Стандарты и технические условия на материалы элементов трубных поверхностей нагрева, коллекторы и трубопроводы в пределах котла

4.1. Стандарты и технические условия на материалы элементов трубных поверхностей нагрева, коллекторы и трубопроводы в пределах котла

Поверхностью нагрева стационарного котла в соответ­ствии с ГОСТ 23172–78 называется элемент котла, необхо­димый для передачи теплоты рабочей среде или воздуху. В соответствии с указанным стандартом барабан котла, коллекторы, опускные, отводящие, подвесные, перепускные и продувочные трубы, а также сепарационные устройства, внутрибарабанные и выносные циклоны, пароохладители и теплообменники составляют самостоятельные элементы котла и термином "поверхность нагрева" не объединяются.

Материалы для изготовления поверхностей нагрева вы­бираются разработчиками с учетом параметров внутренней и внешней сред в зависимости от условий их работы.

Трубы и змеевики паровых котлов изготавливаются из углеродистой, легированной, высоколегированной хромис­той и высоколегированной хромоникелевой аустенитной сталей.

Легированная сталь – сталь, содержащая элементы, специально вводимые в определенных количествах для при­дания ей требуемых структуры и свойств. Легированные стали классифицируют по нескольким признакам; по содер­жанию легирующих элементов, по числу компонентов, по микроструктуре и по назначению.

В зависимости от содержания легирующих элементов стали делятся на три группы: низколегированные, содержа­щие менее 2,5 % легирующих добавок; среднелегированные, содержащие менее 2,5 % и от 2,5 до 10 % легирующих добавок; высоколегированные, содержащие более 10 % легирующих добавок.

Компонентами углеродистой стали являются железо и углерод. В легированной стали кроме железа и углерода содержатся еще и легирующие элементы.

В состав сталей 12Х11В2МФ и 12Х18Н12Т введен в боль­шом количестве хром (в первую ~ 11 %, во вторую ~ 18 %).

Хром придает этим сталям высокую коррозионную стой­кость.

Рекомендуемые материалы

Вольфрам; ванадий и молибден повышают жаропроч­ность стали 12Х11В2МФ. Никель, введенный в состав ста­ли 12Х18Н12Т, позволяет получить высокие технологичес­кие свойства: сталь хорошо сваривается, обладает хорошей деформационной способностью вследствие высокой пластич­ности. Титан играет роль стабилизирующей добавки, дела­ющей более стойкой структуру стали, и предотвращает склонность стали к коррозионному растрескиванию.

Обе нержавеющие стали работают при высоких темпе­ратурах или в контакте с агрессивными средами. Основное назначение легирования – повышение жаропрочности и жаростойкости стали.

Жаропрочность – это способность металла противосто­ять механическим нагрузкам при высоких температурах. Жаропрочность определяется прочностными свойствами, получаемыми при кратковременных испытаниях на растя­жение, а также сопротивляемостью ползучести и длитель­ной прочностью материалов.

Жаростойкость – это способность металла сопротив­ляться окалинообразованию при высоких температурах.

Трубные элементы паровых котлов изготавливаются из труб, поставляемых по ГОСТ 8731–87, ГОСТ 8733–87, ТУ 14–3–460–75 и ТУ 14–3–190–73.

Химический состав, механические свойства, а также ре­зультаты технологических испытаний и металлографиче­ских исследований труб должны отвечать требованиям ука­занных стандартов и технических условий.   

При заказе труб по ТУ 14–3–190–73 необходимо руковод­ствоваться следующим: партия должна состоять из труб, изготовленных из стали одной плавки; при механических испытаниях труб должен определяться предел текучести; для труб с толщиной стенки 12 мм и более обязательны определение относительного сужения ударной вязкости и кон­троль макроструктуры; трубы диаметром до 114 мм вклю­чительно должны подвергаться испытанию на сплющива­ние; применение труб, изготовляемых из слитка, не допускается.

Стальные бесшовные горячекатаные трубы поставля­ются по ГОСТ 8731–87, а стальные бесшовные холоднотя­нутые, теплотянутые, холоднокатаные и теплокатаные трубы из углеродистой и низколегированных сталей – по ГОСТ 8733–87.

Трубы из углеродистой стали могут поставляться без термической обработки, если температура конца проката не ниже 850–875 ºС. В случае, если температура была ни­же  или труба проходила прокатку или волочение в холод­ном состоянии, обязательна термическая обработка. Все трубы из легированных сталей подвергаются термической обработке, режим которой указывается в технических ус­ловиях на трубы.

По ТУ 14–3–460–75 поставляются бесшовные трубы для котлов и трубопроводов высокого и сверхкритического дав­ления. Трубы изготавливаются из катаной, кованой, обод­ранной, сверленой или несверленой заготовок из углеродис­тых, легированных и высоколегированных сталей 20, 15ГС, 15ХМ, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 12Х2МФСР, 12Х11В2МФ и 12Х18Н12Т.

Стали для труб должны выплавляться в электрических или мартеновских печах с применением обработки жидким синтетическим шлаком в ковше.

По ТУ 14–3–460–75 изготавливают горячекатаные трубы с наружным диаметром от 57 до 465 мм и толщиной стенки от 3,5 до 60 мм, а также холоднокатаные и теплокатаные трубы с наружным диаметром от 10 до 108 мм и толщиной стенки от 2 до 13 мм.

Химический состав металла труб должен удовлетворять требованиям, приведенным в табл. 4.1.

Контроль качества термической обработки труб из ста­лей 12Х1МФ, 15Х1М1Ф и 12Х2МФСР производится по эта­лонам шкал, прилагаемым к ТУ 14-3–460–75. Размер зерен металла труб из стали 12X18Н12Т должен быть в пределах от 3 до 7 баллов (по ГОСТ 5639–82).

Для обозначения марок легирующих сталей использует­ся буквенно–цифровая система. Каждый легирующий эле­мент обозначается прописной буквой:

Цифры, следующие за буквой, указывают примерное со­держание легирующих элементов в процентах. Если в ста­ли содержится менее 1 % легирующего элемента, то цифра не ставится. При содержании легирующего элемента от 1 до 2% после буквы ставят цифру 1. Двухзначное число в начале марки стали обозначает содержание углерода в сотых долях процента.

В хромомолибденованадиевой стали 12Х1МФ содержит­ся около 0,12% углерода, 1,1% хрома, 0,3% молибдена и 0,2 % ванадия.

Установлено, что имеющаяся в стали добавка ванадия препятствует разупрочняющим процессам и прежде всего, тормозит нежелательное перераспределение атомов молиб­дена при высокой температуре. Кроме того, частицы карби­да ванадия препятствуют внутрикристаллитным перемещениям, благодаря чему скорость ползучести у стали 12Х1МФ оказывается меньшей, чем у применявшихся до нее марок стали 12МХ, 15ХМ и др.

Таблица 4.1 – Химический состав металла труб, поставляемых по ТУ 14–3–460–75

* Сталь 12Х2МФСР содержит 0,002–0,005 % бора.

** Сталь 12Х18Н12Т содержит добавку титана в количестве от (С–0,02)·5 до 0,70 %, где С – содержание углерода, %.

Предельная допустимая температура зависит от марки стали и назначения деталей (табл. 4.2).

Таблица 4.2 – Предельные температуры труб поверхностей нагрева, коллекторов и трубопроводов в пределах котла

ПРИМЕЧАНИЯ:

1. Трубы из стали 20, поставляемые по ГОСТ 8731–87, ГОСТ 8733–87 и ТУ 14–3–190–74, должны применяться для поверхностей нагрева и коллекторов при температуре стенки до 450 ºС и давлении до 6 МПа и для трубопроводов в пределах котла при температуре стенки до 425 ºС и давлении до 4 МПа.

2. Предельные температуры при сжигании различных видов топлива должны
выбираться с учетом ограничений, приведенных в "Руководящих указаниях по
учету жаростойкости легированных сталей для труб поверхностей нагрева паро­вых котлов" и в РТМ 24.030.49–75.

3. Предельная температура для труб поверхностей нагрева при сжигании
сернистых мазутов не должна быть более 620 ºС для стали 12Х11В2МФ и более
610 ºС для стали 12Х18Н12Т.

Трубные элементы котлов изготавливаются в соответ­ствии с техническими условиями и рабочими чертежами по технологии или инструкции завода–изготовителя.

При изготовлении необходимо следить, чтобы трубные элементы отвечали требованиям ОСТ 108.030.40–9, Пра­вил Госгортехнадзора СССР, а в части подготовки под сварку, сварки, термической обработки и контроля сварных соединений – также требованиям ОСТ 108.940.102–79, ОП № 501ЦД–75 и ОСТ 108.940.103–79.

Маркировка труб, изготавливаемых по государственным стандартам, должна проводиться по ГОСТ 10692–80.

Маркировка труб, изготавливаемых по техническим ус­ловиям, должна наноситься следующим образом; на одном из концов трубы 0 25 мм и более толщиной стенки не ме­нее 3 мм на расстоянии не более 1 м от среза трубы нано­сятся товарный знак, марка стали и номер партии; на од­ном из концов трубы 0 114 мм и более наносятся товарный знак, марка стали, номер партии и номер трубы. В случае обрезки концов труб заводу–изготовителю предоставле­но право переноса маркировки с соответствующим офор­млением разрешения ОТК.

На заводе–изготовителе трубы, поставляемые по ТУ 14–3–460–75, должны маркироваться по всей длине продоль­ной полосой несмываемой краской, чтобы не перепутать трубы из разных сталей.

Цвет полосы соответствует марке стали (кроме 12Х11В2МФ):

Маркировка труб диаметром менее 20 мм производится кольцевыми    полосами через каждые 2 м по всей длине трубы.