Quali leghe si usano per i getti dei forni di reforming e dei forni di processo?

La maggior parte dei getti per forni appartiene alla famiglia Fe-Cr-Ni da getto resistente al calore: HH, HK40 (25Cr-20Ni), HT e le leghe di tipo HP (25Cr-35Ni). Per i tubi la scelta abituale oggi è l'HP modificato con niobio ed elementi microleganti. Dove le ceneri di combustibile attaccano supporti e sospensioni si usa il 50Cr-50Ni-Nb (tipo IN657).

La ASTM A297 copre i getti ferro-cromo e ferro-cromo-nichel per servizio generico resistente al calore, con leghe tra cui HH, HK e HT. La ASTM A608 copre i tubi Fe-Cr-Ni colati per centrifugazione per servizio in pressione ad alta temperatura e, dall'edizione 2020, include le leghe HP al niobio. La ASTM A447 copre i getti 25Cr-12Ni per parti di forno e supporti tubi. La ASTM A351 copre i getti austenitici per parti a pressione. La lega 50Cr-50Ni-Nb è elencata nella ASTM A560. Quale si applica dipende dal fatto che il pezzo contenga pressione e da come viene colato.

Che funzione hanno i tubi radianti in un forno di processo?

I tubi radianti, chiamati tubi catalitici in un reformer a vapore, portano il gas di processo attraverso la camera di combustione e assorbono il calore dei bruciatori. In un reformer sono riempiti di catalizzatore. Sono le parti in pressione più calde del forno, quindi la loro lega e il loro spessore determinano quanto a lungo il forno può funzionare.

Perché si rompono i tubi radianti?

I tubi radianti si rompono soprattutto per creep: una lenta deformazione sotto pressione ad alta temperatura, che termina con cavità lungo i bordi di grano, cricche e rottura. Brevi episodi di surriscaldamento accelerano molto il processo. Le analisi di rottura pubblicate sui tubi di reformer in HP-Nb trovano cavità da creep accanto ai carburi di cromo, e cricche vicino alle saldature circonferenziali dove la parete è più calda.

Le serpentine di cracking dell'etilene aggiungono la carburazione. Il coke sulla parete interna cede carbonio al metallo, e carburazione e creep insieme portano a rigonfiamenti, incurvamenti e cricche. Le leghe ad alto nichel possono nascondere la carburazione ai controlli magnetici, e i tubi carburati diventano difficili da saldare.

Quale lega si usa per i tubi dei reformer?

I tubi dei reformer si colano per centrifugazione, di solito in HP modificato (25Cr-35Ni-Nb) con aggiunte microleganti come il titanio. L'HK40 era la lega originale per i tubi di reformer. Le leghe modificate al niobio e poi l'HP-mod l'hanno sostituito perché danno una resistenza a creep più alta, e l'HP microlegato consente pareti più sottili. Piccole aggiunte di titanio, niobio e zirconio formano carburi fini e stabili che resistono al creep.

Cosa indicare nella RFQ: lega e specifica (per esempio una lega ASTM A608), diametro interno e spessore minimo sano, lunghezza, lavorazione del foro, temperatura e pressione di progetto, e preparazione delle estremità per la saldatura.

Coliamo per centrifugazione tubi radianti e tubi di forno, diritti o in configurazioni a U, W e Y, con le curve e i raccordi a Y che li collegano, per forni di processo e forni industriali. Richiedi informazioni sui tubi di forno →

Che funzione hanno le curve a U e i raccordi a Y in una serpentina di forno?

Le curve di ritorno a U invertono il flusso tra due tubi diritti. I raccordi a Y dividono o riuniscono il flusso tra i passaggi. Sono raccordi fusi saldati nella serpentina, quindi ognuno aggiunge due o tre saldature nella zona calda.

Perché criccano curve di ritorno e raccordi a Y?

Curve e raccordi a Y subiscono lo stesso creep e la stessa carburazione dei tubi, più la sollecitazione di flessione dovuta alla dilatazione termica a ogni avviamento e fermata. Le cricche partono spesso dalle saldature che li uniscono ai tubi. Nel materiale invecchiato, carburi secondari e fase sigma rendono il metallo fragile, e uno studio sull'HK40 invecchiato in esercizio ha concluso che non era adatto alla riparazione per saldatura.

Curve e raccordi a Y si colano normalmente nella stessa famiglia di leghe dei tubi che collegano, così le saldature sono omogenee.

Cosa indicare nella RFQ: raggio di curvatura o interasse, diametro interno e spessore uguali a quelli del tubo, lega abbinata alla serpentina e smusso delle estremità per la saldatura.

Coliamo curve a U e raccordi a Y, staticamente o per centrifugazione secondo la forma. Richiedi informazioni sulle curve →

Che funzione ha il collettore di uscita in un reformer a vapore?

Il collettore di uscita raccoglie il gas riformato caldo da tutti i tubi catalitici e lo invia alla linea di trasferimento. Piccoli pigtail o brevi tratti di tubo collegano ogni tubo al collettore. Raccordi a T e riduzioni fusi completano il sistema di raccolta.

Perché si rompono i collettori di uscita dei reformer?

I collettori si rompono alle saldature. Un'analisi di rottura pubblicata ha trovato perdite nella zona fusa delle saldature di un collettore di un reformer primario dopo circa 22.000 ore, causate da tubo e metallo d'apporto ad alto silicio in presenza di niobio, che ha formato una fragile fase di Laves. I pigtail sulla volta subiscono anche fatica termica: le oscillazioni di temperatura innescano cricche che partono dal foro e crescono verso l'esterno fino alla perdita.

I getti dei collettori sono di solito in leghe di tipo HP o in altre leghe Fe-Cr-Ni resistenti al calore, scelte insieme al tubo e al metallo d'apporto come un unico sistema.

Cosa indicare nella RFQ: il disegno, lega e limiti di composizione (compreso il silicio), il tubo e il metallo d'apporto con cui verrà saldato, temperatura e pressione di progetto, e i controlli NDT richiesti.

Coliamo collettori per reformer e parti del sistema di raccolta. Gli X-mas trees sono un pezzo diverso: supporti tubi nei forni di processo, su cui appoggiano i tubi, colati in diverse leghe. Richiedi informazioni sui collettori →

Che funzione hanno i supporti tubi e le scale di supporto?

I supporti tubi e i supporti a scala tengono in posizione i tubi radianti lungo la parete o il pavimento della camera di combustione. Ne portano il peso e ne mantengono la spaziatura, e i tubi vi scorrono sopra mentre si dilatano. Sono immersi nei fumi caldi senza alcun raffreddamento dal processo, quindi spesso lavorano più caldi dei tubi.

Perché si rompono i supporti tubi dei forni?

I supporti si rompono per creep e distorsione, per ossidazione e per corrosione a caldo da ceneri di combustibile quando il forno brucia olio con vanadio e sodio. Le ceneri contenenti pentossido di vanadio e solfato di sodio attaccano i normali supporti in 25Cr-20Ni. Quando un supporto cede o si rompe, i tubi si incurvano, si toccano e si surriscaldano.

L'API 560 copre il progetto dei supporti tubi dei forni di processo di raffineria, compresi i carichi di progetto e le sollecitazioni ammissibili dei materiali di supporto. La lega da getto 25Cr-20Ni (tipo HK) è un materiale comune per i supporti. Con forte presenza di ceneri di combustibile, il passo successivo abituale è il 50Cr-50Ni-Nb. Resiste all'attacco del vanadio ma è costoso e meno duttile.

Cosa indicare nella RFQ: disegno, lega, tipo di combustibile e, se a olio, il suo contenuto di vanadio e sodio, temperatura di progetto del metallo ed eventuali prove di carico o controlli dimensionali.

Coliamo supporti tubi e scale di supporto, anche in HP-Nb. Richiedi informazioni sulle scale di supporto →

Che funzione hanno le sospensioni dei tubi in un forno di reforming?

Le sospensioni (tiranti) dei tubi reggono i tubi radianti appendendoli alla volta o li fissano alla parete. Nei forni con sostegno dall'alto le sospensioni portano l'intero peso della serpentina. Se una sospensione si deforma per creep o si cricca, il suo carico ricade sui tubi sottostanti.

Perché si rompono le sospensioni dei tubi?

Le sospensioni si rompono per allungamento da creep, distorsione e corrosione da ceneri di combustibile, gli stessi meccanismi dei supporti. Le ceneri di solfato di sodio e pentossido di vanadio causano corrosione a caldo quando si bruciano combustibili di bassa qualità. Il 25Cr-20Ni da getto è un materiale comune per le sospensioni, e il 50Cr-50Ni-Nb è raccomandato dove l'attacco delle ceneri è severo.

Cosa indicare nella RFQ: disegno, lega, posizione a volta o a parete, analisi del combustibile, carico di progetto e temperatura del metallo, e requisiti di marcatura per lega e colata.

Coliamo sospensioni dei tubi dalla volta e a parete con lega e numero di colata riportati in fusione. Richiedi informazioni sulle sospensioni dei tubi →

Che funzione ha una piastra tubiera in un forno di processo?

Una piastra tubiera è una piastra fusa con una serie di fori che guida e sostiene una fila di tubi, spesso nella sezione convettiva o alle estremità della camera di un reformer. Mantiene i tubi al passo previsto lasciandoli scorrere mentre si dilatano.

Perché si rompono le piastre tubiere?

Le piastre tubiere si rompono per distorsione, cricche tra i fori, ossidazione e corrosione da ceneri di combustibile. Una piastra deformata blocca i tubi, che non possono più scorrere e vengono caricati a flessione. Le piastre tubiere per servizio con ceneri di combustibile compaiono negli elenchi di applicazione del 50Cr-50Ni-Nb dei produttori di leghe; altrimenti si colano in leghe resistenti al calore come HK40 o HH.

Cosa indicare nella RFQ: disegno con schema dei fori e tolleranze, lega, sezione del forno, tipo di combustibile, e se i fori sono di fusione o alesati.

Coliamo piastre tubiere per reformer e forni di processo con lo schema dei fori alesato. Richiedi informazioni sulle piastre tubiere →

A cosa servono spioncini d'ispezione, portelli di osservazione e portelli d'accesso?

Spioncini d'ispezione e portelli di osservazione permettono agli operatori di guardare nella camera di combustione le fiamme e i tubi mentre il forno è in marcia; i nomi si usano in modo approssimativo, ed è il disegno a decidere il progetto. I portelli d'accesso consentono l'ingresso del personale durante la fermata. Entrambi chiudono un'apertura nel mantello caldo, quindi la loro faccia interna vede il calore della camera di combustione.

Perché si rompono i portelli del forno?

Portelli e telai si deformano, si scagliano e si criccano per i ripetuti riscaldamenti e raffreddamenti, soprattutto se aperti in esercizio. Un portello deformato fa entrare aria nella camera di combustione o uscire gas caldo.

La lega dipende dalla temperatura della faccia interna. Coliamo spioncini d'ispezione, portelli di osservazione e portelli d'accesso, con i relativi telai, nella lega indicata sul disegno del committente.

Cosa indicare nella RFQ: disegno, lega, temperatura della faccia calda, e se telaio e portello si forniscono insieme.

Richiedi informazioni su spioncini e portelli di osservazione → · Richiedi informazioni sui portelli d'accesso →

Potete colare ricambi per una riparazione o una fermata del forno?

Sì. Coliamo sospensioni, supporti, piastre tubiere, curve e portelli di ricambio secondo il vostro disegno, oppure dal vecchio pezzo o da foto con quote quando il disegno manca; la checklist per il preventivo elenca cosa inviare. Inviate il vostro disegno →

Domande frequenti

Qual è la differenza tra HK40 e HP modificato?

Il confronto completo è in HK40 vs HP-Nb. L'HK40 è una lega da getto 25Cr-20Ni. L'HP è 25Cr-35Ni, e l'HP modificato aggiunge niobio, spesso con elementi microleganti come il titanio. Il nichel in più e i carburi fini danno all'HP-mod una resistenza a creep più alta, ed è per questo che ha sostituito l'HK40 nella maggior parte dei tubi di reformer.

Che cosa significa "microlegato" per un tubo di reformer?

Significa piccole aggiunte di elementi come titanio, niobio o zirconio. Formano una fine dispersione di carburi che restano stabili ad alta temperatura e rallentano il creep. I produttori sfruttano la resistenza aggiuntiva per offrire pareti più sottili.

Quando supporti e sospensioni vanno fatti in 50Cr-50Ni-Nb?

(Scheda lega: 50Cr-50Ni-Nb.) Quando il forno brucia olio combustibile con un contenuto significativo di vanadio, sodio e zolfo. Le ceneri di questi combustibili corrodono le sospensioni in 25Cr-20Ni. La lega 50Cr-50Ni-Nb resiste a questo attacco, a fronte di un costo più alto e di una duttilità più bassa.

Che cos'è la carburazione in un tubo di forno?

La carburazione è la diffusione di carbonio nella parete del tubo da un gas di processo ricco di carbonio o dal coke sul foro. Rende il metallo fragile e difficile da saldare e, insieme al creep, provoca rigonfiamenti e cricche. È un problema centrale nelle serpentine di cracking dell'etilene.

I getti di reformer invecchiati si possono riparare per saldatura?

Spesso non facilmente. Il lungo esercizio fa precipitare carburi secondari e, in alcune leghe, fase sigma, che rendono il metallo fragile. Uno studio pubblicato su un pezzo di reformer in HK40 criccato ha concluso che non era adatto alla riparazione per saldatura. Le decisioni di riparazione richiedono una valutazione metallurgica del pezzo reale.

Qual è la differenza tra colata statica e colata centrifuga per i pezzi di forno?

La colata centrifuga fa ruotare la forma, il che si adatta a pezzi tondi come tubi, camicie e cilindri. La colata statica in forma di sabbia si adatta a qualsiasi forma, come supporti, sospensioni, piastre tubiere e raccordi. Usiamo il processo più adatto al pezzo.

Quale specifica ASTM copre i tubi di forno colati per centrifugazione?

La ASTM A608 copre i tubi ad alta lega ferro-cromo-nichel colati per centrifugazione per servizio in pressione ad alta temperatura. La ASTM A297 copre i getti generici resistenti al calore, e la ASTM A351 i getti austenitici per parti a pressione.

L'API 560 copre i supporti tubi?

Sì. L'API 560 copre i forni di processo per servizio generico di raffineria, compreso il progetto dei supporti tubi, con i relativi carichi di progetto e sollecitazioni ammissibili.

Perché criccano i pigtail dei reformer?

I pigtail si flettono mentre tubi e collettore si dilatano e si contraggono, quindi subiscono sollecitazioni di flessione a ogni avviamento e fermata. Le oscillazioni di temperatura causano cricche da fatica termica che partono dal foro e crescono verso l'esterno fino alla perdita.

Fonti

Per approfondire: Förster, fatica termica dei pigtail dei reformer · Revista de Metalurgia, riparazione per saldatura dell'HK40 e fase sigma

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