1N při více než 1 100 ℃, pouze velké množství se rozpustí v matrici a poté znovu vysráží při nižších teplotách, což může mít lepší účinek zpevňování difúze.
2.1.3 přidat chrom hlavně pro zlepšení oxidační odolnosti žáruvzdorné oceli, odolnost proti korozi, obsah chrómu nižší než 5%, 600 ℃ začal prudce oxidovat, zatímco množství obsahu chrómu až do 5% má vynikající odolnost proti oxidaci. Ocel 12Cr1MoV v následujících 580 ℃ má dobrou odolnost proti oxidaci, hloubka koroze 0,05 mm/a, 600 ℃, když se výkon začal zhoršovat, hloubka koroze 0,13 mm/a. T91 s obsahem chrómu 1 100 ℃ předtím, než se velké množství rozpustí do matrice, a při nižších teplotách a opětovném vysrážení může mít účinek zesílení difúze zvuku. /T91 obsah chrómu zvýšen na asi 9%, použití teploty může dosáhnout 650 ℃, primárním opatřením je, aby se matrice rozpustila ve větším množství chrómu.
2.1.4 vanad a niob jsou životně důležité prvky tvořící karbidy. Když se přidá k vytvoření jemného a stabilního karbidu slitiny s uhlíkem, dojde k pevnému difúznímu zesílení.
2.1.5 Přídavek molybdenu zlepšuje především tepelnou pevnost oceli a zpevňuje tuhé roztoky.

2.2 Mechanické vlastnosti

Sochor T91 po konečném tepelném zpracování pro normalizaci + vysokoteplotní popouštění má pevnost v tahu při pokojové teplotě ≥ 585 MPa, mez kluzu při pokojové teplotě ≥ 415 MPa, tvrdost ≤ 250 HB, tažnost (rozteč standardního kruhového vzorku 50 mm) ≥ 20%, hodnota dovoleného napětí [σ] 650 ℃ = 30 MPa.

Proces tepelného zpracování: normalizační teplota 1040 ℃, doba výdrže ne méně než 10 minut, teplota temperování 730 ~ 780 ℃, doba výdrže ne méně než jedna h.

2.3 Výkon svařování

V souladu se vzorcem uhlíkového ekvivalentu doporučeným International Welding Institute je uhlíkový ekvivalent oceli T91 vypočítán na 2,43% a viditelná svařitelnost T91 je špatná.
Ocel nemá tendenci se znovu zahřívat Praskání.

2.3.1 Problémy se svařováním T91

2.3.1.1 Praskání ztvrdlé organizace v tepelně ovlivněné zóně
Kritická rychlost chlazení T91 je nízká, austenit je velmi stabilní a během standardní transformace perlitu nedochází k ochlazení rychle. Musí se ochladit na nižší teplotu (asi 400 ℃), aby se přeměnil na martenzit a hrubou organizaci.
Svařování produkované tepelně ovlivněnou zónou různých organizací má různé hustoty, koeficienty roztažnosti a různé formy mřížky v procesu ohřevu a chlazení budou nevyhnutelně doprovázeny rozdílnou objemovou expanzí a kontrakcí; na druhé straně má ohřev vlivem sváření nerovnoměrné a vysokoteplotní charakteristiky, takže svarové spoje T91 jsou enormní vnitřní pnutí. Tvrzené hrubé martenzitické organizační spoje, které jsou ve stavu komplexního napětí, současně proces ochlazování svaru, difúze vodíku ze svaru do oblasti blízkého švu, přítomnost vodíku přispěla ke křehnutí martenzitu, tato kombinace účinků, je snadné vytvořit studené trhliny v kalené oblasti.

2.3.1.2 Růst zrn tepelně ovlivněné zóny
Tepelné cyklování svařování významně ovlivňuje růst zrn v tepelně ovlivněné zóně svarových spojů, zejména v zóně tavení bezprostředně sousedící s maximální teplotou ohřevu. Když je rychlost ochlazování malá, svařená tepelně ovlivněná zóna se bude jevit jako hrubá masivní feritová a karbidová organizace, takže plasticita oceli výrazně klesá; rychlost ochlazování je značná díky produkci hrubé martenzitické organizace, ale také se sníží plasticita svarových spojů.

2.3.1.3 Generování změkčené vrstvy
Ocel T91 svařovaná v temperovaném stavu, tepelně ovlivněná zóna vytváří nevyhnutelnou měkčící vrstvu, která je přísnější než měknutí perlitové žáruvzdorné oceli. Změkčení je pozoruhodnější při použití specifikací s pomalejšími rychlostmi ohřevu a chlazení. Kromě toho šířka změkčené vrstvy a její vzdálenost od tavné linie souvisí s podmínkami ohřevu a charakteristikami svařování, předehřívání a tepelného zpracování po svařování.

2.3.1.4 Korozní praskání pod napětím
Ocel T91 v tepelném zpracování po svařování před chlazením není obecně nižší než 100 ℃. Pokud je chlazení při pokojové teplotě a prostředí je relativně vlhké, je snadné namáhat korozní praskání. Německé předpisy: Před tepelným zpracováním po svařování musí být ochlazen pod 150 ℃. V případě silnějších obrobků, koutových svarů a špatné geometrie není teplota chlazení nižší než 100 ℃. Pokud je chlazení při pokojové teplotě a vlhkosti přísně zakázáno, v opačném případě je snadné vytvořit korozní trhliny pod napětím.

2.3.2 Proces svařování

2.3.2.1 Metoda svařování: Lze použít ruční svařování, svařování wolframovým pólem v ochranné atmosféře nebo automatické svařování tavným pólem.
2.3.2.2 Svařovací materiál: můžete si vybrat svařovací drát WE690 nebo svařovací drát.

Výběr svařovacího materiálu:
(1) Svařování stejného druhu oceli – pokud lze k výrobě ruční svařovací tyče CM-9Cb použít ruční svařování, lze k výrobě TGS-9Cb použít svařování v ochranné atmosféře wolframu, k výrobě MGS- lze použít automatické svařování tavných tyčí 9Cb drát;
(2) svařování odlišných ocelí – např. svařování s austenitickou nerezovou ocelí dostupnými svařovacími materiály ERNiCr-3.

2.3.2.3 Body procesu svařování:
(1) volba teploty předehřívání před svařováním
Bod Ms oceli T91 je asi 400 ℃; teplota předehřívání se obecně volí na 200 ~ 250 ℃. Teplota předehřívání nesmí být příliš vysoká. V opačném případě se rychlost ochlazování spoje sníží, což může být způsobeno ve svarových spojích na hranicích zrn precipitací karbidů a tvorbou feritové organizace, čímž se výrazně snižuje rázová houževnatost ocelových svarových spojů při pokojové teplotě. Německo poskytuje teplotu předehřívání 180 ~ 250 ℃; USCE poskytuje teplotu předehřívání 120 ~ 205 ℃.

(2) volba teploty svařovacího kanálu / mezivrstvy
Teplota mezivrstvy nesmí být nižší než spodní mez teploty předehřívání. Stejně jako při výběru teploty předehřívání nemůže být teplota mezivrstvy příliš vysoká. Teplota mezivrstvy T91 je obecně řízena na 200 ~ 300 ℃. Francouzské předpisy: teplota mezivrstvy nepřesahuje 300 ℃. Předpisy USA: teplota mezivrstvy může být mezi 170 ~ 230 ℃.

(3) volba počáteční teploty tepelného zpracování po svařování
T91 vyžaduje ochlazení po svaření pod bod Ms a držení po určitou dobu před zpracováním temperováním, s rychlostí ochlazování po svařování 80 ~ 100 ℃/h. Pokud není izolována, společná austenitická organizace nemusí být plně transformována; temperovací ohřev podpoří precipitaci karbidu podél hranic austenitických zrn, čímž se organizace stane velmi křehkou. T91 však nelze před temperováním po svařování ochladit na pokojovou teplotu, protože praskání za studena je nebezpečné, když se jeho svarové spoje ochladí na pokojovou teplotu. Pro T91 může nejlepší počáteční teplota tepelného zpracování po svařování 100 ~ 150 ℃ a udržování po dobu jedné hodiny zajistit úplnou transformaci organizace.

(4) teplota popouštění tepelného zpracování po svařování, doba výdrže, výběr rychlosti chlazení popouštění
Teplota popouštění: Ocel T91 má větší tendenci k praskání za studena a za určitých podmínek je náchylná k opožděnému praskání, takže svarové spoje musí být temperovány do 24 hodin po svařování. T91 posvarový stav organizace lištového martenzitu, po temperování lze změnit na temperovaný martenzit; jeho výkon je lepší než u lištového martenzitu. Teplota temperování je nízká; temperovací efekt není patrný; svarový kov snadno stárne a křehne; teplota popouštění je příliš vysoká (více než čára AC1), spoj může být znovu austenitizován a v následném ochlazovacím procesu znovu kalit. Současně, jak je popsáno dříve v tomto článku, by při stanovení teploty popouštění měl být také zohledněn vliv vrstvy změkčování spoje. Obecně platí, že teplota popouštění T91 je 730 ~ 780 ℃.
Doba zdržení: T91 vyžaduje dobu zdržení po svaření alespoň jednu hodinu, aby se zajistilo, že se jeho organizace zcela přemění na temperovaný martenzit.
Rychlost ochlazování: Pro snížení zbytkového napětí ocelových svarových spojů T91 musí být rychlost ochlazování nižší než 5 ℃ / min.
Celkově lze proces svařování oceli T91 v procesu regulace teploty stručně vyjádřit na obrázku níže:

Proces řízení teploty v procesu svařování ocelové trubky T91

Proces řízení teploty v procesu svařování ocelové trubky T91

III. Pochopení ASME SA213 T91

3.1 Ocel T91 principem legování, zejména přidáním malého množství niobu, vanadu a dalších stopových prvků, výrazně zlepšuje pevnost při vysokých teplotách a odolnost proti oxidaci ve srovnání s ocelí 12 Cr1MoV, ale její svařovací výkon je špatný.
3.2 Ocel T91 má větší tendenci k chladu Praskání během svařování a je třeba ji před svařováním předehřát na 200 ~ 250 ℃, přičemž teplota mezivrstvy se udržuje na 200 ~ 300 ℃, což může účinně zabránit vzniku trhlin za studena.
3.3 Tepelné zpracování oceli T91 po svařování musí být ochlazeno na 100 ~ 150 ℃, izolace jedna hodina, teplota zahřívání a temperování na 730 ~ 780 ℃, doba izolace ne kratší než jedna h a nakonec ne více než 5 ℃ / min rychlost chlazení na pokojovou teplotu.

IV. Výrobní proces ASME SA213 T91

Výrobní proces SA213 T91 vyžaduje několik metod, včetně tavení, děrování a válcování. Proces tavení musí řídit chemické složení, aby bylo zajištěno, že ocelová trubka má vynikající odolnost proti korozi. Procesy děrování a válcování vyžadují přesné řízení teploty a tlaku, aby se získaly požadované mechanické vlastnosti a rozměrová přesnost. Ocelové trubky je navíc potřeba tepelně zpracovat, aby se odstranilo vnitřní pnutí a zlepšila se odolnost proti korozi.

V. Aplikace ASME SA213 T91

ASME SA213 T91 je žáruvzdorná ocel s vysokým obsahem chrómu, která se používá hlavně při výrobě vysokoteplotních přehříváků a přihříváků a dalších tlakových částí kotlů podkritických a nadkritických elektráren s teplotami kovových stěn nepřesahujícími 625 °C a lze ji také použít jako vysoké -teplotně tlakové části tlakových nádob a jaderné energetiky. SA213 T91 má vynikající odolnost proti tečení a dokáže si udržet stabilní velikost a tvar při vysokých teplotách a při dlouhodobém zatížení. Mezi jeho hlavní aplikace patří kotle, přehříváky, výměníky tepla a další zařízení v energetickém, chemickém a naftovém průmyslu. Je široce používán ve vodou chlazených stěnách vysokotlakých kotlů, ekonomizérů, přehřívačů, přihřívačů a trubek v petrochemickém průmyslu.

NACE MR0175 ISO 15156 vs NACE MR0103 ISO 17495-1

NACE MR0175/ISO 15156 vs. NACE MR0103/ISO 17495-1

/v /přidal

Zavedení

V ropném a plynárenském průmyslu, zejména v prostředí na pevnině a na moři, je prvořadé zajištění dlouhé životnosti a spolehlivosti materiálů vystavených agresivním podmínkám. Zde vstupují do hry standardy jako NACE MR0175/ISO 15156 vs. NACE MR0103/ISO 17495-1. Obě normy poskytují zásadní vodítko pro výběr materiálu v kyselém prostředí služeb. Pochopení rozdílů mezi nimi je však zásadní pro výběr správných materiálů pro vaše operace.

V tomto příspěvku na blogu prozkoumáme hlavní rozdíly mezi nimi NACE MR0175/ISO 15156 vs. NACE MR0103/ISO 17495-1a nabízí praktické rady pro odborníky v oblasti ropy a zemního plynu, kteří se těmito normami orientují. Budeme také diskutovat o konkrétních aplikacích, výzvách a řešeních, které tyto normy poskytují, zejména v kontextu drsných prostředí ropných a plynových polí.

Co jsou NACE MR0175/ISO 15156 a NACE MR0103/ISO 17495-1?

NACE MR0175/ISO 15156:
Tato norma je celosvětově uznávaná pro řízení výběru materiálů a kontrolu koroze v prostředí s kyselými plyny, kde je přítomen sirovodík (H2S). Poskytuje pokyny pro návrh, výrobu a údržbu materiálů používaných při těžbě ropy a zemního plynu na pevnině i na moři. Cílem je zmírnit rizika spojená s praskáním způsobeným vodíkem (HIC), sulfidovým stresovým praskáním (SSC) a korozním praskáním (SCC), které mohou ohrozit integritu kritického zařízení, jako jsou potrubí, ventily a ústí vrtů.

NACE MR0103/ISO 17495-1:
Na druhé straně, NACE MR0103/ISO 17495-1 se primárně zaměřuje na materiály používané v prostředí rafinace a chemického zpracování, kde může dojít k vystavení kyselému provozu, ale s mírně odlišným rozsahem. Pokrývá požadavky na zařízení vystavená mírně korozním podmínkám s důrazem na zajištění toho, aby materiály odolávaly agresivní povaze specifických rafinačních procesů, jako je destilace nebo krakování, kde je riziko koroze srovnatelně nižší než u těžby ropy a zemního plynu.

NACE MR0175 ISO 15156 vs NACE MR0103 ISO 17495-1

NACE MR0175 ISO 15156 vs NACE MR0103 ISO 17495-1

Hlavní rozdíly: NACE MR0175/ISO 15156 vs NACE MR0103/ISO 17495-1

Nyní, když máme přehled o každé normě, je důležité zdůraznit rozdíly, které mohou ovlivnit výběr materiálu v terénu. Tyto rozdíly mohou významně ovlivnit výkonnost materiálů a bezpečnost provozu.

1. Rozsah aplikace

Primární rozdíl mezi NACE MR0175/ISO 15156 vs. NACE MR0103/ISO 17495-1 spočívá v rozsahu jejich použití.

NACE MR0175/ISO 15156 je přizpůsoben pro zařízení používaná v kyselém provozním prostředí, kde je přítomen sirovodík. Je zásadní v činnostech proti proudu, jako je průzkum, těžba a přeprava ropy a zemního plynu, zejména v pobřežních a na pevnině, která se zabývají kyselým plynem (plyn obsahující sirovodík).

NACE MR0103/ISO 17495-1, i když se stále zabývá kyselým servisem, je více zaměřen na rafinérský a chemický průmysl, zejména tam, kde je kyselý plyn zapojen do procesů, jako je rafinace, destilace a krakování.

2. Závažnost prostředí

Podmínky prostředí jsou rovněž klíčovým faktorem při uplatňování těchto norem. NACE MR0175/ISO 15156 řeší přísnější podmínky kyselé služby. Pokrývá například vyšší koncentrace sirovodíku, který je korozívnější a představuje vyšší riziko degradace materiálu prostřednictvím mechanismů, jako je praskání způsobené vodíkem (HIC) a praskání sulfidovým napětím (SSC).

naproti tomu NACE MR0103/ISO 17495-1 uvažuje o prostředích, která mohou být méně přísná, pokud jde o expozici sirovodíku, i když stále kritická v prostředí rafinérií a chemických závodů. Chemické složení tekutin, které se podílejí na rafinačních procesech, nemusí být tak agresivní jako ty, které se vyskytují na polích kyselých plynů, ale stále představuje riziko koroze.

3. Materiálové požadavky

Obě normy poskytují specifická kritéria pro výběr materiálu, liší se však svými přísnými požadavky. NACE MR0175/ISO 15156 klade větší důraz na prevenci koroze související s vodíkem v materiálech, ke které může docházet i při velmi nízkých koncentracích sirovodíku. Tato norma vyžaduje materiály, které jsou odolné vůči SSC, HIC a korozní únavě v kyselém prostředí.

Na druhé straně, NACE MR0103/ISO 17495-1 je méně normativní, pokud jde o praskání související s vodíkem, ale vyžaduje materiály, které si poradí s korozivními činidly v rafinačních procesech, přičemž se často zaměřuje spíše na obecnou odolnost proti korozi než na specifická rizika související s vodíkem.

4. Testování a ověřování

Obě normy vyžadují testování a ověřování, aby bylo zajištěno, že materiály budou fungovat v příslušných prostředích. Však, NACE MR0175/ISO 15156 vyžaduje rozsáhlejší testování a podrobnější ověřování vlastností materiálu v náročných provozních podmínkách. Testy zahrnují specifické pokyny pro SSC, HIC a další poruchové režimy spojené s prostředím kyselých plynů.

NACE MR0103/ISO 17495-1, i když také vyžaduje testování materiálů, je často flexibilnější z hlediska testovacích kritérií a zaměřuje se na zajištění toho, aby materiály splňovaly obecné normy odolnosti proti korozi, než aby se zaměřoval konkrétně na rizika související se sirovodíkem.

Proč byste se měli zajímat o NACE MR0175/ISO 15156 vs. NACE MR0103/ISO 17495-1?

Pochopení těchto rozdílů může pomoci předcházet poruchám materiálu, zajistit provozní bezpečnost a vyhovět průmyslovým předpisům. Ať už pracujete na pobřežní ropné plošině, na projektu potrubí nebo v rafinerii, použití vhodných materiálů podle těchto norem vás ochrání před nákladnými poruchami, neočekávanými prostoji a potenciálními riziky pro životní prostředí.

Pro operace s těžbou ropy a zemního plynu, zejména v pobřežních a pobřežních kyselých provozních prostředích, NACE MR0175/ISO 15156 je základním standardem. Zajišťuje, že materiály odolávají nejdrsnějšímu prostředí a zmírňují rizika jako SSC a HIC, která mohou vést ke katastrofickým poruchám.

Naproti tomu pro operace při rafinaci nebo chemickém zpracování, NACE MR0103/ISO 17495-1 nabízí více přizpůsobené pokyny. Umožňuje efektivní využití materiálů v prostředích s kyselým plynem, ale s méně agresivními podmínkami ve srovnání s těžbou ropy a plynu. Důraz je zde kladen spíše na obecnou odolnost proti korozi ve zpracovatelských prostředích.

Praktické pokyny pro profesionály v oblasti ropy a zemního plynu

Při výběru materiálů pro projekty v obou kategoriích zvažte následující:

Pochopte své prostředí: Vyhodnoťte, zda se váš provoz zabývá těžbou kyselého plynu (proti proudu) nebo rafinací a chemickým zpracováním (po proudu). To vám pomůže určit, který standard použít.

Výběr materiálu: Vyberte materiály, které jsou v souladu s příslušnou normou na základě podmínek prostředí a typu provozu (kyselý plyn vs. rafinace). Na základě náročnosti prostředí se často doporučují nerezové oceli, vysoce legované materiály a slitiny odolné proti korozi.

Testování a ověřování: Ujistěte se, že všechny materiály jsou testovány podle příslušných norem. Pro prostředí s kyselými plyny může být nutné dodatečné testování na SSC, HIC a korozivní únavu.

Poraďte se s odborníky: Vždy je dobré poradit se s odborníky na korozi nebo s materiálovými inženýry, kteří jsou obeznámeni NACE MR0175/ISO 15156 vs. NACE MR0103/ISO 17495-1 pro zajištění optimálního výkonu materiálu.

Závěr

Na závěr pochopení rozdílu mezi NACE MR0175/ISO 15156 vs. NACE MR0103/ISO 17495-1 je zásadní pro přijímání informovaných rozhodnutí o výběru materiálu pro těžbu ropy a zemního plynu i za ní. Výběrem vhodného standardu pro váš provoz zajistíte dlouhodobou integritu vašeho zařízení a pomůžete předcházet katastrofickým poruchám, které mohou vzniknout v důsledku nesprávně specifikovaných materiálů. Ať už pracujete s kyselým plynem na pobřežních polích nebo při chemickém zpracování v rafineriích, tyto normy poskytnou nezbytné pokyny k ochraně vašeho majetku a zachování bezpečnosti.

Pokud si nejste jisti, kterou normu máte dodržovat, nebo potřebujete další pomoc s výběrem materiálu, obraťte se na odborníka na materiály, který vám poradí NACE MR0175/ISO 15156 vs. NACE MR0103/ISO 17495-1 a zajistit, aby vaše projekty byly bezpečné a v souladu s osvědčenými postupy v oboru.

Kotel a výměník tepla

Kotel a výměník tepla: Průvodce výběrem bezešvých trubek

/v /přidal

Zavedení

V průmyslových odvětvích, jako je výroba energie, ropa a plyn, petrochemie a rafinerie, jsou bezešvé trubky základními součástmi, zejména v zařízeních, která musí odolávat extrémním teplotám, vysokým tlakům a drsným korozním prostředím. Tyto trubky využívají kotle, výměníky tepla, kondenzátory, přehříváky, předehřívače vzduchu a ekonomizéry. Každá z těchto aplikací vyžaduje specifické vlastnosti materiálu pro zajištění výkonu, bezpečnosti a dlouhé životnosti. Výběr bezešvých trubek pro kotel a výměník závisí na konkrétní teplotě, tlaku, odolnosti proti korozi a mechanické pevnosti.

Tato příručka poskytuje hloubkový pohled na různé materiály používané pro bezešvé trubky, včetně uhlíkové oceli, legované oceli, nerezové oceli, slitin titanu, slitin na bázi niklu, slitin mědi a slitin zirkonia. Prozkoumáme také příslušné normy a třídy, čímž vám pomůžeme učinit informovanější rozhodnutí pro vaše projekty kotlů a výměníků tepla.

Přehled CS, AS, SS, slitin niklu, slitin titanu a zirkonia, slitin mědi a mědi

1. Vlastnosti odolnosti proti korozi

Každý materiál používaný pro bezešvé trubky má specifické vlastnosti odolnosti proti korozi, které určují jeho vhodnost pro různá prostředí.

Uhlíková ocel: Omezená odolnost proti korozi, obvykle se používá s ochrannými povlaky nebo obložením. Bez ošetření podléhá korozi v přítomnosti vody a kyslíku.
Legovaná ocel: Střední odolnost proti oxidaci a korozi. Slitiny jako chrom a molybden zlepšují odolnost proti korozi při vysokých teplotách.
Nerezová ocel: Díky obsahu chrómu má vynikající odolnost proti obecné korozi, koroznímu praskání pod napětím a důlkové korozi. Vyšší třídy, jako je 316L, mají zlepšenou odolnost proti korozi vyvolané chloridy.
Slitiny na bázi niklu: Vynikající odolnost vůči agresivnímu prostředí, jako je kyselé, zásadité prostředí a prostředí bohaté na chloridy. Vysoce korozivní aplikace používají slitiny jako Inconel 625, Hastelloy C276 a Alloy 825.
Titan a zirkon: Vynikající odolnost vůči slanému nálevu z mořské vody a dalším vysoce korozivním médiím. Titan je zvláště odolný vůči chloridům a kyselému prostředí, zatímco slitiny zirkonia vynikají ve vysoce kyselých podmínkách.
Měď a slitiny mědi: Vynikající odolnost vůči korozi ve sladké i mořské vodě, přičemž slitiny mědi a niklu vykazují mimořádnou odolnost v mořském prostředí.

2. Fyzikální a tepelné vlastnosti

Uhlíková ocel:
Hustota: 7,85 g/cm³
Teplota tání: 1425-1500 °C
Tepelná vodivost: ~50 W/m·K
Legovaná ocel:
Hustota: Mírně se liší podle legujících prvků, obvykle kolem 7,85 g/cm³
Teplota tání: 1450-1530 °C
Tepelná vodivost: Nižší než uhlíková ocel díky legujícím prvkům.
Nerezová ocel:
Hustota: 7,75-8,0 g/cm³
Teplota tání: -1 400-1 530 °C
Tepelná vodivost: ~16 W/m·K (nižší než uhlíková ocel).
Slitiny na bázi niklu:
Hustota: 8,4-8,9 g/cm³ (v závislosti na slitině)
Teplota tání: 1300-1400 °C
Tepelná vodivost: Obvykle nízká, ~10-16 W/m·K.
Titan:
Hustota: 4,51 g/cm³
Teplota tání: 1668 °C
Tepelná vodivost: ~22 W/m·K (relativně nízká).
Měď:
Hustota: 8,94 g/cm³
Teplota tání: 1084 °C
Tepelná vodivost: ~390 W/m·K (výborná tepelná vodivost).

3. Chemické složení

Uhlíková ocel: Primárně železo s uhlíkem 0,3%-1,2% a malým množstvím manganu, křemíku a síry.
Legovaná ocel: Obsahuje prvky jako chrom, molybden, vanad a wolfram pro zlepšení pevnosti a teplotní odolnosti.
Nerezová ocel: Obvykle obsahuje chrom 10.5%-30% spolu s niklem, molybdenem a dalšími prvky v závislosti na jakosti.
Slitiny na bázi niklu: Převážně nikl (40%-70%) s chromem, molybdenem a dalšími legujícími prvky pro zvýšení odolnosti proti korozi.
Titan: Stupeň 1 a 2 je komerčně čistý titan, zatímco Stupeň 5 (Ti-6Al-4V) zahrnuje hliník 6% a vanad 4%.
Slitiny mědi: Slitiny mědi obsahují různé prvky jako nikl (10%-30%) pro odolnost proti korozi (např. Cu-Ni 90/10).

4. Mechanické vlastnosti

Uhlíková ocel: Pevnost v tahu: 400-500 MPa, Mez kluzu: 250-350 MPa, Tažnost: 15%-25%
Legovaná ocel: Pevnost v tahu: 500-900 MPa, Mez kluzu: 300-700 MPa, Tažnost: 10%-25%
Nerezová ocel: Pevnost v tahu: 485-690 MPa (304/316), Mez kluzu: 170-300 MPa, Tažnost: 35%-40%
Slitiny na bázi niklu: Pevnost v tahu: 550-1 000 MPa (Inconel 625), Mez kluzu: 300-600 MPa, Tažnost: 25%-50%
Titan: Pevnost v tahu: 240-900 MPa (liší se podle třídy), Mez kluzu: 170-880 MPa, Tažnost: 15%-30%
Slitiny mědi: Pevnost v tahu: 200-500 MPa (v závislosti na slitině), Mez kluzu: 100-300 MPa, Tažnost: 20%-35%

5. Tepelné zpracování (stav dodání)

Uhlíková a legovaná ocel: Dodáváno v žíhaném nebo normalizovaném stavu. Tepelné zpracování zahrnuje kalení a temperování pro zlepšení pevnosti a houževnatosti.
Nerezová ocel: Dodává se v žíhaném stavu pro odstranění vnitřního pnutí a zlepšení tažnosti.
Slitiny na bázi niklu: Roztok žíhaný pro optimalizaci mechanických vlastností a odolnosti proti korozi.
Titan a zirkon: Obvykle se dodává v žíhaném stavu, aby se maximalizovala tažnost a houževnatost.
Slitiny mědi: Dodáváno v měkkém žíhaném stavu, zejména pro tváření.

6. Tváření

Uhlíková a legovaná ocel: Mohou být tvářeny za tepla nebo za studena, ale legované oceli vyžadují větší úsilí kvůli jejich vyšší pevnosti.
Nerezová ocel: Tváření za studena je běžné, i když rychlost zpevňování je vyšší než u uhlíkové oceli.
Slitiny na bázi niklu: Náročnější na tvarování kvůli vysoké pevnosti a rychlosti zpevnění; často vyžaduje práci za tepla.
Titan: Tvarování se nejlépe provádí při zvýšených teplotách kvůli jeho vysoké pevnosti při pokojové teplotě.
Slitiny mědi: Snadno se tvaruje díky dobré tažnosti.

7. Svařování

Uhlíková a legovaná ocel: Obecně je snadné svařovat pomocí konvenčních technik, ale může být vyžadováno předehřátí a tepelné zpracování po svařování (PWHT).
Nerezová ocel: Mezi běžné metody svařování patří TIG, MIG a obloukové svařování. Pečlivá kontrola přívodu tepla je nezbytná, aby se zabránilo senzibilizaci.
Slitiny na bázi niklu: Náročné na svařování kvůli vysoké tepelné roztažnosti a náchylnosti k praskání.
Titan: Svařováno v chráněném prostředí (inertní plyn), aby se zabránilo kontaminaci. Vzhledem k reaktivitě titanu při vysokých teplotách jsou nutná bezpečnostní opatření.
Slitiny mědi: Snadno se svařují, zejména slitiny mědi a niklu, ale může být zapotřebí předehřátí, aby se zabránilo praskání.

8. Koroze svarů

Nerezová ocel: Může trpět lokalizovanou korozí (např. důlková koroze, štěrbinová koroze) v oblasti ovlivněné teplem svaru, pokud není řádně kontrolována.
Slitiny na bázi niklu: Při vystavení působení chloridů při vysokých teplotách náchylné k praskání korozí pod napětím.
Titan: Svary musí být řádně chráněny před kyslíkem, aby nedošlo ke zkřehnutí.

9. Odvápnění, moření a čištění

Uhlíková a legovaná ocel: Moření odstraňuje povrchové oxidy po tepelném zpracování. Mezi běžné kyseliny patří kyselina chlorovodíková a sírová.
Nerezová ocel a slitiny niklu: Moření kyselinou dusičnou/fluorovodíkovou se používá k odstranění tepelného zabarvení a obnovení odolnosti proti korozi po svařování.
Titan: K čištění povrchu a odstranění oxidů bez poškození kovu se používají slabé kyselé mořicí roztoky.
Slitiny mědi: Čištění kyselinou se používá k odstranění povrchových skvrn a oxidů.

10. Povrchový proces (AP, BA, MP, EP atd.)

AP (žíhané a mořené): Standardní povrchová úprava pro většinu nerezových a niklových slitin po žíhání a moření.
BA (jasně žíhaný): Dosaženo žíháním v řízené atmosféře pro vytvoření hladkého, reflexního povrchu.
MP (mechanicky leštěné): Mechanické leštění zlepšuje hladkost povrchu, snižuje riziko kontaminace a iniciace koroze.
EP (Elektropolist): Elektrochemický proces, který odstraňuje povrchový materiál a vytváří ultra hladký povrch, snižuje drsnost povrchu a zlepšuje odolnost proti korozi.

Nerezový výměník tepla

                                                                                                                Nerezový výměník tepla

I. Pochopení bezešvých trubek

Bezešvé trubky se liší od svařovaných trubek v tom, že nemají svařovaný šev, což může být slabé místo v některých vysokotlakých aplikacích. Bezešvé trubky jsou nejprve vytvořeny z pevného bloku, který je poté zahříván a následně je buď vytlačován nebo tažen přes trn, aby se vytvořil tvar trubky. Absence švů jim dodává vynikající pevnost a spolehlivost, díky čemuž jsou ideální pro prostředí s vysokým tlakem a vysokou teplotou.

Běžné aplikace:

Kotle: Bezešvé trubky jsou nezbytné při konstrukci vodotrubných a žárovzdorných kotlů, kde jsou přítomny vysoké teploty a tlaky.
Tepelné výměníky: Bezešvé trubky ve výměnících tepla používané k přenosu tepla mezi dvěma kapalinami musí odolávat korozi a udržovat tepelnou účinnost.
Kondenzátory: Bezešvé trubky pomáhají kondenzovat páru do vody v systémech výroby energie a chlazení.
Přehříváky: Bezešvé trubky se používají k přehřívání páry v kotlích, čímž se zvyšuje účinnost turbín v elektrárnách.
Předehřívače vzduchu: Tyto trubky přenášejí teplo ze spalin do vzduchu, čímž zlepšují účinnost kotle.
Ekonomizéry: Bezešvé trubky v ekonomizérech předehřívají napájecí vodu pomocí odpadního tepla z výfuku kotle, čímž se zvyšuje tepelná účinnost.

Kotle, výměníky tepla, kondenzátory, přehříváky, předehřívače vzduchu a ekonomizéry jsou nedílnou součástí v několika průmyslových odvětvích, zejména těch, které se zabývají přenosem tepla, výrobou energie a hospodařením s tekutinami. Konkrétně tyto komponenty nacházejí primární použití v následujících odvětvích:

1. Energetický průmysl

Kotle: Používají se v elektrárnách k přeměně chemické energie na tepelnou energii, často pro výrobu páry.
Přehřívače, ekonomizéry a předehřívače vzduchu: Tyto komponenty zlepšují účinnost předehříváním spalovacího vzduchu, rekuperací tepla z výfukových plynů a dalším ohřevem páry.
Tepelné výměníky a kondenzátory: Používají se pro chlazení a rekuperaci tepla v tepelných elektrárnách, zejména v parních turbínách a chladicích cyklech.

2. Ropný a plynárenský průmysl

Výměníky tepla: Rozhodující v procesech rafinace, kde se teplo přenáší mezi kapalinami, jako je destilace ropy nebo pobřežní plošiny pro zpracování plynu.
Kotle a ekonomizéry: Nachází se v rafinériích a petrochemických závodech pro výrobu páry a rekuperaci energie.
Kondenzátory: Používají se ke kondenzaci plynů na kapaliny během destilačních procesů.

3. Chemický průmysl

Výměníky tepla: Ve velké míře se používají k ohřevu nebo chlazení chemických reakcí a k získávání tepla z exotermických reakcí.
Kotle a přehříváky: Používají se k výrobě páry potřebné pro různé chemické procesy a k poskytování energie pro destilaci a reakční kroky.
Předehřívače vzduchu a ekonomizéry: Zvyšte účinnost energeticky náročných chemických procesů rekuperací tepla z výfukových plynů a snížením spotřeby paliva.

4. Námořní průmysl

Kotle a výměníky tepla: Nezbytné v námořních plavidlech pro výrobu páry, vytápění a chlazení. Lodní výměníky tepla se často používají k chlazení lodních motorů a výrobě energie.
Kondenzátory: Používají se k přeměně odpadní páry zpět na vodu pro opětovné použití v systémech lodních kotlů.

5. Potravinářský a nápojový průmysl

Výměníky tepla: Běžně používané pro pasterizaci, sterilizaci a odpařovací procesy.
Kotle a ekonomizéry: Používají se k výrobě páry pro operace zpracování potravin a k rekuperaci tepla z výfuku, aby se ušetřila spotřeba paliva.

6. HVAC (topení, ventilace a klimatizace)

Výměníky tepla a předehřívače vzduchu: Používají se v systémech HVAC pro účinný přenos tepla mezi kapalinami nebo plyny, zajišťují vytápění nebo chlazení budov a průmyslových zařízení.
Kondenzátory: Používají se v klimatizačních systémech k odvádění tepla z chladiva.

7. Celulózový a papírenský průmysl

Kotle, výměníky tepla a ekonomizéry: Zajišťují rekuperaci páry a tepla v procesech, jako je výroba buničiny, sušení papíru a rekuperace chemikálií.
Přehříváky a předehřívače vzduchu: Zvyšte energetickou účinnost regeneračních kotlů a celkovou tepelnou bilanci papíren.

8. Hutní a ocelářský průmysl

Výměníky tepla: Používají se pro chlazení horkých plynů a kapalin při výrobě oceli a metalurgických procesech.
Kotle a ekonomizéry: Poskytují teplo pro různé procesy, jako je provoz vysoké pece, tepelné zpracování a válcování.

9. Farmaceutický průmysl

Tepelné výměníky: Používají se pro řízení teploty během výroby léčiv, fermentačních procesů a sterilního prostředí.
Kotle: Vytvářejí páru potřebnou pro sterilizaci a ohřev farmaceutických zařízení.

10. Zařízení na energetické využití odpadu

Kotle, kondenzátory a ekonomizéry: Používají se pro přeměnu odpadu na energii spalováním a zároveň rekuperaci tepla pro zlepšení účinnosti.

Nyní se pojďme ponořit do materiálů, díky kterým jsou bezešvé trubky vhodné pro tyto náročné aplikace.

II. Trubky z uhlíkové oceli pro kotel a výměník tepla

Uhlíková ocel je jedním z nejrozšířenějších materiálů pro výrobu bezešvých trubek v průmyslových aplikacích, především díky své vynikající pevnosti, cenové dostupnosti a široké dostupnosti. Trubky z uhlíkové oceli nabízejí střední odolnost vůči teplotě a tlaku, díky čemuž jsou vhodné pro širokou škálu aplikací.

Vlastnosti uhlíkové oceli:
Vysoká pevnost: Trubky z uhlíkové oceli vydrží značný tlak a namáhání, takže jsou ideální pro použití v kotlích a výměnících tepla.
Cenově výhodná: Ve srovnání s jinými materiály je uhlíková ocel relativně levná, což z ní dělá oblíbenou volbu ve velkých průmyslových aplikacích.
Střední odolnost proti korozi: Zatímco uhlíková ocel není tak odolná proti korozi jako nerezová ocel, může být ošetřena nátěry nebo obložením, aby se zlepšila její životnost v korozivním prostředí.

Hlavní standardy a stupně:

ASTM A179: Tato norma se vztahuje na bezešvé trubky z nízkouhlíkové oceli tažené za studena používané pro aplikace výměníků tepla a kondenzátorů. Tyto trubky mají vynikající vlastnosti přenosu tepla a běžně se používají v aplikacích s nízkou až střední teplotou a tlakem.
ASTM A192: Bezešvé kotlové trubky z uhlíkové oceli určené pro vysokotlaký provoz. Tyto trubky se používají při výrobě páry a dalších vysokotlakých prostředích.
ASTM A210: Tato norma se vztahuje na bezešvé středně uhlíkové ocelové trubky pro kotle a přehříváky. Třídy A-1 a C nabízejí různé úrovně pevnosti a teplotní odolnosti.
ASTM A334 (Stupně 1, 3, 6): Bezešvé a svařované trubky z uhlíkové oceli určené pro provoz při nízkých teplotách. Tyto třídy se používají ve výměnících tepla, kondenzátorech a dalších nízkoteplotních aplikacích.
EN 10216-2 (P235GH, P265GH TC1/TC2): Evropská norma pro bezešvé ocelové trubky používané v tlakových aplikacích, zejména v kotlích a vysokoteplotním provozu.

Trubky z uhlíkové oceli jsou vynikající volbou pro aplikace kotlů a výměníků tepla, kde je vyžadována vysoká pevnost a střední odolnost proti korozi. Avšak pro aplikace zahrnující nejen extrémně vysoké teploty, ale také drsná korozivní prostředí, jsou často preferovány trubky ze slitiny nebo nerezové oceli kvůli jejich vynikající odolnosti a trvanlivosti.

III. Trubky z legované oceli pro kotel a výměník tepla

Trubky z legované oceli jsou určeny pro vysokoteplotní a vysokotlaké kotle a výměníky tepla. Tyto trubky jsou legovány prvky, jako je chrom, molybden a vanad, aby se zvýšila jejich pevnost, tvrdost a odolnost vůči korozi a teplu. Trubky z legované oceli jsou široce používány v kritických aplikacích, jako jsou přehříváky, ekonomizéry a vysokoteplotní výměníky tepla, díky jejich výjimečné pevnosti a odolnosti vůči teplu a tlaku.

Vlastnosti legované oceli:
Vysoká tepelná odolnost: Legující prvky, jako je chrom a molybden, zlepšují výkon těchto trubek při vysokých teplotách, díky čemuž jsou vhodné pro aplikace s extrémními teplotami.
Zlepšená odolnost proti korozi: Trubky z legované oceli nabízejí lepší odolnost proti oxidaci a korozi ve srovnání s uhlíkovou ocelí, zejména v prostředí s vysokou teplotou.
Zvýšená pevnost: Legující prvky také zvyšují pevnost těchto trubek a umožňují jim odolat vysokému tlaku v kotlích a dalších kritických zařízeních.

Hlavní standardy a stupně:

ASTM A213 (Třídy T5, T9, T11, T22, T91, T92): Tato norma se vztahuje na bezešvé trubky z feritické a austenitické legované oceli pro použití v kotlích, přehřívácích a výměnících tepla. Tyto třídy se liší svým legovacím složením a jsou vybírány na základě specifických požadavků na teplotu a tlak.
T5 a T9: Vhodné pro provoz při střední až vysoké teplotě.
T11 a T22: Běžně používané ve vysokoteplotních aplikacích, nabízí zlepšenou tepelnou odolnost.
T91 a T92: Pokročilé slitiny s vysokou pevností navržené pro provoz při velmi vysokých teplotách v elektrárnách.
EN 10216-2 (16Mo3, 13CrMo4-5, 10CrMo9-10, 15NiCuMoNb5-6-4, X20CrMoV11-1): Evropské normy pro bezešvé trubky z legovaných ocelí používané ve vysokoteplotních aplikacích. Tyto trubky se běžně používají v kotlích, přehřívácích a ekonomizérech v elektrárnách.
16Mo3: Legovaná ocel s dobrými vysokoteplotními vlastnostmi, vhodná pro použití v kotlích a tlakových nádobách.
13CrMo4-5 a 10CrMo9-10: Chrom-molybdenové slitiny, které nabízejí vynikající tepelnou a korozivzdornou odolnost pro vysokoteplotní aplikace.

Trubky z legované oceli jsou vhodnou volbou pro prostředí s vysokou teplotou a vysokým tlakem, kde uhlíková ocel nemusí poskytovat dostatečný výkon pro kotel a výměník tepla.

IV. Nerezové trubky pro kotel a výměník tepla

Trubky z nerezové oceli nabízejí výjimečnou odolnost proti korozi, díky čemuž jsou ideální pro aplikace kotlů a výměníků tepla zahrnujících korozivní kapaliny, vysoké teploty a drsná prostředí. Jsou široce používány ve výměnících tepla, přehřívácích a kotlích, kde je pro optimální výkon kromě odolnosti proti korozi vyžadována také pevnost při vysokých teplotách.

Vlastnosti nerezové oceli:
Odolnost proti korozi: Odolnost nerezové oceli vůči korozi pochází z jejího obsahu chrómu, který tvoří ochrannou vrstvu oxidu na povrchu.
Vysoká pevnost při zvýšených teplotách: Nerezová ocel si zachovává své mechanické vlastnosti i při vysokých teplotách, takže je vhodná pro přehříváky a další aplikace náročné na teplo.
Dlouhodobá životnost: Odolnost nerezové oceli vůči korozi a oxidaci zajišťuje dlouhou životnost i v drsném prostředí.

Hlavní standardy a stupně:

ASTM A213 / ASTM A249: Tyto normy pokrývají bezešvé a svařované trubky z nerezové oceli pro použití v kotlích, přehřívácích a výměnících tepla. Mezi běžné známky patří:
TP304 / TP304L (EN 1.4301 / 1.4307): Třídy austenitické nerezové oceli jsou široce používány pro svou odolnost proti korozi a pevnost.
TP310S / TP310MoLN (EN 1.4845 / 1.4466): Třídy nerezové oceli pro vysoké teploty s vynikající odolností proti oxidaci.
TP316 / TP316L (EN 1.4401 / 1.4404): Druhy ložisek s molybdenem se zvýšenou odolností proti korozi, zejména v chloridovém prostředí.
TP321 (EN 1.4541): Stabilizovaná třída nerezové oceli používaná v prostředí s vysokou teplotou, aby se zabránilo mezikrystalové korozi.
TP347H / TP347HFG (EN 1.4550 / 1.4961): Vysokouhlíkové stabilizované druhy pro vysokoteplotní aplikace, jako jsou přehříváky a kotle.
UNS N08904 (904L) (EN 1.4539): Super austenitická nerezová ocel s vynikající odolností proti korozi, zejména v kyselém prostředí.
ASTM A269: Kryje bezešvé a svařované trubky z austenitické nerezové oceli pro obecný provoz odolný proti korozi.
ASTM A789: Standardní pro duplexní trubky z nerezové oceli, nabízí kombinaci vynikající odolnosti proti korozi a vysoké pevnosti.
UNS S31803, S32205, S32750, S32760: Duplexní a super duplexní nerezové oceli, které nabízejí vynikající odolnost proti korozi, zejména v prostředích obsahujících chloridy.
EN 10216-5: Evropská norma pro bezešvé trubky z nerezové oceli, včetně následujících jakostí:
1.4301 / 1.4307 (TP304 / TP304L)
1.4401 / 1.4404 (TP316 / TP316L)
1,4845 (TP310S)
1,4466 (TP310MoLN)
1,4539 (UNS N08904 / 904L)

Trubky z nerezové oceli jsou vysoce univerzální a používají se v široké škále aplikací, včetně výměníků tepla, kotlů a přehřívačů, kde je nejen požadována odolnost proti korozi a pevnost při vysokých teplotách, ale také zásadní pro optimální výkon.

V. Slitiny na bázi niklu pro kotel a výměník tepla

Slitiny na bázi niklu patří mezi materiály s nejvyšší odolností proti korozi a běžně se používají v aplikacích kotlů a výměníků tepla zahrnujících extrémní teploty, korozivní prostředí a podmínky vysokého tlaku. Slitiny niklu poskytují vynikající odolnost proti oxidaci, sulfidaci a nauhličování, díky čemuž jsou ideální pro výměníky tepla, kotle a přehříváky v drsném prostředí.

Vlastnosti slitin na bázi niklu:
Výjimečná odolnost proti korozi: Slitiny niklu odolávají korozi v kyselém, alkalickém a chloridovém prostředí.
Vysokoteplotní stabilita: Slitiny niklu si zachovávají svou pevnost a odolnost proti korozi i při zvýšených teplotách, díky čemuž jsou vhodné pro vysokoteplotní aplikace.
Odolnost proti oxidaci a sulfidaci: Slitiny niklu jsou odolné vůči oxidaci a sulfidaci, ke kterým může docházet ve vysokoteplotních prostředích obsahujících sloučeniny obsahující síru.

Hlavní standardy a stupně:

ASTM B163 / ASTM B407 / ASTM B444: Tyto normy pokrývají slitiny na bázi niklu pro bezešvé trubky používané v kotlích, výměnících tepla a přehřívácích. Mezi běžné známky patří:
Inconel 600 / 601: Vynikající odolnost proti oxidaci a vysokoteplotní korozi, díky čemuž jsou tyto slitiny ideální pro přehříváky a vysokoteplotní výměníky tepla.
Inconel 625: Nabízí vynikající odolnost vůči široké škále korozivních prostředí, včetně kyselého prostředí a prostředí bohatého na chloridy.
Incoloy 800 / 800H / 800HT: Používá se ve vysokoteplotních aplikacích díky jejich vynikající odolnosti vůči oxidaci a nauhličování.
Hastelloy C276 / C22: Tyto slitiny nikl-molybden-chrom jsou známé pro svou vynikající odolnost proti korozi ve vysoce korozivních prostředích, včetně kyselých médií a médií obsahujících chloridy.
ASTM B423: Pokrývá bezešvé trubky vyrobené ze slitin nikl-železo-chrom-molybden, jako je Alloy 825, která nabízí vynikající odolnost proti praskání korozí pod napětím a obecné korozi v různých prostředích.
EN 10216-5: Evropská norma pro slitiny na bázi niklu používané v bezešvých trubkách pro vysokoteplotní a korozivní aplikace, včetně jakostí, jako jsou:
2,4816 (Inconel 600)
2,4851 (Inconel 601)
2,4856 (Inconel 625)
2,4858 (slitina 825)

Slitiny na bázi niklu jsou často vybírány pro kritické aplikace, kde je zásadní odolnost proti korozi a vysokoteplotní výkon, jako například v elektrárnách, chemickém zpracování a ropných a plynových rafineriích Boiler and Heat Exchanger.

VI. Slitiny titanu a zirkonu pro kotel a výměník tepla

Slitiny titanu a zirkonia nabízejí jedinečnou kombinaci pevnosti, odolnosti proti korozi a lehkých vlastností, díky čemuž jsou ideální pro specifické aplikace ve výměnících tepla, kondenzátorech a kotlích.

Vlastnosti slitin titanu:
Vysoký poměr pevnosti k hmotnosti: Titan je pevný jako ocel, ale výrazně lehčí, takže je vhodný pro aplikace citlivé na hmotnost.
Vynikající odolnost proti korozi: Titanové slitiny jsou vysoce odolné vůči korozi v mořské vodě, kyselém prostředí a médiích obsahujících chloridy.
Dobrá tepelná odolnost: Titanové slitiny si zachovávají své mechanické vlastnosti při zvýšených teplotách, díky čemuž jsou vhodné pro trubky výměníků tepla v elektrárnách a chemickém zpracování.
Vlastnosti slitin zirkonia:
Vynikající odolnost proti korozi: Slitiny zirkonia jsou vysoce odolné vůči korozi v kyselém prostředí, včetně kyseliny sírové, kyseliny dusičné a kyseliny chlorovodíkové.
Vysokoteplotní stabilita: Slitiny zirkonia si zachovávají svou pevnost a odolnost proti korozi při zvýšených teplotách, díky čemuž jsou ideální pro aplikace vysokoteplotních výměníků tepla.

Hlavní standardy a stupně:

ASTM B338: Tato norma se vztahuje na bezešvé a svařované trubky z titanové slitiny pro použití ve výměnících tepla a kondenzátorech. Mezi běžné známky patří:
Stupeň 1 / Stupeň 2: Komerčně čistý titan s vynikající odolností proti korozi.
Stupeň 5 (Ti-6Al-4V): Titanová slitina se zvýšenou pevností a odolností při vysokých teplotách.
ASTM B523: Kryje bezešvé a svařované trubky ze slitiny zirkonia pro použití ve výměnících tepla a kondenzátorech. Mezi běžné známky patří:
Zirkonium 702: Komerčně čistá slitina zirkonia s vynikající odolností proti korozi.
Zirkonium 705: Legovaná třída zirkonia se zlepšenými mechanickými vlastnostmi a stabilitou při vysokých teplotách.

Titanové a zirkoniové slitiny se běžně používají ve vysoce korozivních prostředích, jako jsou zařízení na odsolování mořské vody, chemický zpracovatelský průmysl a jaderné elektrárny, kotel a výměník tepla, díky jejich vynikající odolnosti proti korozi a lehkým vlastnostem.

VII. Měď a slitiny mědi pro kotel a výměník tepla

Měď a její slitiny, včetně mosazi, bronzu a mědi a niklu, jsou široce používány ve výměnících tepla, kondenzátorech a kotlích díky své vynikající tepelné vodivosti a odolnosti proti korozi.

Vlastnosti slitin mědi:
Vynikající tepelná vodivost: Slitiny mědi jsou známé svou vysokou tepelnou vodivostí, díky čemuž jsou ideální pro výměníky tepla a kondenzátory.
Odolnost proti korozi: Slitiny mědi odolávají korozi ve vodě, včetně mořské vody, takže jsou vhodné pro námořní a odsolovací aplikace.
Antimikrobiální vlastnosti: Slitiny mědi mají přirozené antimikrobiální vlastnosti, díky čemuž jsou vhodné pro aplikace ve zdravotnictví a úpravě vody.

Hlavní standardy a stupně:

ASTM B111: Tato norma se vztahuje na bezešvé měděné trubky a trubky ze slitin mědi pro použití ve výměnících tepla, kondenzátorech a výparnících. Mezi běžné známky patří:
C44300 (Admiralty Brass): Slitina mědi a zinku s dobrou odolností proti korozi, zejména v aplikacích s mořskou vodou.
C70600 (Copper-Nickel 90/10): Slitina mědi a niklu s vynikající odolností proti korozi v mořské vodě a mořském prostředí.
C71500 (Copper-Nickel 70/30): Další slitina mědi a niklu s vyšším obsahem niklu pro zvýšenou odolnost proti korozi.

Měď a slitiny mědi jsou široce používány v aplikacích námořních kotlů a výměníků tepla, elektráren a systémů HVAC díky jejich vynikající tepelné vodivosti a odolnosti vůči korozi mořské vody.

Kromě kotle a výměníku tepla jsou důležitými komponenty, které významně optimalizují energetickou účinnost, také kondenzátory, přehříváky, předehřívače vzduchu a ekonomizéry. Kondenzátor například ochlazuje výfukové plyny jak z kotle, tak z výměníku tepla, zatímco přehřívák naopak zvyšuje teplotu páry pro zlepšení výkonu. Mezitím předehřívač vzduchu využívá výfukové plyny k ohřevu přiváděného vzduchu, čímž dále zvyšuje celkovou účinnost kotle a systému výměníku tepla. A konečně, ekonomizéry hrají klíčovou roli tím, že rekuperují odpadní teplo ze spalin k předehřívání vody, což v konečném důsledku snižuje spotřebu energie a zvyšuje účinnost jak kotle, tak výměníku tepla.

VIII. Závěr: Výběr správných materiálů pro kotel a výměník tepla

Bezešvé trubky jsou nedílnou součástí výkonu kotlů, výměníků tepla, kondenzátorů, přehříváků, předehřívačů vzduchu a ekonomizérů v průmyslových odvětvích, jako je výroba elektřiny, ropy a plynu a chemické zpracování. Výběr materiálu pro bezešvé trubky závisí na konkrétních požadavcích aplikace, včetně teploty, tlaku, odolnosti proti korozi a mechanické pevnosti.

Uhlíková ocel nabízí cenovou dostupnost a pevnost pro aplikace se střední teplotou a tlakem.
Legovaná ocel poskytuje vynikající vysokoteplotní výkon a pevnost v kotlích a přehřívácích.
Nerez poskytuje vynikající odolnost proti korozi a trvanlivost ve výměnících tepla a přehřívačích.
Slitiny na bázi niklu jsou nejlepší volbou pro extrémně korozivní a vysokoteplotní prostředí.
Slitiny titanu a zirkonu jsou ideální pro lehké a vysoce korozivní aplikace.
Měď a slitiny mědi jsou výhodné pro svou tepelnou vodivost a odolnost proti korozi ve výměnících tepla a kondenzátorech.

Systémy kotlů a výměníků tepla hrají klíčovou roli v různých průmyslových odvětvích tím, že účinně přenášejí teplo z jednoho média do druhého. Kotel a tepelný výměník spolupracují na výrobě a přenosu tepla a poskytují nezbytné teplo pro výrobu páry v elektrárnách a výrobních procesech.

Díky pochopení vlastností a aplikací těchto materiálů mohou inženýři a konstruktéři činit informovaná rozhodnutí a zajistit bezpečný a efektivní provoz jejich zařízení. Při výběru materiálů pro kotel a výměník tepla je zásadní vzít v úvahu specifické požadavky vaší aplikace. Kromě toho byste se měli seznámit s příslušnými normami, abyste zajistili kompatibilitu a optimální výkon.