วิธีการเลือกวัสดุสำหรับมัดท่อพาความร้อนอย่างถูกต้อง

การเลือกวัสดุสำหรับมัดท่อพาความร้อนอย่างถูกต้อง จำเป็นต้องพิจารณาอย่างครอบคลุมถึงสภาวะการทำงาน สภาพแวดล้อมการทำงาน ความคุ้มค่า และข้อกำหนดทางเทคนิคในการผลิตของหม้อไอน้ำ ต่อไปนี้เป็นขั้นตอนและปัจจัยสำคัญในการเลือกวัสดุมัดท่อพาความร้อน:

1. ทำความเข้าใจสภาวะการทำงาน
อุณหภูมิ: มัดท่อพาความร้อนมักจะอยู่ในสภาพแวดล้อมของก๊าซไอเสียที่มีอุณหภูมิปานกลางถึงสูง (ประมาณ 300-800°C ขึ้นอยู่กับประเภทของหม้อไอน้ำและตำแหน่งของมัดท่อ) จำเป็นต้องเลือกวัสดุที่สามารถทนต่อช่วงอุณหภูมินี้ได้ เพื่อหลีกเลี่ยงการคืบที่อุณหภูมิสูงหรือความแข็งแรงลดลง
ความดัน: ความดันของสารทำงานภายในท่อ (เช่น น้ำหรือไอน้ำ) (ความดันต่ำ ความดันปานกลาง หรือความดันสูงพิเศษ) เป็นตัวกำหนดข้อกำหนดด้านความแข็งแรงของวัสดุ หม้อไอน้ำแรงดันสูงจำเป็นต้องใช้วัสดุที่มีความแข็งแรงสูงกว่า
วิธีการหมุนเวียน: การหมุนเวียนตามธรรมชาติ การหมุนเวียนแบบบังคับ หรือหม้อไอน้ำแบบไหลผ่าน มีข้อกำหนดที่แตกต่างกันสำหรับประสิทธิภาพการต้านทานความล้าของวัสดุ

2. พิจารณาสภาพแวดล้อมของก๊าซไอเสีย
การกัดกร่อน: ก๊าซไอเสียอาจมีซัลไฟด์ คลอไรด์ หรือออกไซด์ ซึ่งอาจนำไปสู่การกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูงหรือการกัดกร่อนจากจุดน้ำค้างที่อุณหภูมิต่ำ จำเป็นต้องเลือกวัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อน เช่น เหล็กกล้าผสมต่ำหรือสแตนเลส
การสึกหรอ: เถ้าถ่านในหม้อไอน้ำที่ใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงอาจทำให้เกิดการสึกหรอของมัดท่อ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริเวณที่มีก๊าซไอเสียไหลเร็ว ควรเลือกวัสดุที่มีความแข็งสูงหรือสามารถเสริมความแข็งแรงของพื้นผิวได้
การสะสมของเถ้า: เชื้อเพลิงบางชนิด (เช่น ถ่านหินที่มีปริมาณเถ้าสูง) มีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดการสะสมของเถ้า ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน คุณสมบัติพื้นผิวของวัสดุ (เช่น ความเรียบ) หรือมาตรการป้องกันเพิ่มเติม (เช่น การออกแบบครีบ) จำเป็นต้องได้รับการพิจารณา

3. การเลือกวัสดุที่ใช้กันทั่วไป
ตามประเภทของหม้อไอน้ำและสภาวะการทำงาน วัสดุมัดท่อพาความร้อนที่ใช้กันทั่วไปมีดังนี้:

เหล็กกล้าคาร์บอน (เช่น เหล็กกล้า 20#, SA-106B):
เหมาะสำหรับหม้อไอน้ำแรงดันต่ำ อุณหภูมิต่ำ (เช่น หม้อไอน้ำขนาดเล็กในอุตสาหกรรม)
ข้อดี: ต้นทุนต่ำ ประสิทธิภาพการประมวลผลที่ดี
ข้อเสีย: ทนต่ออุณหภูมิสูงและทนต่อการกัดกร่อนได้จำกัด เหมาะสำหรับอุณหภูมิของก๊าซไอเสียที่ต่ำกว่า 400°C

เหล็กกล้าผสมต่ำ (เช่น 15CrMo, 12Cr1MoV, SA-213 T11/T22):
เหมาะสำหรับหม้อไอน้ำแรงดันปานกลาง แรงดันสูง ที่มีอุณหภูมิของก๊าซไอเสียอยู่ที่ 400-600°C
ข้อดี: มีความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงและทนต่อการเกิดออกซิเดชันได้ดี คุ้มค่า
ข้อเสีย: ไวต่อการกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูง จำเป็นต้องควบคุมส่วนประกอบของก๊าซไอเสีย

เหล็กกล้าผสมสูง/สแตนเลส (เช่น SA-213 TP304, TP321, TP347):
เหมาะสำหรับหม้อไอน้ำแรงดันสูงพิเศษ หม้อไอน้ำวิกฤตยิ่งยวด หรือสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนสูง (เช่น หม้อไอน้ำเผาขยะ)
ข้อดี: ทนต่อการกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูงและทนต่อการเกิดออกซิเดชันได้ดีเยี่ยม เหมาะสำหรับอุณหภูมิของก๊าซไอเสียที่สูงกว่า 600°C
ข้อเสีย: ต้นทุนค่อนข้างสูง การประมวลผลทำได้ยาก

วัสดุคอมโพสิตทนต่อการสึกหรอและการกัดกร่อน:
ในบริเวณที่มีการสึกหรอสูง สามารถใช้ท่อคอมโพสิตที่เชื่อมพอกพื้นผิว (เช่น โลหะผสมนิกเกิล) หรือพ่นเคลือบเซรามิก
ข้อดี: ยืดอายุการใช้งาน ลดการบำรุงรักษา
ข้อเสีย: ต้นทุนการผลิตสูง

4. สร้างสมดุลระหว่างความคุ้มค่าและประสิทธิภาพ
ต้นทุนเริ่มต้น: เหล็กกล้าคาร์บอนมีต้นทุนต่ำสุด เหล็กกล้าผสมและสแตนเลสมีต้นทุนสูงขึ้นตามลำดับ จำเป็นต้องเลือกตามงบประมาณและอายุการใช้งานที่คาดหวัง
ต้นทุนการดำเนินงานและการบำรุงรักษา: วัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อนและทนต่อการสึกหรอสามารถลดความถี่ในการหยุดทำงานเพื่อซ่อมแซม และลดต้นทุนการบำรุงรักษาระยะยาว
อายุการใช้งานที่คาดหวัง: หม้อไอน้ำแรงดันสูงหรืออุณหภูมิสูง จำเป็นต้องเลือกวัสดุที่มีประสิทธิภาพสูงเป็นอันดับแรก เพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานที่ปลอดภัยในระยะยาว ในขณะที่หม้อไอน้ำแรงดันต่ำสามารถเลือกใช้วัสดุประหยัดได้ตามความเหมาะสม

5. พิจารณาประสิทธิภาพการผลิตและการประมวลผล
ความสามารถในการเชื่อม: มัดท่อพาความร้อนจำเป็นต้องเชื่อมกับเฮดเดอร์หรือแผ่นท่อ ประสิทธิภาพการเชื่อมของวัสดุ (เช่น ความแข็งแรงของรอยเชื่อม แนวโน้มการแตกร้าว) มีความสำคัญอย่างยิ่ง เหล็กกล้าผสมต่ำและเหล็กกล้าคาร์บอนมีความสามารถในการเชื่อมที่ดี เหล็กกล้าผสมสูงจำเป็นต้องใช้กระบวนการเชื่อมพิเศษ
ประสิทธิภาพการดัดท่อ: มัดท่อพาความร้อนมักจะต้องดัดขึ้นรูป วัสดุจำเป็นต้องมีความเป็นพลาสติกและความเหนียวที่ดี เพื่อหลีกเลี่ยงการแตกร้าวจากการดัด
ข้อกำหนดการอบชุบด้วยความร้อน: เหล็กกล้าผสมบางชนิดจำเป็นต้องอบชุบด้วยความร้อน (เช่น การทำให้เป็นปกติ การอบคืนตัว) เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ จำเป็นต้องประเมินความซับซ้อนของกระบวนการผลิต

6. อ้างอิงมาตรฐานและข้อกำหนด
ปฏิบัติตามมาตรฐานอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้อง เช่น:
จีน: GB/T 5310 (ท่อเหล็กไร้ตะเข็บสำหรับหม้อไอน้ำแรงดันสูง), GB/T 3087 (ท่อเหล็กไร้ตะเข็บสำหรับหม้อไอน้ำแรงดันต่ำและปานกลาง)
สากล: ASME SA-213 (ท่อเหล็กกล้าผสมเฟอร์ริติกและออสเทนนิติกไร้ตะเข็บสำหรับหม้อไอน้ำ), ASTM A106 (ท่อเหล็กกล้าคาร์บอนไร้ตะเข็บสำหรับอุณหภูมิสูง)
ตามพารามิเตอร์การออกแบบหม้อไอน้ำ ให้อ้างอิงวัสดุที่แนะนำตามมาตรฐาน และตรวจสอบให้แน่ใจว่าวัสดุเป็นไปตามข้อกำหนดการรับรอง

7. ผสมผสานกับประสบการณ์การใช้งานจริง
ประเภทเชื้อเพลิง: ส่วนประกอบของก๊าซไอเสียของหม้อไอน้ำที่ใช้ถ่านหิน น้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ หรือชีวมวลเป็นเชื้อเพลิงมีความแตกต่างกันอย่างมาก ตัวอย่างเช่น หม้อไอน้ำที่ใช้น้ำมันเป็นเชื้อเพลิงจำเป็นต้องใช้วัสดุที่ทนทานต่อการกัดกร่อนจากกำมะถันมากกว่า
การเปลี่ยนแปลงสภาวะการทำงาน: พิจารณาว่าหม้อไอน้ำมีการสตาร์ทและหยุดบ่อยหรือไม่ (จำเป็นต้องทนทานต่อความล้าจากความร้อน) หรือความผันผวนของภาระการทำงาน (จำเป็นต้องทนทานต่อการคืบ)
ข้อมูลในอดีต: อ้างอิงบันทึกการทำงานของหม้อไอน้ำประเภทเดียวกัน ทำความเข้าใจประสิทธิภาพและรูปแบบความล้มเหลวของวัสดุทั่วไป เพื่อปรับปรุงการเลือกให้เหมาะสม

8. มาตรการป้องกันเพิ่มเติม
หากวัสดุเองไม่สามารถตอบสนองความต้องการได้อย่างสมบูรณ์ สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพได้ด้วยวิธีต่อไปนี้:
การปรับสภาพพื้นผิว: เช่น การพ่นเคลือบผิวที่ทนต่อการสึกหรอและการกัดกร่อน การไนไตรดิ้ง หรือการเสริมความแข็งแรงด้วยการกลิ้ง
การเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้าง: การติดตั้งปลอกป้องกันการสึกหรอ ครีบ หรือส่วนประกอบปั่นป่วน เพื่อลดการสึกหรอและการสะสมของเถ้า
การเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน: การควบคุมความเร็วการไหลของก๊าซไอเสียหรือการเป่าเถ้าเป็นประจำ เพื่อลดการกัดกร่อนและการสึกหรอของวัสดุ