¿Cómo elegir el tipo de tubo de caldera adecuado para la caldera?

Al elegir el tubo de caldera adecuado para su caldera, debe tener en cuenta una serie de factores clave, incluida la presión de funcionamiento de la caldera, la temperatura, las características del medio y el material, las especificaciones y la resistencia a la corrosión del propio tubo.

Factores de presión de trabajo
1. Calderas de baja presión (<1,6 MPa)
Para calderas con presiones de trabajo más bajas, como algunas calderas de vapor industriales pequeñas o calderas de agua caliente, se pueden utilizar tubos de acero al carbono. El acero al carbono tiene buenas propiedades mecánicas y puede cumplir con los requisitos de resistencia en entornos de baja presión. Por ejemplo, el tubo de acero al carbono n.º 20 común es relativamente barato, fácil de procesar y fabricar, y puede transportar de forma estable vapor o agua caliente dentro de un rango de baja presión.

2. Calderas de presión media (1,6 - 10 MPa)
Cuando la presión de trabajo de la caldera está en el rango de presión media, los tubos de acero aleado son una opción más adecuada. La adición de elementos de aleación mejora la resistencia y la tenacidad del tubo, lo que le permite soportar presiones más altas. Por ejemplo, las tuberías de acero de aleación 15CrMoG contienen elementos de cromo (Cr) y molibdeno (Mo). Estos elementos de aleación mejoran la resistencia a altas temperaturas y la resistencia a la fluencia de las tuberías, y funcionan bien en las tuberías de sobrecalentador y recalentador de calderas de presión media.

3. Calderas de alta presión (>10 MPa)
Las calderas de alta presión requieren tuberías con una resistencia extremadamente alta y buena resistencia a la presión. En este momento, generalmente se seleccionan tuberías con un mayor contenido de aleación, como las tuberías de acero 12Cr1MoVG o P91 (9Cr - 1Mo - V - Nb). Las tuberías de acero 12Cr1MoVG tienen un excelente rendimiento integral en entornos de alta temperatura y alta presión a través del efecto sinérgico de elementos de aleación como el cromo (Cr), el molibdeno (Mo) y el vanadio (V); las tuberías de acero P91 se utilizan ampliamente en calderas de presión supercríticas y ultrasupercríticas con su alta resistencia, buena resistencia a la oxidación del vapor y estabilidad térmica.

Factores de temperatura de trabajo
1. Tubos de calderas de baja temperatura (<300℃)
Para las calderas que funcionan en entornos de baja temperatura, como algunas calderas de suministro de agua caliente, se consideran principalmente la resistencia a la corrosión y la conductividad térmica de las tuberías. Las tuberías de acero al carbono comunes o las tuberías de acero inoxidable pueden cumplir con los requisitos. Las tuberías de acero inoxidable (como el acero inoxidable 304) tienen buena resistencia a la corrosión. En sistemas de agua caliente de baja temperatura que pueden estar expuestos a medios ligeramente corrosivos, pueden prevenir eficazmente la corrosión de las tuberías y extender la vida útil. Al mismo tiempo, la conductividad térmica de las tuberías de acero inoxidable también puede satisfacer las necesidades de transporte de agua caliente a baja temperatura.

2. Tubos de calderas de temperatura media (300 - 500℃)
Para las calderas con temperaturas de trabajo en el rango de temperatura media, como algunas calderas de vapor industriales de temperatura media y presión media, las tuberías de acero aleado son la primera opción. Tomando como ejemplo el 12CrMoG, el elemento cromo (Cr) en esta tubería puede mejorar la resistencia a la oxidación de la tubería, y el elemento molibdeno (Mo) mejora la resistencia térmica de la tubería, de modo que puede transportar vapor de manera estable en el rango de temperatura de 300 - 500 ℃ y resistir la oxidación a alta temperatura y la fatiga térmica.

3. Tubos de calderas de alta temperatura (>500 ℃)
En entornos de alta temperatura, como sobrecalentadores y recalentadores de calderas de presión supercríticas y ultrasupercríticas, se requieren tubos con un excelente rendimiento a alta temperatura. Los tubos de aleación a base de níquel (como Inconel 617) son una buena opción. Inconel 617 contiene una gran cantidad de elementos como níquel (Ni), cromo (Cr) y molibdeno (Mo), que le dan una excelente resistencia a la corrosión a alta temperatura, resistencia a la fluencia y resistencia a la oxidación. Puede funcionar de manera estable durante mucho tiempo en un entorno de vapor a alta temperatura para garantizar el funcionamiento eficiente de la caldera.

Factores característicos del medio
1. Tubos de calderas de vapor
Si la caldera se utiliza principalmente para generar vapor, los tubos deben tener un buen rendimiento de transmisión de vapor y resistencia a la oxidación del vapor. Para las calderas de vapor industriales generales, el acero de aleación media o el acero de alta aleación es un material común. Por ejemplo, las tuberías de acero T91 (9Cr - 1Mo - V - Nb) pueden resistir eficazmente la oxidación del vapor en un entorno de vapor de alta temperatura, formando una película de óxido densa para evitar una mayor oxidación de los tubos. Al mismo tiempo, su alta resistencia y buena conductividad térmica favorecen el transporte eficiente del vapor.

2. Tubos de calderas de agua caliente
El medio de las calderas de agua caliente es el agua caliente, y se consideran principalmente la resistencia a la corrosión y la conductividad térmica de los tubos. Si el agua caliente contiene una pequeña cantidad de sustancias corrosivas, como iones de cloruro, los tubos de acero inoxidable (como el acero inoxidable 316L) son una mejor opción. El acero inoxidable 316L contiene elementos de molibdeno (Mo), que mejoran la tolerancia a medios corrosivos como los iones de cloruro, y su conductividad térmica puede cumplir con los requisitos de transporte de agua caliente y garantizar el funcionamiento estable del sistema de caldera de agua caliente.

3. Tubos de caldera de medio especial (como gases corrosivos o productos químicos)
Cuando el medio de la caldera contiene gases corrosivos (como sulfuro de hidrógeno, dióxido de azufre) o productos químicos (como ácidos y álcalis), es necesario seleccionar tubos con alta resistencia a la corrosión. Por ejemplo, los tubos Hastelloy tienen una fuerte tolerancia a varios ácidos fuertes, álcalis fuertes y gases corrosivos. El Hastelloy C-276 contiene elementos como cromo (Cr), molibdeno (Mo) y tungsteno (W), que le permiten mostrar una excelente resistencia a la corrosión en entornos de calderas que contienen medios corrosivos, lo que puede proteger eficazmente los tubos y extender su vida útil.

Consideración integral del material de la tubería, las especificaciones y la resistencia a la corrosión
1. Selección del material
Además de la selección anterior de materiales en función de la presión, la temperatura y las características del medio, también se debe considerar el costo y la maquinabilidad de la tubería. El acero al carbono tiene un costo bajo, pero una resistencia a la corrosión relativamente débil; el acero aleado tiene un costo moderado y un mejor rendimiento; el acero inoxidable y las aleaciones a base de níquel tienen un costo alto, pero se destacan en resistencia a la corrosión y propiedades especiales. Con la premisa de cumplir con los requisitos de rendimiento de la caldera, se debe seleccionar el material más rentable tanto como sea posible.

2. Determinación de la especificación
Las especificaciones (diámetro de la tubería y espesor de la pared) de la tubería deben determinarse de acuerdo con los requisitos de flujo y la pérdida de presión de la caldera. En términos generales, cuanto mayor sea el diámetro de la tubería, mayor será el flujo, pero también es necesario aumentar el espesor de la pared en consecuencia para soportar la presión. Al calcular el flujo de vapor o agua caliente, el caudal y la pérdida de presión admisible de la caldera, se puede determinar el diámetro de tubería y el espesor de pared adecuados. Por ejemplo, en la tubería de vapor principal de una gran caldera de vapor, para garantizar la entrega rápida de una gran cantidad de vapor, se seleccionará una tubería de mayor diámetro y se determinará el espesor de pared adecuado de acuerdo con los requisitos de presión.

3. Consideraciones sobre la resistencia a la corrosión
La resistencia a la corrosión es uno de los factores clave para el funcionamiento estable a largo plazo de los tubos de caldera. Además de elegir el material adecuado, la resistencia a la corrosión de la tubería también se puede mejorar mediante un tratamiento de la superficie (como el revestimiento). Para algunos tubos de caldera que funcionan en entornos corrosivos agresivos, como las calderas en la costa o en empresas químicas, el uso de revestimientos anticorrosión (como revestimientos cerámicos) puede mejorar aún más la resistencia a la corrosión de la tubería y extender su vida útil.

Resumen
La elección del tipo correcto de tubo para la caldera es un proceso complejo que tiene en cuenta múltiples factores. Solo considerando exhaustivamente la presión de trabajo, la temperatura, las características del medio de la caldera, así como el material, las especificaciones y la resistencia a la corrosión de la tubería, se puede garantizar el funcionamiento seguro, eficiente y estable del tubo de la caldera en el sistema de caldera.