Soodakattilan tulistinmateriaalien kestävyys paine- ja ympäristökuormituksissa

Pertti Auerkari; Pekka Pohjanne; Reino Mäkinen; Martti Mäkipää

Soodakattilan tulistinmateriaalien kestävyys paine- ja ympäristökuormituksissa

Pertti Auerkari, Pekka Pohjanne, Reino Mäkinen, Martti Mäkipää

Research output: Book/Report › Report

Abstract

Tutkimuksessa on verrattu kokeellisesti tavallisen niukkaseosteisen ferriittisen (10CrMo910) tulistinputken ja austeniittisen kuumalujan (AISI 347) tulistinputken kestävyyttä ja elinikää laboratorio-olosuhteissa. Kokeissa käytetty suola oli luonteeltaan hapettava ja terästä 10CrMo910 lämpötilassa 550 °C vain lievästi syövyttävä. Tulistinputken käyttöikä siten tuskin heikkenisi suolan takia merkittävästi vastaavissa olosuhteissa. Vähäisemmän hiilenkadon vuoksi putken elinikä saattaisi jopa pidentyä, joskin todellisissa kattilaolosuhteissa myös hiilenkatoa aiheuttavan hapen osapaine olisi pienempi kuin kokeissa. Kokeissa käytetyt jännitystasot olivat todelliseen tulistinkäyttöön verrattuna korkeita, 160-230 MPa, kun tyypilliset todellisen käytön alkujännitystasot ovat tulistimissa vain 20-25 MPa. Tämä ero oli väistämätön seuraus periaatteesta tehdä kiihdytettyjä kokeita murtoon asti lämpötilassa, joka vastaa soodakattilatulistimista odotettuja realistisia materiaalilämpötiloja. Tutkitussa tapauksessa teräksestä 10CrMo910 tehtyjen tulistinputkien lujuus ja elinikä osoittautui keskimääräistä saman terästyypin yksiaksiaalista lujuutta ja elinikää vastaavaksi, kun vertailujännityksenä käytettiin putken lähtötilan nimellistä kehäjännitystä ulkopinnalla. Teräs AISI 347 kesti vastaavissa koeolosuhteissa ratkaisevasti pidempään kuin 10CrMo910. Tavanomaisilla tulistimen painekuormilla ei olisi tämän materiaalin käyttöikään vaikutusta käytännöllisesti katsoen lainkaan ilman putkea ohentavaa korroosiota, joka eteni tämän tutkimuksen olosuhteissa noin 0,05-0,1 mm/1000 h. Tällainen kuumakorroosio johtaisi vuotoon 50 000-100 000 käyttötunnissa. Koelaitteisto osoittautui periaatteessa soveltuvaksi sekä mekaanisen että korroosiovaurion hallitseman eliniän määrityksiin. Jatkossa olisi suositeltavaa täydentää kokeita siten, että korroosion suhteellista vaikutusta elinikään lisätään. Tämä voisi tapahtua parhaiten ohentamalla putken seinämää ennen koetta niin, että normaalin laboratoriokokeen aikana (< 1 000 h) etenevä korroosiovaurio ehtii lyhentää putken elinikää merkittävästi.

Original language	Finnish
Place of Publication	Espoo
Publisher	VTT Technical Research Centre of Finland
Number of pages	26
ISBN (Print)	951-38-4510-9
Publication status	Published - 1995
MoE publication type	D4 Published development or research report or study

Publication series

Series	VTT Julkaisuja - Publikationer
Number	802
ISSN	1235-0613

Keywords

heat exchangers
superheaters
recovery boilers
soda recovery boilers
performance tests
mechanical properties
loads (forces)

Cite this

@book{76af72154e5a480f80688052d4fc6917,

title = "Soodakattilan tulistinmateriaalien kest{\"a}vyys paine- ja ymp{\"a}rist{\"o}kuormituksissa",

abstract = "Tutkimuksessa on verrattu kokeellisesti tavallisen niukkaseosteisen ferriittisen (10CrMo910) tulistinputken ja austeniittisen kuumalujan (AISI 347) tulistinputken kest{\"a}vyytt{\"a} ja elinik{\"a}{\"a} laboratorio-olosuhteissa. Kokeissa k{\"a}ytetty suola oli luonteeltaan hapettava ja ter{\"a}st{\"a} 10CrMo910 l{\"a}mp{\"o}tilassa 550 °C vain liev{\"a}sti sy{\"o}vytt{\"a}v{\"a}. Tulistinputken k{\"a}ytt{\"o}ik{\"a} siten tuskin heikkenisi suolan takia merkitt{\"a}v{\"a}sti vastaavissa olosuhteissa. V{\"a}h{\"a}isemm{\"a}n hiilenkadon vuoksi putken elinik{\"a} saattaisi jopa pidenty{\"a}, joskin todellisissa kattilaolosuhteissa my{\"o}s hiilenkatoa aiheuttavan hapen osapaine olisi pienempi kuin kokeissa. Kokeissa k{\"a}ytetyt j{\"a}nnitystasot olivat todelliseen tulistink{\"a}ytt{\"o}{\"o}n verrattuna korkeita, 160-230 MPa, kun tyypilliset todellisen k{\"a}yt{\"o}n alkuj{\"a}nnitystasot ovat tulistimissa vain 20-25 MPa. T{\"a}m{\"a} ero oli v{\"a}ist{\"a}m{\"a}t{\"o}n seuraus periaatteesta tehd{\"a} kiihdytettyj{\"a} kokeita murtoon asti l{\"a}mp{\"o}tilassa, joka vastaa soodakattilatulistimista odotettuja realistisia materiaalil{\"a}mp{\"o}tiloja. Tutkitussa tapauksessa ter{\"a}ksest{\"a} 10CrMo910 tehtyjen tulistinputkien lujuus ja elinik{\"a} osoittautui keskim{\"a}{\"a}r{\"a}ist{\"a} saman ter{\"a}styypin yksiaksiaalista lujuutta ja elinik{\"a}{\"a} vastaavaksi, kun vertailuj{\"a}nnityksen{\"a} k{\"a}ytettiin putken l{\"a}ht{\"o}tilan nimellist{\"a} keh{\"a}j{\"a}nnityst{\"a} ulkopinnalla. Ter{\"a}s AISI 347 kesti vastaavissa koeolosuhteissa ratkaisevasti pidemp{\"a}{\"a}n kuin 10CrMo910. Tavanomaisilla tulistimen painekuormilla ei olisi t{\"a}m{\"a}n materiaalin k{\"a}ytt{\"o}ik{\"a}{\"a}n vaikutusta k{\"a}yt{\"a}nn{\"o}llisesti katsoen lainkaan ilman putkea ohentavaa korroosiota, joka eteni t{\"a}m{\"a}n tutkimuksen olosuhteissa noin 0,05-0,1 mm/1000 h. T{\"a}llainen kuumakorroosio johtaisi vuotoon 50 000-100 000 k{\"a}ytt{\"o}tunnissa. Koelaitteisto osoittautui periaatteessa soveltuvaksi sek{\"a} mekaanisen ett{\"a} korroosiovaurion hallitseman elini{\"a}n m{\"a}{\"a}rityksiin. Jatkossa olisi suositeltavaa t{\"a}ydent{\"a}{\"a} kokeita siten, ett{\"a} korroosion suhteellista vaikutusta elinik{\"a}{\"a}n lis{\"a}t{\"a}{\"a}n. T{\"a}m{\"a} voisi tapahtua parhaiten ohentamalla putken sein{\"a}m{\"a}{\"a} ennen koetta niin, ett{\"a} normaalin laboratoriokokeen aikana (< 1 000 h) etenev{\"a} korroosiovaurio ehtii lyhent{\"a}{\"a} putken elinik{\"a}{\"a} merkitt{\"a}v{\"a}sti.",

keywords = "heat exchangers, superheaters, recovery boilers, soda recovery boilers, performance tests, mechanical properties, loads (forces)",

author = "Pertti Auerkari and Pekka Pohjanne and Reino M{\"a}kinen and Martti M{\"a}kip{\"a}{\"a}",

year = "1995",

language = "Finnish",

isbn = "951-38-4510-9",

series = "VTT Julkaisuja - Publikationer",

publisher = "VTT Technical Research Centre of Finland",

number = "802",

address = "Finland",

}

TY - BOOK

T1 - Soodakattilan tulistinmateriaalien kestävyys paine- ja ympäristökuormituksissa

AU - Auerkari, Pertti

AU - Pohjanne, Pekka

AU - Mäkinen, Reino

AU - Mäkipää, Martti

PY - 1995

Y1 - 1995

N2 - Tutkimuksessa on verrattu kokeellisesti tavallisen niukkaseosteisen ferriittisen (10CrMo910) tulistinputken ja austeniittisen kuumalujan (AISI 347) tulistinputken kestävyyttä ja elinikää laboratorio-olosuhteissa. Kokeissa käytetty suola oli luonteeltaan hapettava ja terästä 10CrMo910 lämpötilassa 550 °C vain lievästi syövyttävä. Tulistinputken käyttöikä siten tuskin heikkenisi suolan takia merkittävästi vastaavissa olosuhteissa. Vähäisemmän hiilenkadon vuoksi putken elinikä saattaisi jopa pidentyä, joskin todellisissa kattilaolosuhteissa myös hiilenkatoa aiheuttavan hapen osapaine olisi pienempi kuin kokeissa. Kokeissa käytetyt jännitystasot olivat todelliseen tulistinkäyttöön verrattuna korkeita, 160-230 MPa, kun tyypilliset todellisen käytön alkujännitystasot ovat tulistimissa vain 20-25 MPa. Tämä ero oli väistämätön seuraus periaatteesta tehdä kiihdytettyjä kokeita murtoon asti lämpötilassa, joka vastaa soodakattilatulistimista odotettuja realistisia materiaalilämpötiloja. Tutkitussa tapauksessa teräksestä 10CrMo910 tehtyjen tulistinputkien lujuus ja elinikä osoittautui keskimääräistä saman terästyypin yksiaksiaalista lujuutta ja elinikää vastaavaksi, kun vertailujännityksenä käytettiin putken lähtötilan nimellistä kehäjännitystä ulkopinnalla. Teräs AISI 347 kesti vastaavissa koeolosuhteissa ratkaisevasti pidempään kuin 10CrMo910. Tavanomaisilla tulistimen painekuormilla ei olisi tämän materiaalin käyttöikään vaikutusta käytännöllisesti katsoen lainkaan ilman putkea ohentavaa korroosiota, joka eteni tämän tutkimuksen olosuhteissa noin 0,05-0,1 mm/1000 h. Tällainen kuumakorroosio johtaisi vuotoon 50 000-100 000 käyttötunnissa. Koelaitteisto osoittautui periaatteessa soveltuvaksi sekä mekaanisen että korroosiovaurion hallitseman eliniän määrityksiin. Jatkossa olisi suositeltavaa täydentää kokeita siten, että korroosion suhteellista vaikutusta elinikään lisätään. Tämä voisi tapahtua parhaiten ohentamalla putken seinämää ennen koetta niin, että normaalin laboratoriokokeen aikana (< 1 000 h) etenevä korroosiovaurio ehtii lyhentää putken elinikää merkittävästi.

AB - Tutkimuksessa on verrattu kokeellisesti tavallisen niukkaseosteisen ferriittisen (10CrMo910) tulistinputken ja austeniittisen kuumalujan (AISI 347) tulistinputken kestävyyttä ja elinikää laboratorio-olosuhteissa. Kokeissa käytetty suola oli luonteeltaan hapettava ja terästä 10CrMo910 lämpötilassa 550 °C vain lievästi syövyttävä. Tulistinputken käyttöikä siten tuskin heikkenisi suolan takia merkittävästi vastaavissa olosuhteissa. Vähäisemmän hiilenkadon vuoksi putken elinikä saattaisi jopa pidentyä, joskin todellisissa kattilaolosuhteissa myös hiilenkatoa aiheuttavan hapen osapaine olisi pienempi kuin kokeissa. Kokeissa käytetyt jännitystasot olivat todelliseen tulistinkäyttöön verrattuna korkeita, 160-230 MPa, kun tyypilliset todellisen käytön alkujännitystasot ovat tulistimissa vain 20-25 MPa. Tämä ero oli väistämätön seuraus periaatteesta tehdä kiihdytettyjä kokeita murtoon asti lämpötilassa, joka vastaa soodakattilatulistimista odotettuja realistisia materiaalilämpötiloja. Tutkitussa tapauksessa teräksestä 10CrMo910 tehtyjen tulistinputkien lujuus ja elinikä osoittautui keskimääräistä saman terästyypin yksiaksiaalista lujuutta ja elinikää vastaavaksi, kun vertailujännityksenä käytettiin putken lähtötilan nimellistä kehäjännitystä ulkopinnalla. Teräs AISI 347 kesti vastaavissa koeolosuhteissa ratkaisevasti pidempään kuin 10CrMo910. Tavanomaisilla tulistimen painekuormilla ei olisi tämän materiaalin käyttöikään vaikutusta käytännöllisesti katsoen lainkaan ilman putkea ohentavaa korroosiota, joka eteni tämän tutkimuksen olosuhteissa noin 0,05-0,1 mm/1000 h. Tällainen kuumakorroosio johtaisi vuotoon 50 000-100 000 käyttötunnissa. Koelaitteisto osoittautui periaatteessa soveltuvaksi sekä mekaanisen että korroosiovaurion hallitseman eliniän määrityksiin. Jatkossa olisi suositeltavaa täydentää kokeita siten, että korroosion suhteellista vaikutusta elinikään lisätään. Tämä voisi tapahtua parhaiten ohentamalla putken seinämää ennen koetta niin, että normaalin laboratoriokokeen aikana (< 1 000 h) etenevä korroosiovaurio ehtii lyhentää putken elinikää merkittävästi.

KW - heat exchangers

KW - superheaters

KW - recovery boilers

KW - soda recovery boilers

KW - performance tests

KW - mechanical properties

KW - loads (forces)

M3 - Report

SN - 951-38-4510-9

T3 - VTT Julkaisuja - Publikationer

BT - Soodakattilan tulistinmateriaalien kestävyys paine- ja ympäristökuormituksissa

PB - VTT Technical Research Centre of Finland

CY - Espoo

ER -