Descripción general de las tuberías de las centrales eléctricas
Las centrales eléctricas contienen extensos sistemas de tuberías que funcionan en las condiciones más exigentes del mundo industrial. El ciclo del vapor-agua incluye tuberías que transportan agua, vapor saturado, vapor sobrecalentado y vapor recalentado a temperaturas que van desde la ambiente hasta más de 620 grados y presiones desde sub-atmosféricas (condensador) hasta más de 300 bar (caldera ultra-supercrítica). El diseño de estos sistemas de tuberías debe tener en cuenta la fluencia (deformación dependiente del tiempo-a alta temperatura), la fatiga térmica de los ciclos de arranque/apagado, la oxidación del vapor (formación de incrustaciones en la superficie interna) y el control de la química del agua para evitar la corrosión y la formación de depósitos.
Los códigos de diseño principales para tuberías de plantas de energía son ASME Sección I (Reglas para la construcción de calderas de energía) para tubos de calderas y tuberías externas de calderas, y ASME B31.1 (Tuberías de energía) para sistemas de tuberías fuera de la caldera propiamente dicha. Estos códigos especifican tensiones permitidas, espesores mínimos de pared, factores de diseño, limitaciones de materiales y requisitos de prueba para cada condición de servicio. La selección de materiales apropiados es crítica - la falla de una tubería principal de vapor en una planta de energía puede causar daños catastróficos, cortes prolongados que cuestan millones de dólares por día y posibles pérdidas de vidas.
Tubos de caldera
Los tubos de las calderas forman las superficies de transferencia de calor que convierten el agua en vapor. Los tubos de pared de agua recubren el horno donde el agua se calienta hasta la temperatura de saturación (sección del evaporador). Estos tubos funcionan con un alto flujo de calor y deben resistir la presión interna y el contacto externo entre llamas y cenizas. Las especificaciones comunes incluyen ASTM A178 (acero al carbono soldado), A210 (acero al carbono sin costura) y A192 (acero al carbono sin costura para servicio de alta-presión). Los tamaños típicos son de 1,5 a 3" de diámetro exterior con espesores de pared de 3 a 8 mm.
Los tubos del sobrecalentador transportan vapor saturado desde el tambor y lo calientan a la temperatura de salida requerida (normalmente 540-620 grados para las plantas modernas). Estos tubos funcionan a las temperaturas más altas en la caldera y requieren aceros de aleación de alta-resistencia a la fluencia-. ASTM A213 T11 (1,25Cr-0,5Mo), T22 (2,25Cr-1Mo) y T91 (9Cr-1Mo-V) son los materiales estándar. T91 es el material preferido para las secciones de sobrecalentadores de más alta temperatura debido a su resistencia superior a la fluencia y a la oxidación por vapor.
Los tubos del recalentador transportan el vapor de escape de la turbina de alta-presión de regreso a la caldera para recalentarlo antes de regresar a las turbinas de presión-intermedia y de presión baja-. Las condiciones son similares a las de los sobrecalentadores pero a una presión ligeramente menor. Los tubos economizadores precalientan el agua de alimentación antes de que ingrese al tambor de la caldera, funcionando a alta presión pero a temperatura moderada (300-400 grados). Los materiales estándar incluyen acero al carbono A178 y A210. Las dimensiones de los tubos de caldera varían según el fabricante y el diseño, pero los rangos de diámetro exterior típicos son de 25 a 89 mm con espesores de pared de 3 a 12 mm.
Tubería principal de vapor y-alta temperatura
La tubería de vapor principal transporta vapor sobrecalentado desde la salida de la caldera hasta la turbina de alta-presión. Para plantas subcríticas (condiciones de vapor ~540 grados, 170 bar), el material estándar es A335 P22 (2,25Cr-1Mo). Para plantas supercríticas (~566 grados, 250 bar), P91 (9Cr-1Mo-V) es el material estándar. Para plantas ultra-supercríticas (600-620 grados, 300+ bar), se requieren P92 (9Cr-0,5Mo-W-V) e incluso aleaciones a base de níquel-(Aleación 617, Aleación 625) para las secciones de mayor-temperatura. La tubería de recalentamiento caliente regresa desde el sobrecalentador de la caldera a la turbina de presión intermedia a 540-620 grados - P22 o P91 dependiendo de la temperatura. La tubería de recalentamiento en frío regresa desde la salida de la turbina de alta presión al recalentador de la caldera a 300-400 grados: A106 Gr.B o P22, según los requisitos de diseño.
| Tipo de planta | Condiciones de vapor | Material | Horario de tuberías |
|---|---|---|---|
| Subcrítico | 540 grados / 170 barras | P22 (2,25Cr-1Mo) | SC 80-160 |
| Supercrítico | 566 grados / 250 bares | P91 (9Cr-1Mo-V) | SC 100-160 |
| Ultra-supercrítica | 600-620 grados/300+ barra | P92, aleación 617 | Pared pesada personalizada |
Selección de materiales para centrales eléctricas
La evolución de la tecnología de las centrales eléctricas ha impulsado el desarrollo de materiales cada vez más sofisticados. Las unidades subcríticas que funcionan a 540 grados utilizan P22, que proporciona una resistencia a la fluencia y a la oxidación adecuada hasta esta temperatura. Las unidades supercríticas que funcionan a 566 grados requieren P91, que tiene aproximadamente tres veces la resistencia a la rotura por fluencia del P22 a esta temperatura, lo que permite paredes más delgadas que reducen el estrés térmico durante el arranque y mejoran la flexibilidad de la planta. Las unidades ultra-supercríticas requieren los materiales de mayor-rendimiento: P92 para las secciones más calientes (donde la adición de tungsteno proporciona una resistencia a la fluencia un 15-20 % mayor que la P91) y aleaciones a base de níquel-como la aleación 617 (Inconel 617) para los colectores y tuberías de mayor temperatura, donde las temperaturas del vapor superan los 620 grados y los requisitos de resistencia a la fluencia solo pueden cumplirse mediante estos materiales avanzados.
Los límites de temperatura y presión para cada material están definidos por las tablas de tensión permitida de ASME Sección II Parte D. La temperatura máxima permitida para P22 es 593 grados, para P91 es 649 grados y para P92 es 649 grados. Sin embargo, la resistencia a la oxidación por vapor se convierte en un factor limitante por encima de los 600 grados - incluso si el material tiene una resistencia a la fluencia adecuada, la formación de incrustaciones de óxido gruesas y exfoliantes en la superficie interna puede causar obstrucciones en los tubos y erosión de la turbina. Por esta razón, se prefiere un mayor contenido de cromo (9% en P91/P92) a un menor contenido de cromo (2,25% en P22) para temperaturas superiores a 580 grados.
Tuberías de plantas de energía nuclear
Las tuberías de plantas de energía nuclear están clasificadas por clase de seguridad según ASME Sección III (Reglas para la construcción de componentes de instalaciones nucleares). Las tuberías de Clase 1 (críticas para la seguridad-) deben resistir los accidentes base de diseño más severos sin fallar. Las tuberías de clase 2 y 3 tienen requisitos menos estrictos. Los materiales de tuberías de grado nuclear incluyen A106 Gr.B (acero al carbono para sistemas auxiliares), A312 TP304/316 (acero inoxidable para refrigerante de reactores y sistemas de inyección de seguridad) y A358 (acero inoxidable soldado para sistemas de gran-diámetro). Las tuberías nucleares requieren una limpieza mejorada (fabricación, desengrasado y embalaje ultralimpios), trazabilidad completa del material con documentación NQA-1 (Aseguramiento de calidad nuclear) y END 100% con retención de registros durante la vida útil de diseño de la planta (normalmente entre 40 y 60 años).
END en tuberías de centrales eléctricas
Los requisitos de END para las tuberías de las centrales eléctricas son amplios. Los tubos de calderas requieren 100 % UT o ECT para la detección de defectos internos y externos después de la fabricación, y una inspección en-servicio utilizando UT de onda guiada para la detección de corrosión bajo aislamiento (CUI). Las tuberías de alta-temperatura requieren una medición periódica del espesor de la pared UT y la detección de daños por fluencia mediante metalografía de replicación, donde se crea una réplica superficial de la microestructura y se analiza en un laboratorio para detectar daños por cavitación que indiquen la aparición de fluencia terciaria. En-los intervalos de inspección de servicio están determinados por la evaluación de vida restante calculada a partir de los datos de horas de funcionamiento, temperatura y espesor de pared. Para conocer métodos detallados de END, consulte nuestroGuía de END para tuberías.
Soldadura de tuberías de plantas de energía
La soldadura de tuberías de centrales eléctricas de alta-temperatura requiere una calificación rigurosa del procedimiento. La soldadura P91 y P92 requiere un precalentamiento de 200-250 grados, un control estricto de la temperatura entre pasadas (máximo 300 grados), el uso de consumibles de soldadura con bajo contenido de -hidrógeno (hidrógeno difusible < 5 ml/100 g) y PWHT inmediato a 730-760 grados para P91 y 740-760 grados para P92. Las soldaduras de metales diferentes (DMW) entre P22 y P91 son comunes en las centrales eléctricas y requieren una cuidadosa selección del metal de aportación (normalmente aleación 82/182 a base de níquel) para adaptarse a la expansión térmica diferencial entre los dos materiales. PWHT para DMW debe equilibrar los requisitos de templado de ambos materiales. La falla por fluencia de las juntas soldadas es un mecanismo de falla conocido en tuberías de plantas de energía de alta temperatura, particularmente en DMW donde la migración de carbono desde el acero de baja aleación al metal de soldadura crea una zona descarburada blanda que puede fallar en condiciones de fluencia.
Nuestra capacidad de tuberías para centrales eléctricas
ManufacturerPipe suministra tubos para calderas y tuberías para plantas de energía según las normas ASME Sección I, B31.1 y Sección III. Ofrecemos tubos para calderas A213 T11/T22/T91, tuberías principales de vapor y recalentamiento A335 P22/P91/P92 y tuberías para sistemas auxiliares A106/A333. Todas las tuberías se suministran con MTC completo, registros de tratamiento térmico e informes de END. Podemos organizar inspecciones de terceros-para proyectos de energía nuclear e internacionales.
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