Огляд трубопроводів електростанцій

Електростанції містять розгалужені трубопровідні системи, які працюють у найбільш вимогливих умовах промислового світу. Пароводяний цикл включає труби, що транспортують воду, насичену пару, перегріту пару та пару проміжного перегріву за температур від навколишньої до понад 620°C і тисків від нижче атмосферного (конденсатор) до понад 300 бар (ультра-надкритичний котел). Проектування цих трубопровідних систем має враховувати повзучість (деформацію, залежну від часу, за високих температур), термічну втому від циклів пуску/зупинки, парове окиснення (утворення накипу на внутрішній поверхні) та контроль хімії води для запобігання корозії та утворенню відкладень.

Основними нормативними кодексами для трубопроводів електростанцій є ASME Section I (Правила будівництва енергетичних котлів) для котлових труб та зовнішніх трубопроводів котла, а також ASME B31.1 (Енергетичні трубопроводи) для трубопровідних систем поза межами котла. Ці кодекси визначають допустимі напруження, мінімальну товщину стінки, коефіцієнти проектування, обмеження щодо матеріалів та вимоги до випробувань для кожного режиму експлуатації. Вибір відповідних матеріалів є критичним – руйнування головного паропроводу на електростанції може спричинити катастрофічні пошкодження, тривалі простої, що коштують мільйони доларів на день, та потенційну втрату життів.

Котлові труби

Котлові труби утворюють поверхні теплопередачі, які перетворюють воду на пару. Труби екранів топки вистилають топку, де вода нагрівається до температури насичення (випарна секція). Ці труби працюють за високого теплового потоку і повинні витримувати внутрішній тиск та зовнішній контакт з полум'ям/золою. Поширені специфікації включають ASTM A178 (зварні вуглецеві сталі), A210 (безшовні вуглецеві сталі) та A192 (безшовні вуглецеві сталі для високого тиску). Типові розміри: зовнішній діаметр 1,5–3 дюйми з товщиною стінки 3–8 мм.

Труби пароперегрівача транспортують насичену пару з барабана та нагрівають її до необхідної температури на виході (зазвичай 540–620°C для сучасних установок). Ці труби працюють за найвищих температур у котлі та потребують легованих сталей з високою міцністю на повзучість. ASTM A213 T11 (1,25Cr-0,5Mo), T22 (2,25Cr-1Mo) та T91 (9Cr-1Mo-V) є стандартними матеріалами. T91 є кращим матеріалом для секцій пароперегрівача з найвищою температурою завдяки його чудовій міцності на повзучість та стійкості до парового окиснення.

Труби проміжного перегріву транспортують відпрацьовану пару з турбіни високого тиску назад до котла для повторного перегріву перед поверненням до турбін середнього та низького тиску. Умови подібні до умов пароперегрівача, але за дещо нижчого тиску. Труби економайзера попередньо нагрівають живильну воду перед її входом у барабан котла, працюючи за високого тиску, але помірної температури (300–400°C). Стандартні матеріали включають вуглецеві сталі A178 та A210. Розміри котлових труб варіюються залежно від виробника та конструкції, але типовий діапазон зовнішнього діаметра становить 25–89 мм з товщиною стінки 3–12 мм.

Головні паропроводи та трубопроводи високої температури

Головний паропровід транспортує перегріту пару з виходу котла до турбіни високого тиску. Для докритичних установок (параметри пари ~540°C, 170 бар) стандартним матеріалом є A335 P22 (2,25Cr-1Mo). Для надкритичних установок (~566°C, 250 бар) стандартним матеріалом є P91 (9Cr-1Mo-V). Для ультра-надкритичних установок (600–620°C, 300+ бар) для секцій з найвищою температурою потрібні P92 (9Cr-0,5Mo-W-V) та навіть нікелеві сплави (Alloy 617, Alloy 625). Труба гарячого проміжного перегріву повертається з пароперегрівача котла до турбіни середнього тиску за температури 540–620°C – P22 або P91 залежно від температури. Труба холодного проміжного перегріву повертається з виходу турбіни високого тиску до проміжного перегрівача котла за температури 300–400°C – A106 Gr.B або P22 залежно від проектних вимог.

Вибір матеріалів для електростанцій

Еволюція технологій електростанцій спричинила розробку все більш складних матеріалів. Докритичні установки, що працюють за 540°C, використовують P22, який забезпечує достатню міцність на повзучість та стійкість до окиснення до цієї температури. Надкритичні установки, що працюють за 566°C, потребують P91, який має приблизно втричі вищу міцність на тривалу міцність при повзучості, ніж P22 за цієї температури, що дозволяє використовувати тонші стінки, зменшуючи термічні напруження під час пуску та покращуючи гнучкість установки. Ультра-надкритичні установки потребують найвисокопродуктивніших матеріалів: P92 для найгарячіших секцій (де додавання вольфраму забезпечує на 15–20% вищу міцність на повзучість, ніж P91), та нікелевих сплавів, таких як Alloy 617 (Inconel 617), для колекторів та трубопроводів з найвищою температурою, де температура пари перевищує 620°C, і вимоги до міцності на повзучість можуть бути задоволені лише цими просунутими матеріалами.

Обмеження за температурою та тиском для кожного матеріалу визначені таблицями допустимих напружень ASME Section II Part D. Максимальна допустима температура для P22 становить 593°C, для P91 – 649°C, а для P92 – 649°C. Однак стійкість до парового окиснення стає обмежувальним фактором вище 600°C – навіть якщо матеріал має достатню міцність на повзучість, утворення товстих лусочок окалини на внутрішній поверхні може спричинити закупорювання труб та ерозію турбін. Тому для температур вище 580°C перевага надається вищому вмісту хрому (9% у P91/P92), а не нижчому (2,25% у P22).

Трубопроводи атомних електростанцій

Трубопроводи атомних електростанцій класифікуються за класом безпеки згідно з ASME Section III (Правила будівництва компонентів ядерних установок). Трубопроводи класу 1 (критичні для безпеки) повинні витримувати найсерйозніші проектні аварії без руйнування. Трубопроводи класів 2 та 3 мають менш суворі вимоги. Ядерні труби включають A106 Gr.B (вуглецева сталь для допоміжних систем), A312 TP304/316 (нержавіюча сталь для теплоносія реактора та систем впорскування аварійного охолодження) та A358 (зварна нержавіюча сталь для великодіаметральних систем). Ядерні труби потребують підвищеної чистоти (надчисте виготовлення, знежирення та пакування), повної простежуваності матеріалів з документацією NQA-1 (Nuclear Quality Assurance) та 100% неруйнівного контролю зі збереженням записів протягом проектного терміну служби установки (зазвичай 40–60 років).

Неруйнівний контроль у трубопроводах електростанцій

Вимоги до неруйнівного контролю для трубопроводів електростанцій є широкими. Котлові труби потребують 100% ультразвукового контролю або вихрострумового контролю для виявлення внутрішніх та зовнішніх дефектів після виготовлення, а також інспекції в процесі експлуатації з використанням ультразвукового контролю на хвилях, що направляються, для виявлення корозії під ізоляцією (CUI). Труби високої температури потребують періодичного вимірювання товщини стінки ультразвуком та виявлення пошкоджень від повзучості за допомогою реплікової металорафії, коли знімається репліка поверхні мікроструктури та аналізується в лабораторії на наявність кавітаційних пошкоджень, що вказують на початок третинної повзучості. Інтервали інспекції в процесі експлуатації визначаються оцінкою залишкового ресурсу, розрахованою на основі даних про наробіток, температуру та товщину стінки. Для детальних методів неруйнівного контролю дивіться наш Посібник з неруйнівного контролю труб.

Зварювання труб електростанцій

Зварювання високотемпературних труб електростанцій потребує ретельної кваліфікації технологічних процесів. Зварювання P91 та P92 потребує попереднього підігріву 200–250°C, суворого контролю міжпрохідної температури (максимум 300°C), використання низьководневих зварювальних матеріалів (дифузійний водень < 5 мл/100 г) та негайної післязварювальної термічної обробки при 730–760°C для P91 та 740–760°C для P92. Різнорідні зварні з'єднання між P22 та P91 є поширеними на електростанціях і потребують ретельного вибору присадного матеріалу (зазвичай нікелевий сплав Alloy 82/182) для компенсації різниці в тепловому розширенні цих двох матеріалів. Післязварювальна термічна обробка для різнорідних з'єднань повинна збалансувати вимоги до відпуску обох матеріалів. Руйнування зварних з'єднань внаслідок повзучості є відомим механізмом руйнування у високотемпературних трубопроводах електростанцій, особливо у різнорідних з'єднаннях, де міграція вуглецю з низьколегованої сталі в метал шва створює розм'якшену зневуглецьовану зону, яка може руйнуватися під дією повзучості.

Наші можливості з постачання труб для електростанцій

Виробник постачає котлові труби та трубопроводи для електростанцій відповідно до стандартів ASME Section I, B31.1 та Section III. Ми пропонуємо котлові труби A213 T11/T22/T91, головні паропроводи та труби проміжного перегріву A335 P22/P91/P92, а також труби для допоміжних систем A106/A333. Усі труби постачаються з повним сертифікатом якості, записами термічної обробки та звітами з неруйнівного контролю. Ми можемо організувати інспекцію третьою стороною для ядерних та міжнародних енергетичних проектів.

Потрібні труби для електростанцій?

Зв'яжіться з нашою інженерною командою для отримання рекомендацій щодо вибору матеріалів та конкурентоспроможних цін на котлові труби та енергетичні трубопроводи.

Категорії продукції

• Труби з нержавіючої сталі
• Труби з вуглецевої сталі
• Труби з легованої сталі
• Оцинковані труби