Ứng dụng của ống đệm ASME A335 P9 trong nồi hơi nhà máy điện than

Trong các nhà máy nhiệt điện đốt than, đặc biệt là trong các tổ máy siêu tới hạn tiên tiến theo đuổi hiệu quả cực cao, việc sử dụng ống vây có đinh ASME A335 P9 thể hiện một lựa chọn kỹ thuật chính xác để giải quyết các điều kiện vận hành khắc nghiệt và phá vỡ các rào cản về hiệu quả. Các lò hơi tiện ích hiện đại liên tục thúc đẩy các thông số hơi nước cao hơn để đạt được hiệu suất nhiệt lớn hơn, dẫn đến nhiệt độ thành kim loại trong các vùng siêu gia nhiệt và gia nhiệt lại nhiệt độ cao liên tục trong phạm vi quan trọng từ 580°C đến 650°C, đồng thời chịu được áp suất hơi nước bên trong rất lớn. Môi trường này đặt ra những yêu cầu dường như mâu thuẫn đối với vật liệu: nó phải có độ bền nhiệt độ cao đủ để chống lại sự biến dạng do rão, chịu được sự ăn mòn do oxy hóa và xói mòn tro bay từ khí thải chứa lưu huỳnh, đồng thời có khả năng chống mỏi nhiệt để đối phó với chu kỳ tải và khởi động/tắt máy thường xuyên. Đối mặt với thách thức toàn diện này, vật liệu ASME A335 P9 cung cấp một giải pháp cơ bản. Là một loại thép hợp kim ferit 9 crom-1 molypden được tiêu chuẩn hóa, hàm lượng crom khoảng 9% của nó mang lại khả năng chống oxy hóa vượt trội so với các loại thép hợp kim thấp thông thường, trong khi việc bổ sung molypden làm tăng đáng kể khả năng chống rão ở nhiệt độ cao. Điều này làm cho khả năng chịu tải của nó trở nên nổi bật xung quanh nhiệt độ quan trọng là 600°C, tạo thành bộ khung cốt lõi hỗ trợ hoạt động an toàn của các thông số hơi nước cao.

Tuy nhiên, một ống chịu áp suất chắc chắn một mình là không đủ để thu giữ hiệu quả năng lượng nhiệt lớn trong khí thải, vì hệ số truyền nhiệt đối lưu thấp ở phía khí của lò hơi là nút thắt chính hạn chế hiệu quả tổng thể. Đây chính xác là nơi cấu trúc vây có đinh đóng vai trò quyết định của nó. Bằng cách hàn nhiều vây giống như đinh chắc chắn lên thành ngoài của ống thép P9, thiết kế này mở rộng diện tích truyền nhiệt ở phía khí thải lên gấp nhiều lần, từ vài lần đến hơn mười lần, buộc phải phá vỡ rào cản truyền nhiệt và truyền hiệu quả năng lượng nhiệt cao cấp đến hơi nước bên trong ống. Quan trọng hơn, cấu trúc có đinh này thể hiện những ưu điểm độc đáo trong khí thải chứa tro bay: các đường dẫn dòng chảy rộng, không bị cản trở của nó ít bị bám bẩn tro và các điểm hàn chắc chắn chống lại sự xói mòn lâu dài của bụi. Kết hợp với khả năng chống mài mòn vốn có của vật liệu P9, điều này đảm bảo độ tin cậy lâu dài của bộ phận trao đổi nhiệt trong môi trường khắc nghiệt.

Tiêu chuẩn ASME A335 điều chỉnh các ống thép hợp kim ferit liền mạch để sử dụng ở nhiệt độ cao và cấp P9 (9Cr-1Mo) đại diện cho một loại thép hợp kim crom-molypden từ trung bình đến cao.
P9 chứa khoảng 9% Crom (Cr) và 1% Molypden (Mo). Crom làm tăng đáng kể khả năng chống oxy hóa và ăn mòn ở nhiệt độ cao; molypden tăng cường đáng kể độ bền và khả năng chống rão ở nhiệt độ cao.
Tiêu chuẩn đảm bảo không chỉ thành phần hóa học mà còn, thông qua việc quy định các quy trình xử lý nhiệt (chuẩn hóa và tôi) và các tính chất cơ học (độ bền chảy và độ bền kéo tối thiểu ở nhiệt độ cao), đảm bảo độ ổn định vi cấu trúc lâu dài và khả năng chịu tải của vật liệu ở nhiệt độ làm việc.

Các thông số hơi nước của các tổ máy siêu tới hạn hiện đại đã được tăng lên 600-620°C và 25-30 MPa trở lên, đặt ra những thách thức "ba cao" đối với vật liệu bề mặt gia nhiệt của lò hơi: độ bền nhiệt độ cao, khả năng chống ăn mòn khí thải và khả năng chống mỏi nhiệt. Các tính chất vật lý của P9 cung cấp các giải pháp mục tiêu:

Trong các phần lò hơi quan trọng như bộ siêu gia nhiệt và bộ gia nhiệt lại nhiệt độ cao, độ bền nhiệt độ cao của ống P9 là nền tảng và cấu trúc vây có đinh là "bộ khuếch đại" biến đổi nền tảng này thành khả năng truyền nhiệt hiệu quả.

• Mâu thuẫn cốt lõi: Hệ số truyền nhiệt đối lưu thấp ở phía khí thải của lò hơi là nút thắt hạn chế hiệu quả trao đổi nhiệt tổng thể.
• Giải pháp vây có đinh:
  1. Bằng cách hàn các đinh dày đặc, nó mở rộng diện tích truyền nhiệt phía khí thải lên 8-15 lần, tăng cường mạnh mẽ hiệu quả thu hồi năng lượng nhiệt cao cấp và trực tiếp làm tăng hiệu suất nhiệt của lò hơi.
  2. Các kênh rộng giữa các đinh không dễ bị chặn bởi tro mịn và có thể hướng khí thải tạo ra sự nhiễu loạn, tăng cường truyền khối. Cấu trúc hàn chắc chắn của nó cũng vượt trội so với các vây quấn hoặc nhúng dễ bị tổn thương, làm cho nó phù hợp hơn với môi trường tốc độ cao, nhiều bụi.
  3. Các đinh hàn thêm hỗ trợ hướng tâm hiệu quả cho ống, cải thiện khả năng chống rung và lắc của ống trong khí thải.

Trong phạm vi nhiệt độ 580-650°C, rất quan trọng đối với hiệu quả của nhà máy điện, độ bền nhiệt độ cao của nó vượt xa các loại thép hợp kim thấp rẻ hơn như P22, trong khi chi phí của nó thấp hơn đáng kể so với các loại thép không gỉ austenit tiên tiến như TP347H. Đây là lựa chọn vật liệu trưởng thành đáng tin cậy và tiết kiệm chi phí nhất để đạt được công nghệ siêu tới hạn cấp 600°C.
Hiệu suất mỏi nhiệt tuyệt vời của nó cho phép các lò hơi được trang bị các bề mặt gia nhiệt như vậy thích ứng tốt hơn với việc khởi động/tắt máy thường xuyên và chu kỳ tải sâu, điều này rất quan trọng đối với lưới điện có tỷ trọng năng lượng tái tạo ngày càng tăng.