Qué son los tubos de caldera sin costura y cómo se fabrican?

Qué son los tubos sin costura para calderas?

Los tubos sin costura para calderas son tuberías específicas para calderas, fabricadas mediante un proceso de producción sin costura. Están fabricados con acero al carbono o acero aleado rigurosamente seleccionado, y su composición de acero cumple con estrictas normas (como ASTM A355, ASTM A213 y GB 5310). Gracias a la ausencia de cordones de soldadura, poseen una mayor resistencia y fiabilidad, lo que los hace adecuados para condiciones de operación rigurosas con altas temperaturas, altas presiones y tensiones cíclicas.

Durante el funcionamiento de la caldera, estos tubos están constantemente expuestos a gases de combustión a alta temperatura y vapor a alta presión, lo que los hace vulnerables a la oxidación, la corrosión y la fluencia. Por lo tanto, los tubos sin costura para calderas deben poseer simultáneamente las siguientes propiedades clave:

● Excelente resistencia a altas temperaturas y a la fluencia: No deben sufrir deformaciones plásticas excesivas ni agrietarse durante el funcionamiento prolongado a altas temperaturas.
● Buena resistencia a la oxidación y la corrosión: Deben resistir la oxidación del vapor a alta temperatura y la corrosión lateral de los gases de combustión (como la corrosión por azufre y la corrosión por vanadio).

● Estabilidad microestructural durante un servicio prolongado: La microestructura interna se mantiene estable a altas temperaturas prolongadas, lo que evita una rápida degradación del rendimiento.

Aplicaciones: Los tubos sin costura para calderas se utilizan principalmente en componentes clave que soportan presión en calderas de centrales térmicas y calderas industriales, como sobrecalentadores, recalentadores, muros de agua, economizadores, colectores y tuberías principales de vapor. Se utilizan ampliamente en las industrias eléctrica, química y energética.

Clasificación y usos de los tubos para calderas:

Se clasifican generalmente según las condiciones de operación (temperatura, presión) y la calidad del material:

1. Clasificación por condiciones de operación

Tubos para calderas de media y baja presión: Las temperaturas de operación suelen ser ≤450 ℃ y las presiones son relativamente bajas. Se utilizan principalmente en la fabricación de muros de agua, economizadores, tubos de agua hirviendo y sobrecalentadores de baja temperatura. Los materiales comunes son el acero al carbono 20G y SA210-C.

Tubos de caldera de alta presión y superiores: Las temperaturas de funcionamiento suelen ser superiores a 450 °C y las presiones son más altas. Se utilizan en la fabricación de sobrecalentadores, recalentadores y tuberías principales de vapor de alta temperatura. Se suelen emplear materiales que requieren mayor resistencia térmica y estabilidad estructural, como acero de baja aleación (como el 15CrMoG), acero martensítico resistente al calor (como el T/P91) y diversos aceros inoxidables austeníticos (como el TP347H y el Super304H).

2. Clasificación por grado del material

a. Tubos de caldera de acero al carbono

El material más básico para tubos de caldera, con ausencia total o mínima de elementos de aleación. Ofrecen el menor costo, excelente procesamiento y rendimiento de soldadura, pero presentan una resistencia a altas temperaturas y una resistencia a la oxidación limitadas. Son adecuados para condiciones de baja temperatura y baja presión.

Grados típicos: 20G (GB 5310), SA210-A1/C.

Aplicaciones principales (≤450 ℃): Economizadores, paredes refrigeradas por agua y sobrecalentadores de baja temperatura en calderas industriales y de centrales eléctricas.

b. Tubos de caldera de acero de baja aleación resistente al calor

A partir de acero al carbono, se le añaden elementos de aleación compuestos principalmente por cromo (Cr), molibdeno (Mo) y vanadio (V), lo que mejora significativamente la resistencia a temperatura media, la resistencia a la fluencia y cierta resistencia a la oxidación del material. Adecuado para condiciones de operación de temperatura y presión medias, es el material principal para calderas subcríticas y de parámetros más bajos.

Grados típicos: 15CrMoG, 12Cr1MoVG, T/P22. 

Principales áreas de aplicación (450 °C a 580 °C): Sobrecalentadores de media temperatura, recalentadores, colectores, tuberías principales de vapor.

c. Tubos de caldera de acero martensítico resistente al calor

Se logra mediante un mayor contenido de cromo y una microaleación compuesta de múltiples elementos (V, Nb, N, etc.), seguida de normalización y revenido a alta temperatura para obtener una estructura martensítica revenida. Su resistencia a la fluencia a alta temperatura es de 2 a 3 veces superior a la del acero de baja aleación, y su resistencia a la oxidación también mejora significativamente. Adecuado para unidades avanzadas de alta temperatura y alta presión, es un material clave para alcanzar parámetros supercríticos y ultrasupercríticos.

Grados típicos: T/P91, T/P92.

Principales áreas de aplicación (580 °C a 620 °C): Sobrecalentadores de alta temperatura, tuberías de recalentadores y tuberías principales de vapor y de recalentamiento de gran diámetro.

d. Tubos de acero inoxidable austenítico para calderas

Gracias a su alto contenido en cromo y níquel, poseen una excelente resistencia a la oxidación y la corrosión, lo que los hace adecuados para los entornos corrosivos de alta temperatura más exigentes.

Calidades típicas: TP304H, TP347H, Super304H, HR3C. 

Principales aplicaciones (hasta 650 °C y superiores): Bancos de tubos en la última etapa del sobrecalentador y recalentador de calderas ultrasupercríticas, donde las temperaturas de los gases de combustión son más altas y la corrosión es más severa.

Indicadores de rendimiento clave: 

Las propiedades mecánicas de los tubos de calderas son indicadores cruciales para garantizar el rendimiento final del acero. Dependen de la composición química del acero y del sistema de tratamiento térmico (p. ej., normalizado + revenido). Las normas para tubos de acero especifican las propiedades de tracción (resistencia a la tracción, límite elástico o punto de fluencia, elongación), dureza y tenacidad, así como los requisitos de rendimiento a altas y bajas temperaturas (resistencia a la fluencia, resistencia a la fatiga), según los requisitos de cada aplicación.

Cómo se fabrican los tubos sin costura para calderas?

1. Principales métodos de fabricación

● Proceso de laminado en caliente (extrusión): Este es el proceso principal. El proceso es el siguiente: Palanquilla redonda → Calentamiento → Perforación → Laminado/Extrusión → Dimensionado → Enfriamiento → Enderezado → Posprocesamiento.
Características del proceso: Alta eficiencia de producción, aplicable a la mayoría de las especificaciones.

● Proceso de estirado en frío (laminado): Basado en tubos laminados en caliente. El proceso es el siguiente: Palanquilla → Recocido → Decapado → Recubrimiento de la capa lubricante → Estirado en frío multipaso (laminado) → Tratamiento térmico.
Características del proceso: Permite obtener tubos con una precisión dimensional extremadamente alta y un mejor acabado superficial.

2. Procesos Clave de Tratamiento Térmico

El tratamiento térmico es fundamental para mejorar y estabilizar el rendimiento de los tubos de acero sin costura, especialmente en el caso de los tubos de acero aleado:

a. Normalizado + Revenido: Es el proceso de tratamiento térmico más utilizado para tubos de calderas de alta presión. El normalizado (calentamiento seguido de enfriamiento por aire) homogeneiza la microestructura y refina los granos; el revenido se utiliza para eliminar tensiones, estabilizar la microestructura y obtener el mejor equilibrio entre resistencia y tenacidad.
b. Temple + Revenido: Se utiliza principalmente para aceros martensíticos (como el P91). El temple produce martensita de alta resistencia, seguido del revenido a alta temperatura para mejorar la tenacidad, dando como resultado un producto que combina alta resistencia con suficiente ductilidad.
c. Recocido: Se utiliza principalmente para ablandar tubos, eliminar tensiones internas o para el endurecimiento por acritud, mejorando la maquinabilidad.

3. Acabado e inspección

Tras el tratamiento térmico de conformado, cada tubo de acero se somete a rigurosas pruebas no destructivas (ultrasónicas, corrientes de Foucault, rayos X), pruebas hidrostáticas, pruebas de propiedades mecánicas y análisis metalográfico para garantizar que cumple con los requisitos de la norma.

Cómo elegir el material adecuado para los tubos de caldera?

Para elegir el material adecuado para los tubos de caldera, es necesario considerar los siguientes factores:

1. Parámetros de diseño: La temperatura y la presión de funcionamiento son los principales factores determinantes. La temperatura determina la resistencia a la fluencia y la oxidación requeridas por el material; la presión afecta el espesor de pared y los requisitos de resistencia del material.

2. Entorno del medio: Analice la composición de los gases de combustión (azufre, cloro, vanadio, etc.) y la calidad del vapor para evaluar los riesgos de corrosión y oxidación, y seleccione materiales con la resistencia adecuada. Para entornos altamente corrosivos, se debe priorizar el acero inoxidable con alto contenido de cromo (como TP347H y HR3C).

3. Normas y especificaciones: El proyecto debe cumplir con las normas nacionales (p. ej., GB 5310), las normas industriales o las normas internacionales (p. ej., ASME SA213/SA335) especificadas para el proyecto. Estas normas detallan todos los requisitos técnicos, incluyendo la composición química, las propiedades mecánicas y los métodos de ensayo de los materiales.

4. Proceso y coste: Considere la soldabilidad, la maquinabilidad y el coste del ciclo de vida de los materiales. Si bien los materiales avanzados pueden tener costes iniciales más elevados, pueden resultar más económicos debido a su menor espesor de pared, mayor eficiencia o mayor vida útil.

Asesoramiento profesional: Para la selección de materiales para componentes críticos, se recomienda encarecidamente consultar con un ingeniero de materiales profesional o colaborar con un proveedor cualificado para realizar una evaluación técnica basada en los parámetros de diseño específicos y el entorno operativo.

Conclusión: 

Los tubos sin costura para calderas son componentes críticos que soportan presión en los sistemas de calderas. Su selección y fabricación de materiales se centran en la resistencia a altas temperaturas, la resistencia a la corrosión, la estabilidad estructural y la fiabilidad del proceso. La selección correcta de materiales y especificaciones que cumplan con las condiciones de operación y el estricto cumplimiento de las normas y procedimientos de prueba pertinentes son fundamentales para garantizar el funcionamiento seguro y eficiente a largo plazo de la caldera.

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