فاکتورهای انتخاب متریال بویلر یکی از مهم ترین بخش های اولیه هر تولیدی هست که اگر در آن دقت نشود به طور کلی تا انتهای کار بویلر نه تایید استاندارد های لازم را دارد و نه در حین کار ان اطمینان خاطر و ضریب عملکردی و بازدهی لازم و راندمان نهایی را میتواند پاسخگو باشد.
بنابراین متریال همیشه حرف اول را میزند. موادی که برای قسمت های گوناگون بویلر انتخاب میشوند باید خواص لازم را برای مقاومت در شرایط کاری خاص آن قسمت داشته باشند. یکی از این خواص مهم و موثر، قابلیت تحمل آلیاژ در دماهای بهره برداری از آن آلیاژ است.
حداکثر دمای مجاز بهره برداری از فولاد های مورد استفاده در بویلر بر اساس استاندارد ASME
- فولاد کربنی SA-178C - فارنهایت (سانتیگراد) 1000-(538)
- فولاد کربنی SA-192 - فارنهایت (سانتیگراد) 1000-(538)
- فولاد کربنی SA-210A1 - فارنهایت (سانتیگراد) 1000-(538)
- کربن مولیبدن SA-209T1 - فارنهایت (سانتیگراد) 1000-(538)
- کربن مولیبدن SA-209T1A - فارنهایت (سانتیگراد) 1000-(538)
- کروم مولیبدن SA-213T11 - فارنهایت (سانتیگراد) 1200-(649)
- کروم مولیبدن SA-213T22 - فارنهایت (سانتیگراد) 1200-(649)
- زنگ نزن SA-213 321H - فارنهایت (سانتیگراد) 1500-(816)
- زنگ نزن SA-213 347H - فارنهایت (سانتیگراد) 1500-(816)
- زنگ نزن SA-213 304H - فارنهایت (سانتیگراد) 1500-(816)
لوله های دیواره ابی
استحکام کششی، مقاومت در برابر خوردگی، قابلیت جوشکاری _ فولادهای کربنی C-Mo
درام
استحکام خستگی - خوردگی، استحکام کششی، مقاومت در مقابل خوردگی، قابلیت جوشکاری_ فولاد های کربنی C-Mo و C-Mn
هدرها
استحکام کششی، قابلیت جوشکاری، استحکام خزشی _ فولاد کربنی C-Mo و C-Mn وCr-Mo
سوپرهیترها و ریهیترها
قابلیت جوشکاری، استحکام خزشی، مقاومت در مقابل اکسیداسیون، ضریب انبساط حرارتی کم _ فولاد های Cr-Mo و فولاد های رنگ نزن آستنیتی
لوله های بخار
قابلیت جوشکاری، استحکام خزشی، مقاومت در مقابل اکسیداسیون، ضریب انبساط حرارتی کم _ فولاد های Cr-Mo و فولاد های رنگ نزن آستنیتی
فاکتورهای انتخاب متریال بویلر در تجهیزات
سوپرهیتر و ری هیتر
لوله های سوپرهیتر و ری هیتر از جمله اجزای بویلرند که در سخت ترین شرایط کار میکنند. با توجه به شرایط کاری و سوپرهیتر و ریهیتر، لازم است آنها از مقاومت خوردگی سمت اتش مقاومت به اکسیداسیون دما بالا، استحکام خزشی و قابلیت مونتاژ مناسب برخوردار باشند. سوپرهیترها و ریهیترها برای فشارهای بالا و دماهای بالاتر از 540 درجه سانتی گراد طراحی شده اند و لذا به الیاژ هایی با استحکام بالا نیاز دارند.
در کنار انتخاب مواد برای مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون، وجود فشار بالای بخار، ضرورت استفاده از لوله های ضخیم را ایجاب میکند. همچنین لوله های ضخیم تر به لحاظ انتقال حرارت کمتر نسبت به لوله های نازک تر از سمت جداره بیرونی در معرض دمای بالاتری قرار دارند. بنابراین امکان فعال شدن واکنش های شیمیایی دما بالا در این قسمت ها بیشتر است و این لوله ها بیشتر در معرض خوردگی سطح خارجی قرار دارند. این مسئله به ویژه در مورد سوخت های با درصد ناخالصی بالاتر مهم تر است.
درنتیجه سوپرهیتر ها، به موادی با مقاومت خزشی بالاتر از فولاد های کربنی نیاز دارند.
در میان الیاژهای نیروپاهی فولاد های فریتی حاوی مولیبدن کروم و در برخی موارد دارای وانادیم، خواص خوبی برای کارکردن در دماهای حداکثر تا 560 درجه سانتی گراد دارند.
اکونومایزر و لوله های دیواره آبی
در اغلب نقاط دیواره، حداکثر دمای لوله های دیوارهِ ابی کمتر از 400 درجه سانتی گراد است. بنابراین برای ساخت این لوله ها از فولادهای کربنی استفاده میشود. زیرا این فولاد ها تا دمای 450 درجه سانتی گراد قابل استفاده اند. در دماهای بالاتر، میزان خزش و پوسته شدن در این فولاد ها بسیار زیاد میشود.
اکونومایزرها به دو دسته لوله های ساده، و لوله های فین دار جوشکاری شده تقسیم میشوند. در گذشته اکونومایزر های نوع فین دار جوشکاری شده به دلیل مقاومت به خوردگی از جنس چدن ساخته میشدند. ولی فقط تا فشار 20 بار قابل استفاده بودند.
امروزه برای رفع این محدودیت فین ها را به شکل ورق نورد شده اماده میکنند و به لوله های فولادی جوش میدهند. در ساخت اکونومایزر به دلیل پایین تر بودن دمای کاری نسبت به لوله های دیواره آبی از همان مواد مورد استفاده در ساخت لوله های دیواره آبی استفاده میشود.
فولاد کربنی برای ساخت لوله های در گرم کننده های هوا نیز به کار میروند.
درام
در اغلب مسیرهای درام، مخلوطی از اب و بخار وجود دارد. بنابراین دمای کاری آن مانند لوله های دیواره آبی، نمیتوانند زیاد باشند و در ساخت آن از فولاد های کربنی با استحکام بالا، فولاد های کربن-منگنزدار و گاهی از فولادهای دارای وانادیم، مولبیدن، منگنز و کروم استفاده میشود.
هدرها و لوله های بخار
وظیفه لوله های بخار، ایجاد ارتباط میان قسمت های گوناگون بویلر و همچنین میان بویلر و توربین است. به طور کلی لوله هعای بخار را میتوان به دو گروه درزدار و بدون درز تقسیم کرد. برای ساختن لوله های درزدار، ابتدا ورق به شکل استوانه ای نورد شده و سپس درز میان لبه های استوانه به هم جوش داده میشوند. د رمورادی که امکان استفاده از لوله های درزدار وجود ندارد، لوله های بدون درز انتخاب میشوند. هدر ها عموما از ورق سخته میشوند.
آلیاژهای متداول در ساخت هدرها و لوله های بخار با روش بدون درز
SA 106 grade B --Si 0/1 min--S 0/058 max - P 0/048 max-- Mn 0/029-1/06 -- C 0/30 max
SA 106 grade C --Si 0/1 min--S 0/058 max - P 0/048 max-- Mn 0/029-1/06 -- C 0/35 max
SA 355 P12 -Mo 0/44-0/65--Cr 0/8-1/25 --Si 0/50 max--S 0/025 max - P0/025 max-- Mn 0/3-0/61 -- C 0/05-0/15
SA 355 P11 -Mo 0/44-0/65--Cr 1/0-1/5 --Si 0/5-1/0 --S 0/03 max - P0/03 max-- Mn 0/3-0/6 -- C 0/15 max
SA 355 P22 -Mo 0/87-1/13--Cr 1/9-2/6 --Si 0/5-1/0 --S 0/3 - P0/03 -- Mn 0/3-0/6 -- C 0/15 max
SA 376 TP304 -Cr -20-18 -Ni 8/0-11/0 -Si 0/75 --S 0/3 - P0/04 -- Mn 2/00 -- C 0/04-0/1
SA 376 TP347H -Mo 2/0-3/0--Cr -18-16 -Ni -14-11 -Si 0/75 --S 0/3 - P0/04 -- Mn 2/00 -- C 0/04-0/1
آلیاژ های متداول در ساخت هدرها و لوه های بخار با روش درز دار
SA 299 --Si 0/13-0/33 --S 0/040- P0/035 -- Mn 0/86-1/55 -- C 0/30
SA 515 --Si 0/13-0/33 --S 0/040 - P0/035 -- Mn 0/90 -- C 0/35
SA 387 -Mo 0/4-0/65 --Cr 0/74-1/21 --Si 0/13 -0/45 --S 0/040 - P0/035 -- Mn 0/35-0/73 -- C 0/17
SA 387 grade 12 -Mo 0/4-0/7 --Cr 0/94-1/56 --Si 0/44 -0/86 --S 0/040 - P0/035 -- Mn 0/35-0/73 -- C 0/17
SA 387 grade 22 -Mo 0/85-1/15 --Cr 1/88-2/62 --Si 0/50 --S 0/035 - P0/035 -- Mn 0/25-0/73 -- C 0/17
SA 240 --Cr 18/0-20/0- Ni -Si 0/50 --S 0/035 - P0/035 -- Mn 0/25-0/73 -- C 0/17
انتخاب مواد برای بویلرهای پیشرفته
در نیروگاه های پیشرفته برای بالا بردن راندمان دمای بخار تا 595 درجه سانتی گراد یا بیشتر بالا برده میشود. این مواد به دو گروه فولاد های 9%و 12% کروم و فولادهای آستنیتی تقسیم میشوند.
بررسی اطلاعات موجود در استاندارد های گوناگون در مورد مواد مصرفی تجهیزات بویلر
اطلاعات لازم در مورد لوله های کربنی و آلیاژی مورد استفاده در ساخت لوله های بویلر، در استانداردهای گوناگون ذکر شده است. از جمله میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- اطلاعات لازم برای سفارش لوله از سوی خریدار (روش ساخت و ترکیب شیمیایی، تولرانس قابل قبول، قطر، ضخامت ، طول، و...)
- روش های تهیه فولاد به کار رفته در ساخت لوله ها
- روش های ساخت
- ترکیب شیمیایی
- عملیات حرارتی
- خواص مکانیکی
- کیفیت ظاهری
- تولرانس قابل قبول در ترکیب شیمیایی
- تست های لازم نحوه تهیه نمونه های برای تست
- نحوه ارائه نتایج آزمایش
- نحوه کد گذاری
- و...
چند استاندارد مهم در زمینه مواد مصرفی بویلر
- استاندارد BS3059
- استاندارد ASME boiler and pressure vessel code sec. VII division 2
- استاندارد ISO / TR 7468-1981 (E)
مواد مورد استفاده در بویلرهای بازیاب سیکل ترکیبی
با توجه به اینکه لوله های بویلر های بازیاب نیروگاهی در معرض شعله و تشعشع مستقیم نیستند و فشار و دمای بخار بهره برداری آنها از لوله های مشابه در بویلر های نیروگاه های بخاری کمتر است، رده ی مقاومت و استحکام این لوله های نیز از لوله های مشابه در بویلر های نیروگاهی بخار، پایین تر است. به طور مثالف از فولاد های پرآلیاژ آستنیتی مانند SA-213 321 H و SA-213 347 H که در سوپرهیتر نهایی نیروپاه های بخاری به کار میروند استفاده نمیشود. همچنین به دلیل فشار و دمای بهره برداری پایین تر در بویلر های سیکل ترکیبی، خرابی ها و گسیختگی لوله ها در این بویلرها کمتر است و مکانیز خرابی آنها نیز متفاوت است.
دمای مجاز برای مواد مورد استفاده در بویلرهای بازیاب
SA 178A (erw) فولاد کربنی - 950 درجه فارنهایت و 510 درجه سانتی گراد
SA 178C (erw) فولاد کربنی - 950 درجه فارنهایت و 510 درجه سانتی گراد
SA 192 (seamless) فولاد کربنی - 950 درجه فارنهایت و 510 درجه سانتی گراد
SA 210A1 فولاد کربنی - 950 درجه فارنهایت و 510 درجه سانتی گراد
SA 210C فولاد کربنی - 950 درجه فارنهایت و 510 درجه سانتی گراد
SA 213-T11 فولاد 1,1/4 CR و 1/2 MO و SIو - 1050 درجه فارنهایت و 565 درجه سانتی گراد
SA 213-T22 فولاد 2,1/4 CR و 1 MO و - 1125 درجه فارنهایت و 610 درجه سانتی گراد
SA 213-T91 فولاد 9 CR و 1 MO و Vو - 1200 درجه فارنهایت و 650 درجه سانتی گراد
SA 213-TP304H فولاد 18 CR و 8 NI و - 1400درجه فارنهایت و 760درجه سانتی گراد
SA 213-TP347H فولاد 18 CR و 10 NI و CB و - 1400درجه فارنهایت و 760درجه سانتی گراد
SA 213-TP321H فولاد 18 CR و 10 NI و TI و - 1400درجه فارنهایت و 760درجه سانتی گراد
SA 407-800H فولاد 21 CR و 32 NI و Fe 42 و - 1500درجه فارنهایت و 815درجه سانتی گراد
جنس سطح حرارتی اصلی برای نمونه بویلر بازیاب
SA 210M Gr A1 - economizer- LP
SA 210M Gr A1 -evaporator- LP
SA 210M Gr A1 -superheater- LP
SA 210M Gr A1 - economizer- IP
SA 210M Gr A1 -evaporator- LIP
SA 210M Gr A1 -superheater- IP
SA 213M T22 -Reheater- IP
SA 213M T91 -Reheater- IP
SA 210M Gr C - economizer- HP
SA 210M Gr A1 -evaporator- HP
SA 213M T22 -superheater- HP
SA 213M T91 -superheater- HP
کلام آخر
زمانی که متریال بر طبق استاندارد باشد دستگاه در حالت ضریب اطمینان استاندارد نیز قرار دارد. دستگاه بویلر و تجهیزات وابسته به آن همگی معمولا یا تحت فشار هستند یا با رسوبات مخربی سرو کار دارند بنابراین باید از متریالی استفاده شود که در مقابل رسوبات آب و همچنین ساییدگی بخار، دما و پف آتش و اکسیداسیون و... بساری از موارد مقاوم باشند.
تست ها و آزمون ها و تجربیات زیادی در این زمینه حاصل شده که له سبب آن آزمایشگاه های همکار تاسیس شده اند تا از آلیاژی بودن و همخوانی داشتن فولاد ها و ورق های آهن با استاندارد مطمئن شوند.
به سبب اهمیت بسیار بالای این زمینه و همچنین جلوگیری از تقلب، شرکت های بازرسی تاسیس شدند تا بتوانند با انجام آزمایش های متریال، حین انجام کار، جوشکاری، پایان، تست های حین روشن بودن دیگ و... از سلامت دستگاه اطمینان حاصل کنند تا خریدار با خیال آسوده این بویلر ها را در موتورخانه خود نصب کند.
