فولادهای مورد استفاده در بویلر واتر تیوب

فولادهای مورد استفاده در بویلر واتر تیوب

تعداد بازدید: 8835
چهارشنبه 03 دي 1393

فولادهای مورد استفاده در بویلر واترتیوب

انتخاب فولادهای مورد استفاده در بویلر واتر تیوب (Steel Materials used in Water-tube Boilers) و جوشکاری آن ها، یکی از مهم ترین پارامترهای طراحی بویلر به شمار می روند. شرایط کاری بویلر به لحاظ دما، فشار، نوع محیط و عمر کارکرد لوله ایجاب می کند که طراحان بویلر، خواص فولاد های مورد استفاده در بویلر واتر تیوب را به دقت مورد توجه قرار دهند. در بویلر ها، عموما از چهار دسته فولاد کربنی ( کم کربن، کربن متوسط و پر کربن)، کربن – مولیبدن، کروم – مولیبدن و فولادهای آستنیتی استفاده می شود. لوله های بویلر توسط روش های جوشکاری قوس دستی، زیر پودری (برای جوشکاری درام) و تحت اتمسفر محافظ به یکدیگر متصل می شوند.

بویلر واترتیوب

بررسی فولادهای به کار رفته در قسمت های مختلف بویلر

در بویلر از فولادهای آلیاژی متنوعی استفاده می شود. در بویلر های بزرگ در مجموع 480 کیلومتر لوله از قطر خارجی 1.9 تا 7.6 سانتی متر در قسمت های واتروال، سوپر هیتر، اکونومایزر و دیگر اجزا می تواند وجود داشته باشد و محدوده دمایی آب یا بخار در لوله ها، از 177 درجه سانتی گراد در ورودی اکونومایزر تا دمای 566 درجه سانتی گراد در خروجی هدر سوپرهیتر نهایی می رسد. جنس لوله های به کار رفته در هر قسمت بویلر، بستگی به دمای فلز در آن قسمت دارد. در واقع پارامتر دما از مهم ترین شاخص های انتخاب مواد در لوله های بویلر به شمار می رود. استانداردهای مختلف، آلیاژهای متنوعی را برای اجزای بویلر با توجه به شرایط کاری؛ ارائه داده اند. جدول زیر فولادهای معمول به کار رفته در بویلر را مطابق استاندارد ASME نشان می دهد.

شماره عنوان مشخصات ASME
SA-178

لوله بویلر از جنس فولاد کربنی جوشکاری شده به روش مقاومتی

(Elecric-Resistance-Welded Carbon Steel Boiler Tubes)

SA-192

لوله بی درز بویلر از جنس فولاد کربنی برای کاربرد در فشار بالا

(Seamless Carbon Steel Boiler Tubes for High Pressure Service)

SA-209

لوله بی درز بویلر و سوپرهیتر از جنس فولاد آلیاژی کربن - مولیبدن

(Seamless Carbon-Molybdenum Alloy-Steel Boiler and Superheater Tubes)

SA-210

لوله بی درز بویلر و سوپر هیتر از جنس فولاد کربن متوسط

(Seamless Medium Carbon Steel Boiler and  Superheater Tubes)

SA-213

لوله بی درز برای بویلر، سوپرهیتر و مبدل حرارتی از جنس فولاد آلیاژی فریتی و آستنیتی

(Seamless Ferritic and Austenitic Alloy Steel Boiler, Superheater nd Heat Exchanger Tubes)

SA-226

لوله بویلر و سوپرهیتر از جنس فولاد کربنی جوشکاری شده به روش مقاومتی برای کاربرد در فشار بالا

(Electric-Resistance-Welded Carbon Steel Boiler and Superheater Tubes for High Pressure Service)

SA-249

لوله بویلر، سوپرهیتر، مبدل حرارتی و کندانسور از جنس فولاد آستنیتی جوشکاری شده

(Welded Austenitic Steel Boiler,Superheater, Heat-Exchanger and Condenser Tubes)

SA-250

لوله بویلر و سوپرهیتر از جنس فولاد آلیاژی کربن مولیبدن جوشکاری شده به روش مقاومتی

(Electric Resistance Welded Carbon-Molybdenum Alloy Steel Boiler and superheater Tubes)

SA-268

لوله بی درز و جوشکاری شده از جنس فولاد زنگ نزن فریتی برای مصارف عمومی

(Seamless and Welded Ferritic Stainless Steel Tubing for General Service)

SA-423

لوله از جنس فولاد کم آلیاژ بی درز و جوشکاری الکتریکی

(Seamless and Electric Welded Low Alloy Steel Tubes)

SA-450

نیازهای عمومی برای لوله های فولاد کربنی، فریتی آلیاژی و آستنیتی آلیاژی

(General Requirements for Carbon, Ferritic Alloy and Austenitic Alloy Steel Tubes)

 با توجه به معیار دما به عنوان مهم ترین پارامتر انتخاب آلیاژ برای اجزای بویلر مطابق تجربه شرکت ها و ملاحضات ارائه شده توسط استانداردها، جداول زیر ماکزیمم دمای مورد استفاده برای اجزای بویلر را نشان می دهند.

نوع لوله فولادی شماره مشخصات در ASME

ماکزیمم دما ASME

oF(oC)

فولاد کربنی SA 178 c 1000(538)
فولاد کربنی SA 192 1000(538)
فولاد کربنی SA 210 A1 1000(538)
کربن مولیبدن SA 209 T1 1000(538)
کربن مولیبدن SA 209 T1a 1000(538)
کروم مولیبدن SA 213 T11 , SA213 T22 1200 (649)
فولاد زنگ نزن SA 213 321H 1500 (816)
فولاد زنگ نزن SA 213 347H 1500 (816)
فولاد زنگ نزن SA 213 304H 1500 (816)

با بررسی جداول، می توان نتیجه گرفت که به طور کلی در درجه حرارت کم از فولادهای ساده کربنی با میزان کم کربن (استحکام پایین)، برای شرایط فشار متوسط و دمای بالاتر از فولادهای با کربن متوسط (استحکام متوسط) و در قسمت های با فشار بالا و در لوله های با قطر زیاد (پایپ ها) از فولاد با کربن بالا استفاده می شود. در فولادهای ساده کربنی کاربیدهای موجود در زمینه، در دمای حدود 427 درجه سانتی گراد به گرافیت تبدیل می شود (پدیده گرافیته شدن). با افزایش عنصر مولیبدن دمای گرافیته شدن از 427 به 468 درجه سانتی گراد افزایش می یابد. در واقع مولیبدن باعث پایداری ساختار فولاد در دماهای بالاتر می شود. اضافه کردن کروم علاوه بر افزایش مقاومت به اکسیداسیون، باعث افزایش استحکام آلیاژ در دمای بالا نیز می شود. فولادهای زنگ نزن فریتی و آستنیتی SA-213 و SA-249 جهت استفاده در دمای بالا توصیه شده است. در ارتباط با خواص مکانیکی و ابعادی لوله ها در دماهای مختلف کاری، جداول متعددی ارائه شده است. نمودار زیر محدوده دما و تنش مجاز برای گریدهای مختلف فولاد بکار رفته در بویلر را نشان می دهد.

حدوده دما و تنش مجاز برای گریدهای مختلف فولاد بکار رفته در بویلر

ساختار متالورژیکی لوله های فولادی بکار رفته در بویلر

ساختار زمینه فولادها ممکن است فریتی پرلیتی، آستنیتی و یا مارتنزیتی باشد. با توجه به شرایط کاری لوله های بویلر، ساختار فولادهای بکار رفته در آن ها عموما فریتی پرلیتی است. ساختار فولادهای زنگ نزن توسط دیاگرام شیفلر مشخص می شود. این دیاگرام نیز برای تعیین درصد فاز فریت در گرده جوش و دمای پیشگرم در عملیات جوشکاری کاربرد دارد.

ساختار فولاد کربنی و کربن - مولیبدن

با توجه به ترکیب شیمیایی فولادهای کربنی، فولادهای مذکور دارای ساختار فریت - پرلیت است. در صورتی که درصد کربن فولاد در حدود 0.23 درصد باشد، میزان فاز پرلیت در حدود 20 تا 30 درصد است. بسته به نوع فرآیند تولید و عملیات حرارتی پس از آن توزیع و مورفولوژی فاز پرلیت در زمینه متفاوت می باشد. شکل زیر میکروساختار یکی از فولادهای کربنی (SA210-TA1) که به مدت 70000 ساعت بدون هیچ گونه تخریبی در دمای حدود 400 درجه سانتی گراد کار کرده است را نشان می دهد. زمینه فریت به رنگ روشن و پرلیت (فریت+سمنتیت) به صورت تیره هستند.

در حین بهره برداری از فولادهای کربنی یا کم آلیاژ در دمای بالا، ساختار میکروسکوپی تغییر می کند. این تغییر ساختار روی سطح و در ضخامت لوله ها متفاوت است. در سطح، بسته به شرایط محیطی (به لحاظ دما و ترکیب شیمیایی محیط) معمولا پدیده دی کربوریزه شدن، اکسیداسیون داخلی، سولفیداسیون و هم چنین ترکدار شدن مرزدانه ها اتفاق می افتد. در ضخامت تغییر ساختار به صورت گرافیته شدن و یا کروی شدن کاربید می باشد. مکانیزم گرافیته شده ناشی از تجزیه پرلیت به فریت و کربن (گرافیت) بوده و نهایتا باعث تردی لوله ها می شود. پدیده گرافیته شدن در طی زمان بهره برداری در محدوده دمایی 427 تا 649 درجه سانتی گراد اتفاق می افتد. با بالا رفتن دما زمان ایجاد این پدیده کاهش می یابد. بهترین روش کنترل تغییر ساختار ناشی از گرافیته شدن، کاهش دمای بهره برداری و یا استفاده از فولاد با گرید بالاتر با مقدار بیشتر مولیبدن و کروم است. در صورت ایجاد این پدیده در لوله ها و بالابودن شرایط دمایی، لوله ها باید تعویض شوند. شکل زیر، ریزساختار گرافیته شده در فولاد کربنی ساده SA210-A1 را نشان می دهد.

پدیده گرافیته شدن علاوه بر دما، به زمان نیز وابسته است. شکل زیر دگرگونی تک دما جهات تشکیل گرافیت برای فولاد با 1 درصد کربن را نشان می دهد.

کاهش سختی فولاد مذکور در طی زمان استحاله در دمای 650 دریجه سانتی گراد در شکل زیر آمده است. در فولادهای هیپو (با درصد کربن کمتر از 0.8) با توجه به کاهش درصد کربن این استحاله می تواند در زمان بیشتری به وقوع بپیوندد. نکته قابل توجه این که در محدوده دمایی کمتر از 450 درجه سانتی گراد زمان استحاله مذکور طولانی است.

از دیگر موارد تغییر ریزساختار فولادی کربنی ساده، پدیده کروی شدن کاربید است، در این حالت نیز فاز پرلیت به صورت کاربیدهای کروی در می آید. معمولا پدیده کروی شدن توسط فرآیند نفوذ کنترل می شود. این پدیده تحت تاثیر دما و زمان است. به عبارتی ممکن است پدیده کروی شدن در طی زمان زیاد ولی در دمای پایین تر از دمای مجاز نیز صورت بگیرد. شکل زیر کروی شدن کاربید برای فولاد کربنی ساده که در دمای زیر AC1 تحت اورهیت شدن بودن است را نشان می دهد. حفره های خزشی عموما در مرزدانه و تجزیه فاز پرلیت به فاز فریت و کاربیدهای ریز کروی روشن را نشان می دهد.

منحنی دما - زمان برای تجزیه پرلیت توسط مکانیزم های کروی شدن و گرافیته شدن برای فولاد کربنی و فولادهای کم آلیاژی در شکل زیر آمده است. این نمودار نشان می دهد که در دماهای پایین مکانیزم گرافیته شدن غالب است.

در فولادهای C-Mo گرافیته شدن در دماهای بالاتر از 482 درجه سانتی گراد صورت گرفته ولی به هر صورت امکان هر دو پدیده کروی شدن و گرافیته شدن نیز برای آن ها غیر ممکن نیست. از دیگر پدیده های تغییر ساختار، در کربوریزه شدن سطح است. در این حالت در اثر وجود گاز هیدروژن ناشی از اسیدی شدن آب و یا بالا بودن هوای اضافی در سمت دود، ممکن است در هر دو سمت دود و آب، لوله ها دی کربوره شوند. در این حالت استحکام فولاد کاهش می یابد. شکل زیر تصویر دی کربوره شدن سطح را برای یک فولاد معمولی نشان می دهد. این پدیده در اکثر فولادهای به کار رفته در بویلر اتفاق می افتد.

ساختار فولاد کروم-مولیبدن

فولاد کروم مولیبدن به کار رفته در بویلر دارای ساختار پرلیتی- فریتی است. فولاد با قرار گرفتن در معرض دما، به طور مداوم، طی مراحلی دچار تغییر ساختار می شود. این مراحل برای لوله های سوپر هیتر از جنس فولاد کروم- مولیبدن دار 1Cr-0.5Mo در جدول و شکل زیر نشان داده شده است. این تغییر ساختار با عمر باقیمانده نیز در ارتباط است.

مراحل کروی شدن و ترسیب کاربیدها در فولاد 1Cr-0.5Mo بکار رفته در لوله های سوپرهیتر

مراحل شرح
A ساختار لوله نو، شامل فریت و پرلیت ریز
B مرحله اول کروی شدن، معمولا در این حالت ذرات ریز کاربید بر روی مرزدانه ها ظاهر می شوند.
C مرحله میانی کروی شدن، در سطوح پرلیت میزان کروی شدن بیشتر شده ولی در بعضی جاها مدارکی دال بر وجود کاربیدهای ورقه ای دیده می شود. افزایش رسوبات کاربیدی داخل دانه های فریت و در مرزدانه ها در این مرحله دیده می شود.
D در این حالت ترجیحا کاربیدهای کروی کامل شده ولی هنوز پرلیت درون دانه ها وجود دارد.
E کاربیدها کاملا کروی شده و در ساختار پراکنده شده اند و پرلیت کمتری دیده می شود.
F کاربیدها درشت تر و به هم پیوسته هستند.
 

کروی شدن برای فولاد مذکور از 499 درجه سانتی گراد شروع و در دمای 727 درجه سانتی گراد سریعا اتفاق می افتد. با تکمیل شدن این فرآیند در دماهای بالا لوله دچار تخریب خزشی می شود.

ساختار فولاد آستنیتی

زمینه ساختار فولادهای زنگ نزن حاوی بیش از 10 درصد نیکل، عموما آستنیتی است. فولادهای نیکل کروم دار که معمولا حدود 16.5 درصد کرم دارند در محدوده دمایی 593 تا 926 درجه سانتی گراد تشکیل فاز بین فلزی سیگما می دهند. این فاز سخت و ترد، دو اثر مهم در خواص آلیاژ می گذارد. یکی از این اثرات کاهش زمان گسیختگی خزش دمای بالا، به دلیل وجود حفره های ناشی از مرز اطراف فاز سیگما و اثر دوم آن تشدید ترد شدن در دمای محیط می باشد، که در این حالت ممکن است لوله های سوپرهیتر از جنس این آلیاژ در حین خواباندن اضطراری و عملیات تعمیرات دچار شکستگی شوند.

فولادهای زنگ نزن سری 300 شامل 347، 321، 317، 316، 310 نسبت به تشکیل فاز سیگما حساس هستند. بررسی این فاز توسط آنالیز کمی و کیفی به طریق EDAX یا EDS امکان پذیر است. فولادهای کم آلیاژ فریتی 1Cr-0.5Mo در برابر تشکیل فاز سیگما مصون هستند.

منابع و پیوندها

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

متالورژی، شیمی و خوردگی در بویلر، خسرو رحمانی،انتشارات دانشگاه صنعت آب و برق (شهید عباسپور)، 1388.

 

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است

فولادهای بویلر واتر تیوب
آلیاژهای بویلر واتر تیوب
برچسب ها: متالورژی بویلرلولهجوشکاریبویلر
دریافت گواهی تائیدیه شرکتهای دانش بنیان
دریافت گواهی تائیدیه شرکتهای دانش بنیان شرکت پاکمن بنا به ارزیابی های انجام ش ...بیشتر
برندینگ شرکت پاکمن
درباره گروه تاسیساتی شرکت پاکمن شرکت پاکمن در سال 1354تاسیس شد و در ادامه فعا ...بیشتر
دریافت گواهینامه صلاحیت پیمانکاری شرکت دانش بنیان پاکمن از سازمان برنامه و بودجه
دریافت گواهینامه صلاحیت پیمانکاری شرکت دانش بنیان پاکمن از سازمان برنامه و بودجه ...بیشتر
بیستمین نمایشگاه تجهیزات و تاسیسات سرمایشی و گرمایشی اصفهان بهمن ماه 1400
عنوان: بیستمین نمايشگاه بين المللی تجهيزات و تاسيسات سرمايشی و گرمايشی اصفهان ...بیشتر
نمایشگاه نفت ، گاز و پتروشیمی بیست و ششمین دوره-شهریور 1400
عنوان نمایشگاه : نمایشگاه نفت ، گاز و پتروشیمی بیست و ششمین دوره شهر ...بیشتر
بیستمین نمایشگاه سرمایشی و گرمایشی و تاسیسات تهران 1400
عنوان: بیستمین نمایشگاه سرمایشی و گرمایشی و تاسیسات تهران 1400 شهر: تهران ...بیشتر
تقویم نمایشگاهی 1400
نمایشگاه به عنوان يكی از مهمترين بخش های تجاری و اقتصادی ایران با بهره مندی از ف ...بیشتر
تجلیل از شرکت پاکمن به عنوان واحد نمونه صنعتی در روز گرامیداشت صنعت ، معدن و تجارت
  مراسم گرامیداشت روز صنعت و معدن، در روز سه شنبه 10 تیرماه 99 در استان ...بیشتر
انتخاب نفرات برتر در مسابقه اینستاگرامی عکاسی تاسیسات موتورخانه
مسابقه اینستاگرامی عکاسی تاسیسات موتورخانه   درباره مسابقه با توجه ...بیشتر
کارت واکسن پرسنل پاکمن
درباره خبر: کارتهای مربوط به پرسنل کارخانه به شرح زیر میباشد مشاهده کارتها ...بیشتر
بیست و یکمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 1400
عنوان: بیست و یکمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 1400 شهر: تهران ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ها ...بیشتر