Maximale Betriebstemperatur von Hochdruckkesselrohren: Grad-nach-Gradgrenzen

Warum Kesselrohre eine Temperaturbegrenzung haben

Hochdruckkesselrohre arbeiten unter schwierigen Bedingungen: hoher Innendruck, erhöhte Temperatur, Rauchgas mit hoher -Geschwindigkeit auf der einen Seite und Wasser oder Dampf auf der anderen Seite sowie Korrosion und Erosion. Eine Röhre muss diesen Einsatz 10 bis 20 Jahre oder länger sicher überstehen. Jede Stahlsorte hat eine maximal zulässige Metalltemperatur, oberhalb derer einer von drei Versagensmechanismen zum Tragen kommt: Kriechen, die langsame zeitabhängige Verformung von Metall bei hoher Temperatur, die schließlich zum Bruch führt; Oxidation und Ablagerungen, wodurch die Wand dünner wird und heiße Stellen entstehen; und Verschlechterung der Mikrostruktur, bei der eine längere Einwirkung Karbide vergröbert und ausfällt und die Kriechfestigkeit des Materials dauerhaft verringert.

Im Allgemeinen können Kesselrohre aus legierten Kesseln bei höheren Temperaturen betrieben werden als Rohre aus Kohlenstoffstahl mit demselben Durchmesser. Die folgende Tabelle fasst die häufig verwendeten chinesischen -Standard-Hochdruckkesselrohre- und ihre maximal zulässigen Temperaturen zusammen.

Maximal zulässige Temperatur nach Klasse

Aus der Tabelle gehen zwei Beobachtungen hervor. Erstens sind die Sammel- und Hauptdampfrohre mit großem -Durchmesser derselben Qualität auf eine niedrigere Temperatur beschränkt als die Rohre mit kleinem-Durchmesser, da die dicke Wand eines großen Sammelrohrs empfindlicher auf Kriechschäden und thermische Belastung reagiert. Zweitens ist der Sprung von Kohlenstoffstahl zu Chrom-Molybdänstahl der größte Einzelschritt: etwa 50 - 100 °C zusätzliche Leistungsfähigkeit, weshalb praktisch alle Überhitzer über 450 °C Legierungsqualitäten verwenden.

Wie man die Grenzwerte liest und nutzt

Bei den Werten in der Tabelle handelt es sich um maximal zulässige Metalltemperaturen, nicht um Betriebstemperaturen des Dampfes oder Rauchgases. Die Metalltemperatur wird aus der Flüssigkeitstemperatur, dem Wärmefluss und der Wandstärke berechnet, und der Code gibt zulässige Spannungswerte an, die mit der Temperatur abnehmen. Für jede Rohrposition müssen sowohl die Temperaturgrenze als auch die zulässige Spannung eingehalten werden. Wenn eine Einheit entworfen oder modernisiert wird, wird die Rohrsorte für jeden Abschnitt so ausgewählt, dass die maximale Metalltemperatur mit Spielraum unter dem Grenzwert bleibt, und die Wandstärke wird durch den Druck und die zulässige Spannung bei dieser Temperatur festgelegt.

Auswahlhilfe

Wählen Sie 20 G oder 20 MnG für Wasser-Wände, Economizer und andere Niedertemperaturkreisläufe-bis etwa 480 °C in kleinen Durchmessern. Wählen Sie 15CrMoG oder 12CrMoG für Zwischenkreise und Überhitzer bis zu 510 - 550 °C. Wählen Sie 12Cr1MoVG für Überhitzer, Zwischenüberhitzer und Sammler bis zu 565 - 580 °C und die mit Vanadium-verstärkten Qualitäten wie 12Cr2MoWVTiB, wenn die Konstruktion 600 °C erfordert. Über 600 Bei einer Temperatur von etwa 100 °C verwenden Sie die 9 %-Chrom-Qualität 10Cr9Mo1VNb oder austenitische Qualitäten wie 1Cr18Ni9 und 1Cr18Ni11Nb, die hohe-Temperaturfestigkeit mit Oxidationsbeständigkeit kombinieren. Überprüfen Sie den Lieferzustand (normalisiert und angelassen), die mechanischen Testergebnisse und die Wärmebehandlungsaufzeichnungen auf dem Werkszertifikat und bestätigen Sie die Qualität anhand der aktuellen nationalen Norm für Kesselrohre.

Häufige Missverständnisse

Fehler eins: Die Flüssigkeitstemperatur als Metalltemperatur verwenden. In einem Überhitzer mit hohem -Wärmefluss- kann das Rohrmetall erheblich heißer sein als der Dampf im Inneren, und bei der Konstruktion muss die berechnete Metalltemperatur verwendet werden. Fehler zwei: Die Annahme, dass ein höherer Legierungsgrad- immer besser ist. Legierungssorten kosten mehr, lassen sich anders schweißen und können empfindlicher auf falsche Wärmebehandlung reagieren; Sie sollten nur dort eingesetzt werden, wo die Temperatur dies erfordert. Fehler drei: Den Durchmessereffekt ignorieren. Für die gleiche Sorte gelten unterschiedliche Temperaturgrenzen für kleine Rohre und große Sammelrohre, daher kann ohne Angabe des Kalibers keine einzige maximale Temperatur für eine Sorte angegeben werden. Fehler vier: Den Service über das Limit hinaus verlängern, weil die Röhre äußerlich einwandfrei aussieht. Kriechschäden sind intern und bis zum Ausfall unsichtbar. Daher muss der Betrieb den ursprünglichen Designrahmen respektieren oder durch ein formelles Programm zur Lebensdauerbewertung abgesichert sein.

Häufig gestellte Fragen

Was ist die maximale Betriebstemperatur eines 20G-Kesselrohrs?

Etwa 480 °C für Rohre mit kleinem{1}}Durchmesser (Wasser-Wände, Economizer) und 430 °C für Rohre mit großem-Durchmesser (Sammelrohre und Verbindungsrohre). Oberhalb dieses Bereichs sinkt die zulässige Spannung von Kohlenstoffstahl schnell und Kriechen wird zum bestimmenden Faktor.

Warum können Kesselrohre aus Legierung heißer werden als Rohre aus Kohlenstoffstahl?

Chrom und Molybdän verstärken den Stahl gegen Kriechen bei hohen Temperaturen und Chrom verbessert die Oxidationsbeständigkeit. Die Legierungszusätze verlangsamen die Bewegung von Versetzungen und die Vergröberung von Karbiden, sodass das Material auch bei Metalltemperaturen, bei denen Kohlenstoffstahl schnell kriechen würde, seine nützliche Festigkeit behält.

Was ist die maximale Temperatur für 15CrMoG?

Ungefähr 510 °C für Wasserwand- und Economizer-Anwendungen und bis zu 550 °C für Überhitzer- und Zwischenüberhitzerrohre mit kleinem{3}}Durchmesser. Die Kopfform mit großem-Durchmesser ist auf etwa 510 °C begrenzt.

Kann 12Cr1MoVG für Hauptdampfverteiler verwendet werden?

Ja, in der Form mit großem-Durchmesser wird es für Hauptdampfrohre und -verteiler bis etwa 565 °C verwendet, während die Form mit kleinem-Durchmesser für Überhitzer und Zwischenüberhitzer bis zu 580 °C verwendet wird. Der Vanadiumzusatz verleiht dieser Sorte ihre hohe Kriechfestigkeit.

Was passiert, wenn ein Kesselrohr oberhalb seiner Temperaturgrenze betrieben wird?

Das Kriechen beschleunigt sich, die Rohrwand wird langsam dünner oder schwillt an, Oxidablagerungen verdicken sich und platzen ab, und das Rohr kann plötzlich reißen. Selbst wenn die Röhre nicht sofort ausfällt, verkürzt sich ihre verbleibende Lebensdauer drastisch, so dass ein dauerhafter Betrieb über dem Grenzwert ohne eine formelle Lebensdauerbewertung nicht akzeptabel ist.

Welcher Grad wird bei 600 - 650 °C verwendet?

Bei 600 °C werden mit Vanadium-verstärkte ferritische Qualitäten wie 12Cr2MoWVTiB verwendet; Bei 620 - 650 °C sind die 9 % Chrom enthaltende Sorte 10Cr9Mo1VNb und austenitische Sorten wie 1Cr18Ni9 und 1Cr18Ni11Nb die praktische Wahl für Überhitzer und Zwischenüberhitzer.