Cách Chọn Vật Liệu Cho Bó Ống Đối Lưu Đúng Cách

Việc lựa chọn vật liệu cho bó ống đối lưu đúng cách cần xem xét toàn diện các điều kiện làm việc, môi trường vận hành, tính kinh tế và yêu cầu quy trình sản xuất của lò hơi. Dưới đây là các bước và yếu tố quan trọng để lựa chọn vật liệu cho bó ống đối lưu:

1. Tìm hiểu điều kiện làm việc
Nhiệt độ: Bó ống đối lưu thường ở trong môi trường khí thải có nhiệt độ trung bình đến cao (khoảng 300-800°C, tùy thuộc vào loại lò hơi và vị trí của bó ống). Cần chọn vật liệu có thể chịu được phạm vi nhiệt độ này, tránh hiện tượng biến dạng do nhiệt độ cao hoặc giảm độ bền.
Áp suất: Áp suất của môi chất bên trong ống (như nước hoặc hơi nước) (áp suất thấp, trung bình hoặc siêu cao) quyết định yêu cầu về độ bền của vật liệu. Lò hơi áp suất cao cần chọn vật liệu có độ bền cao hơn.
Phương thức tuần hoàn: Tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡng bức hoặc lò hơi dòng thẳng có yêu cầu khác nhau về khả năng chống mỏi của vật liệu.

2. Xem xét môi trường khí thải
Tính ăn mòn: Khí thải có thể chứa sulfua, clorua hoặc oxit, có thể gây ra ăn mòn nhiệt độ cao hoặc ăn mòn điểm sương nhiệt độ thấp. Cần chọn vật liệu chống ăn mòn, chẳng hạn như thép hợp kim thấp hoặc thép không gỉ.
Mài mòn: Tro bay của lò hơi đốt than có thể gây ra mài mòn bó ống, đặc biệt là ở các khu vực khí thải có tốc độ dòng chảy cao. Nên chọn vật liệu có độ cứng cao hoặc bề mặt có thể được xử lý tăng cường.
Tích tụ tro: Một số nhiên liệu (như than có hàm lượng tro cao) dễ dẫn đến tích tụ tro, ảnh hưởng đến hiệu quả trao đổi nhiệt. Cần xem xét các đặc tính bề mặt của vật liệu (như độ nhẵn) hoặc các biện pháp bảo vệ bổ sung (như thiết kế cánh tản nhiệt).

3. Lựa chọn vật liệu thông dụng
Tùy thuộc vào loại lò hơi và điều kiện làm việc, dưới đây là các vật liệu bó ống đối lưu thường được sử dụng:

Thép carbon (ví dụ: thép 20#, SA-106B):
Thích hợp cho lò hơi áp suất thấp, nhiệt độ thấp (ví dụ: lò hơi nhỏ công nghiệp).
Ưu điểm: Chi phí thấp, khả năng gia công tốt.
Nhược điểm: Khả năng chịu nhiệt độ cao và chống ăn mòn hạn chế, thích hợp cho nhiệt độ khí thải dưới 400°C.

Thép hợp kim thấp (ví dụ: 15CrMo, 12Cr1MoV, SA-213 T11/T22):
Thích hợp cho lò hơi áp suất trung bình, áp suất cao, nhiệt độ khí thải từ 400-600°C.
Ưu điểm: Độ bền nhiệt độ cao và khả năng chống oxy hóa tốt, hiệu quả chi phí cao.
Nhược điểm: Nhạy cảm với ăn mòn nhiệt độ cao, cần kiểm soát thành phần khí thải.

Thép hợp kim cao/thép không gỉ (ví dụ: SA-213 TP304, TP321, TP347):
Thích hợp cho lò hơi siêu cao áp, siêu tới hạn hoặc môi trường có tính ăn mòn cao (ví dụ: lò hơi đốt rác).
Ưu điểm: Khả năng chống ăn mòn nhiệt độ cao và chống oxy hóa tuyệt vời, thích hợp cho nhiệt độ khí thải trên 600°C.
Nhược điểm: Chi phí cao hơn, khó gia công hơn.

Vật liệu composite chịu mài mòn và chống ăn mòn:
Ở các khu vực có độ mài mòn cao, có thể sử dụng ống composite được hàn đắp bề mặt (ví dụ: hợp kim gốc niken) hoặc phun phủ lớp phủ gốm.
Ưu điểm: Kéo dài tuổi thọ, giảm bảo trì.
Nhược điểm: Chi phí sản xuất cao.

4. Cân bằng tính kinh tế và hiệu suất
Chi phí ban đầu: Thép carbon có chi phí thấp nhất, chi phí của thép hợp kim và thép không gỉ tăng dần. Cần lựa chọn theo ngân sách và tuổi thọ dự kiến.
Chi phí vận hành và bảo trì: Vật liệu chống ăn mòn, chống mài mòn có thể giảm tần suất ngừng máy để kiểm tra và sửa chữa, giảm chi phí bảo trì lâu dài.
Tuổi thọ dự kiến: Lò hơi áp suất cao hoặc nhiệt độ cao cần ưu tiên chọn vật liệu hiệu suất cao để đảm bảo vận hành an toàn lâu dài, trong khi lò hơi áp suất thấp có thể chọn vật liệu kinh tế hơn.

5. Xem xét hiệu suất sản xuất và gia công
Khả năng hàn: Bó ống đối lưu cần được hàn với hộp góp hoặc tấm ống, khả năng hàn của vật liệu (như độ bền mối hàn, xu hướng nứt) là rất quan trọng. Thép hợp kim thấp và thép carbon có khả năng hàn tốt hơn, thép hợp kim cao cần quy trình hàn đặc biệt.
Hiệu suất uốn ống: Bó ống đối lưu thường cần được uốn thành hình, vật liệu cần có độ dẻo và độ dai tốt để tránh nứt khi uốn.
Yêu cầu xử lý nhiệt: Một số loại thép hợp kim cần xử lý nhiệt (như thường hóa, ram) để cải thiện hiệu suất, cần đánh giá độ phức tạp của quy trình sản xuất.

6. Tham khảo tiêu chuẩn và quy phạm
Tuân thủ các tiêu chuẩn ngành liên quan, chẳng hạn như:
Trung Quốc: GB/T 5310 (Ống thép liền mạch dùng cho lò hơi áp suất cao), GB/T 3087 (Ống thép liền mạch dùng cho lò hơi áp suất thấp và trung bình).
Quốc tế: ASME SA-213 (Ống thép hợp kim ferit và austenit liền mạch dùng cho lò hơi), ASTM A106 (Ống thép carbon liền mạch dùng cho nhiệt độ cao).
Dựa trên các thông số thiết kế của lò hơi, tham khảo vật liệu được khuyến nghị theo tiêu chuẩn và đảm bảo vật liệu đáp ứng các yêu cầu chứng nhận.

7. Kết hợp kinh nghiệm ứng dụng thực tế
Loại nhiên liệu: Thành phần khí thải của lò hơi đốt than, đốt dầu, đốt khí tự nhiên hoặc đốt sinh khối có sự khác biệt lớn. Ví dụ, lò hơi đốt dầu cần vật liệu chịu ăn mòn sulfua tốt hơn.
Thay đổi điều kiện vận hành: Xem xét xem lò hơi có thường xuyên khởi động và dừng (cần chống mỏi nhiệt) hoặc dao động tải vận hành (cần chống biến dạng chậm) hay không.
Dữ liệu lịch sử: Tham khảo hồ sơ vận hành của các loại lò hơi tương tự, tìm hiểu hiệu suất và các dạng hỏng hóc phổ biến của vật liệu, tối ưu hóa lựa chọn.

8. Các biện pháp bảo vệ bổ sung
Nếu bản thân vật liệu khó đáp ứng đầy đủ các yêu cầu, có thể tăng cường hiệu suất bằng các cách sau:
Xử lý bề mặt: Chẳng hạn như phun phủ lớp phủ chống mài mòn và chống ăn mòn, thấm nitơ hoặc làm cứng bằng phương pháp cán.
Tối ưu hóa cấu trúc: Lắp đặt ống bọc chống mài mòn, cánh tản nhiệt hoặc các bộ phận gây nhiễu để giảm mài mòn và tích tụ tro.
Tối ưu hóa vận hành: Bằng cách kiểm soát tốc độ dòng khí thải hoặc thổi tro định kỳ, giảm ăn mòn và mài mòn vật liệu.