Soodakattilan tulistinmateriaalien kestävyys paine- ja ympäristökuormituksissa

Pertti Auerkari, Pekka Pohjanne, Reino Mäkinen, Martti Mäkipää

    Research output: Book/ReportReport

    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 languageFinnish
    Place of PublicationEspoo
    PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
    Number of pages26
    ISBN (Print)951-38-4510-9
    Publication statusPublished - 1995
    MoE publication typeD4 Published development or research report or study

    Publication series

    SeriesVTT Julkaisuja - Publikationer
    Number802
    ISSN1235-0613

    Fingerprint

    boilers

    Keywords

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

    Cite this

    Auerkari, P., Pohjanne, P., Mäkinen, R., & Mäkipää, M. (1995). Soodakattilan tulistinmateriaalien kestävyys paine- ja ympäristökuormituksissa. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland. VTT Julkaisuja - Publikationer, No. 802
    Auerkari, Pertti ; Pohjanne, Pekka ; Mäkinen, Reino ; Mäkipää, Martti. / Soodakattilan tulistinmateriaalien kestävyys paine- ja ympäristökuormituksissa. Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1995. 26 p. (VTT Julkaisuja - Publikationer; No. 802).
    @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",

    }

    Auerkari, P, Pohjanne, P, Mäkinen, R & Mäkipää, M 1995, Soodakattilan tulistinmateriaalien kestävyys paine- ja ympäristökuormituksissa. VTT Julkaisuja - Publikationer, no. 802, VTT Technical Research Centre of Finland, Espoo.

    Soodakattilan tulistinmateriaalien kestävyys paine- ja ympäristökuormituksissa. / Auerkari, Pertti; Pohjanne, Pekka; Mäkinen, Reino; Mäkipää, Martti.

    Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1995. 26 p. (VTT Julkaisuja - Publikationer; No. 802).

    Research output: Book/ReportReport

    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 -

    Auerkari P, Pohjanne P, Mäkinen R, Mäkipää M. Soodakattilan tulistinmateriaalien kestävyys paine- ja ympäristökuormituksissa. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland, 1995. 26 p. (VTT Julkaisuja - Publikationer; No. 802).