Como Escolher Corretamente o Material para Feixes Tubulares Convectivos

A escolha correta do material para feixes tubulares convectivos requer uma consideração abrangente das condições de operação da caldeira, ambiente operacional, economia e requisitos do processo de fabricação. A seguir estão as etapas e fatores-chave para selecionar o material do feixe tubular convectivo:

1. Entenda as Condições de Operação
Temperatura: Os feixes tubulares convectivos geralmente estão em um ambiente de gás de combustão de temperatura média a alta (aproximadamente 300-800°C, dependendo do tipo de caldeira e da posição do feixe). É necessário selecionar um material que possa suportar essa faixa de temperatura, evitando fluência em alta temperatura ou diminuição da resistência.
Pressão: A pressão do fluido de trabalho dentro do tubo (como água ou vapor) (baixa pressão, média pressão ou ultra-alta pressão) determina os requisitos de resistência do material. Caldeiras de alta pressão exigem o uso de materiais de maior resistência.
Método de Circulação: Caldeiras de circulação natural, circulação forçada ou caldeiras de fluxo direto têm diferentes requisitos para a resistência à fadiga do material.

2. Considere o Ambiente dos Gases de Combustão
Corrosividade: Os gases de combustão podem conter sulfetos, cloretos ou óxidos, o que pode levar à corrosão em alta temperatura ou corrosão por ponto de orvalho em baixa temperatura. É necessário selecionar materiais resistentes à corrosão, como aço de baixa liga ou aço inoxidável.
Desgaste: As cinzas volantes das caldeiras a carvão podem causar desgaste nos feixes tubulares, especialmente em áreas de gás de combustão de alta velocidade. Deve-se selecionar materiais com alta dureza ou que possam ser submetidos a tratamento de endurecimento superficial.
Acúmulo de Cinzas: Certos combustíveis (como carvão com alto teor de cinzas) são propensos a causar acúmulo de cinzas, o que afeta a eficiência da troca de calor. As características da superfície do material (como suavidade) ou medidas de proteção adicionais (como design de aletas) devem ser consideradas.

3. Seleção de Materiais Comuns
Dependendo do tipo de caldeira e das condições de operação, os seguintes são os materiais comuns para feixes tubulares convectivos:

Aço Carbono (como aço 20#, SA-106B):
Adequado para caldeiras de baixa pressão e baixa temperatura (como pequenas caldeiras industriais).
Vantagens: Baixo custo, bom desempenho de processamento.
Desvantagens: Resistência limitada a altas temperaturas e corrosão, adequado para temperaturas de gases de combustão abaixo de 400°C.

Aço de Baixa Liga (como 15CrMo, 12Cr1MoV, SA-213 T11/T22):
Adequado para caldeiras de média e alta pressão, com temperaturas de gases de combustão entre 400-600°C.
Vantagens: Boa resistência a altas temperaturas e resistência à oxidação, bom custo-benefício.
Desvantagens: Sensível à corrosão em alta temperatura, é necessário controlar a composição dos gases de combustão.

Aço de Alta Liga/Aço Inoxidável (como SA-213 TP304, TP321, TP347):
Adequado para caldeiras de ultra-alta pressão, supercríticas ou ambientes altamente corrosivos (como caldeiras de incineração de lixo).
Vantagens: Excelente resistência à corrosão em alta temperatura e resistência à oxidação, adequado para temperaturas de gases de combustão acima de 600°C.
Desvantagens: Custo mais alto, maior dificuldade de processamento.

Materiais Compostos Resistentes ao Desgaste e à Corrosão:
Em áreas de alto desgaste, tubos compostos podem ser usados com revestimento de superfície (como liga à base de níquel) ou revestimento cerâmico pulverizado.
Vantagens: Prolonga a vida útil, reduz a manutenção.
Desvantagens: Alto custo de fabricação.

4. Equilibre Economia e Desempenho
Custo Inicial: O aço carbono tem o menor custo, enquanto o aço de liga e o aço inoxidável têm custos progressivamente mais altos. É necessário escolher com base no orçamento e na vida útil esperada.
Custos de Operação e Manutenção: Materiais resistentes à corrosão e ao desgaste podem reduzir a frequência de paradas para manutenção, reduzindo os custos de manutenção a longo prazo.
Expectativa de Vida: Caldeiras de alta pressão ou alta temperatura devem priorizar a escolha de materiais de alto desempenho para garantir uma operação segura a longo prazo, enquanto caldeiras de baixa pressão podem escolher materiais econômicos de forma apropriada.

5. Considere o Desempenho de Fabricação e Processamento
Soldabilidade: Os feixes tubulares convectivos precisam ser soldados a coletores ou placas tubulares, e o desempenho de soldagem do material (como resistência da solda, tendência a rachaduras) é crucial. O aço de baixa liga e o aço carbono têm boa soldabilidade, enquanto o aço de alta liga requer processos de soldagem especiais.
Desempenho de Dobramento de Tubos: Os feixes tubulares convectivos geralmente precisam ser dobrados, e o material precisa ter boa plasticidade e tenacidade para evitar rachaduras durante o dobramento.
Requisitos de Tratamento Térmico: Certos aços de liga precisam de tratamento térmico (como normalização, têmpera) para melhorar o desempenho, e a complexidade do processo de fabricação precisa ser avaliada.

6. Consulte Padrões e Normas
Siga os padrões relevantes da indústria, como:
China: GB/T 5310 (Tubos de aço sem costura para caldeiras de alta pressão), GB/T 3087 (Tubos de aço sem costura para caldeiras de baixa e média pressão).
Internacional: ASME SA-213 (Tubos de aço de liga ferrítica e austenítica sem costura para caldeiras), ASTM A106 (Tubos de aço carbono sem costura para serviço de alta temperatura).
Com base nos parâmetros de projeto da caldeira, consulte os materiais recomendados pelos padrões e garanta que o material atenda aos requisitos de certificação.

7. Combine com a Experiência Prática de Aplicação
Tipo de Combustível: A composição dos gases de combustão de caldeiras a carvão, óleo, gás natural ou biomassa varia muito. Por exemplo, caldeiras a óleo precisam de materiais mais resistentes à corrosão por enxofre.
Variações nas Condições de Operação: Considere se a caldeira é iniciada e parada com frequência (requer resistência à fadiga térmica) ou se a carga de operação flutua (requer resistência à fluência).
Dados Históricos: Consulte os registros de operação de caldeiras do mesmo tipo para entender o desempenho e os modos de falha dos materiais comuns e otimizar a seleção.

8. Medidas de Proteção Adicionais
Se o material em si for difícil de atender totalmente aos requisitos, o desempenho pode ser aprimorado das seguintes maneiras:
Tratamento de Superfície: Como pulverização de revestimentos resistentes ao desgaste e à corrosão, nitretação ou endurecimento por laminação.
Otimização Estrutural: Adição de mangas de proteção contra desgaste, aletas ou elementos de turbulência para reduzir o desgaste e o acúmulo de cinzas.
Otimização da Operação: Reduzir a corrosão e o desgaste do material controlando a velocidade do fluxo de gás de combustão ou soprando as cinzas regularmente.