صنعت تولید برق بسیار خواستار است. لوله جوش داده شده ASTM B514 Incoloy 800H برای چه کاربردهایی در دمای بالا و فشار بالا-به طور خاص طراحی و واجد شرایط است؟

1. صنعت تولید برق بسیار خواستار است. لوله جوش داده شده ASTM B514 Incoloy 800H برای چه کاربردهایی با درجه حرارت بالا و فشار بالا به طور خاص طراحی و واجد شرایط است؟

لوله جوشی ASTM B514 Incoloy 800H (UNS N08810) برای سیستم‌های لوله‌کشی با قطر بزرگ، فشار بالا و دمای بالا در تولید برق که در آن لوله بدون درز یا در اندازه مورد نیاز موجود نیست یا از نظر اقتصادی محدود است، طراحی شده است، اما عملکرد نمی‌تواند به خطر بیفتد. طراحی و صلاحیت آن سیستم‌های "تعادل-نیروگاه" (BOP) در نیروگاه‌های حرارتی پیشرفته را هدف قرار داده است.

کاربردهای کلیدی تولید برق:

لوله‌کشی بخار اصلی و گرم کردن مجدد داغ: در نیروگاه‌های فوق بحرانی و فوق بحرانی (USC) با زغال سنگ، دمای بخار می‌تواند از 593 درجه (1100 درجه فارنهایت) و فشار از 24 مگاپاسکال (3500 psi) فراتر رود. Incoloy 800H در این محدوده دمایی بحرانی (593{12}}760 درجه / 1100-1400 درجه فارنهایت) در مقایسه با فولادهای فریتی یا آستنیتی استاندارد، مقاومت در برابر خزش و مقاومت اکسیداسیون بالاتری ارائه می‌کند. لوله جوشی B514 امکان ساخت هدرها و منیفولدهایی با قطر بزرگ را فراهم می کند که این بخار فوق گرم را از دیگ به سمت توربین فشار بالا هدایت می کند.

لوله کشی مولد بخار بازیابی حرارت پیشرفته (HRSG) در نیروگاه های سیکل ترکیبی: HRSG های مدرن در نیروگاه های سیکل ترکیبی{0} توربین گاز (GTCC) در دماهای بالا به طور فزاینده ای کار می کنند تا راندمان را افزایش دهند. بخش-اواپراتور و سوپرهیتر با فشار بالا، به ویژه در اولین (گرم ترین) ردیف های رو به اگزوز توربین گاز، ممکن است از لوله جوش داده شده Incoloy 800H برای تحمل دمای بالای فلز و خستگی حرارتی ناشی از چرخش مکرر (راه اندازی- بالا و پایین شدن و خاموش شدن{{4}) استفاده کند.

خطوط بای پس و اتمپراتور بخار: این سیستم های ایمنی و کنترل حیاتی بخار را در شرایط بخار اصلی یا نزدیک به آن کنترل می کنند و در معرض شوک حرارتی شدید قرار می گیرند. استحکام-درجه حرارت بالا و چقرمگی Incoloy 800H آن را برای این خدمات سخت مناسب می‌سازد.

سیستم‌های انرژی هسته‌ای پیشرفته: در برخی از طرح‌های راکتور نسل چهارم، مانند راکتورهای خنک‌شده با آب{0} فوق‌بحرانی (SCWR) یا راکتورهای گازی با دمای بالا (HTGRs)، Incoloy 800H ماده‌ای نامزدی برای مبدل‌های حرارتی میانی، مبدل‌های حرارتی میانی و زیربنای آن است.

چرا جوش (B514) در مقابل بدون درز: برای لوله‌های با قطر بزرگ-(مثلاً NPS 24 و بالاتر) که برای خطوط اصلی بخار مورد نیاز است، ساخت بدون درز امکان‌پذیر نیست یا بسیار گران است. ASTM B514 تولید لوله های جوش داده شده از صفحه یا ورق را کنترل می کند، که سپس با محلول آنیل شده و سرد کار می شود (در صورت مشخص شدن) تا به خواصی نزدیک به محصول بدون درز برسد. این یک راه‌حل مقرون‌به‌صرفه و از نظر فنی مناسب برای سیستم‌های لوله‌کشی{10}در مقیاس بزرگ و با انرژی بالا ارائه می‌کند.

2. ASTM B514 یک استاندارد منحصربه‌فرد برای لوله‌های آلیاژ نیکل مقاوم در برابر خوردگی «جوش‌شده، بدون آنیل» است. ویژگی‌های مکانیکی حیاتی و الزامات ابعادی که بر لوله Incoloy 800H تحمیل می‌کند چیست و چه تفاوتی با مشخصات لوله بدون درز مانند ASTM B407 دارد؟

ASTM B514،مشخصات استاندارد برای نیکل و نیکل جوش داده نشده، جوش نیافته-لوله آلیاژی، به طور مشخص با مشخصات لوله های بدون درز یا جوشی-آنیل شده متفاوت است. تمرکز آن بر روی-لوله های جوش داده شده و سرد-برای کاربردهای{4}} با استحکام بالا است.

الزامات حیاتی ASTM B514 برای Incoloy 800H:

شرایط: لوله در شرایط "به عنوان-جوش داده شده" عرضه می شود. جوش و فلز پایه پس از شکل‌دهی نهایی و عملیات جوشکاری با محلول آنیل نمی‌شوند. این یک تمایز کلیدی است.

مورد نیاز کار سرد: برای دستیابی به استحکام مورد نیاز، لوله پس از جوشکاری در معرض کاهش سرد (کار سرد) جوش و فلز پایه قرار می گیرد. این استاندارد حداقل کاهش سرمای 10% ضخامت دیوار را مشخص می کند. این کار سرد باعث افزایش قابل توجه تسلیم و استحکام کششی می شود.

خواص مکانیکی (برای Incoloy 800H در هر B514):

مقاومت کششی: بزرگتر یا مساوی 655 مگاپاسکال (95 ksi)

قدرت تسلیم (0.2% افست): بیشتر یا مساوی 310 مگاپاسکال (45 ksi)

این مقادیر به طور قابل ملاحظه ای بالاتر از شرایط آنیل شده هستند (به عنوان مثال، در B407، قدرت تسلیم 800H آنیل شده معمولاً ~207 MPa / 30 ksi است). این استحکام بالا در حالت-جوش داده شده، سرد-کار، دلیل اصلی انتخاب لوله B514 است.

مقایسه با مشخصات بدون درز 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 درجه)، ساختار سرد-به صورت حرارتی بازیابی می شود. بنابراین، طراحی برای خزش با دمای بالا باید بر اساس خواص مواد آنیل شده (مثلاً از بخش ASME II، قسمت D برای SA{7}}376 یا مشابه) باشد، نه بر اساس قدرت تسلیم دمای اتاق از گزارش آزمایش B514.

3. در ساخت نیروگاه، درز طولی جوش نقطه کانونی برای تضمین کیفیت است. ASTM B514 برای اطمینان از یکپارچگی لوله جوش داده شده Incoloy 800H، چه هندسه، فرآیند، و الزامات آزمایش غیر مخرب (NDE) خاصی را الزامی می کند؟

با توجه به اینکه لوله در سیستم‌های{0}پر انرژی استفاده می‌شود، یکپارچگی درز جوش طولی بسیار مهم است. ASTM B514 کنترل های دقیق جوشکاری را از طریق بازرسی اعمال می کند.

هندسه و فرآیند جوش:

فرآیند جوشکاری: درز طولی معمولاً با استفاده از فرآیندهای جوشکاری خودکار ساخته می شود که ثبات را تضمین می کند. فرآیندهای رایج عبارتند از:

جوشکاری قوسی تنگستن گازی (GTAW) برای عبور ریشه، اغلب به دنبال آن...

جوشکاری قوس فلزی گازی (GMAW) یا جوشکاری قوس زیردریایی (SAW) برای پاس های پر و کلاهک. استفاده از SAW برای لوله-دیواره ضخیم نیروگاه رایج است.

فلز پرکننده: باید دارای ترکیبی مناسب برای تولید فلز جوش باشد که الزامات خواص مکانیکی مشخصات را برآورده کند. برای Incoloy 800H، این معمولاً یک پرکننده آهن نیکل-کروم- منطبق است (به عنوان مثال، ERNiFeCr-1).

تقویت جوش: استاندارد اجازه تقویت جوش (هم داخلی و هم خارجی) را می دهد اما ارتفاع آن را برای اطمینان از انتقال صاف و تسهیل NDE محدود می کند. جوش باید عاری از ترک، عدم ذوب و بریدگی بیش از حد باشد.

آزمون اجباری غیر مخرب (NDE) به ازای ASTM B514:

مشخصات نیاز به بررسی 100٪ غیر مخرب درز طولی جوش دارد. روش های مجاز و توالی آنها کاملاً تعریف شده است:

معاینه رادیوگرافی (RT): این روش معاینه اولیه و اجباری است.

استاندارد: مطابق با ASTM E94 (راهنمای معاینه رادیوگرافی) و ASTM E142 (روش کنترل کیفیت تست رادیوگرافی) انجام می شود.

معیارهای پذیرش: عیوب بر اساس ASTM E390 ارزیابی می شوند،رادیوگرافی های مرجع برای جوش های ذوب فولادی. برای این درخواست با{1} یکپارچگی بالا، سطح پذیرش معمولاً بسیار سختگیرانه است (مثلاً رده B، کلاس 2 یا سخت‌تر که توسط خریدار مشخص شده است).

معاینه تکمیلی جریان گردابی: B514 مستلزم آن است که علاوه بر رادیوگرافی، ناحیه جوش نیز با روش جریان گردابی بررسی شود.

هدف: این کار در درجه اول شناسایی عیوب سطحی و نزدیک{0}سطح (مانند ترک یا درز) است که ممکن است به راحتی با رادیوگرافی برطرف نشود.

رویه: طبق یک رویه دقیق که بین سازنده و خریدار توافق شده است انجام می شود.

NDE جایگزین/اضافی: خریدار ممکن است الزامات اضافی را مشخص کند، مانند:

تست نفوذ مایع (PT): بر اساس ASTM E165، روی کلاهک جوش و ریشه برای یافتن عیوب شکستگی سطح-.

تست اولتراسونیک (UT): براساس ASTM E273 (تحقیق آزمایش اولتراسونیک لوله و لوله جوش داده شده طولی) یا ASTM E317 (تمرین ارزیابی ویژگی‌های عملکرد پالس{2}} سیستم‌های تست اولتراسونیک اکو)، می‌تواند برای تشخیص نقص‌های مسطح‌تر برای تشخیص بهتر مشخص شود. به موازات سطح لوله

مستندات: سابقه تمام نتایج NDE، از جمله رادیوگرافی ها و گزارش های ارزیابی، بخش مهمی از بسته گواهی مواد برای هر طول لوله را تشکیل می دهد.

4. برای سرویس با دمای بالا در نیروگاه‌ها، عملکرد سرد-چگونه عمل می‌کند، همانطور که-لوله ASTM B514 جوش داده شده در طول سرویس تکامل می‌یابد، و ملاحظات ضروری برای طراحی سیستم، پشتیبانی و چرخه حرارتی آن چیست؟

درک تکامل متالورژیکی-Incoloy 800H سرد کار شده در طول سرویس، برای طراحی سیستم ایمن و قابل اعتماد اساسی است. رفتار آن ثابت نیست.

تکامل عملکرد در طول سرویس:

Thermal Recovery and Recrystallization: When B514 pipe (in the cold-worked, as-welded condition) is placed into high-temperature service (>600 درجه / 1112 درجه فارنهایت)، ریزساختار سرد-کارکرده و تحت فشار از نظر ترمودینامیکی ناپایدار است.

این ماده در طول زمان تحت بازیابی، تبلور مجدد و رشد دانه قرار می گیرد. این فرآیند تنش های داخلی ناشی از کار سرد را کاهش می دهد و تراکم نابجایی را کاهش می دهد.

نتیجه: تسلیم دمای اتاق و استحکام کششی کاهش می‌یابد و در نهایت به خواص محلول- مواد آنیل شده نزدیک می‌شود. شکل پذیری افزایش خواهد یافت.

مفهوم طراحی: این نرم شدن به این معنی است که قدرت تسلیم اولیه اولیه از گزارش آزمایش B514 نمی تواند برای طراحی طولانی مدت-در دمای بالا استفاده شود. مهندس طراح باید از مقادیر تنش مجاز (مقادیر S{{4}) برای Incoloy 800H آنیل شده استفاده کند که در کد دیگ بخار و مخزن تحت فشار ASME، بخش II، قسمت D (به عنوان مثال، برای مشخصات SA-376 یا معادل آن) ذکر شده است. این مقادیر S{11}}از خزش-پارگی و استحکام کششی مواد آنیل شده و درشت دانه به دست می‌آیند.

طراحی سیستم و ملاحظات عملیاتی ضروری:

طراحی ساپورت: تکیه گاه های لوله، آویزها و لنگرها باید با در نظر گرفتن دو فاز مجزا طراحی شوند:

ساختمان/شرایط سرد: لوله استحکام تسلیم بالایی دارد و ممکن است افتادگی کمتری از خود نشان دهد.

شرایط عملیاتی داغ: لوله نرم شده است. تکیه گاه ها باید به گونه ای طراحی شوند که وزن لوله، عایق و محتویات را با مدول الاستیسیته و استحکام کمتر و آنیل شده تحمل کنند. آویزهای فنری مناسب برای مدیریت جابجایی بسیار مهم هستند.

چرخه حرارتی و خستگی: نیروگاه‌ها، به‌ویژه نیروگاه‌هایی که برای بارگیری -به‌دنبال یا ترکیبی{1}}چرخه کاری استفاده می‌شوند، تحت سیکل‌های حرارتی مکرر قرار می‌گیرند. ملاحظات کلیدی عبارتند از:

کاهش تنش: در طول دوره های نگهداری در دما، تنش ها در سیستم های محدود به دلیل خزش کاهش می یابد، که می تواند بر توزیع بار روی تکیه گاه ها تأثیر بگذارد.

خستگی حرارتی: تنش های چرخه ای ناشی از انبساط/انقباض باید به دقت تجزیه و تحلیل شوند. ساختار دانه نهایی و تبلور مجدد لوله بر عمر خستگی حرارتی آن تأثیر می گذارد.

شرایط فرآیند جوش (WPQ): همه جوش‌های میدانی (جوش‌های لب به لب که بخش‌های لوله را به هم وصل می‌کنند) باید با استفاده از روش‌های واجد شرایط بر روی مواد آنیل شده و نه مواد سرد- انجام شوند. این روش باید نشان دهد که جوش و HAZ پس از هر عملیات حرارتی پس از جوشکاری به خواصی معادل فلز پایه آنیل شده دست می یابند.

تست هیدرواستاتیک سیستم: تست هیدرواستاتیک سیستم در دمای اتاق انجام می شود. فشار تست بر اساس تنش سرد و مجاز است. استحکام تسلیم اولیه بالای لوله B514 یک حاشیه ایمنی راحت را در طول این آزمایش فراهم می کند، اما فشار همچنان باید کنترل شود تا از فشار بیش از حد سایر اجزای سیستم (فلنج ها، دریچه ها) که از مواد سرد- ساخته نشده اند جلوگیری شود.

5. الزامات گواهینامه مواد و علامت گذاری کامل برای لوله ASTM B514 Incoloy 800H چیست، و چگونه این مستندات با الزامات کد بویلر ASME (مانند SA-376) برای ساخت نیروگاه ادغام می شود؟

برای ساخت و ساز نیروگاه با کد-قانونی، ردیابی مواد و صدور گواهینامه الزامی است. ASTM B514 مشخصات محصول را ارائه می دهد، در حالی که ASME قوانین طراحی و ساخت را ارائه می دهد.

گواهینامه و علامت گذاری ASTM B514:

گواهی تست آسیاب (MTC): سازنده باید گواهینامه ای ارائه دهد که شامل موارد زیر باشد:

تجزیه و تحلیل شیمیایی حرارتی (ذوب) برای تمام عناصر مشخص شده.

نتایج تمام آزمایشات مکانیکی مورد نیاز (کشش، صاف کردن) روی لوله تمام شده.

بیانیه حداقل کاهش سرمای اعمال شده.

بیانیه ای مبنی بر اینکه جوش بر اساس استاندارد (RT + جریان گردابی) با خلاصه ای از نتایج مورد بررسی قرار گرفت.

ابعاد و طول لوله

تعیین مشخصات (ASTM B514، UNS N08810).

شماره حرارت و شناسه سازنده.

علامت گذاری دائمی: هر طول لوله باید شابلون یا مهر شود:

نام سازنده یا علامت تجاری.

مشخصات (B514).

درجه (800H) یا شماره UNS (N08810).

عدد گرما.

اندازه (NPS و زمانبندی یا ضخامت دیوار).

این علامت گذاری امکان ردیابی فیزیکی را در سراسر زنجیره تامین و در محل ساخت و ساز فراهم می کند.

ادغام با دیگ بخار ASME و کد مخزن تحت فشار:

برای یک نیروگاه ساخته شده بر اساس کد ASME، مشخصات مواد ASTM معمولاً توسط ASME با پیشوند "SA" پذیرفته می شود.

مشخصات ASME: SA-376 نام ASME برای استلوله فولادی آستنیتی بدون درز برای سرویس ایستگاه مرکزی-در دمای بالا-. در حالی که SA-376 عمدتاً لوله های بدون درز را پوشش می دهد، جدول 1 آن الزامات مکانیکی و شیمیایی را برای درجه های مختلف، از جمله UNS N08810 (800H) فهرست می کند. بسیار مهم، SA-376 لوله را در شرایط آنیل می پوشاند.

تطبیق: لوله ای که بر اساس استاندارد ASTM B514 ساخته شده است (جوش شده، بدون جوش،-سرد کار شده) می تواند در سیستم دیگ بخار بخش I کد ASME در صورت داشتن شرایط زیر مورد استفاده قرار گیرد:

به B514 سفارش و تایید شده است.

ترکیب شیمیایی آن مطابق با الزامات SA-376 برای UNS N08810 است.

مقادیر تنش مجاز دمای بالا از ASME بخش II، قسمت D برای SA-376/800H (ویژگی های آنیل شده) گرفته شده است.

تمام جوشکاری ها (هم درزهای طولی آسیاب و هم درزهای دور میدان) بر اساس بخش IX ASME انجام می شود.

سازنده/نصب کننده اسنادی را ارائه می دهد که مطابقت مواد با مشخصات طراحی را نشان می دهد که ویژگی های SA-376/800H را می طلبد.

گزارش تست مواد تایید شده (CMTR) برای لوله B514 به بخش کلیدی گزارش داده برای دیگ بخار یا مخزن تحت فشار تبدیل می‌شود و نشان می‌دهد که همه مواد مطابق با هدف کد هستند. علامت گذاری روی لوله به بازرس مجاز (AI) اجازه می دهد تا مواد را در برابر کاغذبازی بررسی کند. این سیستم یکپارچه تضمین می کند که حتی یک محصول جوش داده شده مانند لوله B514 مطابق با استاندارد خدماتی-برای-به عنوان لوله بدون درز در تأسیسات ساخته شده نهایی، مطابقت دارد.