Энергетическая отрасль чрезвычайно требовательна. Для каких конкретных применений при высоких-температурах и-давлениях специально разработана и сертифицирована сварная труба из инколоя 800H по стандарту ASTM B514?

1. Энергетическая отрасль чрезвычайно требовательна. Для каких конкретных применений при высоких-температурах и-давлениях специально разработана и сертифицирована сварная труба из инколоя 800H по стандарту ASTM B514?

Сварные трубы ASTM B514 Incoloy 800H (UNS N08810) предназначены для трубопроводных систем большого-диаметра, высокого-давления, высоких-температур в электроэнергетике, где бесшовные трубы требуемого размера либо недоступны, либо экономически непомерно высоки, однако эксплуатационные характеристики не могут быть ухудшены. Его конструкция и квалификация нацелены на «балансировку-систем-станций» (BOP) на современных тепловых электростанциях.

Ключевые приложения для производства электроэнергии:

Главный паровой трубопровод и трубопровод горячего промежуточного нагрева: на сверхкритических и сверхкритических (USC) угольных электростанциях- температура пара может превышать 593 градуса (1100 градусов F), а давление — 24 МПа (3500 фунтов на квадратный дюйм). Incoloy 800H обеспечивает превосходную предел ползучести и стойкость к окислению по сравнению со стандартными ферритными или аустенитными сталями в этом критическом диапазоне температур (593-760 градусов / 1100-1400 градусов по Фаренгейту). Сварная труба В514 позволяет изготавливать коллекторы и коллекторы большого диаметра, которые направляют перегретый пар от котла к турбине высокого давления.

Трубопроводы усовершенствованного парогенератора с рекуперацией тепла (HRSG) на электростанциях комбинированного цикла. Современные котлы-утилизаторы на газотурбинных установках с комбинированным-циклом (GTCC) работают при все более высоких температурах для повышения эффективности. В секциях испарителя-высокого давления и пароперегревателя, особенно в первых (самых горячих) рядах, обращенных к выхлопу газовой турбины, можно использовать сварные трубы из сплава Incoloy 800H из-за их способности выдерживать высокие температуры металла и термическую усталость от частых циклических запусков (-пусков и-остановок).

Линии байпаса пара и пароохладителя. Эти критически важные системы безопасности и управления обрабатывают пар в условиях основного пара или близких к нему и подвержены серьезному тепловому удару. Высоко-температурная прочность и ударная вязкость Incoloy 800H делают его подходящим для таких требовательных работ.

Усовершенствованные ядерные энергетические системы. В некоторых конструкциях реакторов поколения IV, таких как сверхкритические реакторы с водяным-охлаждаемым воздухом (SCWR) или высоко-реакторы с газовым-охлаждаемым газом (HTGR), Incoloy 800H является кандидатом для промежуточных теплообменников и связанных с ними трубопроводов, где также учитываются его свойства при нейтронном облучении.

Почему сварные (B514) по сравнению с бесшовными: Для труб большого-диаметра (например, NPS 24 и выше), необходимых для магистральных паропроводов, бесшовное производство невозможно или непомерно дорого. ASTM B514 регулирует производство сварных труб из пластин или листов, которые затем подвергаются отжигу и холодной обработке (если указано) для достижения свойств, приближающихся к свойствам бесшовных изделий. Это обеспечивает экономически-эффективное и технически обоснованное решение для крупномасштабных-трубопроводных систем с высоким-энергопотреблением.

2. ASTM B514 — это уникальный стандарт для сварных, неотожженных труб из коррозионно--стойких никелевых сплавов. Каковы важнейшие требования к механическим свойствам и размерам труб Incoloy 800H и чем они отличаются от спецификаций бесшовных труб, таких как ASTM B407?

АСТМ Б514,Стандартные спецификации для сварных, неотожженных труб из никеля и никелевых-сплавов, существенно отличается от характеристик для отожженных бесшовных или сварных-отожженных труб. Основное внимание уделяется-сварным,-трубам, прошедшим холодную обработку, для высоко-прочных применений.

Критические требования ASTM B514 для Incoloy 800H:

Состояние: труба поставляется в-сваренном состоянии. Наплавленный и основной металл не подвергаются отжигу после окончательной формовки и сварки. Это ключевое отличие.

Требование к холодной обработке: Для достижения необходимой прочности труба после сварки подвергается холодному обжатию (холодной обработке) шва и основного металла. Стандарт определяет минимальное холодное обжатие в размере 10% толщины стены. Эта холодная обработка значительно увеличивает текучесть и прочность на разрыв.

Механические свойства (для Incoloy 800H согласно B514):

Предел прочности на растяжение: больше или равно 655 МПа (95 фунтов на квадратный дюйм).

Предел текучести (смещение 0,2%): больше или равно 310 МПа (45 тысяч фунтов на квадратный дюйм).

Эти значения существенно выше, чем в отожженном состоянии (например, в B407 предел текучести при отжиге 800H обычно составляет ~ 207 МПа / 30 тысяч фунтов на квадратный дюйм). Высокая прочность в-сваренном и холодном-обработанном состоянии является основной причиной выбора трубы B514.

Сравнение с бесшовной спецификацией ASTM B407:

Crucial Engineering Note: The high yield strength of B514 pipe is beneficial for handling, fabrication, and supporting the pipe during construction before it goes into hot service. Once in service at high temperature (e.g., >600 градусов), холодно-обработанная конструкция термически восстановится. Следовательно, расчет ползучести при высоких-температурах должен основываться на свойствах отожженного материала (например, из раздела II ASME, часть D для SA-376 или аналогичного), а не на пределе текучести при комнатной температуре из отчета об испытаниях B514.

3. При строительстве электростанций продольный сварной шов является ключевым моментом обеспечения качества. Какие конкретные требования к геометрии сварного шва, процессу и не-неразрушающему контролю (NDE) предъявляет ASTM B514 для обеспечения целостности сварных труб из Incoloy 800H?

Учитывая, что труба используется в системах высоких-энергий, целостность продольного сварного шва имеет первостепенное значение. ASTM B514 обеспечивает строгий контроль от сварки до проверки.

Геометрия и процесс сварного шва:

Процесс сварки: Продольный шов обычно выполняется с использованием автоматических сварочных процессов, обеспечивающих однородность. Общие процессы включают в себя:

Газо-вольфрамовая дуговая сварка (GTAW) для корневого прохода, за которой часто следует...

Газометаллическая дуговая сварка (GMAW) или дуговая сварка под флюсом (SAW) для проходов заливки и крышки. Использование SAW обычно применяется при изготовлении толстостенных-труб для электростанций.

Присадочный металл: должен иметь состав, подходящий для производства металла сварного шва, который соответствует требованиям технических условий к механическим свойствам. Для Incoloy 800H это обычно соответствующий никель-хром-железный наполнитель (например, ERNiFeCr-1).

Усиление сварного шва: стандарт разрешает усиление сварного шва (как внутреннее, так и внешнее), но ограничивает его высоту, чтобы обеспечить плавные переходы и облегчить неразрушающий разрушение. Сварной шов не должен иметь трещин, непроваров и чрезмерных подрезов.

Обязательный не-разрушающий контроль (NDE) согласно ASTM B514:

Спецификация требует 100% неразрушающего контроля продольного сварного шва. Допустимые методы и их последовательность строго определены:

Рентгенографическое исследование (РТ): это основной и обязательный метод обследования.

Стандарт: Выполняется в соответствии со стандартами ASTM E94 (Руководство по рентгенографическому исследованию) и ASTM E142 (Метод контроля качества радиографического контроля).

Критерии приемки: Дефекты оцениваются по ASTM E390,Справочные рентгенограммы сварных швов стали плавлением. Для этого приложения с высоким-интеграционным уровнем уровень приемки обычно очень строгий (например, категория B, класс 2 или более строгий, как указано покупателем).

Дополнительный вихретоковый контроль: B514 требует, чтобы, помимо рентгенографии, область сварного шва проверялась методом вихревых токов.

Цель. В первую очередь это делается для обнаружения поверхностных и приповерхностных-дефектов (например, трещин или швов), которые сложно обнаружить с помощью рентгенографии.

Процедура: Выполняется в соответствии с подробной процедурой, согласованной между производителем и покупателем.

Альтернативный/дополнительный неразрушающий контроль: Покупатель может указать дополнительные требования, такие как:

Контроль проникновения жидкости (PT): согласно ASTM E165, на головке и корне сварного шва для обнаружения поверхностных-дефектов разрушения.

Ультразвуковой контроль (UT): в соответствии с ASTM E273 (Практика ультразвукового контроля продольно сваренных труб и трубок) или ASTM E317 (Практика оценки эксплуатационных характеристик систем ультразвукового контроля импульсного - эха) можно использовать для лучшего обнаружения плоских дефектов (например, непроваров), ориентированных параллельно поверхности трубы.

Документация: запись всех результатов неразрушающего контроля, включая рентгенограммы и отчеты об оценке, является важной частью пакета сертификации материалов для каждой длины трубы.

4. Как изменятся характеристики холодно-обработанной и-сварной трубы ASTM B514 в процессе эксплуатации при высоких-температурах на электростанциях и каковы основные соображения при проектировании системы, ее поддержке и термоциклировании?

Понимание металлургической эволюции холоднообработанного сплава Incoloy 800H-во время эксплуатации имеет основополагающее значение для безопасного и надежного проектирования системы. Его поведение не статично.

Эволюция производительности во время эксплуатации:

Thermal Recovery and Recrystallization: When B514 pipe (in the cold-worked, as-welded condition) is placed into high-temperature service (>600 градусов / 1112 градусов по Фаренгейту), холодно-деформированная микроструктура термодинамически нестабильна.

Со временем материал будет подвергаться восстановлению, рекристаллизации и росту зерен. Этот процесс снимает внутренние напряжения от холодной обработки и снижает плотность дислокаций.

Результат: предел текучести при комнатной-температуре и прочность на растяжение снизятся, в конечном итоге приближаясь к свойствам материала,-отожженного в растворе. Пластичность увеличится.

Последствия для проектирования: такое размягчение означает, что первоначальный высокий предел текучести, указанный в отчете об испытаниях B514, НЕ МОЖЕТ использоваться для долгосрочного-высоко-температурного проектирования. Инженер-конструктор должен использовать допустимые значения напряжения (значения S-) для отожженного сплава Incoloy 800H, указанные в Нормах ASME по котлам и сосудам под давлением, раздел II, часть D (например, для спецификации SA-376 или эквивалентной). Эти значения S- получены на основе ползучести-разрыва и прочности на разрыв отожженного крупнозернистого материала.

Основные аспекты проектирования и эксплуатации системы:

Проектирование опор. Опоры для труб, подвески и анкеры должны проектироваться с учетом двух отдельных этапов:

Конструкция/Холодное состояние: Труба имеет высокий предел текучести и может иметь меньший провисание.

Горячее рабочее состояние: Труба размягчилась. Опоры должны быть рассчитаны на вес трубы, изоляции и содержимого с более низким модулем упругости и прочностными свойствами в отожженном состоянии. Правильные пружинные подвески имеют решающее значение для управления смещением.

Термические циклы и усталость. Электростанции, особенно те, которые используются для нагрузки-следующего или комбинированного-цикла, подвергаются частым термическим циклам. Ключевые соображения включают в себя:

Релаксация напряжений. Во время периодов выдержки при температуре напряжения в ограниченных системах ослабляются из-за ползучести, что может повлиять на распределение нагрузки на опорах.

Термическая усталость. Необходимо тщательно анализировать циклические напряжения, возникающие в результате расширения/сжатия. Окончательная рекристаллизованная зернистая структура трубы будет влиять на ее термоусталостную долговечность.

Квалификация процедуры сварки (WPQ). Все сварные швы (стыковые сварные швы, соединяющие секции труб) должны выполняться с использованием процедур, аттестованных для отожженного материала, а не материала, подвергнутого холодной -обработке. Процедура должна продемонстрировать, что сварной шов и ЗТВ достигают свойств, эквивалентных отожженному основному металлу после любой термообработки после-сварки.

Гидроиспытание системы: Гидростатическое испытание системы проводится при комнатной температуре. Испытательное давление основано на холодном допустимом напряжении. Высокий начальный предел текучести трубы B514 обеспечивает необходимый запас прочности во время этого испытания, однако давление все равно необходимо контролировать, чтобы избежать перенапряжения других компонентов системы (фланцев, клапанов), не изготовленных из материала холодной-обработки.

5. Каковы полные требования к сертификации материалов и маркировке труб ASTM B514 Incoloy 800H и как эта документация интегрируется с требованиями норм ASME по котлам (например, SA-376) для строительства электростанций?

При строительстве электростанций,-регулируемых нормами, отслеживание и сертификация материалов являются обязательными по закону. ASTM B514 предоставляет спецификации продукта, а ASME предоставляет правила проектирования и изготовления.

Сертификация и маркировка ASTM B514:

Сертификат заводских испытаний (MTC): Производитель должен предоставить сертификат, который включает:

Химический анализ нагрева (расплавления) всех указанных элементов.

Результаты всех необходимых механических испытаний (растяжение, сплющивание) готовой трубы.

Заявление о минимальном применяемом охлаждении.

Заявление о том, что сварной шов был проверен по стандарту (RT + вихретоковый ток), с кратким изложением результатов.

Размеры и длина трубы.

Обозначение спецификации (ASTM B514, UNS N08810).

Номер плавки и идентификация производителя.

Постоянная маркировка: На каждой трубе должна быть нанесена трафаретная или штампованная маркировка:

Название или торговая марка производителя.

Спецификация (B514).

Марка (800H) или номер UNS (N08810).

Номер плавки.

Размер (NPS и график или толщина стенки).

Эта маркировка позволяет осуществлять физическое отслеживание по всей цепочке поставок и на строительной площадке.

Интеграция с нормами ASME по котлам и сосудам под давлением:

Для электростанции, построенной в соответствии с нормами ASME, спецификация материала ASTM обычно принимается ASME с префиксом «SA».

Спецификация ASME: SA-376 — это обозначение ASME дляБесшовные аустенитные стальные трубы для обслуживания высокотемпературных-центральных-станций. Хотя стандарт SA-376 в основном охватывает бесшовные трубы, в его таблице 1 перечислены механические и химические требования для различных марок, включая UNS N08810 (800H). Важно отметить, что SA-376 покрывает трубу в отожженном состоянии.

Согласование: труба, изготовленная в соответствии с ASTM B514 (сварная, неотожженная, холодно-обработанная), может использоваться в системе энергетических котлов раздела I норм ASME, если она соответствует следующим условиям:

Он заказан и сертифицирован по B514.

Его химический состав соответствует требованиям SA-376 для UNS N08810.

Значения допустимых напряжений при высоких-температурах взяты из раздела II ASME, часть D для SA-376/800H (свойства после отжига).

Вся сварка (как продольный шов, так и кольцевой шов) выполняется в соответствии с разделом IX ASME.

Производитель/установщик предоставляет документацию, подтверждающую соответствие материала проектной спецификации, которая требует свойств SA-376/800H.

Сертифицированный отчет об испытаниях материалов (CMTR) для трубы B514 становится ключевой частью отчета о данных для котла или сосуда под давлением, демонстрируя, что все материалы соответствуют требованиям Кодекса. Маркировка на трубе позволяет уполномоченному инспектору (AI) сверить материал с документами. Эта интегрированная система гарантирует, что даже такое сварное изделие, как труба B514, соответствует тем же стандартам пригодности-к-эксплуатации, что и бесшовные трубы на окончательно построенном объекте.