¿Cuáles son los materiales comunes para los tubos de calderas?

Fecha:2025-03-14Marcado:

¿Qué son los tubos de caldera?

Los tubos de caldera se fabrican con acero al carbono o acero aleado y pueden soportar altas presiones y temperaturas. Son sin costura y se presentan en dos tipos: de media y alta presión, según el uso previsto. Son importantes para muchas industrias, especialmente calderas de vapor, centrales eléctricas y fábricas.

Los tubos de caldera se fabrican con sumo cuidado para garantizar su resistencia y fiabilidad. Veamos con más detalle cómo se fabrican. Selección del material: Los tubos de caldera sin costura son un factor clave para garantizar el funcionamiento seguro y eficiente de las calderas. Dadas las exigentes condiciones de funcionamiento dentro de una caldera, el material debe cumplir estrictos requisitos de rendimiento. Por lo tanto, los tubos de caldera sin costura suelen fabricarse con acero al carbono, acero aleado o acero inoxidable de alta calidad. La vida útil de los tubos de caldera sin costura depende de diversos factores, como el tipo de material, el entorno operativo y el mantenimiento, pero suelen durar más de 10 años.

Materiales comunes para tubos de calderas de alta presión


Actualmente, las calderas de acero de alta presión se utilizan ampliamente en los sectores petroquímico, de maquinaria, metalúrgico, energético, de industria ligera, de defensa nacional, de protección ambiental, oceánico, espacial, de vida y otros sectores industriales, así como en la investigación científica. Las especificaciones son de Ф10 a 1064 mm y superiores. Numerosas empresas tienen capacidad de producción de tubos para calderas de alta presión. Los tipos de acero que utilizan también son de alta calidad, incluyendo acero al carbono de alta calidad 20G, acero al manganeso SA-106C, SA-210C, acero al cobre 15Mo3, SA-209T1a, acero al cromo-molibdeno SA-213T2, 15CrMoG, SA-213T22, acero al cromo-molibdeno-vanadio 12Cr1MoVG, 12Cr2MoWVTiB (acero 102), SA-213T91, acero al cromo-níquel SA-213TP304H, SA-213TP347H y otros materiales.

Para la fabricación se emplean comúnmente acero al carbono de alta calidad (10, 20), acero aleado (12CrMo, 15CrMo), acero resistente al calor (12Cr2Mo, 15Cr5Mo) y acero inoxidable (1Cr18Ni9, 1Cr18Ni9Ti). Además de la composición química y las diversas propiedades mecánicas de las tuberías de acero, se deben garantizar la presión del agua, el aplanamiento, la expansión y otras pruebas, así como la calidad superficial y los ensayos no destructivos.

Materiales: 20G, 20MnG, 25MnG, 15MoG, 20MoG, 12CrMoG, 15CrMoG, 12Cr2MoG, 12CrMoVG, 12Cr3MoVSiTiB, 1Cr18Ni9, 1Cr18Ni11Nb


Requisitos del material de los tubos de caldera:

Los materiales utilizados para los tubos de caldera deben seleccionarse cuidadosamente para cumplir con los siguientes requisitos:

(1) Resistencia a altas temperaturas y alta resistencia mecánica
Los tubos de caldera de alta presión suelen estar expuestos a altas temperaturas y altas presiones durante su uso. Bajo la acción de los gases de combustión y el vapor de agua a alta temperatura, las tuberías se oxidan y corroen. Las tuberías de acero deben tener una alta resistencia, resistencia a la oxidación y a la corrosión, así como una buena estabilidad estructural. Las condiciones de trabajo de los tubos de caldera de alta presión son muy rigurosas. Deben funcionar de forma segura durante 10 a 20 años o incluso más, bajo alta presión, alta temperatura y flujo de aire a alta velocidad, flujo de agua y erosión y corrosión por gas de carbón.

(2) Conductividad térmica
Los tubos de caldera, especialmente los de alta presión, son tuberías para transportar vapor o agua caliente a alta temperatura y alta presión, y desempeñan un papel importante. En el diseño y uso de tubos de caldera de alta temperatura, la conductividad térmica es un indicador crucial.

La conducción de calor es el proceso de transferencia de calor de un objeto a alta temperatura a uno a baja temperatura. En las tuberías de calderas de alta temperatura, la conducción de calor se realiza principalmente a través de la pared del tubo. La conductividad térmica de la pared del tubo está relacionada con la conductividad térmica, el espesor de la pared, el diámetro del tubo, el gradiente de temperatura, etc. del material.

Materiales comúnmente utilizados para tubos de calderas

La selección de materiales para tubos de calderas depende en gran medida de las condiciones de funcionamiento en su interior, incluyendo la temperatura, la presión y el potencial de corrosión. A continuación, se presentan los materiales más utilizados para la fabricación de tubos de calderas de alta y media presión:

1. Acero al carbono
El acero al carbono es uno de los materiales más utilizados para tubos de calderas de media presión. Ofrece una excelente resistencia mecánica y es relativamente rentable. Los tipos de acero al carbono más comunes utilizados para tubos de calderas son:
20G: Utilizado frecuentemente para calderas de baja y media presión, el 20G es un acero al carbono de alta calidad con un buen equilibrio entre resistencia y conductividad térmica. 20MnG y 25MnG: Estos grados ofrecen mayor resistencia a la tracción y son adecuados para aplicaciones con presiones ligeramente superiores.

2. Acero aleado
El acero aleado es esencial para aplicaciones de alta presión y alta temperatura. Se añaden elementos de aleación como el cromo, el molibdeno y el vanadio para mejorar la resistencia al calor, la solidez y la resistencia a la corrosión. Los aceros aleados más utilizados incluyen:
12Cr1MoVG: Un acero al cromo-molibdeno-vanadio que ofrece un excelente rendimiento a alta temperatura, a menudo utilizado en sobrecalentadores y recalentadores de calderas de alta presión.
15CrMoG: Este material es conocido por su resistencia a la oxidación y la corrosión, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de alta presión donde tanto la estabilidad térmica como la resistencia a la erosión son importantes.
12Cr2MoG: Otra aleación de cromo-molibdeno que proporciona mayor resistencia a la oxidación y la presión a alta temperatura.

3. Acero Resistente al Calor
Para aplicaciones que requieren una resistencia al calor excepcional, se utiliza acero resistente al calor en calderas de alta temperatura. Estos aceros están diseñados para mantener la resistencia y resistir la oxidación en condiciones extremas:
12Cr2Mo: Conocido por su excelente resistencia al calor, este acero se utiliza típicamente en calderas de media y alta presión, donde las temperaturas pueden alcanzar hasta 450 °C.
15Cr5Mo: Este material ofrece una mayor resistencia a altas temperaturas y se utiliza a menudo en entornos con fuertes fluctuaciones de temperatura.

4. Acero Inoxidable
El acero inoxidable se selecciona por su superior resistencia a la corrosión, especialmente en entornos propensos a la humedad o la exposición a sustancias químicas. Se utiliza comúnmente para aplicaciones de alta presión y en situaciones que requieren alta resistencia a medios corrosivos. Los grados comunes de acero inoxidable para tubos de calderas incluyen:
1Cr18Ni9: Acero inoxidable austenítico con buena resistencia a la corrosión y resistencia a temperaturas elevadas, adecuado para entornos de vapor a alta temperatura. 1Cr18Ni9Ti: Esta variante incluye titanio, mejorando la resistencia del material al calor y la corrosión, a menudo se utiliza en entornos con exposición química agresiva.
Boiler Tubes

Boiler Tube Materials Standards & Specifications

Material Type Standards Common Sizes Types
Carbon Steel ASTM/ASME A/SA 106, ASTM A179, ASTM A192, ASTM/ASME A/SA 210, ASTM A333 Gr 1, 6, 7 to Gr 9 OD: 6mm to 1240mm, Thickness: 1mm to 50mm Straight boiler pipe, U boiler steel pipe for tube exchanger bundle
Alloy Steel ASTM/ASME A/SA 213 T1, T2, T5, T9, T11, T12, T22, T91, T92; ASTM A335 P1, P2, P5, P9, P11, P12, P22, P91, P92 OD: 6mm to 1240mm, Thickness: 1mm to 50mm Straight boiler pipe, U boiler steel pipe for tube exchanger bundle
Stainless Steel ASTM A268, ASTM A213, TP304/L, TP316/L, 310S, 309S, 317, 317L, 321, 321H, Duplex Stainless Steel OD: 6mm to 1240mm, Thickness: 1mm to 50mm Straight boiler pipe, U boiler steel pipe for tube exchanger bundle

Attribute Carbon Steel Boiler Tubes Stainless Steel Boiler Tubes Alloy Steel Boiler Tubes
Chemical Composition Iron and carbon, low carbon content (<0.35%) At least 10.5% chromium, often with nickel, molybdenum Iron, carbon, and various alloying elements (e.g., manganese, silicon, chromium, nickel)
Mechanical Properties Lower strength and hardness Good formability; moderate strength Higher strength, toughness, and wear resistance
Corrosion Resistance Low; may need coatings or linings High due to chromium oxide layer Good to excellent, depending on alloying elements
Applications General-purpose, low to moderate temperature and pressure Corrosive environments, food processing, chemical industry High-temperature and high-pressure applications, such as in power stations
Cost and Economy Lower initial cost; may require more maintenance Higher initial cost; potentially lower lifecycle cost Varies; can be more expensive due to alloy content
Environmental Impact and Sustainability Regular maintenance may be needed Recyclable; low maintenance Varies; some alloys are highly recyclable
Lifespan Shorter lifespan if not properly protected against corrosion Longer lifespan due to self-healing properties and corrosion resistance Long lifespan, especially in harsh environments; depends on alloy composition


Boiler tube components and materials used:

Boiler Component Function Description Typical Material Used
Water Wall Tubes Main heat-receiving surface around the furnace. Carbon Steel
Convection Tubes Further heating of fluid in the convection area of the boiler. Carbon Steel or Alloy Steel
Downcomer Tubes Transport water from the steam drum to the downcomer. Carbon Steel
Header (Collector) Collects and distributes boiler water; not typically exposed to radiant heat. Carbon Steel or Stainless Steel
Superheater Tubes Heat saturated steam into superheated steam, improving steam quality. Alloy Steel
Economizer Tubes Use residual heat from exhaust gases to raise feedwater temperature. Carbon Steel or Alloy Steel

Aplicaciones de diferentes materiales para tubos de calderas

Clasificación de usos de los tubos de calderas de alta presión: se utilizan para calentar tubos superficiales de calderas de baja y media presión (la presión de trabajo generalmente no supera los 5,88 MPa y la temperatura de trabajo es inferior a 450 ℃); se utilizan para calentar tubos superficiales, economizadores, sobrecalentadores, recalentadores, tubos de la industria petroquímica, etc., de calderas de alta presión (la presión de trabajo generalmente supera los 9,8 MPa y la temperatura de trabajo está entre 450 ℃ y 650 ℃).

Según sus materiales, se puede dividir en tubos de caldera de alta presión 20G, 12Cr1MoVG, Gangyan 102, 15CrMoG, 5310, 3087 de baja y media presión, 40Cr, 1Cr5Mo y 42CrMo. Para bajas presiones, se utiliza generalmente el acero 20G. Este material, presente en el acero Q245R, pertenece a la placa de caldera. La "g" es la primera letra de "pot" en la placa de caldera. Norma de aplicación: GB713-1997 (esta norma se aplica a normas internas y externas). Ámbito de aplicación: placas de acero con un espesor de 6 mm a 150 mm.

Dado que la placa de acero se entrega con tolerancia positiva, también incluye una tabla de valores adicionales de espesor. Al calcular teóricamente el peso de la placa de acero, es necesario añadir el valor correspondiente en la tabla según el espesor. Según los requisitos, la placa de acero puede entregarse tras un tratamiento térmico: laminado controlado, normalizado, etc. La norma de detección de defectos se implementa de la siguiente manera: JB/T4730.3-2005, dividida en tres niveles.

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