Увод и услови рада
Челичне плоче за котлове, познате и као челичне плоче за посуде под притиском, су специјализовани топло ваљани челични производи пројектовани посебно за конструкцију котлова, посуда под притиском и измењивача топлоте. За разлику од конструкцијског челика дизајнираног да носи статичка оптерећења у зградама, челичне плоче за котлове морају истовремено издржати два екстремна услова: велики унутрашњи притисак и брзе флуктуације температуре . Ове плоче обично раде на средњим температурама (испод 350°Ц) под високим притиском, а такође су подложне ударним оптерећењима, напонима од замора и корозији од воде и гасова. Захтевно радно окружење захтева плоче изузетне чврстоће, жилавости, заварљивости и отпорности на пузање и замор. Сходно томе, челичне плоче за котлове се производе под строгим контролама квалитета са минималним нечистоћама—посебно сумпором и фосфором—како би се осигурала висока чистоћа и поуздан рад у екстремним условима.
Класификација према врсти материјала и температури
Челичне плоче за котлове су класификоване у две основне категорије на основу састава материјала и опсега радне температуре: плоче од угљеничног челика и плоче од легираног челика. Котловске плоче од угљеничног челика се обично користе за рад на умереним температурама и даље се деле на опште класе угљеничног челика (као што су 20г и 22Мнг) и угљен-манган класе дизајниране за повишене температуре. Широко призната АСТМ А516/АСМЕ СА516 спецификација покрива плоче од угљеничног челика за умерене и ниже температуре, доступне у више нивоа чврстоће укључујући Граде 60, Граде 65 и Граде 70. Котловске плоче од легираног челика су формулисане од хрома и молибдена да издрже веће температуре и притиске. АСТМ А387/АСМЕ СА387 покрива челичне плоче од легуре хром-молибдена намењене првенствено за заварене котлове и посуде под притиском дизајниране за рад на повишеним температурама. АСТМ А204/АСМЕ СА204 специфицира челичне плоче од легуре угљен-молибдена доступне у разредима А, Б и Ц. Кинески стандард ГБ/Т 713 категорише челик за котлове у челик од угљеника-мангана на собној/средњој температури (20г, 22Мнг) и високотемпературни хром-Мог челик (15б) 12Цр1МоВг). Додатни разреди легуре укључују 13МнНиМоР и 15ЦрМоР за захтевне примене посуда под притиском.
Кључни међународни стандарди и системи спецификација
Челичне плоче за котлове се производе у складу са ригорозним међународним стандардима који дефинишу хемијски састав, механичка својства, методе испитивања и толеранције димензија. Најшире прихваћени стандарди укључују америчке АСТМ/АСМЕ спецификације, европски ЕН 10028 и кинески ГБ/Т 713.
АСТМ /АСМЕ систем пружа свеобухватан оквир за челик за котлове и посуде под притиском. АСТМ А20/А20М служи као општа спецификација захтева за челичне плоче за посуде под притиском, наводећи процедуре испитивања, дозвољене варијације димензија, захтеве квалитета и обележавање. АСТМ А516/АСМЕ СА516 је доминантна спецификација угљеничног челика за умерене и ниже температуре. АСТМ А515/АСМЕ СА515 покрива карбонско-силицијумске челичне плоче за рад на средњим и вишим температурама у завареним котловима. АСТМ А387/АСМЕ СА387 специфицира плоче од легуре хром-молибдена за рад на повишеним температурама. АСТМ А203/АСМЕ СА203 покрива челичне плоче од легуре никла за апликације на ниским температурама.
Европски стандард ЕН 10028 подељен је на више делова који покривају различите врсте материјала. ЕН 10028-2 специфицира нелегиране и легиране челике са специфицираним својствима повишене температуре; П355ГХ је широко коришћена класа према овом стандарду, позната по добрим перформансама при високим температурама и одличној механичкој стабилности. ЕН 10028-3 покрива ситнозрнате челике за рад на ниским температурама; ЕН 10028-4 се односи на челик од легуре никла; а ЕН 10028-5 и ЕН 10028-6 покривају конструкцијске челике високе чврстоће за посуде под притиском.
Кинески стандард ГБ/Т 713 специфицира челичне плоче за котлове и посуде под притиском, покривајући разреде укључујући К245Р, К345Р, К370Р и напредне разреде као што су 19Мнг и 22Мнг развијене за подкритичне захтеве котлова.
Критичне особине материјала и захтеви за перформансе
Челичне плоче за котлове морају задовољити строге захтеве у погледу својстава материјала како би се обезбедио сигуран и поуздан рад у екстремним условима. Висока чврстоћа је неопходна да би издржала огроман унутрашњи притисак паре, гасова или течности, спречавајући пластичну деформацију или катастрофално пуцање. Граница течења и затезна чврстоћа су специфицирани за сваки разред, са типичним вредностима у распону од 235 МПа за ниже класе до преко 485 МПа за челик разреда 70.
Одлична жилавост и отпорност на удар су критичне, посебно на ниским температурама. АСТМ А516 Граде 70 нуди одличну отпорност на зарезе за рад испод температуре околине. Захтеви за испитивање на удар варирају у зависности од степена и дебљине, са минималним вредностима енергије удара специфицираним за температуре до -46°Ц.
Врхунска заварљивост је неопходна, јер се компоненте котла и посуде под притиском обично склапају заваривањем. Ниске вредности еквивалента угљеника минимизирају ризик од пуцања водоником у зони погођеној топлотом. За класе хром-молибдена, обично је потребно предгревање и термичка обрада након заваривања да би се спречило пуцање и обезбедила одговарајућа механичка својства.
Отпорност на пузање је критична за плоче које су изложене повишеним температурама током дужег периода. АСТМ А387/А387М стандард се посебно бави феритним челицима са повећаном чврстоћом при пузању за рад на високим температурама. Отпорност на корозију је подједнако важна, јер су котловске плоче изложене води, пари и потенцијално корозивним гасовима. Висока чистоћа са минималним садржајем сумпора и фосфора помаже у спречавању пуцања удубљења и корозије под напоном.
Доступност димензија обухвата широк распон: дебљине обично од 3 мм до 600 мм, ширине од 1200 мм до 4200 мм и дужине до 18 000 мм.
Главне индустријске примене и сектори крајње употребе
Челичне плоче за котлове су незамјењиви материјали у бројним тешким индустријама гдје је потребно задржавање под високим притиском и високом температуром. У сектору производње електричне енергије , ове плоче се користе за производњу бубњева за котлове, парне бубњеве, колектора прегрејача и делова под притиском за термоелектране, нуклеарне реакторе и постројења за претварање отпада у енергију. Захтевни услови суперкритичних и ултра-суперкритичних котлова захтевају напредне оцене као што су 19Мнг и 22Мнг.
У петрохемијској и хемијској индустрији , котловске плоче су неопходне за производњу реактора, измењивача топлоте, дестилационих колона, сепаратора, резервоара за складиштење (укључујући сферне резервоаре за ТНГ и ЛНГ) и куле за синтезу амонијака. Класови хром-молибдена као што су 15ЦрМоР и 13МнНиМоР су специфицирани за употребу водоника на високим температурама у рафинеријској опреми.
Сектор нафте и гаса се ослања на челичне плоче за котлове за посуде под притиском у узводним, средњим и низводним операцијама, укључујући сепараторе, бубњеве за избацивање и опрему за прераду гаса. Ове плоче такође служе у хидроелектранама за цевоводе високог притиска и спирална кућишта турбина.
Поред ових примарних сектора, котловске плоче се широко користе у фармацеутској и прехрамбеној опреми која захтева санитарне посуде под притиском, као иу бродоградњи за помоћне котлове и компоненте које садрже притисак. Нуклеарна индустрија специфицира специјализоване класе, укључујући челичне плоче од 9% легуре никла, за реакторске посуде под притиском и заштитне структуре.
Смернице за избор материјала и најбоље праксе
Избор одговарајуће челичне плоче за котао захтева пажљиво разматрање радне температуре, пројектованог притиска, корозивног окружења и захтева производње. За умерене и ниске температуре (испод приближно 350°Ц), обично су довољне плоче од угљеничног челика као што су АСТМ А516 Граде 70 или кинески К245Р. За рад на повишеним температурама, специфицирани су челици од легуре хром-молибдена као што је АСТМ А387 степен 11, 22 или 91. Феритни челици са повећаном чврстоћом пузања (ЦСЕФ) су посебно погодни за ултра-суперкритичне котлове где температуре прелазе 600°Ц.
За примену на ниским температурама (испод -20°Ц), челици од легуре никла као што је АСТМ А203 или челик са 9% никла обезбеђују неопходну жилавост и отпорност на крто ломљење. Када се ради о заваривању, варијанте са ниским садржајем угљеника (нпр. 304Л, 316Л) се препоручују за аустенитне плоче од нерђајућег челика како би се спречила преосетљивост и интергрануларна корозија. Одговарајуће процедуре заваривања, укључујући предгревање и термичку обраду након заваривања, где је потребно, су од суштинског значаја за одржавање својстава материјала. Обезбеђење квалитета треба да обухвати извештаје о испитивању млина, испитивање без разарања и, где је наведено, инспекцију треће стране.
