EN
Зашто су високотемпературне цеви од легуре критичне за модерну производњу енергије
Подизање параметра паре и изазови деградације материјала
Данашње објекте за производњу енергије повећавају своје перформансе тако што покрећу парове котле на температурама између 600 и 650 степени Целзијуса са нивоима притиска изнад 30 мегапаскала. Ови екстремни услови озбиљно утичу на редовне системе цеви од угљенског челика јер се брзо распаду од ефекта оксидације и промена њихове унутрашње структуре. Ту уступају у игру хромомолибденске легуре. Ови посебни материјали стварају заштитне слојеве оксида, углавном од хром триоксида, који се са временом сами поправљају. Узмимо као пример челик П91 који садржи око 8 до 9,5 посто хрома и може издржати континуирано рад на 600 степени Целзијуса, нешто што обичан угљенични челик једноставно не може без брзог погоршања и губитка својстава чврстоће. Подаци из индустрије показују да када постројења не користе ове специјализоване легуре, има тенденцију да се око 30 одсто више непредвиђених проблема са одржавањем турбина, што очигледно значајно утиче на оперативне трошкове и одлагање.
Кључни начини неуспјеха: пливање, оксидација и топлотни замор
Високотемпературне цеви од легуре олакшавају три међусобно повезана механизма отказа који угрожавају доступност и безбедност установе:
- Деформација у пролазу : Под константним притиском и температуром, зидови цеви постепено тањају. Степени обогаћени ванадијем и азотом као што је П92 смањују дугорочне стопе крепања за 60% у поређењу са старим материјалима, према подацима АСМЕ Б31.1-2023.
- Оксидација : Пара реагује са површинама цеви и формира крхке, раскидајуће лепезе које убрзавају губитак зида. Легуре богате хромом формирају адхезивне ЦРО баријере, смањујући губитак материјала до 80%.
- Трпена умора : Циклично загревање и хлађење изазивају микрокрке на заваривачима и окривима. Легуре на бази никла, укључујући Инконел 625 демонстрирају доказану отпорност преко > 10 000 топлотних циклуса у апликацијама концентрисане соларне енергије (ЦСП).
Према Институту Понемон, укупна штета од ових режима доприноси непланираним прекидима који струју електране до 740.000 долара дневно.
Цхромоли легуриране цеви (П11П92): Балансирање снаге, трошкова и поузданости
Еволуција од П22 до П91/П92: Постизање снаге при 600 650 ° Ц
Када се температуре паре повећавају како би се повећала термодинамичка ефикасност, традиционални челик П22 (који има 2,25% хрома и 1% молибдена) удара у зид око 565 степени Целзијуса. У том тренутку, његова способност да издржи напетост драматично пада, паде око 40% у поређењу са новијим легурама као што су П91 и П92. Стварни пробив је био у техникама микролеговања. Узмимо П91 на пример, његова структура утереног мартензита добија додатну снагу од ситних МКС карбонитид честица направљених од ванадија и ниобијума. Ово му даје око 35% бољу отпорност на нагрузку на 600 Ц него стари П22. Затим је П92, који узима ствари даље додавањем волфрам уместо неке молибдена (око 1,8% волфрам помешан са 0,5% моли). Ова промена му омогућава да поуздан ради све до 650 Ц, а нуди 20% већу отпорност на црепинг од П91.
| Степен | Кључни елементи | Maks. temperatura (°C) | Снажност за плизање (у односу на П22) | Примарне апликације |
|---|---|---|---|---|
| P22 | 2,25Cr1Mo | 565 | Излазна линија | Завезници за ниско притисак |
| П91 | 9Cr1MoVNb | 600 | +35% | Суперкритични котлови |
| П92 | 9Cr1.8W0.5MoVNb | 650 | +55% | Ултрасуперкритичне јединице |
У складу са АСТМ А335 и АСМЕ Б31.1 Размишљења о дизајну за системе легурних цеви
Избор материјала мора да одговара строгим стандардима индустрије. Узмите, на пример, АСТМ А335, који поставља шта чине цеви од безшиве ферритичне легуре, како би требало да се термички третирају и њихова механичка својства. Спецификације су такође прилично специфичне. За челик П91, садржај хрома мора да остане између 8,0 и 9,5 посто, док се молибден креће од 0,85 до 1,05 посто. Приликом пројектовања ових система, инжењери прате смернице ASME B31.1 које постављају границе стреса у зависности од температурних фактора. На око 600 степени Целзијуса, П91 може да се носи са око 2,3 пута већим притиском у поређењу са обичним угљенским челиком. Још једна ствар коју дизајнери треба да узму у обзир је да се хромоли мање шири када се загреје. Око 15 посто мање ширења од угљенског челика на тим високим температурама заправо помаже у смањењу напетости на опоре и минимизира проблеме на закотвима цеви и савијањима. Сваки комплетан систем се тестира хидростатичким тестовима притиска како је потребно по АСМЕ-овој секцији I. Ови тестови примењују 1,5 пута нормални радни притисак како би се уверило да све држи заједно правилно у реалним условима.
Трупе од легура на бази никла за екстремна окружења: инконел, инколој и хастелој
Отпорност на сулфидацију и корозију растворене соли у инсталацијама за претварање отпада у енергију и ЦСП
Стандардне легуре једноставно не успевају у фабрикама за претварање отпада у енергију и инсталацијама концентрисане соларне енергије (ЦСП) где се суочавају са бруталним хемијским нападима. Гасови са густом густом воде до проблема са брзом сулфидацијом, а оне растворене соли нитрата изнад 600 степени Целзијуса заиста прогутавају материјале узрокујући и корозију и проблеме са крхкошћу. Зато се инжењери окрећу на опције засноване на никелу као што су Инконел, Инколој и Хастелој. Они садрже преко 60% никла што помаже да се метална структура одржи стабилна чак и када се ствари загреју. Такође додају и хром за борбу против оксидације и сулфидације, плус молибден за додатну заштиту од јама које формирају хлориди и сулфати у суровим окружењима.
| Porodica legure | Кључна својства | Kritične primene |
|---|---|---|
| Неконцел | Оксидацијска отпорност > 1000°C | Линије за пренос топлотне складиштења ЦСП |
| Инколој | Балансирана цена/показ у киселинама | Сврховни грејачи за отпадне коморе |
| Хастелој | Превиша отпорност на сулфидацију | Скрапнери за димне гасове и пумпе за сољу |
На пример, хастелој Ц-276 смањује стопу сулфидације за 90% у поређењу са стандардним нерђајућим челикама у цевима супергрејача за сагоревање. У ЦСП инсталацијама, Инцонел 625 задржава чврстоћу на истезање преко 500 МПа након 10.000 сати у растопљеној нитратној соли, омогућавајући континуирано, сигурно функционисање где би угљенски или хромолични челици морали да се замењују сваких 12-18 месеци.
Често постављене питања
1. у вези са Шта чини високотемпературне цеви од легуре од суштинског значаја у модерној производњи енергије?
Високотемпературне цеви од легуре су од кључне важности јер издрже екстремне температуре паре и притиске који се налазе у производњи енергије, смањујући неочекивано одржавање и време простора.
2. Уколико је потребно. Како легуре хрома и молибдена штите од оксидације?
Хром-молибден-лигуре формирају само-исцеливајуће оксидне слојеве који се углавном састоје од хром-триоксида, који смањује оксидацију и продужава живот цеви.
3. Уколико је потребно. Који су главни начини неуспеха који се односе на високотемпературне цеви од легуре?
Они се баве деформацијом плесња, оксидативним оштећењем и топлотним умором, обезбеђујући безбедност и ефикасност биљке.
4. Уколико је потребно. Зашто је П91 челик пожељан за апликације на високе температуре?
П91 челик је омиљен због високог садржаја хрома, који нуди боље управљање стресом и отпорност на плесње на повишеним температурама.