火力発電所用鋼製ボイラー管および鋼管

コスト削減と環境保護の必要性により、火力発電所は両面からの圧力に直面しています。 ユニットの蒸気パラメータを増加させるために開発された従来の発電システム、すなわちユニットの超臨界（ＳＣ）および超々臨界（ＵＳＣ）が、近年、電力網に導入されている。 火力発電所の効率を向上させる最も効果的な方法の XNUMX つは、ボイラー蒸気の温度、圧力などのパラメーターを向上させることです。蒸気パラメーターを向上させるための主な問題は、金属材料、特に熱強度、耐熱性の問題です。高温腐食と酸化、冷間加工と熱間加工特性。 簡単に言うと、ボイラー鋼とは、蒸気ボイラーの圧力要素の製造に使用される特殊鋼を指します。主にボイラー鋼板およびボイラー継目無鋼管です。圧力荷重に耐えるだけでなく、直接火によって加熱されるため、化学組成と機械的特性が必要です。特定の条件を満たす鋼の特性。 以下に、発電所のボイラー システムに使用される最も一般的で適切な鋼種をいくつか示します。

 

炭素鋼および低合金鋼

ASTM A179 や A201C などの低炭素鋼は、優れた可塑性、靭性、溶接性を備えており、火力発電所で使用される加熱表面パイプ、エコノマイザー、過熱器、再熱器の経済的な選択肢です。 ボイラーのドラムとチューブには、2.25Cr-1Mo 鋼や 9Cr-1Mo 鋼などの低合金鋼が使用されることがよくあります。 高温でも高い強度を発揮します。 これは、熱交換器、エコノマイザー、水壁、ダクトなどのボイラー部品に一般的に使用される材料です。P22、P91、T22 などの特定のグレードは、高温高圧用途向けに設計されています。

• SA-210C：軟鋼。 延性、靱性、溶接性が良好、450℃以下では十分な強度、530℃以下では十分な耐酸化性があるが、450℃を超えて長期使用するとパーライトの球状化や黒鉛化が起こり、クリープ限界や耐久強度の低下が生じ、漏れが発生する。 一般に、低および中圧ボイラーの表面パイプの加熱（動作圧力は通常5.88Mpa以下、動作温度は450℃以下）および高圧ボイラーの表面パイプの加熱（動作圧力は通常9.8Mpa以上、動作温度）に使用されます。温度450℃～650℃）、エコノマイザ、過熱器、再熱器、石油化学工業用配管など。
• T11、T12、P11、P12: クロム元素の添加により、炭化物の安定性が向上し、黒鉛化の傾向が効果的に防止されますが、パーライトの球状化と合金元素の再分布の現象により、材料の熱強度が低下します。 550℃を超えると耐熱強度が著しく低下し、耐酸化性も低下します。
• T22、P22：高い熱強度と耐久性のある可塑性。表面は580℃で緻密な酸化保護膜を形成し、十分な耐酸化性と良好な溶接性を備えていますが、長期の運転によりパーライト球状化と合金元素の再分布現象が現れます。 そして熱強度が低下します。
• T23: T22 をベースに鋼 102 の利点を組み合わせた材料です。C 含有量を減らし、W、V、Nb、B を添加することにより、低炭素、多成分、高強度、高靭性のベイナイト熱が得られます。 -耐性鋼。 600℃での強度はT93より22%高く、溶接性、加工性も良好です。

 

ステンレス鋼管

マルテンサイト系およびオーステナイト系ステンレス鋼は火力発電所で一般的な材料であり、ボイラー管、ヘッダー、パイプ、ローター、シリンダーなどを含むボイラーや蒸気タービンの多くの部品に使用されています。304 や 316 などのオーステナイト系ステンレス鋼は、さまざまな用途に広く使用されています。耐熱性、耐食性に優れているため、過熱器、再熱器の管、配管、ケーシングなどに使用されます。

• SUPER304H：TP304HにCu3%、Nb0.4%を添加した改良品です。 微細な結晶粒組織と微細な銅相の析出強化により非常に高いクリープ強度を有し、30～304℃における許容応力はTP600Hより650%高くなります。 機械的性質、耐蒸気酸化性、高温での耐熱腐食性に優れており、650℃以下での長時間運転が可能です。 超（超）臨界ボイラーの過熱器および再熱器に推奨される材料です。
• TP347HFG: タイプ TP347H ステンレス鋼は、特定の熱間加工および熱処理プロセスによって得られます。 結晶粒微細化により許容応力が20%以上増加し、材料の耐水蒸気酸化性が大幅に向上します。
• HR3C鋼（25Cr-20Ni-Nb-N鋼）：日本で開発された新しいタイプのステンレス鋼です。 C含有量を制限し、Nb 0.20%～0.60%、N0.15%～0.35%を添加し、強化相の分散析出を利用することにより、優れた高温強度と耐高温水蒸気酸化性を備えた材料です。発電所の650℃超（超）臨界ボイラーの最終過熱器および再熱器用主要耐熱鋼管の製造。
• T91：9Cr-1Mo系高強度マルテンサイト系耐熱鋼を改良し、総合性能に優れた9%Cr鋼です。 この鋼は、炭素含有量を減らし、合金元素VとNbを添加し、NとAlの含有量を制御することにより、高い衝撃靱性、熱強度、耐食性を備えています。 の T91 スチールチューブ 線膨張係数が小さく、熱伝導率が良いため、主に亜臨界パラメータおよび超臨界パラメータのボイラー壁温度が600℃以下のヘッダーおよび蒸気管に使用されます。
• T92：T9をベースにMoの低減、Wの含有量の増加、Bの含有量の制御により得られた新しい91%Crマルテンサイト系耐熱鋼で、機械的性質はT91と同等であり、溶接性も向上しました。改善されました。 600～650℃でのクリープ強度が大幅に向上し、許容応力はT34に比べ91%向上、強度はTP1.12Hの347倍となります。
• T122:12%Crマルテンサイト系耐熱鋼、つまり2%W、0.07%Nb、1%Cuを添加した鋼は、より高い熱強度と耐食性を持ち、炭素含有量の削減により溶接性能も向上します。 620℃以下の主蒸気パイプラインの製造に使用されます。

ニッケル基合金チューブ

蒸気パラメータが 700 °C を超える場合、ユニットの多くのコンポーネントは超合金のみになり、方向性凝固や単結晶合金を含むニッケルベースの合金が蒸気タービンでの使用について評価されています。インコネル 617 などのニッケルベースの合金または Haynes 230 では、過熱器および再加熱器セクションの非常に高温での動作が可能になります。 しかし、それらはより高価です。

一般に、蒸気温度が約 700 °C の超臨界ボイラー設計では、ヘッダーと主蒸気パイプが最大 750 °C で動作する必要があると考えられていますが、これはフェライト鋼の能力をはるかに超えており、熱オーステナイト鋼の疲労の問題により、この厚肉部品にオーステナイト鋼を使用する可能性は低くなります。 ニッケル基超合金に対するクリープ強度の要件は過剰ではありませんが、溶接性、成形性、耐食性などの他の要件を達成するのは容易ではありません。