Tại sao đường ống áp suất nồi hơi lại khác
Nồi hơi{0}áp suất cao hoạt động bằng nước hoặc hơi nước ở áp suất có thể vượt quá 10 MPa trong các thiết bị tiện ích và nhiệt độ trên 500 độ C trong các mạch quá nhiệt. Trong những điều kiện này, đường ống không chỉ đơn thuần là một ống dẫn: nó là một bộ phận chứa áp suất{4}}mà nếu hỏng hóc có thể giải phóng năng lượng dự trữ khổng lồ. Vì lý do này, các bộ phận áp suất của lò hơi bị chi phối bởi các quy chuẩn thiết kế và thông số kỹ thuật vật liệu nghiêm ngặt hơn nhiều so với các quy định áp dụng cho đường ống dẫn nước hoặc khí đốt thông thường. Nhiệm vụ đầu tiên của nhà thiết kế là chọn vật liệu có ứng suất cho phép ở nhiệt độ vận hành được chứng nhận theo mã và quá trình sản xuất cũng như thử nghiệm của vật liệu đó đã được thực hiện theo thông số kỹ thuật tương ứng.
Điều quan trọng là phải rõ ràng về thuật ngữ. Cái thường được gọi là ống-áp suất cao của nồi hơi hoặc ống nồi hơi thường là sản phẩm có đường kính-nhỏ, thành dày{3}} và phần lớn các bộ phận áp suất của nồi hơi được sản xuất dưới dạng ống liền mạch. Ống hàn, bao gồm cả ống hàn xoắn ốc (đường nối xoắn ốc), được sử dụng hợp pháp trong các nhà máy nồi hơi, nhưng chúng gần như hoàn toàn nằm ngoài phạm vi áp suất: ống dẫn khí thải, ống dẫn khí, bệ, tay vịn, kết cấu đỡ và đường ống phụ trợ áp suất thấp. Lý do không phải là các mối hàn vốn đã yếu mà là sự kết hợp của nhiệt độ cao, độ rão, độ mỏi nhiệt và sự ăn mòn trong mạch nồi hơi đòi hỏi cấu trúc đồng nhất, không có khuyết tật mà quá trình sản xuất liền mạch mang lại với ít biến số nhất.
Tiêu chuẩn quản lý ống nồi hơi
Một số tiêu chuẩn quốc tế xác định vật liệu được sử dụng trong các bộ phận áp suất nồi hơi. Trong thông lệ của Trung Quốc, GB/T 5310 bao gồm các ống thép liền mạch dành cho nồi hơi-áp suất cao và bao gồm các loại như 20G, 15CrMoG, 12Cr1MoVG và các loại hợp kim-cao hơn được sử dụng trong các thiết bị siêu tới hạn. Trong thông lệ quốc tế, ASTM A106 bao gồm ống thép carbon liền mạch cho dịch vụ ở nhiệt độ{10}}cao, ASTM A335 bao gồm ống thép hợp kim ferritic liền mạch cho dịch vụ nhiệt độ cao (cấp P11, P22, P91 và tương tự) và ASTM A213 bao gồm nồi hơi bằng thép hợp kim ferritic và austenit liền mạch, bộ siêu nhiệt và ống trao đổi nhiệt. EN 10216-2 đóng vai trò tương tự trong thông lệ của Châu Âu. Mỗi thông số kỹ thuật này xác định các giới hạn thành phần hóa học, đặc tính kéo ở nhiệt độ phòng và trong nhiều trường hợp, hiệu suất nhiệt độ cao hoặc dữ liệu từ biến mà mã thiết kế yêu cầu.
Việc lựa chọn trong số các tiêu chuẩn này thường được thực hiện bởi quốc gia thiết kế, thông số kỹ thuật của dự án hoặc mã bình áp lực hiện hành như ASME Phần I, ASME B31.1 hoặc mã nồi hơi tương ứng của Trung Quốc. Điều quan trọng về mặt kỹ thuật là loại ống, độ dày thành ống và ứng suất cho phép dùng trong tính toán đều xuất phát từ cùng một mã, vì ứng suất cho phép ở nhiệt độ là các giá trị-mã cụ thể không thể trộn lẫn giữa các hệ thống.
Các loại vật liệu và phạm vi nhiệt độ của chúng
Các loại thép carbon như 20G (GB/T 5310) và A106 Cấp B hoặc C là tiết kiệm khi sử dụng ở nhiệt độ lên tới khoảng 425 độ C. Trên nhiệt độ đó, độ bền của thép cacbon giảm nhanh chóng và hiện tượng rão dài hạn- trở thành mối quan tâm chính. Sau đó, cần có thép hợp kim: 15CrMoG và 12Cr1MoVG (hoặc A335 P11 và P22 theo thuật ngữ của ASTM) mở rộng dịch vụ đến phạm vi 480-580 độ C, trong khi các loại thép 9Cr-1Mo-V như P91 và 10Cr9Mo1VNbN tương đương của Trung Quốc được sử dụng cho các đầu phun siêu tới hạn và siêu tới hạn, đường dẫn hơi nước và các phần hâm nóng nơi cường độ ở 580-620 độ C là cần thiết.
Việc lựa chọn loại phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất thiết kế chứ không phải chỉ dựa vào chi phí. Một lỗi kỹ thuật phổ biến là chỉ định quá mức loại hợp kim mà không kiểm tra xem nhiệt độ vận hành có thực sự phù hợp hay không, điều này làm tăng chi phí vật liệu và hàn mà không mang lại bất kỳ lợi ích nào. Điều phổ biến không kém là xác định thấp cấp độ cacbon và phát hiện ra rằng hiện tượng rão, oxy hóa hoặc than chì hóa làm hạn chế tuổi thọ thiết kế. Phương pháp đúng là sử dụng bảng ứng suất cho phép trong mã áp dụng, nội suy cho nhiệt độ thiết kế và xác định kích thước độ dày thành sao cho ứng suất vòng đai luôn ở dưới giá trị cho phép với biên độ yêu cầu.
Tại sao ống liền mạch chiếm ưu thế các bộ phận áp lực
Ống nồi hơi được sản xuất bằng phương pháp xuyên thấu nóng và kéo nguội hoặc cán nóng, tạo ra sản phẩm không có đường nối và do đó không có mối hàn để kiểm tra, không có vùng ảnh hưởng nhiệt{0}}mối hàn và không có nguy cơ về các khuyết tật liên quan đến mối hàn. Trong môi trường lò nung nơi các ống chịu sự va chạm của ngọn lửa, chu trình nhiệt và khí thải thường ăn mòn, việc không có mối hàn là một lợi thế thực sự về độ tin cậy. Ống liền mạch cũng có độ đồng đều về độ dày thành-tốt hơn ở các đường kính nhỏ điển hình của mạch nồi hơi, giúp tính toán ứng suất chính xác hơn.
Ống nồi hơi hàn vẫn tồn tại và được một số mã chấp nhận trong các ứng dụng cụ thể, chẳng hạn như ống hàn tần số cao-trong dịch vụ tiết kiệm nhiên liệu, nhưng việc sử dụng chúng phụ thuộc vào chất lượng mối hàn phải được chứng minh và thường bị giới hạn ở các vùng nhiệt độ thấp hơn. Đặc biệt, ống hàn xoắn ốc có đường nối xoắn ốc dài, khó điều chỉnh theo dòng chảy và mô hình nhiệt của mạch nồi hơi và không có lợi thế về đường kính nhỏ liên quan. Kết luận thực tế dành cho các kỹ sư rất đơn giản: chỉ định ống liền mạch cho các bộ phận áp suất của nồi hơi và ống hàn dự trữ cho các hệ thống không-áp suất của nhà máy.
Kiểm soát và kiểm tra chất lượng trong cung cấp ống nồi hơi
Chuỗi cung ứng đường ống nồi hơi được kiểm soát ở mọi bước. Thép được chế tạo với giới hạn chặt chẽ về thành phần, hàm lượng phốt pho và lưu huỳnh thấp và thường được xử lý chân không hoặc xử lý bằng canxi để kiểm soát tạp chất. Mỗi lần gia nhiệt đều được kiểm tra đặc tính kéo, độ cứng và, theo yêu cầu của cấp hoặc thông số kỹ thuật của dự án, độ bền va đập của vết khía Charpy V- ở nhiệt độ xác định. Đối với các loại hợp kim, chứng chỉ nhà máy cũng phải ghi lại chu trình xử lý nhiệt, vì các tính chất cơ học của thép Cr-Mo và Cr-Mo-V hoàn toàn phụ thuộc vào quá trình chuẩn hóa hoặc tôi và ram chính xác.
Ngoài các thử nghiệm tại nhà máy, đường ống nồi hơi thường phải được xác minh bổ sung tại xưởng của nhà chế tạo hoặc tại chỗ: xác định vật liệu dương tính bằng huỳnh quang tia X- trên mọi nhiệt, đo độ dày siêu âm, kiểm tra chất từ tính hoặc chất nhuộm thẩm thấu của các mối hàn tại hiện trường và thử nghiệm thủy tĩnh của các mạch lắp ráp trong đó mã yêu cầu. Chuỗi tài liệu, từ chứng chỉ nhà máy thép đến chứng chỉ nhà máy ống đến hồ sơ chế tạo, phải được hoàn thiện vì các thanh tra nồi hơi và người khảo sát bảo hiểm thường xuyên kiểm tra nó.
Câu hỏi thường gặp
Tiêu chuẩn áp dụng tùy thuộc vào sản phẩm và dịch vụ: API 5L cho đường ống, ASTM A53 và A106 cho ống thép carbon, ASTM A312 và A213 cho thép không gỉ và dòng ASME B16 cho kích thước và phụ kiện; thứ tự nên đặt tên cho tiêu chuẩn và phiên bản của nó.
Kích thước dao động từ lỗ khoan nhỏ đến đường kính lớn theo tiêu chuẩn sản phẩm, với độ dày thành được biểu thị bằng số danh mục từ SCH10 đến XXS hoặc tính bằng milimét; thứ tự nêu rõ đường kính ngoài, độ dày và chiều dài của tường.
Các loại thép carbon như API 5L B đến X70 và ASTM A106 B, thép hợp kim và các loại thép không gỉ như 304/304L, 316/316L và song công đều có sẵn, mỗi loại đều có đặc tính cơ học và hóa học được chứng nhận.
Mỗi lô đều được kiểm tra thành phần hóa học, tính chất cơ học, kích thước và tính nguyên vẹn của áp suất, cùng với thử nghiệm thủy tĩnh và{0}}kiểm tra không phá hủy theo tiêu chuẩn, đồng thời chứng chỉ ghi lại kết quả.
Có sẵn các bề mặt sơn đen, đánh vecni, bôi dầu, mạ kẽm hoặc tráng phủ, với các đầu trơn, vát hoặc có ren; nắp nhựa và miếng bảo vệ đầu bằng thép bảo vệ đường ống trong quá trình vận chuyển.
Bảo quản trên các khung trượt cách mặt đất với các đầu được bảo vệ, giữ cho chúng khô ráo và tránh xa các kim loại khác nhau, đồng thời nâng các bó bằng dây cáp tại các điểm nâng được chỉ định để tránh hư hỏng.
