Sistemas de tuberías clave en una central eléctrica
Una central térmica es una red de sistemas de tuberías, cada uno definido por su propia presión, temperatura y química. Las líneas principales de vapor y de recalentamiento en caliente transportan vapor sobrecalentado desde la caldera o el generador de vapor hasta la turbina. Las líneas de agua de alimentación y condensado devuelven agua de alta-pureza a alta presión, los cabezales de agua de refrigeración mueven volúmenes muy grandes a baja presión y los sistemas auxiliares manejan combustible, aceite lubricante, aire de instrumentos y drenajes. Debido a que las funciones de cada circuito difieren ampliamente, la selección de materiales y la planificación de la inspección se realizan sistema por sistema en lugar de hacerlo en toda la planta.
Grados de materiales para servicio de vapor y agua de alimentación
El servicio a temperatura elevada-se rige por la resistencia a la fluencia, la resistencia a la oxidación y la soldabilidad. La siguiente tabla enumera los grados comúnmente especificados para tuberías soldadas y sin costura en plantas modernas.
| Especificación | Calificación | Servicio tipico | Temperatura del metal de diseño |
|---|---|---|---|
| ASTM A106 | Grado B | Agua de alimentación, condensado, vapor auxiliar. | hasta aproximadamente 425 grados C |
| ASTM A335 | P11 (1,25Cr-0,5Mo) | Sobrecalentador secundario, recalentamiento en caliente | hasta aproximadamente 565 grados C |
| ASTM A335 | P22 (2,25Cr-1Mo) | Cabezales de vapor principal y recalentamiento en caliente | hasta aproximadamente 595 grados C |
| ASTM A335 | P91 (9Cr-1Mo-V) | Vapor principal, tubería de alta-energía | hasta aproximadamente 620 grados C |
| ASTM A213 | T11, T22, T91 | Tubos de sobrecalentador y recalentador. | límites de metal del tubo por encima |
| ASTM A672/A691 | B70, C70, 91 | Tubería eléctrica-por fusión-soldada-de gran diámetro | emparejado con el grado de placa |
Por debajo del rango de fluencia, el acero al carbono ASTM A106 Grado B y ASTM A672 siguen siendo la opción económica para el servicio de agua de alimentación y condensado. Los grados de baja-aleación y 9Cr se seleccionan solo cuando la temperatura calculada del metal realmente los requiere, porque los grados más duros exigen un tratamiento térmico, una dureza y un control de fabricación más estrictos.
Gestión de la expansión térmica y la flexibilidad de las tuberías
Las tuberías de alta-energía crecen varios cientos de milímetros entre condiciones de frío y calor, y ese movimiento debe absorberse sin sobrecargar las soldaduras o las boquillas. Los bucles de expansión, las compensaciones y los cambios de dirección brindan flexibilidad, mientras que los soportes de resorte, los soportes-constantes y los amortiguadores mantienen las cargas de las boquillas dentro de los límites establecidos por el proveedor del equipo. El diseño se verifica mediante un análisis formal de flexibilidad y tensión según ASME B31.1 que cubre casos de carga sostenida, ocasional y de desplazamiento, y se registran los ajustes de soporte para posiciones frías y calientes para que la instalación en campo coincida con el análisis.
Inspección y evaluación de condiciones
El monitoreo del estado de las tuberías de energía combina una inspección básica de fabricación con un examen periódico en-servicio:
Examen radiográfico de soldaduras a tope según ASME BPVC Sección V Artículo 2 durante la fabricación.
Pruebas ultrasónicas manuales o automatizadas según el Artículo 4 para la calidad de la soldadura y, en servicio, para el mapeo del espesor de pared-de las zonas de erosión y corrosión.
Examen con líquidos penetrantes y partículas magnéticas según los artículos 6 y 7 sobre soldaduras en ángulo, soldaduras de unión y sospecha de fisuras superficiales.
Los estudios de dureza y replicación de la resistencia a la fluencia--mejoraron los aceros ferríticos como el P91 para confirmar que el tratamiento térmico posterior-a la soldadura produjo la microestructura deseada.
En-inspección de servicio y-evaluación de vida restante planificada según los requisitos de ASME B31.1 y el Código de Inspección de la Junta Nacional.
Química y flujo del agua de alimentación-Corrosión acelerada
La degradación interna se controla tanto mediante la química del agua como mediante la elección del material. El oxígeno disuelto se elimina con un eliminador de oxígeno y el pH se eleva con amoníaco o una película de amina para mantener el agua de alimentación en el rango que minimice el transporte de hierro. La corrosión-acelerada por flujo, que ataca el agua de alimentación-de acero al carbono y las líneas de condensado aguas abajo de las válvulas de control, se maneja prediciendo la pérdida de pared con el modelo estándar de la industria y luego confirmándola con estudios de espesor ultrasónicos en las ubicaciones de alta-tasa prevista. Las zonas donde puede ocurrir vapor húmedo o flujo bifásico-se inspeccionan en un ciclo más corto y las líneas de drenaje se colocan para evitar puntos bajos que retienen el condensado durante las paradas.
Consideraciones sobre tuberías de plantas nucleares
Las tuberías dentro de una planta de energía nuclear comparten los mismos principios mecánicos, pero agregan capas de control: trazabilidad documentada del material desde el número de calor hasta el sistema, limpieza-de áreas de fabricación controladas, calificación sísmica y ambiental de soportes y componentes, tolerancia a los efectos de la irradiación en la dureza y un paquete de verificación que demuestra el cumplimiento del código nuclear y las especificaciones técnicas de la planta. Estos requisitos cambian el equilibrio de costos hacia menos soldaduras completamente inspeccionadas y hacia la fabricación en un taller controlado en lugar de en el campo.
Preguntas frecuentes
P: ¿Qué calidad de acero se utiliza para las tuberías principales de vapor?
ASTM A335 P22 es común para el servicio principal de vapor y recalentamiento en caliente hasta aproximadamente 595 °C, mientras que ASTM A335 P91 se elige para temperaturas de metal más altas, generalmente hasta aproximadamente 620 °C, donde su resistencia a la fluencia permite paredes más delgadas.
P: ¿Cuál es la diferencia entre la tubería A106 y A335?
ASTM A106 Grado B es acero al carbono destinado principalmente para servicio ambiente a moderadamente elevado, mientras que ASTM A335 cubre grados de aleación de cromo-molibdeno como P11, P22 y P91 que retienen la resistencia en el rango de fluencia.
P: ¿Cómo se controla la corrosión acelerada por flujo-?
Está controlado por la química y el pH correctos del agua de alimentación, por una geometría que evita la turbulencia aguas abajo de válvulas y accesorios, y por estudios ultrasónicos de espesor de pared-en ubicaciones identificadas por el modelo de predicción de la industria.
P: ¿Por qué se requiere un análisis de flexibilidad para las tuberías de energía?
El crecimiento térmico debe ser absorbido por el diseño de la tubería para que las tensiones y las cargas de las boquillas del equipo se mantengan dentro de los límites de ASME B31.1, y el análisis define los tipos de soporte y las configuraciones utilizadas durante el montaje.
P: ¿Qué inspección se realiza en aceros de resistencia a la fluencia-como el P91?
Las soldaduras de fabricación se someten a radiografías o pruebas ultrasónicas, y el tratamiento térmico posterior{0}}a la soldadura se verifica mediante pruebas de dureza y replicación de la superficie para confirmar la estructura martensítica templada requerida.
