صفحات فولادی بویلر: طبقه بندی جامع، استانداردهای مواد و کاربردهای صنعتی

مقدمه و شرایط بهره برداری

صفحات فولادی بویلر، همچنین به عنوان صفحات فولادی مخازن تحت فشار شناخته می شوند، محصولات فولادی نورد گرم تخصصی هستند که به طور خاص برای ساخت دیگ های بخار، مخازن تحت فشار و مبدل های حرارتی مهندسی شده اند. برخلاف فولاد سازه‌ای که برای تحمل بارهای ساکن در ساختمان‌ها طراحی شده‌اند، صفحات فولادی دیگ بخار باید دو شرایط شدید را به طور همزمان تحمل کنند: فشار داخلی عظیم و نوسانات سریع دما . این صفحات معمولاً در دماهای متوسط ​​(زیر 350 درجه سانتیگراد) تحت فشار بالا کار می کنند، در حالی که در معرض بارهای ضربه ای، تنش های خستگی و خوردگی ناشی از آب و گازها هستند. محیط کاری سخت نیازمند صفحاتی با استحکام، چقرمگی، جوش پذیری استثنایی و مقاومت در برابر خزش و خستگی است. در نتیجه، صفحات فولادی بویلر تحت کنترل‌های کیفی دقیق با حداقل ناخالصی‌ها - به‌ویژه گوگرد و فسفر - ساخته می‌شوند تا از خلوص بالا و عملکرد قابل اطمینان در شرایط سخت اطمینان حاصل شود.

طبقه بندی بر اساس نوع مواد و خدمات دما

صفحات فولادی بویلر بر اساس ترکیب مواد و محدوده دمای عملیاتی به دو دسته اصلی طبقه بندی می شوند: صفحات فولاد کربنی و صفحات فولادی آلیاژی. صفحات دیگ بخار کربنی معمولاً برای سرویس در دمای متوسط ​​مورد استفاده قرار می گیرند و بیشتر به گریدهای فولاد کربنی عمومی (مانند 20 گرم و 22 Mng) و گریدهای کربن- منگنز طراحی شده برای دماهای بالا تقسیم می شوند. مشخصات شناخته شده ASTM A516/ASME SA516 صفحات فولاد کربنی را برای خدمات با دمای متوسط ​​و پایین پوشش می‌دهد، که در درجه‌های مقاومتی مختلف از جمله درجه 60، درجه 65 و درجه 70 موجود است. صفحات دیگ‌های فولادی آلیاژی با کروم و مولیبدن برای تحمل دما و فشار بالاتر فرموله شده‌اند. ASTM A387/ASME SA387 صفحات فولادی با آلیاژ کروم-مولیبدن را پوشش می دهد که عمدتاً برای دیگ های جوش داده شده و مخازن تحت فشار طراحی شده برای خدمات دمای بالا طراحی شده اند. ASTM A204/ASME SA204 صفحات فولاد آلیاژی کربن-مولیبدن موجود در گریدهای A، B، و C را مشخص می کند. استاندارد چینی GB/T 713، فولاد دیگ بخار را به فولادهای کربن-منگنزی اتاق/متوسط (20 گرم، 22 مگاوگان گرم) و فولاد با دمای بالا در دمای 15 درجه سانتی گراد طبقه بندی می کند. 12Cr1MoVg). گریدهای آلیاژ اضافی شامل 13MnNiMoR و 15CrMoR برای کاربردهای مخازن تحت فشار می باشد.

استانداردهای کلیدی بین المللی و سیستم های مشخصات

صفحات فولادی بویلر بر اساس استانداردهای بین المللی دقیقی تولید می شوند که ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی، روش های آزمایش و تحمل ابعادی را تعریف می کنند. رایج ترین استانداردهای پذیرفته شده شامل ASTM/ASME آمریکایی، مشخصات EN 10028 اروپایی و GB/T 713 چینی است..

سیستم ASTM /ASME چارچوبی جامع برای فولادهای دیگ بخار و مخازن تحت فشار فراهم می کند. ASTM A20/A20M به عنوان مشخصات الزامات عمومی برای صفحات فولادی برای مخازن تحت فشار، تشریح روش های آزمایش، تغییرات ابعادی مجاز، الزامات کیفیت و علامت گذاری عمل می کند. ASTM A516/ASME SA516 مشخصات فولاد کربنی غالب برای خدمات با دمای متوسط ​​و پایین تر است. ASTM A515/ASME SA515 صفحات فولادی کربن-سیلیکونی را برای سرویس های دمای متوسط ​​و بالاتر در دیگ های جوش داده شده پوشش می دهد. ASTM A387/ASME SA387 صفحات آلیاژ کروم-مولیبدن را برای سرویس در دمای بالا مشخص می کند. ASTM A203/ASME SA203 صفحات فولادی با آلیاژ نیکل را برای کاربردهای در دمای پایین پوشش می دهد.

استاندارد اروپایی EN 10028 به چندین بخش تقسیم می شود که انواع مواد مختلف را پوشش می دهد. EN 10028-2 فولادهای غیر آلیاژی و آلیاژی را با خواص دمای بالا مشخص می کند. P355GH یک درجه پرکاربرد تحت این استاندارد است که به دلیل عملکرد خوب در دمای بالا و پایداری مکانیکی عالی شناخته شده است. EN 10028-3 فولادهای ریزدانه را برای سرویس در دمای پایین پوشش می دهد. EN 10028-4 به فولادهای آلیاژی نیکل می پردازد. و EN 10028-5 و EN 10028-6 فولادهای سازه ای با مقاومت بالا را برای مخازن تحت فشار پوشش می دهند.

استاندارد چینی GB/T 713 صفحات فولادی دیگ بخار و مخازن تحت فشار را مشخص می کند که درجات شامل Q245R، Q345R، Q370R و گریدهای پیشرفته مانند 19Mng و 22Mng را که برای نیازهای دیگ بخار زیر بحرانی ساخته شده اند، پوشش می دهد.

ویژگی های مهم مواد و الزامات عملکرد

صفحات فولادی بویلر باید الزامات خاصیت مواد را برآورده کنند تا از عملکرد ایمن و قابل اطمینان در شرایط شدید اطمینان حاصل شود. استحکام بالا برای مقاومت در برابر فشار داخلی شدید بخار، گازها یا مایعات ضروری است و از تغییر شکل پلاستیک یا ترکیدن فاجعه‌بار جلوگیری می‌کند. استحکام تسلیم و استحکام کششی برای هر گرید مشخص شده است، با مقادیر معمولی از 235 مگاپاسکال برای گریدهای پایین تر تا بیش از 485 مگاپاسکال برای فولاد درجه 70.

چقرمگی عالی و مقاومت در برابر ضربه بسیار مهم است، به ویژه در دماهای پایین. ASTM A516 Grade 70 چقرمگی بریدگی عالی را برای سرویس زیر دمای محیط ارائه می دهد. الزامات آزمایش ضربه بر اساس درجه و ضخامت متفاوت است، با حداقل مقادیر انرژی ضربه برای دماهای پایین -46 درجه سانتیگراد مشخص شده است.

جوش پذیری برتر ضروری است، زیرا اجزای دیگ بخار و مخازن تحت فشار معمولاً از طریق جوشکاری مونتاژ می شوند. مقادیر کم کربن معادل خطر ترک خوردگی ناشی از هیدروژن در منطقه تحت تأثیر حرارت را به حداقل می رساند. برای گریدهای کروم مولیبدن، پیش گرمایش و عملیات حرارتی پس از جوش معمولاً برای جلوگیری از ترک خوردن و اطمینان از خواص مکانیکی مناسب مورد نیاز است.

مقاومت در برابر خزش برای صفحاتی که در مدت طولانی در معرض دماهای بالا قرار می گیرند بسیار مهم است. استاندارد ASTM A387/A387M به طور خاص به فولادهای فریتی افزایش یافته با مقاومت خزشی برای خدمات در دمای بالا می پردازد. مقاومت در برابر خوردگی به همان اندازه مهم است، زیرا صفحات دیگ در معرض آب، بخار و گازهای بالقوه خورنده هستند. خلوص بالا با حداقل مقدار گوگرد و فسفر به جلوگیری از ترک خوردگی حفره ای و تنشی کمک می کند.

در دسترس بودن ابعاد طیف وسیعی را شامل می شود: ضخامت معمولاً از 3 میلی متر تا 600 میلی متر، عرض از 1200 میلی متر تا 4200 میلی متر و طول تا 18000 میلی متر.

کاربردهای صنعتی عمده و بخش های مصرف نهایی

صفحات فولادی بویلر مواد ضروری در صنایع سنگین متعددی هستند که در آنها فشار بالا و دمای بالا مورد نیاز است. در بخش تولید برق ، از این صفحات برای ساخت درام های دیگ بخار، درام های بخار، هدرهای سوپرهیتر و قطعات تحت فشار نیروگاه های حرارتی، راکتورهای هسته ای و تاسیسات تبدیل زباله به انرژی استفاده می شود. شرایط سخت بویلرهای فوق بحرانی و فوق بحرانی به گریدهای پیشرفته مانند 19Mng و 22Mng نیاز دارد.

در صنایع پتروشیمی و شیمیایی ، صفحات بویلر برای ساخت راکتورها، مبدل های حرارتی، ستون های تقطیر، جداکننده ها، مخازن ذخیره سازی (از جمله مخازن کروی برای LPG و LNG) و برج های سنتز آمونیاک ضروری هستند. گریدهای کروم-مولیبدن مانند 15CrMoR و 13MnNiMoR برای سرویس هیدروژن در دمای بالا در تجهیزات پالایشگاهی مشخص شده اند.

بخش نفت و گاز متکی به صفحات فولادی دیگ بخار برای مخازن تحت فشار در عملیات بالادستی، میانی و پایین دستی از جمله جداکننده ها، درام های ضربه ای و تجهیزات پردازش گاز است. این صفحات همچنین در نیروی برق آبی برای پنستوک های فشار بالا و کیس های مارپیچ توربین استفاده می شوند.

فراتر از این بخش های اولیه، صفحات دیگ بخار به طور گسترده در تجهیزات دارویی و فرآوری مواد غذایی که نیاز به مخازن تحت فشار بهداشتی دارند، و همچنین در کشتی سازی برای دیگ های کمکی و قطعات حاوی فشار استفاده می شود. صنعت هسته ای گریدهای تخصصی از جمله صفحات فولادی با آلیاژ نیکل 9% را برای مخازن تحت فشار راکتور و سازه های مهاری مشخص می کند.

دستورالعمل های انتخاب مواد و بهترین شیوه ها

انتخاب صفحه فولادی مناسب دیگ نیاز به بررسی دقیق دمای سرویس، فشار طراحی، محیط خوردگی و الزامات ساخت دارد. برای خدمات با دمای متوسط ​​و پایین (زیر حدود 350 درجه سانتیگراد)، صفحات فولاد کربنی مانند ASTM A516 Grade 70 یا چینی Q245R معمولاً کافی هستند. برای سرویس در دمای بالا، فولادهای آلیاژی کروم-مولیبدن مانند ASTM A387 درجه 11، 22، یا 91 مشخص شده است. فولادهای فریتی افزایش یافته با مقاومت خزشی (CSEF) به ویژه برای کاربردهای دیگ بخار فوق بحرانی که در آن دما از 600 درجه سانتیگراد فراتر می رود مناسب است.

برای کاربردهای در دمای پایین (زیر 20- درجه سانتیگراد)، فولادهای آلیاژی نیکل مانند ASTM A203 یا فولاد نیکل 9 درصد چقرمگی و مقاومت لازم را در برابر شکست شکننده فراهم می کنند. هنگام جوشکاری، انواع کم کربن (به عنوان مثال، 304L، 316L) برای صفحات فولادی ضد زنگ آستنیتی توصیه می شود تا از ایجاد حساسیت و خوردگی بین دانه ای جلوگیری شود. روش های جوشکاری مناسب، از جمله پیش گرم کردن و عملیات حرارتی پس از جوش در صورت نیاز، برای حفظ خواص مواد ضروری است. تضمین کیفیت باید شامل گزارش های آزمایش آسیاب، بررسی غیر مخرب، و در صورت مشخص شدن، بازرسی شخص ثالث باشد.