So wählen Sie das richtige Material für Konvektionsrohrbündel aus

Die richtige Auswahl des Materials für Konvektionsrohrbündel erfordert eine umfassende Berücksichtigung der Betriebsbedingungen des Kessels, der Betriebsumgebung, der Wirtschaftlichkeit und der Anforderungen an den Herstellungsprozess. Im Folgenden sind die wichtigsten Schritte und Faktoren für die Auswahl des Materials für Konvektionsrohrbündel aufgeführt:

1. Kenntnis der Betriebsbedingungen
Temperatur: Konvektionsrohrbündel befinden sich typischerweise in einer Rauchgasumgebung mit mittleren bis hohen Temperaturen (ca. 300-800 °C, abhängig vom Kesseltyp und der Position des Bündels). Es muss ein Material ausgewählt werden, das diesem Temperaturbereich standhält, um Hochtemperaturkriechen oder Festigkeitsverlust zu vermeiden.
Druck: Der Druck des Arbeitsmediums (z. B. Wasser oder Dampf) im Rohr (Niederdruck, Mitteldruck oder Höchstdruck) bestimmt die Festigkeitsanforderungen des Materials. Hochdruckkessel erfordern die Verwendung von Materialien mit höherer Festigkeit.
Zirkulationsart: Natürliche Zirkulation, Zwangszirkulation oder Durchlaufkessel stellen unterschiedliche Anforderungen an die Dauerfestigkeit des Materials.

2. Berücksichtigung der Rauchgasumgebung
Korrosivität: Das Rauchgas kann Sulfide, Chloride oder Oxide enthalten, die zu Hochtemperaturkorrosion oder Niedertemperatur-Taupunktkorrosion führen können. Es muss ein korrosionsbeständiges Material ausgewählt werden, z. B. niedriglegierter Stahl oder Edelstahl.
Verschleiß: Die Flugasche von Kohlekesseln kann zu Verschleiß der Rohrbündel führen, insbesondere in Rauchgasbereichen mit hoher Strömungsgeschwindigkeit. Es sollte ein Material mit hoher Härte oder oberflächenhärtbarer Behandlung gewählt werden.
Ablagerungen: Bestimmte Brennstoffe (z. B. kohlenstoffreiche Kohle) neigen zu Ablagerungen, die die Wärmeübertragungseffizienz beeinträchtigen. Die Oberflächeneigenschaften des Materials (z. B. Glätte) oder zusätzliche Schutzmaßnahmen (z. B. Rippendesign) müssen berücksichtigt werden.

3. Auswahl gängiger Materialien
Je nach Kesseltyp und Betriebsbedingungen werden folgende Materialien für Konvektionsrohrbündel verwendet:

Kohlenstoffstahl (z. B. 20# Stahl, SA-106B):
Geeignet für Niederdruck- und Niedertemperaturkessel (z. B. kleine Industriekessel).
Vorteile: Geringe Kosten, gute Verarbeitungseigenschaften.
Nachteile: Begrenzte Hochtemperatur- und Korrosionsbeständigkeit, geeignet für Rauchgastemperaturen unter 400 °C.

Niedriglegierter Stahl (z. B. 15CrMo, 12Cr1MoV, SA-213 T11/T22):
Geeignet für Mittel- und Hochdruckkessel mit Rauchgastemperaturen von 400-600 °C.
Vorteile: Gute Hochtemperaturfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit, gutes Preis-Leistungs-Verhältnis.
Nachteile: Empfindlich gegenüber Hochtemperaturkorrosion, Rauchgaszusammensetzung muss kontrolliert werden.

Hochlegierter Stahl/Edelstahl (z. B. SA-213 TP304, TP321, TP347):
Geeignet für Höchstdruck-, überkritische Kessel oder stark korrosive Umgebungen (z. B. Müllverbrennungskessel).
Vorteile: Ausgezeichnete Hochtemperaturkorrosions- und Oxidationsbeständigkeit, geeignet für Rauchgastemperaturen über 600 °C.
Nachteile: Hohe Kosten, schwierige Verarbeitung.

Verschleißfeste und korrosionsbeständige Verbundwerkstoffe:
In Bereichen mit hohem Verschleiß können Verbundrohre mit Oberflächenauftragschweißen (z. B. Nickelbasislegierung) oder gespritzten Keramikbeschichtungen verwendet werden.
Vorteile: Verlängerte Lebensdauer, reduzierte Wartung.
Nachteile: Hohe Herstellungskosten.

4. Ausgewogenheit von Wirtschaftlichkeit und Leistung
Anfangskosten: Kohlenstoffstahl hat die niedrigsten Kosten, legierter Stahl und Edelstahl haben stufenweise höhere Kosten. Die Auswahl muss auf der Grundlage des Budgets und der erwarteten Lebensdauer erfolgen.
Betriebs- und Wartungskosten: Korrosions- und verschleißfeste Materialien können die Häufigkeit von Stillständen und Reparaturen reduzieren und die langfristigen Wartungskosten senken.
Lebenserwartung: Hochdruck- oder Hochtemperaturkessel sollten vorzugsweise Hochleistungsmaterialien verwenden, um einen langfristigen sicheren Betrieb zu gewährleisten, während Niederdruckkessel geeignete wirtschaftliche Materialien verwenden können.

5. Berücksichtigung der Herstellungs- und Verarbeitungseigenschaften
Schweißbarkeit: Konvektionsrohrbündel müssen mit Sammlern oder Rohrböden verschweißt werden, die Schweißbarkeit des Materials (z. B. Schweißnahtfestigkeit, Rissneigung) ist entscheidend. Niedriglegierter Stahl und Kohlenstoffstahl haben eine gute Schweißbarkeit, hochlegierter Stahl erfordert spezielle Schweißverfahren.
Biegeeigenschaften: Konvektionsrohrbündel müssen oft gebogen werden, das Material muss eine gute Duktilität und Zähigkeit aufweisen, um Biegerisse zu vermeiden.
Wärmebehandlungsanforderungen: Bestimmte legierte Stähle müssen wärmebehandelt werden (z. B. Normalisieren, Anlassen), um die Leistung zu verbessern, die Komplexität des Herstellungsprozesses muss bewertet werden.

6. Referenzstandards und -normen
Beachten Sie die einschlägigen Industriestandards, wie z. B.:
China: GB/T 5310 (Nahtlose Stahlrohre für Hochdruckkessel), GB/T 3087 (Nahtlose Stahlrohre für Niederdruck- und Mitteldruckkessel).
International: ASME SA-213 (Nahtlose ferritische und austenitische legierte Stahlrohre für Kessel), ASTM A106 (Nahtlose Kohlenstoffstahlrohre für hohe Temperaturen).
Beachten Sie die von den Normen empfohlenen Materialien gemäß den Kesselauslegungsparametern und stellen Sie sicher, dass die Materialien die Zertifizierungsanforderungen erfüllen.

7. Kombination mit praktischer Anwendungserfahrung
Brennstoffart: Die Rauchgaszusammensetzung von Kohle-, Öl-, Erdgas- oder Biomassekesseln ist sehr unterschiedlich. Beispielsweise benötigen Ölkessel Materialien, die widerstandsfähiger gegen Schwefelkorrosion sind.
Änderungen der Betriebsbedingungen: Berücksichtigen Sie, ob der Kessel häufig gestartet und gestoppt wird (erfordert Widerstandsfähigkeit gegen thermische Ermüdung) oder ob die Betriebslast schwankt (erfordert Widerstandsfähigkeit gegen Kriechen).
Historische Daten: Beachten Sie die Betriebsaufzeichnungen von Kesseln des gleichen Typs, um die Leistung und die Ausfallarten gängiger Materialien zu verstehen und die Auswahl zu optimieren.

8. Zusätzliche Schutzmaßnahmen
Wenn das Material selbst die Anforderungen nicht vollständig erfüllen kann, kann die Leistung durch folgende Maßnahmen verbessert werden:
Oberflächenbehandlung: Z. B. Aufsprühen von verschleißfesten und korrosionsbeständigen Beschichtungen, Nitrieren oder Kugelstrahlen zur Verstärkung.
Strukturoptimierung: Anbringen von Verschleißschutzhülsen, Rippen oder Störelementen, um Verschleiß und Ablagerungen zu reduzieren.
Betriebsoptimierung: Durch die Steuerung der Rauchgasgeschwindigkeit oder das regelmäßige Abblasen von Asche können die Korrosion und der Verschleiß des Materials reduziert werden.