Reka Bentuk Bahan untuk 700 ℃ Paip Dandang Tekanan Tinggi Ultra-Supercritikal

Reka Bentuk Bahan untuk 700 ℃ Paip Dandang Tekanan Tinggi Ultra-Supercritical

Ultra-supercritical (USC) tekanan tinggi paip dandang Direka untuk operasi 700 ℃ mesti menahan suhu dan tekanan yang melampau (biasanya melebihi 27.5 MPA dan mencapai 700 ℃ atau lebih tinggi). Bahan -bahan ini memerlukan luar biasa kekuatan suhu tinggi, rintangan pengoksidaan, kakisan rintangan, dan rintangan rayapan. Di bawah adalah gambaran keseluruhan bahan yang biasa digunakan untuk mereka bentuk 700 ℃ paip dandang USC, harta benda mereka, dan pertimbangan utama.

1. Bahan yang biasa digunakan

Paip dandang USC biasanya menggunakan aloi berasaskan nikel maju, Keluli tahan karat Austenitic, atau Keluli ferritik/martensit tinggi. Pilihan Bahan bergantung kepada keadaan operasi komponen seperti super super atau reheater. Berikut adalah bahan biasa yang digunakan.

1.1 Aloi Berasaskan Nikel

Aloi berasaskan nikel adalah pilihan pilihan untuk 700 ℃ paip dandang USC kerana kekuatan unggul mereka, rintangan pengoksidaan, dan rintangan kakisan pada suhu tinggi.

Gred tipikal:
- Inconel 617 (US N06617): Mengandungi nikel, kromium, kobalt, dan molibdenum, sesuai untuk 700 ℃ dan ke atas, dengan rintangan rayapan dan rintangan pengoksidaan yang sangat baik.
- Inconel 740/740H: Direka khusus untuk dandang USC, mengandungi nikel, kromium, kobalt, dan titanium, Menawarkan kekuatan rayapan yang tinggi dan ketahanan terhadap kakisan abu arang batu.
- aloi 263: Sesuai untuk suhu tinggi, persekitaran tekanan tinggi, terutamanya untuk struktur dikimpal.
Komposisi kimia (Contoh Inconel 740H):

unsur	Ni	TK	Co	MO	NB	Ti	Al	Fe	lain-lain
Kandungan (%)	Seimbang	24.0-26.0	19.0-21.0	0.1-0.5	1.5-2.5	1.4-2.0	1.2-1.8	≤2.0	Kecil c, Si, dan lain-lain.

Sifat-sifat mekanikal (contoh):
- Kekuatan tegangan: ≥1000 MPa (suhu bilik); ≥600 MPa (700℃)
- Kekuatan Hasil: ≥700 MPa (suhu bilik); ≥400 MPa (700℃)
- Kehidupan yang merayap: ≥100,000 jam pada 700 ℃ di bawah 100 Tekanan MPA
aplikasi: Digunakan dalam superheater dan pemenang di zon suhu tertinggi, mampu menahan haba yang melampau dan gas yang menghakis (cth., sulfur- atau gas serombong yang mengandungi klorin).

1.2 Keluli tahan karat austenit lanjutan

Keluli tahan karat austenit sesuai untuk julat suhu yang sedikit lebih rendah (600-700 ℃), Menawarkan rintangan kakisan yang baik dan kebolehpasaran, Walaupun rintangan rayapan mereka lebih rendah daripada aloi berasaskan nikel.

Gred tipikal:
- Super 304H (AS S30432): Mengandungi 18CR-8NI dengan CU ditambah, NB, dan n untuk peningkatan kekuatan suhu tinggi dan rintangan pengoksidaan.
- HR3C (25CR-20NI-NB-N): Keluli austenit-nikel tinggi-nikel dengan pengoksidaan yang sangat baik dan rintangan kakisan stim.
- TP347HFG: Versi halus TP347H, dengan rintangan rayap yang lebih baik.
Komposisi kimia (Contoh Super 304H):

unsur	C	TK	Ni	Cu	NB	N	MN	Si	P	S
Kandungan (%)	0.07-0.13	17.0-19.0	7.5-10.5	2.5-3.5	0.3-0.6	0.05-0.12	≤1.0	≤0.3	≤0.04	≤0.01

Sifat-sifat mekanikal (contoh):
- Kekuatan tegangan: ≥590 MPa (suhu bilik); ≥300 MPa (700℃)
- Kekuatan Hasil: ≥235 MPa (suhu bilik); ≥150 MPa (700℃)
- Kehidupan yang merayap: 10,000-100,000 jam pada 700 ℃ di bawah 100 Tekanan MPA
aplikasi: Digunakan di zon suhu tinggi sekunder untuk superheater, Pemantauan, dan saluran paip stim.

1.3 Keluli ferritik/martensit tinggi

Keluli ini digunakan di kawasan dengan suhu di bawah 650 ℃, Menawarkan kos yang lebih rendah daripada aloi berasaskan nikel atau keluli austenit, Tetapi prestasi mereka pada 700 ℃ adalah terhad, menjadikan mereka sesuai untuk zon peralihan.

Gred tipikal:
- P91 (ASTM A335 P91): 9CR-1mo Steel, Sesuai untuk persekitaran 600-650 ℃.
- P92 (ASTM A335 P92): Keluli 9cr-2w yang dipertingkatkan dengan menambah w, NB, dan b, Menawarkan rintangan rayap yang lebih baik daripada p91.
- Marbn: Keluli martensit krimium tinggi baru dengan 9-12cr dan menambah b, N, menghampiri had 700 ℃.
Komposisi kimia (Contoh p92):

unsur	C	TK	MO	W	V	NB	B	N	MN	Si
Kandungan (%)	0.07-0.13	8.5-9.5	0.3-0.6	1.5-2.0	0.15–0.25	0.04-0.09	0.001–0.006	0.03–0.07	0.3-0.6	≤0.5

Sifat-sifat mekanikal (contoh):
- Kekuatan tegangan: ≥620 MPa (suhu bilik); ≥350 MPa (650℃)
- Kekuatan Hasil: ≥440 MPa (suhu bilik); ≥200 MPa (650℃)
- Kehidupan yang merayap: ~ 100,000 jam pada 650 ℃ di bawah 100 Tekanan MPA
aplikasi: Digunakan dalam saluran paip stim utama, Super Superheaters Suhu Rendah, atau pemantauan.

2. Pertimbangan Reka Bentuk untuk Pemilihan Bahan

Semasa mereka bentuk paip dandang 700 ℃ USC, Pemilihan bahan mesti mengimbangkan faktor berikut:

Suhu dan tekanan operasi:
- Zon pada 700 ℃ dan ke atas (cth., superheaters, Pemantauan) Mengutamakan aloi berasaskan nikel (cth., Inconel 740H).
- 600-700 ℃ zon boleh menggunakan keluli tahan karat austenit maju (cth., Super 304H, HR3C).
- Zon di bawah 650 ℃ boleh menggunakan p91, P92, atau Marbn.
Rintangan Creep:
- Creep adalah mod kegagalan utama pada 700 ℃. Aloi berasaskan nikel dan keluli austenit maju menawarkan kehidupan rayap yang jauh lebih lama daripada keluli ferritik.
Pengoksidaan dan rintangan kakisan:
- Gas serak suhu tinggi yang mengandungi sulfur atau klorin menyebabkan kakisan luaran, Walaupun pengoksidaan sisi stim adalah kebimbangan. Aloi berasaskan nikel dan keluli austenit kritikal tinggi (cth., HR3C) cemerlang dalam menentang kakisan abu arang batu dan pengoksidaan stim.
Kos dan kebolehpasaran:
- Aloi berasaskan nikel mahal dan mencabar untuk memproses dan mengimpal, Sesuai untuk komponen suhu tinggi kritikal.
- Keluli tahan karat austenitic dan p91/p92 lebih efektif dan lebih mudah dikimpal dan memproses, Sesuai untuk aplikasi yang lebih luas.
Weldability:
- Aloi berasaskan nikel (cth., Inconel 740H) Memerlukan proses kimpalan khusus dan bahan pengisi.
- keluli austenit (cth., Super 304H) mempunyai kebolehkalasan yang baik tetapi memerlukan kawalan zon yang terjejas haba.
- P91/P92 memerlukan rawatan pemanasan dan pasca kimpalan yang ketat untuk mengelakkan retak.
Kestabilan jangka panjang:
- Bahan mesti mengekalkan kestabilan mikrostruktur semasa operasi suhu tinggi jangka panjang, mengelakkan pembentukan fasa rapuh (cth., σ fasa) atau pertumbuhan bijirin.

3. Proses pembuatan

Proses pembuatan untuk 700 ℃ USC Dandang Pipes sangat penting untuk memastikan prestasi bahan. Langkah -langkah utama termasuk:

Pembuatan lancar: Rolling panas atau lukisan sejuk memastikan paip bebas kecacatan tanpa ketidaksempurnaan kimpalan.
Rawatan haba:
- Aloi Berasaskan Nikel: Penyelesaian Penyepuh (1100-1200 ℃) diikuti dengan penuaan untuk mengoptimumkan fasa mendakan (cth., c’ fasa).
- Keluli Tahan Karat Austenit: Rawatan penyelesaian (1050-1150 ℃) untuk mengelakkan kakisan intergranular.
- Keluli Ferritic/Martensitic: Normalizing (1050-1100 ℃) dan pembajaan (750-800 ℃) untuk menstabilkan struktur martensit.
Rawatan permukaan: Tembakan letupan atau acar untuk menghilangkan skala oksida dan meningkatkan rintangan kakisan.
Kawalan kualiti:
- Analisis komposisi kimia: Memastikan pematuhan dengan CR, Ni, MO, dan spesifikasi elemen lain.
- Ujian Mekanikal: Termasuk tegangan suhu tinggi, merayap, dan ujian keletihan.
- Ujian Tidak Memusnahkan (NDT): Ujian ultrasonik dan radiografi untuk mengesan kecacatan dalaman.
- Ujian kakisan suhu tinggi: Simulasi Persekitaran Ash dan Steam Batubara untuk mengesahkan rintangan kakisan.

4. Kes permohonan biasa

Projek AD700 Eropah: Digunakan Inconel 617 dan Inconel 740h untuk superheater dan reheaters dalam dandang USC 700 ℃, Menunjukkan kestabilan jangka panjang.
Program Jepun A-USC: Bekerja HR3C dan Super 304H untuk Superheaters, Digabungkan dengan P92 untuk zon suhu rendah, mencapai kecekapan yang tinggi dan pelepasan yang rendah.
Loji Kuasa USC China: Beberapa tumbuhan menggunakan HR3C dan P92, dengan aloi berasaskan nikel (cth., Inconel 740H) secara beransur -ansur diterima pakai.

5. Kesimpulan

Reka bentuk 700 ℃ Ultra-Supercritical High-Pressure Dandang paip terutamanya bergantung pada bahan berikut:

Aloi Berasaskan Nikel (cth., Inconel 740H, 617): Sesuai untuk zon suhu tertinggi (≥700 ℃), menawarkan rayuan dan rintangan kakisan yang terbaik tetapi dengan kos yang tinggi.
Keluli tahan karat austenit lanjutan (cth., Super 304H, HR3C): Sesuai untuk zon 600-700 ℃, Memberi keseimbangan kos efektif dengan rintangan pengoksidaan yang baik.
Keluli ferritik/martensit tinggi (cth., P91, P92): Digunakan di zon di bawah 650 ℃, kos efektif tetapi terhad dalam prestasi suhu tinggi.

Pemilihan bahan harus mempertimbangkan suhu tertentu, tekanan, persekitaran kakisan, dan kekangan kos. Proses pembuatan yang ketat dan kawalan kualiti adalah penting untuk memastikan prestasi paip. Aloi berasaskan nikel adalah trend masa depan untuk dandang USC 700 ℃ dan di atas, Walaupun keluli tahan karat austenit dan keluli martensit yang dipertingkatkan kekal kritikal untuk zon peralihan.