Tubos de acero sin costura para centrales térmicas

Cómo seleccionar tubos de acero sin costura para centrales térmicas?

Una central térmica es un entorno complejo de alta temperatura y alta presión. Las distintas partes de la planta tienen requisitos de rendimiento muy diferentes para los tubos de acero sin costura (SMLS). La selección del material debe considerar exhaustivamente la temperatura de operación, la presión, las características del medio, la seguridad y la fiabilidad operativa a largo plazo, además de considerar factores económicos. Generalmente, las tuberías se pueden clasificar en dos tipos principales según su aplicación: tuberías de alta temperatura y alta presión, y tuberías generales de baja presión.

Selección del material para tubos de acero sin costura para centrales térmicas: 

El sistema de tuberías de una central térmica se divide principalmente en dos categorías: tuberías de alta temperatura y alta presión, y tuberías generales.

1. Sistema de tuberías de alta temperatura y alta presión
Este tipo de tubería se utiliza principalmente para transportar vapor a alta temperatura y alta presión, sirviendo como la arteria principal de la central eléctrica, y requiere un rendimiento del material extremadamente alto. Sus principales aplicaciones incluyen: tuberías principales de vapor, tuberías de vapor de recalentamiento a alta temperatura, tuberías de vapor de recalentamiento a baja temperatura, colectores, tuberías de conexión, etc.

Requisitos de rendimiento de las tuberías: excelente resistencia a la fluencia y a la fatiga a alta temperatura, buena resistencia a la oxidación y a la fatiga térmica, y un rendimiento fiable de soldadura y procesamiento.

Materiales recomendados (Tubería de acero de aleación sin costura):
P91/T91 (10Cr9Mo1VNbN): Actualmente, la opción preferida para unidades subcríticas, supercríticas y algunas ultrasupercríticas. Se refuerza añadiendo elementos V, Nb y N al acero P9, lo que resulta en una resistencia a alta temperatura, resistencia a la fluencia y resistencia a la oxidación significativamente mejores que el acero P22 tradicional. Presenta un rendimiento estable a 580–620 °C y ofrece una alta rentabilidad general.

P92/T92 (10Cr9MoW2VNbN): Basado en P91, se añade aproximadamente un 1,8 % de tungsteno, lo que mejora aún más la resistencia a altas temperaturas y la resistencia a la rotura por fluencia. Adecuado para unidades ultrasupercríticas con parámetros más altos, permite temperaturas de operación aproximadamente 20-30 ℃ superiores a las del P91.

P122/T122 (11Cr-0,4Mo-2W-1CuVNb): Acero con alto contenido de cromo con excelente resistencia a la oxidación y a la corrosión a altas temperaturas, y mayor resistencia a altas temperaturas. Adecuado para unidades ultrasupercríticas avanzadas que operan a más de 620 ℃.

Materiales tradicionales aplicables:
P22 (2,25Cr-1Mo) todavía se utiliza en unidades subcríticas; 12Cr1MoVG es un acero perlítico resistente al calor comúnmente utilizado en centrales eléctricas chinas para sobrecalentadores y tuberías con temperaturas de pared ≤570 ℃.

2. Tubos de Calentamiento de Calderas
Los tubos de calentamiento de calderas más comunes incluyen principalmente: paredes refrigeradas por agua, sobrecalentadores, recalentadores y tubos economizadores. Estos son tubos internos de calderas, expuestos directamente a la radiación de la llama y a la erosión de los gases de combustión a alta temperatura, y operan en las condiciones más exigentes.

Requisitos de Rendimiento de las Tuberías: Además de la resistencia a altas temperaturas, estos tubos de acero sin costura deben poseer una resistencia extremadamente alta a la corrosión y oxidación de los gases de combustión, buena resistencia a la abrasión por cenizas volantes y un excelente rendimiento de transferencia de calor.

Selección de Materiales:
Paredes refrigeradas por agua (sección de temperatura media y baja): SA210-C (acero al carbono y al manganeso), 15CrMoG, etc.

Sobrecalentadores/recalentadores (sección de alta temperatura): Esta es una de las piezas con mayor calidad de material. Seleccione los materiales según la temperatura y el entorno de corrosión, de bajo a alto:
a. T91/P91 (rango de temperatura medio-alto);
b. TP304H, TP321H, TP316H (acero inoxidable austenítico, utilizado en rangos de alta temperatura con altos requisitos de resistencia a la oxidación y la corrosión);
c. TP347H (estabilizado con niobio, buena resistencia a la corrosión intergranular);
d. Materiales más avanzados: Super304H (18Cr-9Ni-3CuNbN) y HR3C (25Cr-20Ni-NbN). Estos dos son materiales de alto rendimiento para superficies de calentamiento de alta temperatura en unidades ultrasupercríticas. El primero es conocido por su alta resistencia, mientras que el segundo destaca por su superior resistencia a la corrosión por gases de combustión.

3. Tubos de turbinas de vapor
Los tubos de turbinas de vapor incluyen tuberías de vapor y de extracción. Aunque la temperatura y la presión del entorno siguen siendo muy altas, los requisitos de resistencia a la corrosión son relativamente inferiores a los de los tubos de calderas sin costura.

Materiales de uso común: Se suelen seleccionar materiales similares a los utilizados en las tuberías principales de vapor, como P91, P22 y 12Cr1MoVG.

4. Sistemas generales de tuberías
Los sistemas generales de tuberías se componen principalmente de tuberías de media y baja presión, que abarcan el suministro de agua, condensado, calentadores de baja presión y diversas tuberías de drenaje y descarga en condiciones de media y baja presión.

Requisitos de rendimiento de las tuberías: Buena resistencia a temperatura media, tenacidad, resistencia a la corrosión por erosión y soldabilidad.

Materiales comunes para tuberías de acero sin costura:
20G (GB 5310): La tubería sin costura de acero al carbono más utilizada, adecuada para tuberías de vapor con temperaturas de pared ≤430 ℃ y superficies de calentamiento ≤450 ℃, económica y práctica.
Q235B / Q355B (GB/T 8163): Se utiliza para transportar medios de baja presión, como agua, gas y petróleo, a temperaturas normales.
15CrMoG: Adecuado para tuberías de suministro de agua con temperaturas ligeramente superiores, con temperaturas de pared que alcanzan ≤550 °C.

Factores a considerar al seleccionar materiales para centrales térmicas:

1) Normas y especificaciones: Los materiales deben cumplir con las normas de la industria energética y las normas internacionales/nacionales del material (p. ej., ASTM A335, ASME SA213, GB 5310 de China).
2) Proceso de fabricación: Todos los componentes de alta temperatura y alta presión deben fabricarse mediante procesos sin costura (laminado en caliente o estirado en frío); las tuberías soldadas están estrictamente prohibidas.
3) Garantía de calidad: Los proveedores deben proporcionar documentos completos de certificación de calidad y realizar inspecciones de entrada, incluyendo la composición química, las propiedades mecánicas (especialmente las pruebas de fluencia a alta temperatura), ensayos no destructivos (UT, RT, etc.) y análisis metalográfico.

4) Eficiencia económica: Al tiempo que se garantiza la seguridad operativa y la vida útil (normalmente de 20 a 30 años), se debe seleccionar la solución de material con las mejores ventajas generales, considerando tanto la inversión inicial como los costes de mantenimiento a largo plazo.

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