1. Đối với ống xả đốt cháy có đường kính-lớn hoặc bộ phận chuyển tiếp trong tuabin khí công nghiệp (IGT), tại sao lạiống Hastelloy X được hàn có được chỉ định trên loại thép không gỉ dễ chế tạo hơn,{0}}chi phí thấp hơn như 309 hoặc 310 không?
Sự lựa chọn này được thúc đẩy bởi ba mối đe dọa về nhiệt độ, quá trình oxy hóa và chu trình nhiệt vượt quá khả năng của thép không gỉ chịu nhiệt-.
Hạn chế về hiệu suất của thép không gỉ 309/310:
Nhiệt độ trần: Mặc dù có thể lên tới ~1900 độ F (1040 độ) đối với dịch vụ không liên tục, độ bền rão của chúng giảm nhanh chóng trên 1800 độ F (980 độ). Ống dẫn có đường kính-lớn dưới trọng lượng của chính nó ở nhiệt độ 2000 độ F+ sẽ có nguy cơ cao bị võng, biến dạng và đứt do rão.
Chống oxy hóa/chống cáu cặn: Chúng tạo thành lớp oxit crom có thể trở nên không ổn định và dễ bị vỡ (bong tróc) dưới chu kỳ nhiệt khắc nghiệt, dẫn đến thành mỏng dần và cuối cùng là cháy kiệt.
Nứt do mỏi nhiệt: Độ bền đứt gãy thấp hơn và hệ số giãn nở nhiệt cao hơn so với HX có thể dẫn đến tuổi thọ mỏi nhiệt ngắn hơn ở các bộ tập trung ứng suất như mối hàn.
Ưu điểm của ống hàn Hastelloy X:
Độ bền nhiệt độ-cao vượt trội: Dung dịch tăng cường-rắn (Mo, Cr, Co) của nó mang lại độ bền đứt-từ biến tuyệt vời ở 2000-2200 độ F (1095-1205 độ ), cho phép thiết kế ống dẫn có đường kính lớn, tự hỗ trợ.
Khả năng chống oxy hóa vượt trội: 22% Crom kết hợp với chất bổ sung Lanthanum (La) sẽ thúc đẩy sự hình thành lớp oxit cực kỳ bám dính,-phát triển và chống nứt vỡ-. Điều này rất quan trọng để có được thời gian sử dụng lâu dài-trong chế độ làm việc theo chu kỳ.
Khả năng chống mỏi nhiệt tốt: Duy trì độ dẻo và độ bền sau khi tiếp xúc, cho phép nó chịu được áp lực tốt hơn từ các chu kỳ khởi động/tắt máy lặp đi lặp lại.
Biện minh về mặt kinh tế: Mặc dù chi phí vật liệu và chế tạo của ống hàn Hastelloy X cao hơn đáng kể, nhưng điều đó được chứng minh bằng việc tránh được sự cố ngừng hoạt động ngoài kế hoạch do hỏng ống dẫn. Việc thay thế ống chuyển tiếp khí thải bị hỏng trong IGT có thể mất nhiều tuần ngừng hoạt động, gây tổn thất hàng triệu đô la trong việc phát điện. Vật liệu cao cấp đảm bảo hoạt động đáng tin cậy trong nhiều thập kỷ ở vị trí đường dẫn khí nóng quan trọng này.
2. Hàn Hastelloy X đưa ra những thách thức cụ thể để duy trì các đặc tính-nhiệt độ cao của nó. Kim loại phụ chính xác để hàn đường nối dọc của ống HX là gì và cần phải xử lý nhiệt sau mối hàn (PWHT) quan trọng nào, đặc biệt đối với các phần có thành dày?
Mối hàn là liên kết yếu tiềm ẩn; đặc tính của nó phải được khôi phục để phù hợp với kim loại cơ bản.
Kim loại phụ chính xác:
Lựa chọn tiêu chuẩn và đúng đắn là ERNiCrMo-2 (AWS A5.14) hoặc điện cực được phủ tương đương ENiCrCoMo-1 (AWS A5.11). Những chất độn này được thiết kế đặc biệt để phù hợp với thành phần của Hastelloy X, bao gồm cả hàm lượng Cobalt (Co), rất quan trọng cho độ bền và độ ổn định ở nhiệt độ cao.
Tại sao không phải là chất làm đầy thông thường như ERNiCr-3? Việc sử dụng chất độn không có Mo và Co sẽ tạo ra kim loại mối hàn có độ bền nhiệt độ-và khả năng chống oxy hóa kém hơn, khiến nó trở thành thành phần hạn chế tuổi thọ của tổ hợp.
Bài đăng quan trọng-Xử lý nhiệt mối hàn (PWHT):
Đối với ống có thành mỏng (< ~0.125" / 3mm) in non-critical service, it may be used in the as-welded condition after proper pickling.
Đối với ống có thành dày-hoặc các ứng dụng kết cấu quan trọng, PWHT là bắt buộc. Phương pháp điều trị cần thiết là Giảm căng thẳng.
Nhiệt độ: tối thiểu 1800 độ F (980 độ).
Thời gian ngâm: Thường là 1 giờ cho mỗi inch độ dày.
Làm mát: Làm mát không khí có kiểm soát là chấp nhận được.
Mục đích của việc giảm căng thẳng:
Giảm bớt các ứng suất dư khi hàn có thể dẫn đến biến dạng hoặc nứt ăn mòn do ứng suất trong quá trình sử dụng.
Đồng nhất hóa mối hàn và thúc đẩy sự phát triển của một số hạt trong HAZ, cải thiện độ dẻo ở nhiệt độ-cao.
Đây là một phương pháp xử lý thỏa hiệp-nó không cung cấp giải pháp ủ hoàn chỉnh (ở nhiệt độ ~2150 độ F / 1175 độ và khiến hạt phát triển quá mức) nhưng đủ để đảm bảo tính toàn vẹn của mối hàn cho hầu hết các ứng dụng kết cấu có nhiệt độ-cao.
3. Trong các thiết kế bộ trao đổi nhiệt nhiệt độ cao-tiên tiến (ví dụ: đối với bộ làm mát khí tổng hợp hoặc nước thải của nhà cải cách), những điều cần cân nhắc về thiết kế và chế tạo cụ thể khi sử dụng ống hàn Hastelloy X là gì, đặc biệt là liên quan đến sự giãn nở và hỗ trợ nhiệt?
Thiết kế với ống HX ở nhiệt độ khắc nghiệt đòi hỏi kỹ thuật phù hợp với đặc tính vật lý của nó.
Quản lý giãn nở nhiệt:
Hastelloy X có hệ số giãn nở nhiệt (CTE) tương đối cao, tương tự như các hợp kim niken khác (~8,5 µin/in·độ F ở 1000 độ F).
Ý nghĩa thiết kế: Trong bộ trao đổi nhiệt dạng ống-cố định có ống HX và vỏ bằng thép cacbon, độ giãn nở vi sai sẽ rất lớn, tạo ra ứng suất phá hủy.
Giải pháp: Sử dụng thiết kế tấm ống nổi hoặc ống chữ U{0}}để cho phép các ống giãn nở/co lại một cách độc lập. Đối với các thiết kế ống-thẳng, cần phải phân tích ứng suất nhiệt chi tiết.
Chế tạo dịch vụ trao đổi nhiệt:
Nối ống-với-Tubesheet: Đây là một khớp nối quan trọng. Các phương pháp phổ biến bao gồm:
Mở rộng (Cuộn): Phải được thực hiện cẩn thận để tránh-làm việc quá mức và-làm cứng các đầu ống. Một mối hàn cường độ nhẹ có thể được thêm vào sau khi mở rộng để bảo đảm chống rò rỉ.
Hàn: Sử dụng chất độn ERNiCrMo{2}}2. Mối hàn phải được xử lý nhiệt sau hàn (cục bộ hoặc toàn bộ bó) để giảm bớt ứng suất.
Độ sạch bên trong: Đối với các dịch vụ gas, ID ống phải không có vết hàn, cặn và mảnh vụn để ngăn ngừa các điểm nóng và tắc nghẽn. Thụ động hóa hoặc tẩy bó ống hoàn chỉnh là tiêu chuẩn.
Hỗ trợ & Rung:
Các ống nhiệt độ dài,{0}}cao dễ bị-rung động do dòng chảy (FIV). Khoảng cách vách ngăn và thiết kế hỗ trợ phải được tính toán cẩn thận.
Các giá đỡ/vách ngăn phải được làm bằng vật liệu có CTE tương tự (ví dụ: Hastelloy X hoặc RA 330) để tránh bị bó hoặc mòn.
4. Đâu là những cơ chế hư hỏng lâu dài chủ yếu-đối với ống hàn Hastelloy X trong dịch vụ nhiệt độ-cao liên tục và-kỹ thuật kiểm tra dịch vụ (ISI) nào là hiệu quả nhất để theo dõi tình trạng của chúng?
Ngay cả Hastelloy X cũng xuống cấp theo thời gian. Kiểm tra chủ động là chìa khóa để dự đoán thất bại.
Cơ chế thất bại chiếm ưu thế:
Thiệt hại do leo: Cơ chế-giới hạn tuổi thọ cơ bản. Dưới áp lực liên tục (do áp suất, trọng lượng chết) ở nhiệt độ cao, vật liệu biến dạng từ từ, dẫn đến phồng lên, hình bầu dục và cuối cùng là vỡ. Các mối hàn, đặc biệt là nếu-được xử lý kém, có thể là vị trí thuận lợi cho hiện tượng xâm thực từ biến.
Nứt do mỏi nhiệt: Từ các chu trình nhiệt lặp đi lặp lại, bắt đầu ở các bộ tập trung ứng suất hình học (mối hàn vòi phun, các phụ kiện hỗ trợ).
Quá trình oxy hóa & phá vỡ quy mô: Mặc dù xuất sắc nhưng quy mô oxit cuối cùng sẽ xuống cấp. Sự vỡ vụn theo chu kỳ dẫn đến tường mỏng đi.
Microstructural Degradation: Formation of detrimental secondary phases (sigma phase, carbides) after very long exposure (>10.000 giờ), có thể làm giòn vật liệu.
Kỹ thuật-Kiểm tra dịch vụ (ISI) hiệu quả:
Hình ảnh & Kích thước: Kiểm tra thường xuyên xem có bị biến dạng, cong vênh và mất cân đáng kể hay không.
Kiểm tra siêu âm (UT): Công cụ chính để đo độ dày của tường và phát hiện hư hỏng từ biến bên trong. UT nâng cao có thể lập bản đồ độ mỏng của tường và thậm chí phát hiện hiện tượng xâm thực leo.
Kỹ thuật kim loại tái tạo: Một-kỹ thuật hiện trường không phá hủy. Một điểm được đánh bóng trên ống (thường ở mối hàn HAZ) được khắc và một bản sao bằng nhựa được lấy ra. Phân tích trong phòng thí nghiệm dưới kính hiển vi có thể tiết lộ:
Xâm thực ranh giới hạt (sát thương-từ giai đoạn đầu).
Vi nứt.
Sự suy thoái của cấu trúc vi mô dưới bề mặt.
Kiểm tra độ cứng: Có thể cho thấy-lão hóa quá mức hoặc độ giòn do quá trình hình thành pha.
5. Khi mua ống Hastelloy X hàn theo tiêu chuẩn ASTM B619/B626 cho một dự án quan trọng, cần chỉ định những thử nghiệm đảm bảo chất lượng bổ sung nào ngoài thử nghiệm thủy tĩnh tiêu chuẩn và kiểm tra trực quan để đảm bảo tính toàn vẹn của mối hàn cho dịch vụ ở nhiệt độ-cao?
Đối với dịch vụ quan trọng, các thử nghiệm "chạy tại nhà máy" tiêu chuẩn là không đủ. Quy định đấu thầu phải bắt buộc phải tăng cường xác minh.
Yêu cầu QA bổ sung cần thiết:
Kiểm tra bằng chụp ảnh phóng xạ (RT) 100% các mối hàn dọc: Theo tiêu chuẩn ASTM E94/E1032. Đây là điều kiện-không thể thương lượng để phát hiện các khuyết tật thể tích như thiếu sự kết hợp, độ xốp và vết nứt trên đường hàn. Chỉ định tiêu chí chấp nhận (ví dụ: theo ASME BPVC Phần VIII, UW-51).
-Chứng nhận xử lý nhiệt sau hàn: Yêu cầu biểu đồ nhiệt độ liên tục từ quá trình ủ giảm ứng suất (ví dụ: ở 1850 độ F / 1010 độ ) chứng minh toàn bộ chiều dài ống đã được xử lý.
Độ cứng di chuyển trên phiếu giảm giá mối hàn: Yêu cầu nhà cung cấp cung cấp bản khảo sát độ cứng (Rockwell hoặc Vickers) trên mẫu mối hàn sản xuất (kim loại cơ bản, HAZ, kim loại mối hàn). Điều này xác minh vùng hàn không bị giòn và PWHT có hiệu quả.
Phân tích hóa học của kim loại hàn: Để có tính toàn vẹn cao nhất, hãy chỉ định phân tích sản phẩm từ đường hàn để xác nhận kim loại phụ là chính xác và không bị nhiễm bẩn.
Báo cáo kích thước hạt: Chứng nhận kích thước hạt kim loại cơ bản (số ASTM) để đảm bảo ủ dung dịch ban đầu thích hợp.
Đối với Dịch vụ Cực đoan (Hàng không vũ trụ, Hạt nhân):
Kiểm tra thâm nhập (PT): Của tất cả các bề mặt mối hàn.
Kiểm tra nhiệt độ cao: Có thể yêu cầu kiểm tra ứng suất-vỡ trên các mẫu từ mối hàn sản xuất.
Thứ ba-Kiểm tra nhân chứng của bên: Quyền cho thanh tra viên của người mua chứng kiến tất cả các bước sản xuất và thử nghiệm quan trọng tại nhà máy.
Ví dụ về đặc điểm mua sắm:
*"Ống Hastelloy X (UNS N06002) được hàn theo tiêu chuẩn ASTM B619. Tất cả các đường nối dọc phải được kiểm tra bằng X quang 100% theo tiêu chuẩn ASTM E94, được chấp nhận theo ASME Sec. VIII, UW-51. Các ống được ủ giảm ứng suất ở nhiệt độ 1850 độ F tối thiểu. Cung cấp CMTR cho tấm và ống thành phẩm, bao gồm báo cáo RT, biểu đồ xử lý nhiệt và khảo sát độ cứng trên mẫu mối hàn sản xuất."*
Tóm lại, ống hàn Hastelloy X là giải pháp được thiết kế cho các ứng dụng-quy mô lớn, nhiệt độ- cao, quá trình oxy hóa và yêu cầu về cấu trúc trong đó ống liền mạch-có sẵn-không có sẵn hoặc quá đắt-. Việc triển khai thành công phụ thuộc vào việc kiểm soát chặt chẽ quá trình hàn và xử lý nhiệt sau hàn,{6}}thiết kế thông minh để quản lý nhiệt cũng như quy trình mua sắm và kiểm tra nghiêm ngặt nhằm xác thực tính toàn vẹn của sản phẩm được chế tạo.
