Panoramica delle tubazioni delle centrali elettriche
Le centrali elettriche contengono estesi sistemi di tubazioni che operano nelle condizioni più impegnative del mondo industriale. Il ciclo dell'acqua a vapore- comprende tubi che trasportano acqua, vapore saturo, vapore surriscaldato e vapore di riscaldamento a temperature da ambiente a oltre 620 gradi e pressioni da sub-atmosferica (condensatore) a oltre 300 bar (caldaia ultra-supercritica). La progettazione di questi sistemi di tubazioni deve tenere conto del creep (deformazione dipendente dal tempo- ad alta temperatura), della fatica termica derivante dai cicli di avvio/arresto, dell'ossidazione del vapore (formazione di incrostazioni sulla superficie interna) e del controllo chimico dell'acqua per prevenire la corrosione e la formazione di depositi.
I codici di progettazione principali per le tubazioni delle centrali elettriche sono ASME Sezione I (Regole per la costruzione di caldaie elettriche) per i tubi delle caldaie e le tubazioni esterne della caldaia e ASME B31.1 (Power Piping) per i sistemi di tubazioni esterni alla caldaia vera e propria. Questi codici specificano le sollecitazioni ammissibili, gli spessori minimi delle pareti, i fattori di progettazione, le limitazioni dei materiali e i requisiti di prova per ciascuna condizione di servizio. La selezione dei materiali appropriati è fondamentale - il guasto di una tubazione principale del vapore in una centrale elettrica può causare danni catastrofici, interruzioni prolungate che costano milioni di dollari al giorno e potenziali perdite di vite umane.
Tubi della caldaia
I tubi della caldaia formano le superfici di trasferimento del calore che convertono l'acqua in vapore. I tubi a parete d'acqua rivestono il forno dove l'acqua viene riscaldata alla temperatura di saturazione (sezione evaporatore). Questi tubi funzionano con un flusso di calore elevato e devono resistere alla pressione interna e al contatto esterno con fiamma/cenere. Le specifiche comuni includono ASTM A178 (acciaio al carbonio saldato), A210 (acciaio al carbonio senza saldatura) e A192 (acciaio al carbonio senza saldatura per servizio ad alta-pressione). Le dimensioni tipiche sono 1,5-3" OD con spessore delle pareti 3-8 mm.
I tubi del surriscaldatore trasportano il vapore saturo dal tamburo e lo riscaldano alla temperatura di uscita richiesta (tipicamente 540-620 gradi per gli impianti moderni). Questi tubi funzionano alle temperature più elevate nella caldaia e richiedono acciai legati ad alta resistenza al-creep-. ASTM A213 T11 (1,25Cr-0,5Mo), T22 (2,25Cr-1Mo) e T91 (9Cr-1Mo-V) sono i materiali standard. T91 è il materiale preferito per le sezioni del surriscaldatore a temperatura più elevata grazie alla sua resistenza allo scorrimento viscoso e alla resistenza all'ossidazione del vapore superiori.
I tubi del riscaldatore trasportano il vapore di scarico dalla turbina ad alta-pressione alla caldaia per il riscaldamento prima di ritornare alle turbine a-pressione intermedia e a bassa-pressione. Le condizioni sono simili ai surriscaldatori ma a una pressione leggermente inferiore. I tubi dell'economizzatore preriscaldano l'acqua di alimentazione prima che entri nel tamburo della caldaia, funzionando ad alta pressione ma a temperatura moderata (300-400 gradi). I materiali standard includono acciaio al carbonio A178 e A210. Le dimensioni del tubo della caldaia variano in base al produttore e al design, ma i range tipici del diametro esterno sono 25-89 mm con spessori delle pareti di 3-12 mm.
Tubazioni principali per vapore e-alta temperatura
Il tubo principale del vapore trasporta il vapore surriscaldato dall'uscita della caldaia alla turbina ad alta-pressione. Per gli impianti subcritici (condizioni di vapore ~540 gradi, 170 bar), il materiale standard è A335 P22 (2,25Cr-1Mo). Per gli impianti supercritici (~566 gradi, 250 bar), P91 (9Cr-1Mo-V) è il materiale standard. Per gli impianti ultra-supercritici (600-620 gradi, 300+ bar), sono necessari P92 (9Cr-0,5Mo-W-V) e anche leghe a base di nichel-(Alloy 617, Alloy 625) per le sezioni a temperatura-più alta. Il tubo di riscaldamento caldo ritorna dal surriscaldatore della caldaia alla turbina a pressione intermedia a 540-620 gradi - P22 o P91 a seconda della temperatura. Il tubo di riscaldamento freddo ritorna dall'uscita della turbina ad alta pressione al riscaldatore della caldaia a 300-400 gradi - A106 Gr.B o P22 a seconda dei requisiti di progettazione.
| Tipo di pianta | Condizioni del vapore | Materiale | Programma dei tubi |
|---|---|---|---|
| Subcritico | 540 gradi/170 bar | P22 (2,25Cr-1Mo) | SCH 80-160 |
| Supercritico | 566 gradi/250 bar | P91 (9Cr-1Mo-V) | SCH 100-160 |
| Ultra-supercritico | 600-620 gradi/300+ bar | P92, lega 617 | Parete pesante personalizzata |
Selezione dei materiali per le centrali elettriche
L’evoluzione della tecnologia delle centrali elettriche ha portato allo sviluppo di materiali sempre più sofisticati. Le unità subcritiche che funzionano a 540 gradi utilizzano P22, che fornisce un'adeguata resistenza allo scorrimento viscoso e all'ossidazione fino a questa temperatura. Le unità supercritiche che operano a 566 gradi richiedono P91, che ha circa tre volte la resistenza alla rottura per scorrimento viscoso di P22 a questa temperatura, consentendo pareti più sottili che riducono lo stress termico durante l'avvio e migliorano la flessibilità dell'impianto. Le unità ultra-supercritiche richiedono materiali dalle-prestazioni più elevate: P92 per le sezioni più calde (dove l'aggiunta di tungsteno fornisce una resistenza allo scorrimento viscoso superiore del 15-20% rispetto al P91) e leghe a base di nichel-come la lega 617 (Inconel 617) per i collettori e le tubazioni alle temperature più elevate, dove la temperatura del vapore supera i 620 gradi e i requisiti di resistenza allo scorrimento possono essere soddisfatti solo da questi avanzati materiali.
I limiti di temperatura e pressione per ciascun materiale sono definiti dalle tabelle delle sollecitazioni ammissibili ASME Sezione II Parte D. La temperatura massima consentita per P22 è 593 gradi, per P91 è 649 gradi e per P92 è 649 gradi. Tuttavia, la resistenza all'ossidazione del vapore diventa un fattore limitante sopra i 600 gradi - anche se il materiale ha un'adeguata resistenza allo scorrimento viscoso, la formazione di scaglie di ossido spesse ed esfolianti sulla superficie interna può causare blocchi dei tubi ed erosione della turbina. Per questo motivo, un contenuto di cromo più elevato (9% in P91/P92) è preferito rispetto a un contenuto di cromo inferiore (2,25% in P22) per temperature superiori a 580 gradi.
Tubazioni per centrali nucleari
Le tubazioni delle centrali nucleari sono classificate in base alla classe di sicurezza secondo ASME Sezione III (Norme per la costruzione di componenti di impianti nucleari). Le tubazioni di Classe 1 (critiche per la sicurezza-) devono resistere agli incidenti più gravi senza guasti. Le tubazioni di classe 2 e 3 hanno requisiti meno rigorosi. I materiali per tubi di grado nucleare includono A106 Gr.B (acciaio al carbonio per sistemi ausiliari), A312 TP304/316 (acciaio inossidabile per refrigerante del reattore e sistemi di iniezione di sicurezza) e A358 (acciaio inossidabile saldato per sistemi di-diametro grande). Le tubazioni nucleari richiedono una maggiore pulizia (fabbricazione, sgrassaggio e imballaggio ultrapuliti), la completa tracciabilità dei materiali con la documentazione NQA-1 (Garanzia di qualità nucleare) e NDT al 100% con conservazione dei record per la vita di progettazione dell'impianto (tipicamente 40-60 anni).
NDT nelle tubazioni delle centrali elettriche
I requisiti NDT per le tubazioni delle centrali elettriche sono estesi. I tubi delle caldaie richiedono UT o ECT al 100% per il rilevamento di difetti interni ed esterni dopo la produzione e l'ispezione in servizio- utilizzando l'onda guidata UT per il rilevamento della corrosione sotto l'isolamento (CUI). I tubi ad alta-temperatura richiedono la misurazione periodica dello spessore della parete UT e il rilevamento dei danni da scorrimento mediante metallografia di replica, in cui una replica superficiale della microstruttura viene realizzata e analizzata in un laboratorio per rilevare danni da cavitazione che indicano l'inizio dello scorrimento terziario. Gli intervalli di ispezione in servizio-sono determinati dalla valutazione della vita residua calcolata in base ai dati sulle ore di funzionamento, sulla temperatura e sullo spessore delle pareti. Per i metodi NDT dettagliati, vedere il nostroGuida NDT per tubi.
Saldatura di tubi di centrali elettriche
La saldatura dei tubi delle centrali elettriche-ad alta temperatura richiede una rigorosa qualificazione della procedura. La saldatura P91 e P92 richiede un preriscaldamento di 200-250 gradi, un rigoroso controllo della temperatura di interpass (massimo 300 gradi), l'uso di materiali di consumo per saldatura a basso-idrogeno (idrogeno diffusibile < 5 ml/100 g) e PWHT immediato a 730-760 gradi per P91 e 740-760 gradi per P92. Saldature di metalli diversi (DMW) tra P22 e P91 sono comuni nelle centrali elettriche e richiedono un'attenta selezione del metallo d'apporto (tipicamente lega 82/182 a base di nichel) per adattarsi alla dilatazione termica differenziale tra i due materiali. Il PWHT per DMW deve bilanciare i requisiti di rinvenimento di entrambi i materiali. Il cedimento per scorrimento viscoso del giunto saldato è un noto meccanismo di guasto nelle tubazioni delle centrali elettriche ad alta temperatura, in particolare nei DMW dove la migrazione del carbonio dall'acciaio bassolegato al metallo saldato crea una zona decarburata rammollita che può cedere in condizioni di scorrimento viscoso.
La nostra capacità di tubazioni per centrali elettriche
ManufacturerPipe fornisce tubi per caldaie e tubazioni per centrali elettriche conformi agli standard ASME Sezione I, B31.1 e Sezione III. Offriamo tubi per caldaie A213 T11/T22/T91, tubi principali per vapore e riscaldamento A335 P22/P91/P92 e tubi per sistemi ausiliari A106/A333. Tutti i tubi vengono forniti con MTC completo, registrazioni dei trattamenti termici e rapporti NDT. Possiamo organizzare ispezioni di terze parti-per progetti energetici nucleari e internazionali.
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